/
Автор: Кулик Н.С. Харченко В.П. Луцкий М.Г.
Теги: авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника авиация техника безопасности авиационная техника
ISBN: 978-966-575-148-9
Год: 2008
Текст
—Энциклопедия
БЕЗОПАСНОСТИ
АВИАЦИИ
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
/БЕЗОПАСНОСТИ
жмщром
«1ехн1ка»
АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ:
Н. С. Кулик, заслуженный деятель науки и техники,
лауреат Государственной премии Украины, д-р техн, наук, проф.;
В. П. Харченко, заслуженный деятель науки и техники,
лауреат Государственной премии Украины, д-р техн, наук, проф.;
М. Г. Луцкий, канд. техн, наук, доц.; А. Г. Кучер, лауреат Государственной премии Украины,
д-р техн, наук, проф.; В. В. Астанин, д-р техн, наук, проф.;
И. П. Белокур, д-р техн, наук, проф.; Н. М. Бородачов, д-р техн, наук, проф.;
А. Ю. Буров, канд. техн, наук, ст. науч, сотр.; Ю. В. Верюжский, д-р техн, наук, проф.;
С. А. Дмитриев, д-р техн, наук, проф.; А. И. Запорожец, д-р техн, наук, проф.;
С. Р. Игнатович, д-р техн, наук, проф.; С. А. Ищенко, д-р техн, наук, проф.;
В. А. Касьянов, д-р техн, наук, проф.; Г. Ф. Конахович, д-р техн, наук, проф.;
А. Г. Корченко, д-р техн, наук, проф.; А. В. Орлов, канд. техн, наук, доц.;
Е. В. Пацира, канд. техн, наук, доц.; А. В. Петренко, канд. психолог, наук, проф.;
Н. А. Сидоров, д-р техн, наук, проф.; С. Ф. Филоненко, лауреат Государственной премии Украины,
д-р техн, наук, проф.; Ю. В. Чинченко, канд. техн, наук, доц.;
Ф. И. Яновский, лауреат Государственной премии Украины, д-р техн, наук, проф.
БЕЗОПАСНОСТИ
Под редакцией
заслуженного деятеля науки и техники,
лауреата Государственной премии Украины
Й. С. Кулика
Киш
«Техшка»
2008
УДК 629.7.067
Рекомендовано к изданию ученым советом
Национального авиационного университета
(протокол № 5 от 24.06.2008 г.)
Энциклопедия безопасности авиации / Н. С. Кулик, В. П. Харченко, М. Г. Луц-
кий и др.; Под ред. Н. С. Кулика. — К.: Техшка, 2008. — 1000 с.; ил. — Биб-
лиогр.: с. 977—999.
ISBN 978-966-575-148-9.
Книга посвящена актуальной проблеме безопасности авиации, которая объединяет авиа-
ционную безопасность и безопасность полетов. Впервые в мировой практике на системном
уровне комплексно рассмотрены основные вопросы безопасности авиации на протяжении
всего жизненного цикла авиационной техники как составной части социотехнической систе-
мы. Приводятся теоретические основы, методы и способы поддержания безопасности авиа-
ции, а также основные положения Стандартов и Рекомендуемой практики ICAO, некоторых
законов и Авиационных правил Украины.
Для специалистов авиационной отрасли, научных и инженерно-технических работников;
может быть использована аспирантами и студентами высших учебных заведений.
Табл. 106. Ил. 368. Библиогр. 895 назв.
Книжку присвячено актуальны проблем! безпеки ав!ацп, яка об’еднуе ав!ащйну безпеку
та безпеку полытв. Уперше у свйовш практищ на системному piBHi комплексно розглянуто
основы питания безпеки ав!ацп протягом усього життевого циклу ав1ащйно! техыки як скла-
довоТчастини соцютехычно! системи. Наводяться теоретичы основи, методи та способи пщтри-
мання безпеки aBianii, а також основы положения Стандарт! в i Рекомендовано! практики
ICAO, деяких законiB та Ав1ащйних правил УкраТни.
Для фах!вщв ав1ашйно!' галузц наукових та 1нженерно-техн1чних пращвниюв; може бути
використана асшрантами та студентами вищих навчальних заклад!в.
Табл. 106. 1л. 368. Б1блюгр. 895 назв.
ISBN 978-966-575-148-9
© Национальный авиационный университет, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений.............................. 11
Предисловие...................................21
Глава 1. Проблемы безопасности авиации........23
1.1. Основные понятия безопасности авиации.....23
1.2. Анализ оценок и показателей безопасности
мировой гражданской авиации....................27
1.3. Программа обеспечения безопасности авиации... 36
1.4. Модель анализа опасностей и методология
оценки риска..................................41
Глава 2. Международное и государственное регули-
рование деятельности гражданской авиации...46
2.1. Конвенция о международной гражданской
авиации.......................................46
2.2. Основные международные и региональные
организации, связанные с регулированием
деятельности гражданской авиации...............50
2.2.1. Международная организация граждан-
ской авиации............................50
2.2.2. Международная ассоциация воздуш-
ного транспорта.........................53
2.2.3. Основные европейские авиационные
организации.............................54
2.2.4. Межгосударственный авиационный
комитет.................................57
2.3. Обязательства и ответственность государства
согласно Чикагской конвенции и механизмы
их реализации.................................57
2.3.1. Общие обязанности и обязательства.57
2.3.2. Конкретные обязанности и обязательства . 62
2.3.3. Эксклюзивные права государства....64
2.3.4. Основные централизованные механиз-
мы государственного регулирования........65
2.4. Факторы, определяющие особенности системы
государственного регулирования на националь-
ном уровне....................................73
2.5. Политика технического регулирования при
построении системы государственного регу-
лирования ....................................77
2.6. Структура и функции системы государствен-
ного регулирования............................82
2.7. Мониторинг и документирование при регули-
ровании авиационной деятельности .............86
2.7.1. Система мониторинга..............86
2.7.2. Система обязательного документиро-
вания ..................................89
2.8. Программы и режимы сертификации
и надзора....................................96
2.8.1. Структура программ сертификации
и надзора...............................96
2.8.2. Типовая программа проверки на со-
ответствие .............................98
2.8.3. Индивидуальная программа проверки
на соответствие....................... 100
2.8.4. Программа конкретной проверки
на соответствие....................... 101
2.8.5. Режимы сертификации и надзора... 102
2.9. Система управления качеством авиационной
техники..................................... 106
Глава 3. Общие вопросы безопасности полетов.. 115
3.1. Основные понятия....................... 115
3.2. Структура авиационной транспортной сис-
темы ........................................ 117
3.3. Факторы, влияющие на безопасность поле-
тов ........................................ 120
3.4. Нормы летной годности летательных аппара-
тов......................................... 122
3.4.1. Обзор развития нормативной базы. 122
3.4.2. Безопасность полетов и проблема
стареющего парка воздушных судов....... 124
3.5. Показатели безопасности полетов........ 125
3.6. Анализ полетных ситуаций............... 127
3.6.1. Формализация понятия «полетная
ситуация»............................. 127
3.6.2. Оценка переходных вероятностей
в пространстве полетных ситуаций ..... 130
3.6.3. Риски в ситуационной динамике... 133
3.7. Особенности статистического анализа безопас-
ности полетов............................... 136
3.7.1. Взвешенное моделирование ...... 136
3.7.2. Бутстреп-метод и метод перевыборки .. 137
3.7.3. Интерполяционный метод статистиче-
ского моделирования................... 138
3.7.4. Схема решения статистической задачи
определения оптимальной границы........ 140
3.8. Применение асимптотических законов распре-
деления для оценки безопасности полетов...... 141
Глава 4. Анализ рисков технической эргатической
системы «воздушное судно—экипаж-среда».. 147
4.1. Современные проблемы эксплуатации эргати-
ческих систем ............................... 147
6
Оглавление
4.2. Информационные потоки и неопределен-
ность в контуре эргатической системы
«воздушное судно—эки паж -среда»............. 149
4.3. Риски, проявляющиеся в процессе эксплуа-
тации эргатической системы «воздушное
судно—экипаж—среда».......................... 150
4.3.1. Основные понятия.............. 150
4.3.2. Методы оценки рисков.......... 151
4.3.3. Общая классификация рисков...... 153
4.3.4. Виды рисков, присущих составляю-
щим эргатической системы............. 153
4.4. Классификация факторов риска, проявляю-
щихся в процессе эксплуатации эргатической
системы «воздушное судно—экипаж—среда» .... 154
4.5. Оценка рисков эксплуатации эргатической
системы «воздушное судно-экипаж—среда»
с применением современных информацион-
ных технологий............................... 157
4.6. Комплексный анализ рисков столкновения
воздушного судна с наземным объектом.......... 163
4.7. Исходные данные о воздушной обстановке
в районе расположения наземного объекта....... 165
4.8. Методика определения вероятности падения
воздушного судна............................. 167
4.9. Нагрузки при столкновении воздушных судов
с наземными объектами ....................... 172
4.10. Методы вероятностно-детерминистического мо-
делирования разрушения наземного объекта .. 173
4.11. Оценка риска падения воздушного судна
на атомную электростанцию................... 177
4.12. Оценка риска разрушения защитной оболочки
реактора АЭС при директивном воздействии
воздушного судна............................. 179
4.13. Анализ негативных последствий падения
воздушного судна на АЭС и появления
летящих предметов............................ 182
4.14. Комплексный анализ негативных последствий
падения воздушного судна на экологически
опасный объект............................... 185
4.14.1. Данные об экологически опасном
объекте.............................. 185
4.14.2. Глобальная модель, программно-
технический комплекс и база данных для
исследования экологически опасного объ-
екта 187
4.14.3. Оценка риска возникновения негатив-
ных последствий при падении воздушного
судна на экологически опасный объект... 191
4.14.4. Анализ риска негативных послед-
ствий разрушения экологически опасного
объекта.............................. 192
4.15. Анализ сценария столкновения воздушного
судна с высотным объектом............... 195
Глава 5. Человеческий фактор в авиации...... 197
5.1. Основные понятия...................... 197
5.2. Влияние человеческого фактора на авиацион-
ную деятельность............................ 199
5.2.1. Безопасность...................200
5.2.2. Эффективность..................201
5.3. Структура и свойства человеческого фактора ... 201
5.3.1. Человек как индивид и как личность ... 202
5.3.2. Динамические составляющие системы
«человек—техника—среда»................203
5.3.3. Совместная деятельность и экипаж
как целое..............................208
5.3.4. Макрокомпоненты человеческого фак-
тора 210
5.4. Управление человеческим фактором........212
5.4.1. Обеспечение психофизиологического
соответствия человека требованиям профес-
сии и решаемым задачам.................212
5.4.2. Управление самочувствием и функцио-
нальным состоянием.....................218
5.4.3. Ошибки авиационного персонала и их
профилактика...........................219
5.4.4. Обучение и переподготовка авиацион-
ного персонала.........................222
5.5. Новые тенденции и перспективы эргономиче-
ских исследований............................225
Глава 6. Методы обеспечения летной годности...229
6.1. Обшие сведения..........................229
6.2. Технические средства и методы поддержания
летной годности воздушных судов в эксплуа-
тации .......................................231
6.2.1. Методы и средства обеспечения на-
дежности на этапах жизненного цикла воз-
душного судна...........................231
6.2.2. Основные вопросы поддержания лет-
ной годности воздушных судов...........238
6.2.3. Задачи автоматизированной системы
информационного обеспечения поддержания
летной годности воздушных судов Украины ... 242
6.2.4. Выбор метода эксплуатации компонен-
тов воздушных судов....................247
6.2.5. Концепция поддержания безопасности
полетов воздушных судов................253
6.2.6. Функции системы технического обслу-
живания при поддержании летной годности 260
6.3. Прочность и долговечность элементов авиацион-
ных конструкций при наличии повреждений......269
6.3.1. Влияние прочности и долговечности
авиационных конструкций на безопасность
полетов................................269
6.3.2. Расчет элементов конструкций на вы-
носливость .............................276
6.3.3. Расчет элементов конструкций на тре-
ши постой кость.........................293
6.4. Множественное разрушение материалов и кон-
струкций ....................................306
6.4.1. Характерные особенности множествен-
ного разрушения материалов.............307
Оглавление
7
6.4.2. Прогнозирование ресурса при множест-
венном разрушении.....................309
6.4.3. Множественное разрушение никеле-
вого сплава при малоцикловой усталости.310
6.4.4. Стохастические модели неоднородно-
сти длин микрометровых трещин.........312
6.4.5. Моделирование объединения рассеян-
ных дефектов..........................315
6.5. Оценка, поврежденности и мониторинг ресурса
компонентов авиационной техники в эксплуа-
тации ......................................322
6.5.1 Нагруженность и прочность конструк-
тивных элементов и методы их анализа...322
6.5.2. Методы оценки поврежденности дета-
лей газотурбинных двигателей..........328
6.5.3. Вероятностный подход к исследованию
процессов накопления повреждений.......333
6.5.4. Вероятностные модели прочности мате-
риалов деталей.........................338
6.5.5. Вероятностные модели поврежденности
и разрушения деталей..................343
6.5.6. Расчет поврежденности за полет при
статическом и циклическом нагружении...346
6.5.7. Вероятностные модели суммирования
независимых случайных повреждений......353
6.5.8. Вероятностные модели суммирования
зависимых случайных повреждений........354
6.5.9. Нелинейные модели вероятностного
суммирования повреждений...............361
6.5.10. Марковские модели накопления по-
вреждений .............................368
6.5.11. Определение вероятностных характе-
ристик коэффициентов запаса прочности и
выработки ресурса деталей газотурбинных
двигателей ...........................371
Глава 7. Техническая диагностика...........379
7.1. Общие вопросы диагностики авиационной тех-
ники ......................................379
7.2. Методы и средства дефектоскопии.......381
7.2.1. Определение показателей качества
материалов.............................381
7.2.2. Неразрушающий контроль качества
материалов.............................386
7.2.3. Информационные параметры и способы
отображения результатов неразрушающего
контроля..............................387
7.2.4. Выявление и оценка дефектов типа
несплошностей .........................399
7.2.5. Метрологическое обеспечение неразру-
шающего контроля.......................403
7.2.6. Аттестация соответствия документации
и специалистов по неразрушающему конт-
ролю 407
7.2.7. Принципы организации неразрушаю-
шего контроля на предприятии...........409
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных
судов.......................................412
7.3.1. Особенности методологии технической
диагностики механических систем .....412
7.3.2. Особенности определения технического
состояния методами дефектоскопии......413
7.3.3. Определение напряженно-деформирован-
ного состояния и свойств материалов...414
7.3.4. Использование методов неразрушающего
контроля для диагностики при техническом
обслуживании...........................419
7.3.5. Определение объемов и периодичности
диагностики ...........................420
7.3.6. Экспертно-технологические системы
диагностики............................421
7.4. Методы и системы диагностики технического
состояния авиационных двигателей в процессе
эксплуатации................................424
7.4.1. Анализ статистических данных об от-
казах и неисправностях газотурбинных дви-
гателей ...............................424
7.4.2. Методы оценки технического состояния
газотурбинных двигателей...............427
7.4.3. Параметрические методы диатостики ... 429
7.4.4. Системы диагностики газотурбинных
двигателей.............................433
7.4.5. Система управления техническим со-
стоянием газотурбинных двигателей повы-
шенной контролепригодности ........... 436
7.4.6. Задачи системы управления техниче-
ским состоянием авиационных двигателей
повышенной контролепригодности.........441
7.4.7. Параметрическая диагностика состоя-
ния проточной части двигателя..........442
7.4.8. Оперативная оценка технического состо-
яния двигателя по полетной информации .... 459
7.4.9. Оценка технического состояния двига-
теля по результатам анализа межполетных
трендов................................466
7.4.10. Комплекс задач информационной
поддержки процесса технической эксплуата-
ции авиационных двигателей.............468
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов
авиационной техники..........................471
7.5.1. Математические модели газотурбинных
двигателей и рабочих лопаток как объектов
виброакустической диагностики..........473
7.5.2. Методы обработки диагностической
информации виброакустического мониторинга
газотурбинных двигателей...............479
7.5.3. Распознавание технического состояния
лопаток газотурбинного двигателя по результа-
там обработки диагностической информации 485
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диаг-
ностике конструктивных элементов воздушных
судов 487
7.6.1. Термины и определения. Основные
параметры сигналов акустической эмиссии... 487
8
Оглавление
7.6.2. Локация развивающихся дефектов струк-
туры по сигналам акустической эмиссии .... 490
7.6.3. Обнаружение трещин по сигналам
акустической эмиссии..................499
7.6.4. Акустоэмиссионные системы локации
дефектов структуры....................511
Глава 8. Обеспечение безопасности полетов при
неблагоприятных воздействиях внешней среды ... 521
8.1. Анализ зависимости безопасности полетов
от опасных метеорологических явлений........521
8.2. Метеорологические факторы и их природа..527
8.2.1. Обледенение самолетов...........527
8.2.2. Турбулентность атмосферы........529
8.2.3. Ветровые возмущения.............531
8.2.4. Грозы и электрические разряды...533
8.2.5. Ливневые осадки.................535
8.3. Столкновение воздушных судов с инородными
предметами..................................536
8.4. Воздействие внешней среды на характеристики
воздушных судов.............................538
8.4.1. Влияние обледенения на аэродинамиче-
ские и летно-технические характеристики ... 538
8.4.2. Влияние турбулентности на летно-
технические характеристики ............540
8.4.3. Влияние сдвига ветра на полет...542
8.4.4. Влияние грозовой активности атмосферы
на полет............................. 543
8.5. Исследование влияния внешней среды на характе-
ристики воздушных судов......................547
8.5.1. Методы и процедуры исследования.547
8.5.2. Модель процесса обледенения.....549
8.5.3. Модель процесса турбулентности .551
8.5.4. Модель критического профиля сдвига
ветра 552
8.5.5. Моделирование процессов действия
грозы и интенсивных ливневых осадков...556
8.5.6. Модель динамики полета воздушного
судна..................................559
8.6. Организационные принципы метеорологического
обеспечения авиации.........................563
8.6.1. Основные определения............563
8.6.2. Международные рекомендации......564
8.6.3. Организация метеорологического обеспе-
чения полетов..........................565
8.7. Дистанционное зондирование атмосферы....568
8.7.1. Преимущества дистанционного зондиро-
вания .................................568
8.7.2. Объекты и применение дистанционного
зондирования...........................569
8.7.3. Системы и методы дистанционного
зондирования...........................570
8.7.4. Обратные задачи.................572
8.7.5. Локализация зон опасных метеорологи-
ческих явлений.........................573
8.8. Радиолокационные характеристики метеорологи-
ческих образований...........................573
8.8.1. Радиолокационная отражаемость...573
8.8.2. Параметры доплеровского спектра.... 574
8.8.3. Поляризационные параметры.......576
8.8.4. Доплеровско-поляриметрические
характеристики.........................579
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеороло-
гических явлений.............................581
8.9.1. Ливни..........................581
8.9.2. Турбулентность.................583
8.9.3. Сдвиг ветра....................588
8.9.4. Молния.........................590
8.9.5. Град...........................592
8.9.6. Обледенение самолетов..........592
8.10. Наземные средства обнаружения опасных ме-
теорологических явлений.......................593
8.10.1. Виды метеорологических радиолока-
торов 593
8.10.2. Некогерентные метеорологические
радиолокаторы..........................593
8.10.3. Доплеровские метеорологические
радиолокаторы..........................594
8.10.4. Поляризационные доплеровские
метеорологические радиолокаторы........596
8.10.5. Лидары........................596
8.10.6. Радиометры....................596
8.10.7. Радиопеленгаторы гроз.........597
8.10.8. Содары........................597
8.10.9. Средства обнаружения сдвига
ветра 597
8.10.10. Сети метеорологических радиоло-
кационных линий........................598
8.10.11. Автоматизированные метеорологи-
ческие станции.........................598
8.11. Обнаружение опасных метеорологических
явлений с борта воздушного судна..............599
8.11.1. Функции метеонавигационных радио-
локаторов ............................599
8.11.2. Принцип действия и особенности
метеонавигационных радиолокационных
станций ..............................601
8.11.3. Параметры и конструктивные особен-
ности бортовых локаторов..............601
8.11.4. Штормоскопы...................604
8.11.5. Оптические локаторы...........605
8.11.6. Комплексная локализация опасных
метеорологических явлений.............605
8.12. Спутниковые наблюдения метеорологической
обстановки ...................................606
8.12.1. Геостационарные спутники......606
8.12.2. Полярные спутники.............608
8.12.3. Система спутникового мониторинга
атмосферы.............................608
8.12.4. Метеорологическая информация...611
8.12.5. Спутниковые исследования......611
8.12.6. Погода в аэропортах...........611
8.12.7. Спутники в интегрированных сис-
темах 612
Оглавление
9
8.13. Интегрированные системы получения метеоро-
логической информации и международные
программы..................................612
8.13.1. Земля—спутник...............612
8.13.2. Аэропорт....................613
8.13.3. Борт воздушного судна.......615
8.13.4. Борт воздушного судна—спутник-
Земля 615
8.13.5. Другие специализированные интегри-
рованные системы....................618
8.13.6. Глобальная система наблюдения.618
8.14. Эффективность метеорологического обеспечения
авиации....................................619
Глава 9. Аэронавигационное обслуживание в системе
безопасности полетов....................623
9.1. Структура системы аэронавигационного обслу-
живания.....................................623
9.2. Современное состояние и перспективы развития
аэронавигационных систем....................631
9.3. Информационный контур решения динамичес-
ких конфликтных ситуаций системы аэро-
навигационного обслуживания полетов.........635
9.4. Методологическое обоснование оценки риска
столкновений................................641
9.5. Оценка риска столкновений воздушных судов
на трассах полета...........................646
9.5.1. Модель риска столкновений в результате
нарушения бокового эшелонирования.....646
9.5.2. Модель риска столкновений в случае
вертикального отклонения воздушных судов 647
9.5.3. Оценка параметров модели риска
столкновений.........................648
9.6. Оценка риска столкновений воздушных судов
в районе аэродрома..........................652
9.7. Повышение уровня безопасности полетов путем
комплексного использования средств аэронави-
гации ......................................657
9.7.1. Комплексная обработка навигационной
информации и информации системы управле-
ния воздушным движением..............657
9.7.2. Логический анализ ситуаций для выра-
ботки стратегии совместной обработки аэро-
навигационной информации.............657
9.7.3. Оптимизация потока воздушных
судов................................662
9.7.4. Определение оптимального количества
информационных систем для максимизации
потока обслуживаемых воздушных судов без
учета экономических показателей ....665
9.7.5. Влияние вероятности обнаружения
воздушных судов на время наблюдения при
заданных средних затратах ...........667
9.7.6. Процедура суммирования решений,
полученных от нескольких информационных
систем...............................668
9.7.7. Определение оптимального количества
информационных систем для максимизации
потока обслуживаемых воздушных судов
с учетом экономических показателей...670
9.7.8. Математическая модель многоальтерна-
тивного последовательного правила....671
9.7.9. Последовательный многокритериальный
анализ в диагностике особых ситуаций.674
9.8. Оценка влияния интегрированных навигацион-
ных средств на вероятность классификации
ситуаций воздушной обстановки в интегриро-
ванной аэронавигационной системе............678
9.8.1. Принцип построения интегрированных
систем предупреждения столкновений...678
9.8.2. Моделирование вероятностных харак-
теристик усовершенствованной интегриро-
ванной системы предупреждения столкно-
вений ...............................680
9.8.3. Анализ схем объединения координатной
информации в интегрированных системах
принятия решений.....................682
9.8.4. Расчет вероятностных характеристик при
объединении информации от разных систем
определения местоположения воздушного
судна................................686
Глава 10. Безопасность авиационных информационно-
коммуникационных систем...................689
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных
информационно-коммуникационных систем 689
10.1.1. Основные понятия и определения 689
10.1.2. Стандарты информационной безопас-
ности .............................694
10.1.3. Современные методы и средства
оценки состояния безопасности......697
10.1.4. Особенности безопасности авиацион-
ных информационно-коммуникационных
систем.............................700
10.2. Каналы утечки в информационно-коммуника-
ционных системах..........................703
10.3. Методы зашиты информации в авиационных
информационно-коммуникационных системах 713
10.3.1. Классификация средств технической
защиты информации в каналах общего
пользования........................713
10.3.2. Устройства защиты информации в
телекоммуникационных системах.......720
10.3.3. Индикаторы поля............731
10.3.4. Сканирующие приемники......736
10.3.5. Многофункциональные поисковые
системы............................738
10.3.6. Обнаружители и подавители дикто-
фонов и высокочастотных электронных
устройств..........................750
10.3.7. Системы виброакустического зашум-
ления .............................754
10.3.8. Нелинейные радиолокаторы ..760
10.4. Обеспечение безопасности авиационных ин-
формационно-коммуникационных систем........761
10
Оглавление
10.4.1. Анализ современного состояния сети
ATN 761
10.4.2. Особенности использования линий
передачи в современных сетях общего пользо-
вания ...............................768
10.4.3. Классификация атак на информацион-
ные ресурсы компьютерных систем......782
10.4.4. Требования к комплексной системе
защиты информации в авиационных инфор-
мационно-коммуникационных системах.... 787
10.4.5. Логико-лингвистический подход при
решении задач оценки состояния безопаснос-
ти в информационно-коммуникационных
системах.............................793
10.5. Безопасность программного обеспечения авиаци-
онных систем................................805
10.5.1. Нормативные документы и стандарты.
Бортовое программное обеспечение.....805
10.5.2. Процессы разработки, верификации и
аттестации программного обеспечения..807
10.5.3. Инструментальное программное
обеспечение..........................812
10.5.4. Инженерия программного обеспече-
ния 816
10.5.5. Качество программного обеспечения 822
Глава 11. Расследование авиационных происшествий 826
11.1. Нормативная база......................826
11.2. Организация расследования авиационных проис-
шествий ....................................827
11.2.1. Порядок оповещения об авиационном
происшествии.........................827
11.2.2. Первичные действия должностных лиц
в случае авиационного происшествия...830
11.2.3. Порядок создания комиссии по рассле-
дованию авиационных происшествий.....831
11.2.4. Работа комиссии по расследованию
авиационных происшествий ............834
11.3. Средства накопления и сохранения полетной
информации..................................836
11.4. Исследование динамики движения воздушного
судна при расследовании авиационного про-
исшествия ..................................851
11.4.1. Методы повышения достоверности
параметрической информации ..........851
11.4.2. Построение траектории полета воздуш-
ного судна...........................859
11.4.3. Методы определения массы воздушного
судна 866
Глава 12. Авиационная безопасность..........872
12.1. Терроризм на авиационном транспорте....872
12.1.1. Понятие о терроризме, характеристика
и анализ угроз гражданской авиации....872
12.1.2. Средства, применяемые для осущест-
вления актов незаконного вмешательства 885
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов
незаконного вмешательства....................897
12.2.1. Задачи, принципы и правовая основа
авиационной безопасности..............897
12.2.2. Программы безопасности гражданской
авиации..............................900
12.2.3. Методы и средства обнаружения
запрещенных к провозу предметов.......907
Глава 13. Экологическая безопасность авиации.915
13.1. Сбалансированный подход к проблеме охраны
окружающей среды............................915
13.2. Моделирование воздействия авиационного
шума на окружающую среду....................917
13.3. Моделирование загрязнения атмосферного
воздуха в районе аэропорта..................922
13.4. Моделирование риска третьей стороны в районе
аэропорта...................................925
13.5. Наивыгоднейшие процедуры полета исходя из
условий уменьшения воздействия на окружаю-
щую среду...................................929
13.6. Административные процедуры охраны окру-
жающей среды в окрестности аэропорта.........932
Глава 14. Обеспечение экономической безопасности
авиационной отрасли......................935
14.1. Сущность и основные направления обеспече-
ния экономической безопасности государства ... 935
14.2. Основные элементы экономической безопас-
ности авиационного транспорта...............937
14.3. Основные показатели и перспективы развития
деятельности предприятий гражданской авиа-
ции Украины..................................944
14.4. Построение системы экономической безопас-
ности авиационной отрасли....................949
14.5. Распределение пассажиропотоков на внутрен-
них линиях по перспективным аэропортам
Украины......................................952
14.6. Обоснование развития системы экономической
безопасности авиационной отрасли.............955
Глоссарий....................................959
Список использованной литературы.............977
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ААС — авиационная административная связь
АБ - авиационная безопасность
АВЭС — авиационная воздушная электросвязь
АД - авиационный двигатель
АДП — аэродромный диспетчерский пункт
АЗН - автоматическое зависимое наблюдение
АЗП — автоматический заход на посадку
АиРЭО — авиационное и радиоэлектронное оборудование
АК - авиакомпания
АКК - адаптивная кодовая книга
AM - амплитудная модуляция
АМД - авиационный маршевый двигатель
АМИИС - автоматическая метеорологическая инфор-
мационно-измерительная система
АМО — аэродромный метеорологический орган
АМП - авиационный метеорологический пост
АМС - авиационная метеорологическая станция
АМСГ — авиационная метеорологическая станция граж-
данская
АМЦ - авиационный метеорологический центр
АНВ - акт незаконного вмешательства
АНО - аэронавигационное обслуживание
АНС - аэронавигационная система
АНЭС - авиационная наземная электросвязь
АО - авиационное оборудование
АОС - авиационная оперативная связь
АП - авиационное происшествие
АП-25 - авиационные правила, часть 25 Норм летной
годности самолетов транспортной категории
АЛД - аппаратура передачи данных
АПЛ - анализатор проводных линий
АПО - амплитудный порог ограничения
АППИ - автоматический пункт приема информации
АПУ - Авиационные правила Украины
АРЗ — авиационный ремонтный завод
АР МАК-Авиационный регистр Международного авиа-
ционного комитета
АРУ - автоматическая регулировка усиления
АС - аварийная ситуация
АСД - автоматизированная система диагностики
АСК - аварийно-спасательная команда
АС ПАП — автоматизированная система предупрежде-
ния авиационных происшествий
АС УВД - автоматизированная система управления воз-
душным движением
АТ - авиационная техника
АТБ — авиационно-техническая база
АТС — авиационная транспортная система
АФ — аварийные факторы
АФО — анализ функциональных отказов
АФЦК — автомат формирования циклического контроля
АЦП — аналого-цифровой преобразователь
АЧХ — амплитудно-частотная характеристика
АПТ — авиационный шум
АЭ — акустическая эмиссия
АЭкр — акустический экран
АЭС — атомная электростанция
БАМ — базовая акустическая модель
БАМД — банк авиационных метеорологических данных
БАСК — бортовые автоматизированные системы кон-
троля
БД — база данных
БМД — база метеоданных .
БО — бортовое оборудование
БП — безопасность полетов
БПФ — быстрое преобразование Фурье
БС — биспектр
БСК — бортовая система контроля
БСКД — бортовая система контроля двигателя
БСПС — бортовая система предупреждения столкновений
БЦВМ — бортовая цифровая вычислительная машина
ВАРУ — временная автоматическая регулировка усиления
ВВ — воздушный винт
ввзп — величина вероятности, закладываемой в проект
ВВП — валовой внутренний продукт
ВД — высокое давление
вдо — величина дистанции отбора
ВЖ — время жизни
ВИС — виртуальная измерительная система
ВМО — Всемирная метеорологическая организация
ВНА — входной направляющий аппарат
ВНН — время наибольшей нагрузки
ВНП — валовой национальный продукт
ВИС — вероятностная нейронная сеть
ВОРЛ — вторичный обзорный радиолокатор
ВП — Вейвлет-преобразование
ВПП - взлетно-посадочная полоса
впц — взлетно-посадочный цикл
ВРДЦ — вспомогательный районный диспетчерский
центр
ВС — воздушное судно
ВСЗП — Всемирная система зональных прогнозов
12
Список сокращений
ВСП — Всемирная служба погоды
ВСУ — вспомогательная силовая установка
ВТ — воздушный транспорт
ВЦЗП — Всемирный центр зональных прогнозов
ВЧ — высокая частота
ВЩАР — волноводно-щелевая антенная решетка
вэк — важный элемент конструкции
ГА — гражданская авиация
ГАМЦ — главный авиационный метеорологический
центр
ГГО — генератор горизонтального отклонения
ГГС — громкоговорящая связь
ГЗИ — генератор зондирующих импульсов
ГИБП — главная инспекция по безопасности полетов
ГИС — гибкие информационные системы
ГКПО — гарантия качества программного обеспечения
гмц — гидрометеорологический центр
ГПГ — группа профессиональной годности
ГСИ — государственная система измерений
ГСМ — горюче-смазочные материалы
ГТД — газотурбинный двигатель
ГТС — городская телефонная станция
ДВО — динамическая воздушная обстановка
ДЗ — дистанционное зондирование
ДИИБ — дистанционный индикатор информационной
безопасности
ДКЭТ — диссипация кинетической энергии турбулент-
ности
ДН — диаграмма направленности
до — дерево отказов
док — демодулятор обратного канала
доп — диспетчерский орган подхода
ДС — доплеровский спектр
ДСА — досрочный съем агрегата
ДСВ — дискретные случайные величины
ДСД — досрочный съем двигателя
ДУ — дифференциальное устройство
ЕКА — Единый каталог агрегатов
ЕМР — единица младшего разряда
ЕНЛГС — Единые нормы летной годности самолетов
ЕС — Европейский Союз
ЕСКД — Единая система конструкторской документации
ЕСТД — Единая система технологической документации
ЕСТПП — Единая система технологической подготовки
производства
ЕСУВД — Единая система управления воздушным дви-
жением
ЖТ КС — жаровая труба камеры сгорания
ЖЦ — жизненный цикл
ЗАМЦ — зональный авиационный метеорологический
центр
ЗБН — защищенный бортовой накопитель
ЗВ — загрязняющее вещество
ЗГ — задающий генератор
зго — зона градовой опасности
ЗИ — зондирующий импульс
змо — зона молниевой опасности
ЗОБ — зона общественной безопасности
300 — зона опасного обледенения
зот — зона опасной турбулентности
ЗП - задняя подвеска
ЗПВ ПС — заслонка перепуска воздуха подпорных сту-
пеней
зпо — зона повышенной отражаемости
зев — зона сдвига ветра
ЗУ — запоминающее устройство
ИАС — инженерная авиационная служба
ИД — интервал дискретизации
ИИС — информационно-измерительная система
ИК — инфракрасный
ИКМ — импульсно-кодовая модуляция
ИЛО — интенсивные ливневые осадки
ИНС — инерционная навигационная система
ИП — информационные потоки
ИПС — информационно-поисковая система
ИС — информационная система
ИСПС — интегрированная система предупреждения стол-
кновений
ИТС — инженерно-техническая служба
ИУС — информационно-управляющая система
КА — космический аппарат
КБН — кассетный бортовой накопитель
квд — компрессор высокого давления
квк — количество виртуальных каналов
КВС — командир воздушного судна
КЗ — комплекс задач
КИ — комплектующее изделие
КИА — контрольно-измерительная аппаратура
КИСС — комплексная информационная система сигна-
лизации
КК — корреляционный коэффициент (коэффициент
корреляции)
КЛГ — критерий летной годности
кнд — компрессор низкого давления
КОД — конечное оборудование данных
КОП - канал общего пользования
КОСПАС-САРСАТ - Центр координации Международ-
ной космической системы поиска и спасения воз-
душных судов
КПА — контрольно-проверочная аппаратура
КПВ - клапан перепуска воздуха
КПД - коэффициент полезного действия
КРАМС — комплексная радиотехническая автоматичес-
кая метеорологическая станция
КС — катастрофическая ситуация
КСВ — коэффициент стоячей волны
КТ — короткие трещины
КУН - карточка учета неисправностей
КФ — корреляционная функция
кцпс — координационный центр поиска и спасения
КЭ — конструктивный элемент
ЛА — летательный аппарат
Список сокращений
13
ЛВС — локальная вычислительная сеть
ЛГ — летная годность
ЛД - лаборатория диагностики
ЛДО — линейное деполяризационное отношение
ЛП — лингвистическая переменная
ЛПР - лицо, принимающее решение
ЛРС — линейный регистр сдвига
ЛТХ — летно-технические характеристики
ЛЧМ — линейная частотная модуляция
ЛЭ — летная эксплуатация
МАГАТЭ — Международное агентство по атомной энергии
МАК — Межгосударственный авиационный комитет
МАСУ — многоуровневая автоматизированная система
управления
МВД — Министерство внутренних дел
МВЛ — местные воздушные линии
МГ - малый газ
МД - маршевый двигатель
МДП — местный диспетчерский пункт
МК - мобильный компьютер
МККТТ — Международный консультативный комитет
по телефонии и телеграфии
МКЭ — метод конечных элементов
МЛТС — метод лингвистических термов с использова-
нием статистических данных
ММ - математическая модель
ммп — метод максимального правдоподобия
ММТ - микрометровые трещины
МНиБП — модель надежности и безопасности полета
МНРЛК — метеонавигационный радиолокационный
комплекс
МНРЛС — метеонавигационная радиолокационная станция
МНС - метод наискорейшего спуска
МО - математическое ожидание
МОЗ - молниеопасная зона
МОК - модулятор обратного клапана
МОП - многоочаговое повреждение
МОС - методы оценки соответствия
МР - множественное разрушение
МРЛ - метеорологический радиолокатор
МРЛС - метеорологическая радиолокационная станция
МС - метрологическая служба
MCA - международная стандартная атмосфера
МСЗ - метеорологический спутник Земли
МСРП - магнитный самописец режимов полета
МСЭ - межсетевой экран
МТС - модель технического состояния
МТТ - микротелефонная трубка
НАС - Национальная авиационная система
НАУ - Национальный авиационный университет
НБСК - наземно-бортовая система контроля
нвдп - непосредственное взаимодействие диспетчер-
ских пунктов
нвп- наставление по выполнению полетов
НД - низкое давление
НДС - напряженно-деформированное состояние
НИР — научно-исследовательская работа
НК — неразрушающий контроль
НЛГ — Нормы летной годности
НЛГС — Нормы летной годности самолетов
НМО — Наставление по метеорологическому обеспе-
чению
НМОП ГА — Наставление по метеорологическому обес-
печению полетов гражданской авиации
НМС — Национальная метеорологическая (или гидро-
метеорологическая) служба (термин ВМО)
HP — насос-регулятор
НС — нормальная ситуация
НСИ — нормативно-справочная информация
нтд — нормативно-техническая документация
НФ — неблагоприятный фактор
НЧ — низкая частота
НЭ — нормальная эксплуатация
ОВД — обслуживание воздушного движения
ОВР — оценка вероятных рисков
овч — очень высокая частота
ОГ — оперативная группа
ОД — объект диагностики
ОДЭ — ошибочные действия экипажа
ОЕС — окружающая естественная среда
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство
ОН — основное изделие
ОК — объект контроля
ОКР — опытно-конструкторские работы
ОкС — окружающая среда
омя — опасное метеорологическое явление
ООПС — охрана окружающей природной среды
опмно — основной перечень минимально необходи-
мого оборудования
ОПС — окружающая природная среда
ОС — особая ситуация
ОТД — основные технические данные
ОУ — операционный усилитель
ОУк — объект «Укрытие»
ОУЭ — ожидаемые условия эксплуатации
ПАНХ — применение авиации в народном хозяйстве
ПАЭ — процесс аэродромной эксплуатации
ПВ — плотность вероятности
ПВВ — порт ввода—вывода
ПВС — повреждение воздушного судна
ПГИ — программный графический интерфейс
ПД — передача данных
пдо- планово-диспетчерский отдел
пдсп - планово-диспетчерская служба предприятия
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство
ПИ - процесс использования
пио — полетно-информационное обслуживание
ПК — персональный компьютер
ПКФ — показатель качества функционирования
ПКЭ — процесс коммерческой эксплуатации
ПМНО — перечень минимально необходимого обору-
дования
14
Список сокращений
ПО — программное обеспечение
ПОРЛ — первичный обзорный радиолокатор
ПОС — противообледенительная система
ППВС — пространственное положение воздушного
судна
ПР — принятие решений
ПРД — передатчик
ПРМ — приемник
ПСП — псевдослучайная последовательность
ПТК — программно-технический комплекс
ПТО — процесс технического обслуживания
ПУ — подслушивающее устройство
ПУФ — пороговый уровень фиксации
ПФАНС — процесс функционирования аэронавигаци-
онной системы
ПФПВК — психофизиологические профессионально важ-
ные качества
ПЧ — промежуточная частота
ПЭ — процесс эксплуатации
ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная
машина
ПЭМИН — побочные электромагнитные излучения и
наводки
ПЭП — пьезоэлектрический преобразователь
РВП — разность во врехмени прибытия
РД — радйодетектор
РДЦ — районный диспетчерский центр
РК — разделительный корпус
РКД — рабочая конструкторская документация
РЛ — рабочая лопатка
РЛК — радиолокационный комплекс
РЛМО — радиолокационный маяк-ответчик
РЛС — радиолокационная станция
РЛЭ — Руководство по летной эксплуатации
РО — радиолокационная отражаемость
РОТ — режим обратной тяги
РПУ — радиопередающее устройство
РСБН — радиолокационная система ближней навигации
РСДН — радиолокационная система дальней навигации
РСТС — радиоизлучающие специальные технические
средства
РТО — Регламент технического обслуживания (устарев-
ший)
РТУ — регионально-транзитный узел
РУ — региональный узел
РУД — рычаг управления двигателем
РЦЗП — региональный центр зональных прогнозов
РЭ — Руководство по эксплуатации
в*
РЭД — регулятор электронный двигателя
РЭО — радиоэлектронное оборудование
СА — сопловой аппарат
САПР — система автоматизированного проектирования
СБ - сертификационный базис
СВ — сдвиг ветра
СВЧ — сверхвысокочастотный
СДО — спектральная дифференциальная отражаемость
СДП — стартовый диспетчерский пункт
СЗЗ — санитарно-защитная зона
СЗИ — сертификационные заводские испытания
СК - система качества
СКВ — система кондиционирования воздуха
СКИ — сертификационные контрольные испытания
СКО — среднеквадратичное отклонение
СЛДО — спектральное линейное деполяризационное
отношение
СМП — самолетохмоторный парк
СМУ — сложные метеорологические условия
СНГ — Содружество Независимых Государств
СНК — средства неразрушаюшего контроля
СО — стандартный образец
СОДУН — система оценки достигнутого уровня надеж-
ности
СОК — средства объективного контроля
СОНК — стандартные образцы неразрушающего конт-
роля
соп — сеть общего пользования
СОЭБ — система обеспечения экономической безопас-
ности
СП — спектральная плотность
СПАС — система прямых авиационных связей
спд — сеть (система) передачи данных
спкд — система параметрического контроля и диаг-
ностики
СПМ — спектральная плотность мощности
СПС — система предупреждения столкновений
спсз — система предупреждения столкновений с зем-
лей
СПУ — самолетное переговорное устройство
СПУПА — синхронная передача углового положения
антенны
СС — сложная ситуация
ССЛА — система стабилизации луча антенны
ссш — соотношение «сигнал/шум»
СТД — система транспорта данных
СТЗИ — средства технической защиты информации
СТС — сложная техническая система
СУ - силовая установка
СУБД — система управления базой данных
СУД — сервер удаленного доступа
СУК - система управления качеством
СУЛиТЭ — система управления летной и технической
эксплуатацией
СУТЭ — система управления технической эксплуата-
цией
СЧ — средняя частота
СЧМС — система «человек—машина-среда»
счтс - система « ч е л о ве к—те х н и ка—с ре д а »
СЭ — суперэлементы
ТА — телефонный аппарат
ТАД — труба аэродинамическая
ТАМ — траекторная акустическая модель
ТВД - ту рб о в и н то во i i д в и г ател ь
Список сокращений
15
ТД - техническая диагностика; техническая докумен-
тация
ТЗ - техническое задание
ТЗИ - техническая защита информации
ткоп — телефонный канал общего пользования
ТНД - турбина низкого давления
ТО - техническое обслуживание
ТОиР - техническое обслуживание и ремонт
ТРД - турбореактивный двигатель
ТРДД - турбореактивный двухконтурный двигатель
ТС - техническое состояние
тсоп - телефонная сеть общего пользования
ТГ - технические требования
ТУ - технические условия
ТУС - территориальный узел связи
ТЧ - тональная частота
ТЭ - техническая эксплуатация
ТЭО - техническая эксплуатация до отказа
ТЭП - техническая эксплуатация до предотказного со-
стояния
ТЭР - техническая эксплуатация по ресурсу
ТЯН - турбулентность в ясном небе
УБП - уровень безопасности полета
УВД - управление воздушным движением
УВО - усилитель вертикального отклонения
УГО - усилитель горизонтального отклонения
УД - узел доступа
УЗД - уровень звукового давления
УКВ - ультракороткие волны
УКПО-управление конфигурацией программного обес-
цдс — центральная диспетчерская служба
ШТОС - цифровой процессор обработки сигналов
ЦСИУ — цифровая сеть с интегрированием услуг
ЦТОиР — центр технического обслуживания и ремонта
ЦУ — центральный узел
ЧА - чувствительность аппаратуры
ЧАМП — численно-аналитический метод потенциала
ЧАЭС — Чернобыльская атомная электростанция
чвп — частотно-временное преобразование
ЧМ — частотная модуляция
чнн — часы наибольшей нагрузки
ЧП — чрезвычайное происшествие
шдс — ширина доплеровского спектра
ШРР — шум—режим—расстояние
ЭВМ — электронно-вычислительная машина
ЭД — эксплуатационная документация
ЭДС — электродвижущая сила
ЭЛТ — электронно-лучевая трубка
ЭМВ — электромагнитная волна
ЭМВОС — эталонная модель взаимодействия открытых
систем
ЭМИ — электромагнитное излучение
ЭП — эксплуатационное предприятие
ЭПР — эффективная площадь рассеивания
ЭРТОС — эксплуатация радиотехнического оснащения
и связи
ЭС — эргатическая система
ЭТД — эксплуатационно-техническая документация
ЭЦП - электронно-цифровая подпись
'РФ — психофизиологический профиль
печения
УНСИ - устройство несанкционированного съёма ин-
формации
УНЧ - усилитель низкой частоты
УОВ - уровень отбора по вероятности
УП - усталостное повреждение
УПД - устройство подавления диктофонов
УППС - условия применения парка самолетов
УУП - усложнение условий полета
УФ - ультрафиолетовый
ФАА-Федеральная авиационная администрация (США)
ФАП-Федеральные авиационные правила (Российская
Федерация)
ФАС - Федеральная авиационная служба (Российская
Федерация)
ФВЧ - фильтр высоких частот
ФД - фазовый детектор
ФЗ - функциональная значимость
ФКК - фиксированная кодовая книга
ФНЧ - фильтр низких частот
ФО - функциональный отказ
ФП - функция принадлежности
ФС - функциональная система
ФСО - функциональное состояние оператора
ХУУ - характеристики устойчивости и управляемости
ЦАП - цифро-аналоговое преобразование
ААС — Aeronautical Administrative Communication (авиа-
ционная административная связь)
ACARS — Aircraft Communications Addressing and Reporting
System (система связи воздушных судов для адреса-
ции и передачи сообщений)
AD — Airworthiness Directives (Директивы летной год-
ности)
ADS - Automatic Dependent Surveillance (автоматическое
зависимое наблюдение)
AED — Airworthiness Engineering Department (техничес-
кий отдел летной годности воздушных судов)
AFM - Aircraft Flight Manual (Руководство по летной
эксплуатации)
AFS — Aeronautical Fixed Service (аэронавигационная
служба стационарных средств связи)
AFTN — Aeronautical Fixed Telecommunications Network
(сеть авиационной фиксированной электросвязи)
AID - Airworthiness Inspection Department (отдел инс-
пекции летной годности)
AIDC — Airtraffic Service Inter Facility Data Communication
(цифровая связь между центрами организации воз-
душного движения)
AIRMET - Airmen’s Meteorological Advisory (информа-
ция об опасных явлениях погоды на маршруте на
низких высотах)
16
Список сокращений
AIS — Aeronautical Information Service (Служба аэрона-
вигационной информации)
ALARP - As Low as Reasonable Practically (до такой сте-
пени, насколько это практически разумно)
ALERFA — кодовое слово, применяемое для обозначе-
ния аварийной стадии тревоги
AM — Amplitude Modulation (амплитудная модуляция)
АМС — Acceptable Means of Compliance (приемлемые
способы обеспечения соответствия)
AMDAR — Automated Meteorological Data and Reporting
(Aircraft Meteorological Data Relay) (трансляция ме-
теоданных из самолета)
AMO — Approved Maintenance Organisation (одобренная
Организация по техническому обслуживанию)
AMOS — Automated Meteorological Observing Station (стан-
ция автоматизированного метеорологического на-
блюдения)
AMS — Aeronautical Mobile Service (авиационная служба
движения)
AMSS — Aeronautical Mobile Satellite Service (авиацион-
ная мобильная спутниковая связь)
ANS — Air Navigation System (аэронавигационная система)
АОС — Air Operator Certificate (Сертификат эксплуатанта)
APC — Aeronautical Passenger Communication (авиацион-
ная связь для пассажиров)
Arinc (ARINC) — Aeronautical Radio Inc. (организация,
определяющая требования к бортовой авионике)
AS — Alerting Service (аварийное обслуживание)
ASAP — Automated Shipboard Aerological Program (авто-
матизированная самолетная аэрологическая про-
грамма)
ASDAR — Aircraft to Satellite Data Relay (система сбора и
передачи данных с самолета на спутник)
ASM — Airspace Management (менеджмент воздушного
пространства)
ASOS — Automated Surface Observing System (автомати-
зированная система наблюдения поверхности)
АТА —Air Transport Association (Ассоциация воздушного
транспорта, США)
ATAS — Air Traffic Advisory Service (консультативное об-
служивание)
АТС — Air Traffic Control (управление воздушным дви-
жением)
ATCS — Air Traffic Control Service (диспетчерское обслу-
живание)
ATFM — Air Traffic Flow Management (организация по-
токов воздушного движения)
ATIS — Automatic Terminal Information Sen'ice (служба
автоматической передачи информации в районе аэро-
дрома)
ATM - Air Traffic Management (организация воздушно-
го движения)
ATN —Aeronautical Telecommunication Network (сеть авиа-
ционной телекоммуникационной связи)
ATS — Air Traffic Services (обслуживание воздушного
движения)
ATSC - Air Traffic Services Communication (связь служ-
бы управления движением)
AWOS — Automated Weather Observing System (автомати-
зированная система метеорологического наблюдения
поверхности)
BCAR - British Civil Airworthiness Requirements (англий-
ские нормы летной годности)
BUFR — Binary Universal Form for the Representation of
Meteorological Data (универсальная бинарная форма
представления метеорологических данных)
САА - Civil Aviation Authority (Государственная авиаци-
онная администрация)
САЕР — Committee on Aviation Environmental Protection
(Комитет по охране окружающей среды от воздей-
ствия авиации)
CAESE - Computer Aided Empirical Software Environment
(программная среда для автоматизированного ввода
и обработки эмпирических данных)
CALS — Continuous Acquisition and Life Cycle Support
(непрерывный надзор и поддержание жизненного
цикла)
САМО — Continuing Airworthiness Management Organisa-
tion (Управление по поддержанию летной годности)
САР — Carrier less Amplitude / Phase Modulation (ампли-
тудно-фазовая модуляция с подавлением несущей)
CARE - Computer Aided Reverse Environment (программ-
ная среда для поддержания процессов реверсивной
инженерии)
CASE - Computer Aided Software Environment (программ-
ная среда для поддержания процессов прямой ин-
женерии)
Cb — Cumulonimbus (кучево-дождевые облака)
CDL - Configurartion Deviation List (Перечень минималь-
но необходимого оборудования)
CFIT - Controlled Flight Into Terrain (столкновения ис-
правных воздушных судов с землей)
CIDIN - Common ICAO Data Interchange Network (об-
щая сеть обмена данными ICAO)
CLNP - Connectionless Network Protocol (протокол се-
тевого уровня)
CNS — Communication, Navigation and Surveillance (сис-
тема связи, навигации и наблюдения)
CNS/ATM — Communications, Navigation and Surveillan-
ce I Air Traffic Management (связь, навигация и на-
блюдение / организация воздушного движения)
СОМ - Communication (служба авиационной электро-
связи)
CPDL- Controller-Pilot Data Line (линия связи диспет-
чер-пилот)
CSPDN - Circuit Switched Public Data Network (обще-
доступная цифровая коммутированная сеть переда-
чи данных)
CVDR - Cockpit Voice and Data Recorder (цифровой ре-
гистратор звуковой информации)
CVR — Cockpit Voice Recorder (регистратор звуковой
информации)
Список сокращений
17
CW - Continuous Wave (телеграфные сигналы)
DARR - Delft Atmospheric Research Radar (Дельфийский
радар исследования атмосферы)
DCA — Director of Civil Aviation (Руководитель службы
гражданской авиации)
DETRESFA — кодовое слово, используемое для обозна-
чения аварийной стадии бедствия
DFDR - Digital Flight Data Recorder (цифровой регист-
ратор полетных данных)
DME — Distance Measuring Equipment (дальномерное
оборудование)
DMSP — Defence Meteorological Satellite Program (Обо-
ронная метеорологическая спутниковая программа)
DOA - Design Organisation Approval (Сертификат разра-
ботчика)
DOD (DoD) — Department of Defense (Министерство
обороны США)
DOS - Disk Operating System (дисковая операционная
система)
DVOR — Doppler VOR (доплеровский всенаправленный
О ВЧ - радиомая к)
EANPG — European Air Navigation Planning Group (Евро-
пейская группа аэронавигационного планирования)
EASA — European Aviation Safety Agency (Европейское
агентство по безопасности авиации)
ЕСАС — European Civil Aviation Conference (Европей-
ская конференция гражданской авиации)
EDR - Eddy Dissipation Rate (скорость диссипации ки-
нетической энергии турбулентности)
EPNL - Effective Pereived Noise Level (эффективный
воспринимаемый уровень шума)
EROPS — Extended Range Operations by Turbine-Engined
Aeroplanes (полеты увеличенной дальности самоле-
тов с газотурбинными силовыми установками)
ES - End System (оконечная система)
ESA - European Space Agency (Европейское космичес-
кое агентство)
ETOPS - Extended Range Operations by Twin-Engined
Aeroplanes (полеты увеличенной дальности само-
летов с двумя газотурбинными силовыми установками)
EU - European Union (Европейский Союз)
EUROCAE - European Organization for Civilian Aviation
Equipment (Европейская организация по авиацион-
ному оснащению гражданской авиации)
EUROCONTROL — European Organisation for the Safety
of Air Navigation (Европейская организация по без-
опасности воздушной навигации)
FAA- Federal Aviation Administration (Федеральная авиа-
ционная администрация США)
FANS - Future Air Navigation System (аэронавигацион-
ная система будущего)
FAR - Federal Aviation Regulations (Федеральные авиа-
ционные правила, США)
FDDI - Fiber Distributed Data Interface (распределенный
интерфейс передачи данных оптоволоконным кабе-
лем)
FDPS — Flight Data Processing System (система обработ-
ки полетных данных)
FDR — Flight Data Recorder (регистратор полетных данных)
FEATS — Future European Air Traffic System (будущая
европейская система организации воздушного дви-
жения)
FICO — Federal Interdesciplinary CoMMission on Noise
(Федеральная междисциплинарная комиссия по
шуму, США)
FIR — Flight Information Region (район полетной ин
рор-
мации)
FIS — Flight Information Service (полетно-информаци-
онное обслуживание)
FR — Frame Relay (технология покадровой передачи
данных)
FRAD — Frame Relay Access Device (устройство доступа
к Frame Relay)
FSS — Flight Service Station (станция обслуживания по-
летов)
FTP — File Transfer Protocol (протокол передачи фай-
лов)
GAMET — General Aviation Meteorological Information
(зональный прогноз, который составляется в виде
открытого текста для полетов на низких высотах в
районе полетной информации)
GBAS — Ground-Based Augmentation System (наземная
система функционального дополнения)
GCOS — Global Climate Observing System (Глобальная
система наблюдения климата)
GLONASS — Global Orbiting Navigation Satellite System
(Глобальная орбитальная навигационная спутнико-
вая система)
GM - Guidance Material (Руководящие или методичес-
кие материалы)
GNSS — Global Navigation Satellite System (Глобальная
навигационная спутниковая система)
GOS — Global Observing System (Глобальная система
наблюдения)
GPS - Global Positioning System (Глобальная система
определения местоположения)
GPWS — Ground Proximity Warning System (система пре-
дупреждения о приближении к земле)
GTS — Global Telecommunication System (Глобальная
система связи)
HFDL — High Frequency Data Link (высокочастотный
канал цифровой связи)
HGS — Head Up Guidance System (руководящая, голов-
ная система управления)
HTML - Hypertext Markup Language (язык разметки
гипертекста)
HTTP — Hypertext Transfer Protocol (протокол передачи
гипертекста)
IATA — International Air Transport Association (Междуна-
родная ассоциация воздушного транспорта)
ICA - Airports Council International (Международный
совет аэропортов)
2 8-470
18
Список сокращений
ICAO — International Civil Aviation Organization (Между-
народная организация гражданской авиации)
ICMP — Internet Control Massage Protocol (протокол уп-
равляющих Internet-сообщений)
IDN — Integrated Digital Network (интегрированная циф-
ровая сеть)
IDRP — Inter Domain Routing Information Exchange
Protocol (протокол межобластного обмена маршрут-
ной информацией)
IGOSS — Integrated Global Ocean Services System (Инте-
грированная глобальная океаническая система об-
служивания)
ILS — Instrument Landing System (система посадки по
приборам)
INCERFA — кодовое слово, обозначающее аварийную
стадию неопределенности
IOSA — IATA Operational Safety Audit Programme (Про-
грамма аудита эксплуатационной безопасности)
IP — Internet Protocol (протокол межсетевого обмена)
IPO — International Program Office (международный офис
NOAA, DOD и NASA по системе NPOESS)
IPX — Internet Packet Exchange (протокол межсетевого
пакетного обмена)
IR — Infra Red (инфракрасный)
IS — Intermediate System (промежуточная система)
ISARPs — IOSA Standards and Recommended Practices
(Стандарты и Рекомендуемая практика IOSA)
ISDN — Integrated Services Digital Network (цифровая сеть
общего обслуживания)
ISO — International Standard Organization (Международ-
ная организация стандартизации)
ITSEC — Information Technology Security (безопасность
информационных технологий)
ITWS — Integrated Terminal Weather System (интегриро-
ванная метеорологическая система аэропорта)
JAA — Joint Aviation Authorities (Объединенные авиаци-
онные власти)
JAR —Joint Aviation Requirements (Европейские объеди-
ненные авиационные требования)
LAN — Local Area Network (локальная вычислительная сеть)
LLWAS — Low Level Wind Shear Alert System (система
предупреждения о сдвиге ветра на малых высотах)
LRC — Langley Research Center (пакет оценки надеж-
ности)
LSB — Lower Side Band (нижняя боковая полоса)
LSP — Line Spectrum Pairs (пары линейного спектра)
LVTO — Low Visibility Takeoff (взлет при низкой видимости)
LIDS — Linux Instrusion Detection Systems (версия опе-
рационной системы UNIX)
MARSE — Measured Area of the Rectified Signal Envelope
(измеренная площадь под огибающей сигнала акус-
тической эмиссии)
MEL — Minimum Equipment List (Перечень допустимых
отказов)
MET — Meteorological Services (метеорологическое обес-
печение аэронавигации)
METAR — Aviation Routine Weather Report (регулярная
авиационная сводка погоды)
METG — Meteorological Group EANPG (Метеорологи-
ческая группа EANPG)
METS — Meteorological Aeronautical System (метеороло-
гическая авиационная система)
MITA - Multilateral Interline Traffic Agreements (Много-
стороннее соглашение о взаимном признании пере-
возочной документации)
MLS — Microwave Landing System (микроволновая сис-
тема посадки)
MMEL — Master Minimum Equipment List (Основной
минимальный перечень оборудования)
MNPS — Minimum Navigation Performance Specifications
(требования к минимальным навигационным харак-
теристикам)
MPLS - Multiprotocol Label Switching (многопротоколь-
ный коммутатор)
MRB — Maintenance Reviw Board (Комитет по надзору
за техническим обслуживанием)
MSG — Maintenance Steering Group (группа по разработ-
ке методологии технического обслуживания)
NAOS — National Atmospheric Observation System (Северо-
американская система атмосферного наблюдения)
NASA — National Aeronautics and Space Administration
(Национальное аэрокосмическое агентство, США)
NDB — Non-Directional Radio Beacon (ненаправленный
радиомаяк)
NDT - Non-Destruktive Testing (неразрушающие методы
контроля)
NESDI — National Environmental Satellite and Information
Service (Национальная служба спутникового наблю-
дения за окружающей средой, США)
NEXRAD — Next Generation Weather Radar (метеороло-
гический радиолокатор нового поколения)
NFM — Narrowband Frequency Modulation (узкополос-
ная частотная модуляция)
NOAA — National Oceanic and Atmospheric Administration
(Национальная академическая и атмосферная адми-
нистрация, США)
NOTAM - Notice to Airmen (сообщение для пилотов)
NPOESS — National Polar Operational Environmental Satelli-
te System (Национальная полярно-орбитальная опе-
ративная экологическая спутниковая система, США)
NSTB — National Satellite Test Bed (сканирующее тести-
рование национальной спутниковой системы)
NTSB — National Transportation Safety Board (Нацио-
нальный комитет безопасности перевозок, США)
NWS — National Weather Service (Национальная метео-
рологическая служба, США)
OECD — Organization of Economical Cooperation and
Development (Организация Экономического Сотруд-
ничества и Развития)
OS — Operating System (операционная система)
OSI — Open System Interconnect (взаимодействие откры-
тых систем)
Список сокращений
19
OWSE - Operational World Weather Watch Systems Evalua-
tion (Всемирная служба наблюдения за погодой)
PANS - Procedures for Air Navigation Services (Правила
аэронавигационного обслуживания)
PCM - Pulse Code Modulation (импульсно-кодовая мо-
дуляция)
PDN - Public Data Network (сеть передачи данных об-
щего пользования)
РМА - Parts Manufacturer Approval (Сертификат произ-
водства авиационной техники)
РОА - Production Organisation Approval (Сертификат
эксплуатанта авиационной техники)
PSPDN - Packed Switched Public Data Network (обще-
доступная сеть передачи данных с коммутацией
пакетов)
PSTN - Public Switched Telephone Network (обще-
доступная коммутационная телефонная сеть)
PUP - Principal User Processor (процессор главного
пользователя)
QAM - Quadrature Amplitude Modulation (квадратурная
амплитудная модуляция)
QNH - Altimeter sub-scale setting to obtain elevation when
on the ground (установка на земле шкалы давлений
высотомера для получения превышения аэродрома)
QPSK - Quadrature Phase Shift Keying (квадратурная
фазовая манипуляция)
RCC - Rescue Coordination Centre (координационный
центр поиска и спасания)
RDA- Radar Data Acquisition (получение радиолокаци-
онных данных)
RNAV - Area Navigation (зональная навигация)
RNP - Required Navigation Performance (требуемые на-
вигационные характеристики)
RP - Routing Protocol (протокол обмена маршрутной
информацией)
RPG - Radar Product Generator (устройство формирова-
ния радиолокационных данных)
RVSM - Reduced Vertical Separation Minima (сокращен-
ный минимум вертикального эшелонирования)
SAFA - Safety Assessment of Foreign Aircraft (Програм-
ма оценки безопасности иностранных воздушных
судов)
SAR - Search and Rescue Services (службы поиска и спа-
сания)
SARPs - Standards and Recommended Practices (Стан-
дарты и Рекомендуемая практика)
SB - Service Bulletin (Сервисный бюллетень)
SBAS - Satellite Based Augmentation System (обшее на-
звание дополнительных систем для повышения точ-
ности определения местоположения объектов с по-
мощью спутников)
SID-Standard Instrument Departure (стандартный мар-
шрут вылета по приборам)
SIGMET - Significant Meteorological Observations (ин-
формация о существенных явлениях погоды на мар-
шруте)
SITA — Societe International de Telecommunication Aero-
nautiques (Международное общество по авиацион-
ной электросвязи)
SMTP — Simple Mail Transfer Protocol (протокол для
пересылки почтовых сообщений между узлами
Internet)
SNACP — Subnetwork Access Protocol (протокол доступа
к подсети)
SNDCF — Subnetwork Dependent Convergence Function
(протокол зависимой от подсети функции конвер-
генции)
SPECI — Special Environmental Coded Information (спе-
циальная авиационная метеорологическая сводка
информации о погоде в кодовой форме ВМО)
SSB — Single Side Band (амплитудная однополосная мо-
дуляция)
SSR — Secondary Surveillance Radar (вторичный обзор-
ный радар)
STAR — Standard Instrument Arrival (стандартный марш-
рут прибытия по приборам)
SUPPS - Supplementary Procedures (Дополнительные
региональные правила)
TAF — Terminal Aerodrome Forecast (прогноз погоды для
аэродрома в кодовой форме ВМО)
TARA — Transportable Atmospheric Radar (передвижной
атмосферный радиолокатор)
ТС — Type Certificate (Сертификат типа)
TCAS — Traffic Collision Avoidance System (система пре-
дупреждения столкновений)
ТСВ — Type Certification Board (Комитет по сертифика-
ции типа)
ТСН — Type Certificate Holder (Держатель Сертификата
типа)
TCP — Transmission Control Protocol (протокол управле-
ния передачей данных)
TCP/IP —Transmission Control Protocol / Internet Protocol
(протокол управления передачей данных / протокол
межсетевого обмена)
TD — Type Design (типовая конструкция)
TDWR — Terminal Doppler Weather Radar (аэропортовый
доплеровский метеорологический радиолокатор)
TLS — Target Level of Safety (установленный уровень
безопасности)
TSB — Canadian Transportation Safety Board (Канадский
комитет по безопасности на транспорте)
TSO — Technical Standard Order (технический стандарт)
UDP - User Datagram Protocol (протокол дейтаграмм)
URL — Uniform Resource Locator (унифицированный
локатор ресурсов)
USAP — Universal Security Audit Programme (Универсаль-
ная программа аудита авиационной безопасности)
USB — Upper Side Band (верхняя боковая полоса)
UTC — Universal Coordinated Time (координированное
всемирное время)
VAD —Vertical Azimuth Display (вертикально-азимуталь-
ный индикатор)
20
Список сокращений
VCS — Voice Communication System (система речевой связи)
VDL — Very High Frequency Data Link (сверхвысокочас-
тотный канал цифровой связи)
VOLMET - Meteorological Information for Aircraft in
Flight (метеорологическая информация для воздуш-
ных судов, находящихся в полете)
VOR — Very High Frequency Omnidirectional Radio Range
(всенаправленный ОВЧ-радиомаяк)
VPN — Virtual Private NetWork (виртуальная частная сеть)
VROM — Ministry of Housing, Spatial Planning and Envi-
ronment (Министерство строительства, планирова-
ния и окружающей среды, Нидерланды)
WAFS — World Area Forecast System (Всемирная система
прогнозов)
WCL — Wideband Communication Link (широкополосная
линия связи)
WEFAX — Weather Faximile (аналоговый формат метео-
рологических изображений со спутников)
WFM — Wideband Frequency Modulation (широкополос-
ная частотная модуляция)
WM0 - World Meteorological Organisation (Международ-
ная исследовательская группа автоматических само-
летных данных)
WSP - Wind Shear Processor (процессор сдвига ветра)
WSR — Weather Surveillance Radar (радиолокатор метео-
рологического наблюдения)
WTO - World Trade Organization (Всемирная организа-
ция торговли)
WWW — World Weather Watch (служба наблюдения по-
годы)
WXR — Weather Radar (Airborne Weather Radar) (борто-
вые метеорологические радиолокаторы)
ПРЕДИСЛОВИЕ
Воздушный транспорт - неотъемлемая часть
нашего глобального общества, ускоритель эконо-
мического, социального и культурного развития
народов и наций мира. Осознание важности воп-
росов безопасности и эффективности авиации
является главной движущей силой ее постоянно-
го развития. Именно в авиационной отрасли в пер-
вую очередь внедряются наиболее современные
технологии, в том числе информационные, тре-
бующие высокой квалификации персонала, обслу-
живающего авиационную технику и предотвраща-
ющего опасности.
Успехи гражданской авиации определяются
удовлетворением потребностей населения в ско-
рости преодоления расстояний, в комфорте и без-
опасности перемещения. Еще в 40-е годы XX в.
гражданская авиация приобрела мировое призна-
ние, рынок ее услуг распространился на все кон-
тиненты. Подтверждением этого стало подписа-
ние 1 ноября 1944 г. Конвенции о международ-
ной гражданской авиации и образование Меж-
дународной организации гражданской авиации
(ICAO). В конце минувшего века свыше четверти
международных торговых сделок выполнялись с
привлечением гражданской авиации.
В 2004 г. активизировались процессы восста-
новления мировой экономики, причем оценоч-
ный прирост валового внутреннего продукта (ВВП)
составил в среднем 5,1 % в реальном выражении,
что на 1 % выше, чем в предыдущем году. Уси-
лению положительной динамики экономическо-
го роста способствовали увеличение объемов про-
мышленного производства и мировых торговых
потоков, повышение личного потребления и дру-
гие факторы, но во второй половине 2004 г. рез-
кое возрастание цен на нефть оказало негативное
влияние на мировую экономику.
Объемы международного туризма в 2004 г. воз-
росли примерно на 10 %. По оценкам Всемир-
ной туристической организации, в том же году
поездки за рубеж совершили примерно 760 млн
туристов, или на 69 млн больше, чем в предыду-
щем. Предварительные оценки за 2004 г. свиде-
тельствуют о том, что регулярные авиакомпании
мира получили эксплуатационную прибыль на
фоне трех последних убыточных лет.
В 2005 г. безопасность полетов вновь была глав-
ной заботой международной гражданской авиации.
«Глобальная система воздушного транспорта в
своей основе безопасна. Однако серия катастроф
в августе и сентябре 2005 г. заставила обратить
внимание на срочную необходимость устранения
остающихся системных недостатков в целях даль-
нейшего повышения уровня безопасности поле-
тов во всем мире», - отметил Президент Совета
ICAO д-р Ассад Котайт. Если первая половина года
по показателям была похожа на 2003 и 2004 гг.,
наиболее благоприятные с точки зрения безопас-
ности полетов со времени создания ICAO, то вто-
рая половина больше напоминала 1996 г., когда
чрезвычайно большое количество авиационных
происшествий заставило предпринять глобальные
действия, чтобы остановить тревожную тенденцию.
Разработка и осуществление важных мер в обла-
сти безопасности полетов стали главной особен-
ностью 2005 г., в котором общее количество пас-
сажиров, перевезенных регулярными авиакомпа-
ниями 189 государств - членов ICAO, достигло
рекордной отметки - 2 млрд чел. (увеличение на
7 % по сравнению с 2004 г.).
Безопасность человека - это состояние, в ко-
тором опасности и условия, приводящие к фи-
зическому, психологическому и материальному
ущербу, контролируются ради сохранения здо-
ровья и благосостояния отдельных индивидов и
общества в целом. Безопасность является дина-
мическим состоянием, которое создается при вза-
имодействии человека с его физическим, соци-
альным, культурным, технологическим, поли-
тическим, экономическим и организационным
окружением. Она предусматривает постоянную
бдительность и использование механизмов конт-
22
Предисловие
роля и регулирования на непрерывной основе. Без-
опасность означает не отсутствие опасностей во-
обще, а контроль и управление ими на опреде-
ленном, заведомо установленном уровне [805].
Выработанные в рамках ООН подходы, реали-
зуемые в области гражданской авиации для дос-
тижения безопасных полетов, обеспечиваются в
результате активного воздействия на структуры и
окружение, в которых человек осуществляет свою
деятельность. На этот процесс могут влиять:
информация о риске и вариантах управления
им, распространяемая между общественными, по-
литическими, профессиональными, научными и
социальными группами;
согласованные действия по максимизации уров-
ней безопасности, которые достижимы при дан-
ных условиях;
соответствующие механизмы распределения
ресурсов (в зависимости от потребностей) и уре-
гулирования конфликтных ситуаций;
юридические (легальные) основы гарантирова-
ния ответственности индивидов, организаций и
правительств на всех уровнях.
Безопасность авиации - это комплексная кате-
гория, которая охватывает все элементы системы
«человек-техника-среда». В общем случае она рас-
сматривается как комплексное свойство авиацион-
ной транспортной системы выполнять свои функ-
ции без причинения убытка себе самой или насе-
лению, в интересах которого она развивается.
Наиболее актуальная задача в настоящее вре-
мя - гарантирование безопасности полетов, авиа-
ционной безопасности (недопущение актов неза-
конного вмешательства в деятельность граждан-
ской авиации), экологической и экономической
безопасности. Эти вопросы являются предметом
особого внимания в деятельности ICAO. Поэто-
му, в соответствии с условиями Конвенции о меж-
дународной гражданской авиации, ICAO изучает
лучшие образцы их урегулирования в разных ре-
гионах мира, разрабатывает стандарты и дает ре-
комендации для внедрения их на национальном
уровне. Стандарты и Рекомендуемая практика
ICAO являются залогом эффективности и без-
опасности гражданской авиации. Изучение и ис-
пользование их на научной основе - первоочеред-
ная задача нашей национальной авиации.
Украина - одна из немногих стран мира, кото-
рая имеет полный цикл авиационных видов дея-
тельности, начиная от проектирования авиацион-
ных двигателей и самолетов до их эксплуатации,
обслуживания и ремонта. Очень важными явля-
ются также образовательные и научные направле-
ния деятельности, поскольку именно они форми-
руют «культуру безопасности», обеспечивают под-
готовку кадров, эффективность и безопасность
авиационной отрасли.
Данная работа, которая подготовлена ведущи-
ми специалистами Национального авиационного
университета, акцентирует внимание на основных
научных и методических результатах, полученных
в лабораториях, на кафедрах и в институтах этого
заведения. Создание на базе НАУ региональных
учебных центров ICAO для переподготовки спе-
циалистов авиационной безопасности, обеспече-
ния летной годности воздушных судов и повыше-
ния квалификации государственных инспекторов
по безопасности полетов является логическим
подтверждением научных и профессиональных
достижений университета.
Рассмотренные в книге составляющие безопас-
ности авиации содержат основные положения
Стандартов и Рекомендуемой практики ICAO, за-
конов Украины, касающихся авиационной отрас-
ли, Авиационных правил Украины и стран СНГ,
а также новые научные положения и подходы к
решению неотложных практических задач, направ-
ленных на обеспечение безопасности. Освеще-
ние таких вопросов, как человеческий фактор,
расследование авиационных происшествий, аэро-
навигационные риски и информационная без-
опасность, с привлечением новейших научных
разработок в теории рисков, статистического ана-
лиза, вычислительных методов, физического экс-
перимента и т. п., расширяют взгляд на общую
безопасность авиации.
Книга носит энциклопедический характер. Этот
подход обусловлен необходимостью анализа и
представления результатов, достигнутых в миро-
вой практике в области обеспечения безопаснос-
ти авиации. Такая форма изложения материала
позволит специалисту и студенту лучше разобрать-
ся в накопленных данных и использовать их в сво-
ей деятельности.
Глава 1
ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Авиационная отрасль - один из наиболее яр-
ких примеров существующих опасностей жизне-
деятельности человека, их источников и факто-
ров, в большинстве случаев -комплексного харак-
тера. В классификации экологических проблем
авиатранспортных процессов Международная
организация гражданской авиации рассматривает
катастрофы и авиационные происшествия. Они,
как правило, являются факторами безопасности
полетов, но в то же время источниками экологи-
ческой опасности вокруг аэропортов, т. е. техно-
генная опасность, как следствие, может образо-
вывать источники опасности для окружающей
природной среды.
Факторы окружающей среды в районе аэро-
порта действуют совокупным образом: в одно и
то же время люди подвержены влиянию, напри-
мер, таких факторов, как загрязнение воздуха,
авиационный шум и риск авиационных катастроф.
В окрестностях аэропортов население не может
избежать такого влияния, выполняя ежедневные
виды деятельности, какими являются, например,
работа, покупки, школьные занятия и др. Эти
факторы взаимодействуют также между собой.
Беспокойство, связанное с катастрофами воздуш-
ных судов (ВС), может увеличить раздражение,
образуемое шумом, и наоборот. Но другие факто-
ры могут изменять совместные влияния.
Отсутствие катастроф и авиационных событий
не обязательно означает отсутствие опасностей. Но
часто до наступления авиационного события по-
тенциальные опасности с неблагоприятными по-
следствиями не принимаются во внимание. Рацио-
нальное включение в деятельность человека необ-
ходимости предотвращения опасностей и их
последствий является примером страховой мен-
тальности, т. е. процессы управления следует вне-
дрять с допущением риска таких опасностей и
наперед гарантировать идентификацию опаснос-
тей, оценку их риска и применение соответствую-
щих мероприятий для их контроля.
Такие подходы, рекомендуемые Программой
Развития ООН, ныне реализуются в сфере граж-
данской авиации (ГА).
Безопасность авиации рассматривается как ком-
плексное свойство авиационной транспортной
системы выполнять свои функции без нанесения
ущерба (или с минимальным ущербом) самой си-
стеме либо населению, в интересах которого она
развивается. Основными компонентами ее явля-
ются безопасность полетов, авиационная и эколо-
гическая безопасность. Максимальное внимание
ICAO уделяет именно этим компонентам, хотя и
другие виды безопасности (пожарная, информа-
ционная, экономическая) могут быть приоритет-
ными. Причины (факторы) безопасности полетов,
экологической, авиационной безопасности и их
последствия взаимозависимы и определяют друг
друга. К их решению необходим комплексный
подход, реализуемый в Программе обеспечения
безопасности авиации [55]. Например, целями
программы развития транспортного сектора Ев-
ропейского содружества (Транспортная Програм-
ма ЕС, 1994 г.) являются:
развитие более эффективной, безопасной и
экологически чистой транспортной системы;
упрощение взаимных связей и обеспечение
совместимости отдельных транспортных сетей;
увеличение эффективности каждого транспорт-
ного сектора и совершенствование взаимодействия
между ними;
поощрение разработки новой инфраструктуры
и управление ею с целью уменьшения воздействия
на окружающую среду и совершенствование со-
отношения «качество/цена»;
обеспечение индустрии, транспортных компа-
ний, потребителей и органов власти (т. е. всех
сторон, заинтересованных в развитии транспорт-
ного сектора экономики) соответствующими ин-
струментами принятия решения.
Воздушный транспорт стал существенным эле-
ментом мировой транспортной системы, который
24
/. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Рис. 1.1. Глобальные показатели роста регулярных авиа-
транспортных перевозок:
1 — международных; 2 — внутренних
обеспечивает мобильность потребителей и уси-
ливает жизнеспособность глобальной экономи-
ки. Авиационная транспортная система способ-
ствует перемещению населения и грузов на боль-
шие расстояния - быстро, комфортно и эконо-
мично.
Технологические изменения, направленные на
повышение эффективности авиационной транс-
портной системы, поддерживаются непрерывны-
ми инвестициями в авиационные исследования
и разработку новой техники и новых технологий.
Это основа ее быстрого роста, способствующего
развитию глобального производства, торговли и
туризма (рис. 1.1) [134].
Развитие авиатранспортных технологий стиму-
лируется многими факторами, приоритеты среди
которых все время меняются, но фактор безопас-
ности авиации всегда остается на первом месте
(табл. 1.1).
Таблица 1.1. Приоритеты факторов развития
гражданской авиации
1950-1970 гг. 1970-1980 гг. 1980-2000 гг. После 2000 г.
Безопасность полетов Безопасность полетов Безопасность полетов Безопасность полетов
Скорость Экономич- ность Охрана окружающей среды Авиационная безопасность
Дальность Комфорт Экономич- ность Охрана окружающей среды
Комфорт Ресурсы Ресурсы Экономич- ность
Limt
ективность гражданской авиации опреде-
ляется полнотой реализации перечисленных в
табл. 1.1 факторов. Эффективность свидетельству-
ет о том, как используются ресурсы (например,
транспортные средства, персонал, горючее, вре-
мя, фонды) для производства продукции и удов-
летворения спроса на нее. Степень эффективнос-
ти указывает на диапазон изменений в обслужи-
вании и обеспечении отрасли инфраструктурой для
уменьшения ресурсов, затрачиваемых на едини^
цу продукции.
Эффективность транспорта представляется свя-
зями между использованием ресурсов, затратами
и производительностью. Понятие эффективности
должно покрывать широкий перечень тем, в том
числе возможные внешние затраты (экологичес-
кие, социальные) на повышение безопасности.
В широком понимании эффективность транс-
порта включает:
капитальные, эксплуатационные расходы и за-
траты на обслуживание;
затраты потребителя, зависящие от скорости
транспортировки, длительности задержек, заторов,
стоимости использования транспортного про-
странства, тарифов;
выгоды потребителей и компаний (доходы ми-
нус расходы);
производительность, которая выражается, на-
пример, стоимостью путешествия для одного пас-
сажира или доходом пассажира в течение транс-
портного времени;
способность транспорта и предлагаемого об-
служивания;
коэффициент загрузки для грузового и обще-
ственного транспорта и др.
Качество указывает на то, как используются
средства и способы транспортных услуг для по-
требителей, включая их безопасность, надежность,
гибкость, комфорт, доступность, покупательскую
состоятельность и удобство. Качество расширяет
понятие эффективности транспорта, отражая лич-
ные преимущества, но в значительной степени
синонимично эффективности.
Качество покрывает широкий ряд тем, к кото-
рым относятся:
безопасность - обеспечение доставки пассажи-
ров и груза в пункт назначения в
ном состоянии;
гибкость - приспособляемость
ним потребностям или условиям,
неповрежден-
к разнообраз-
которыми я в-
1.1. Основные понятия безопасности авиации
25
ляются протяженность доступных маршрутов, виды
средств передвижения, легкость изменения направ-
ления, легкость вхождения в сферу услуг и выхода
из нее, различные размеры и типы груза, а также
размеры и объемы трафика, несложность исполь-
зования, своевременность и пригодность инфор-
мации, соответствие платежной системы;
комфорт - создание условий приятности путе-
шествия для пассажира как внутри транспортного
средства, так и вне его;
доступность - обеспечение доступа к сред-
ствам перевозки и к информации о транспорт-
ных услугах;
покупательская состоятельность и удобство -
восприятие транспортных затрат потребителем,
включая расходы на доступ и перемещение.
Эффект экономического развития региона от внед-
рения транспортных проектов основывается на спе-
цифических факторах - стоимости транспортиров-
ки (в том числе деловых и частных поездок), рас-
ширении делового рынка, доступности рабочих
мест, качестве жизни. Более 4,5 % текущего ми-
рового производства можно отнести на счет
авиатранспортного компонента. В 1998 г. в резуль-
тате деятельности воздушного транспорта в мире
произведено продукции на 1360 млрд долларов
США и создано 27,7 млн рабочих мест [134].
В общем случае политика экономического раз-
вития для совершенствования качества жизни в
регионе разрабатывается с учетом следующих фак-
торов:
прибыли - роста экономического благополучия
населения региона в результате увеличения зара-
ботной платы;
выбора вида работы - увеличения перечня до-
ступных видов работ, вследствие чего совершен-
ствуются возможности для роста благополучия на-
селения и увеличиваются прибыли в регионе;
выбора вида деятельности — расширения воз-
можностей для социальных и развлекательных
видов, благодаря чему совершенствуется качество
жизни;
стабильности работы и прибыли (устанавли-
вается благодаря разнообразию экономики), ко-
торая уменьшает уязвимость к экономическим
спадам;
привлекательности региона для рабочих и биз-
неса, чему способствует его благоустройство или
создание культурных и восстановительных ком-
плексов.
Эти показатели роста и экономического раз-
вития зависят от транспортных услуг в регионе, в
первую очередь от их эффективности и безопас-
ности. Именно безопасность авиации, которая
была серьезно нарушена 11 сентября 2001 г. в
США, является причиной приостановки роста и
даже спада показателей авиационных перевозок
(см. рис. 1.1) до 5 % на международных маршру-
тах и около 2 % - на внутренних [400]. События
11 сентября 2001 г. привели к гибели тысяч лю-
дей, подорвали доверие общественности к воздуш-
ным перевозкам, вызвали резкий спад в деятель-
ности гражданской авиации и встряхнули всю
мировую экономику [134].
Сочетание экономического спада и резкого
сокращения спроса на воздушные перевозки обус-
ловило появление избыточной провозной емкос-
ти и увеличение эксплуатационных расходов за
счет стремительного роста расходов на обеспече-
ние безопасности и страхования. Эксплуатацион-
ные ущербы авиакомпаний на регулярных марш-
рутах в 2001 г. оцениваются более чем в 10 млрд
долларов США, несмотря на предоставленные им
в некоторых регионах пакеты финансовой помо-
щи. Ущерб авиакомпаний составил 3,6 % от экс-
плуатационных доходов, хотя в 2000 г. была дос-
тигнута прибыль 3,3 %. Эксплуатационные дохо-
ды на 1 т-км также снизились.
Авиакомпании приняли меры по ограничению
ущерба, сократив частоту рейсов, количество пер-
сонала и провозную емкость. Во всем мире было
уволено около 120 тыс. служащих. Авиакомпании
не только поставили на стоянку старые ВС или
ускорили их снятие с эксплуатации, но также пе-
ренесли сроки поставки новых ВС, сокращая та-
ким образом капитальные расходы. Некоторые
авиакомпании полностью прекратили свою дея-
тельность в связи с быстрым ухудшением их фи-
нансового состояния.
Сокращения, на которые пошли крупные раз-
работчики авиационной техники, коснулись всех
элементов производственной цепи. Потеря боль-
шого количества рабочих мест распространилась
также на различных поставщиков. По сообще-
ниям мировой авиационно-космической отрас-
ли, было объявлено около 170 тыс. увольнений
в глобальном масштабе. Согласно оценке изго-
товителей авиационно-космического оборудова-
ния, общая сумма эксплуатационных ущербов в
2002 г. составила около 7,5 млрд долларов США.
26
7. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Такова цена подрыва безопасности гражданской
авиации.
За последние 20 лет явного улучшения отно-
сительных показателей уровня безопасности по-
летов (БП) не произошло. Если не будут приня-
ты решительные меры по обеспечению безопас-
ности полетов, то, по данным фирмы «Боинг», с
учетом прогнозируемого роста воздушных пере-
возок одна катастрофа будет происходить в сред-
нем каждые 10 дней.
Плановые показатели роста отрасли граждан-
ской авиации предусматривают увеличение объе-
ма перевозок в следующие 10 лет в два раза [844].
В дополнение к ожиданиям общественности от-
носительно снижения затрат времени на транс-
портировку, безопасность авиации в начале XXI в.
будет иметь еще большее значение. Безопасность,
в том числе при выполнении авиатранспортных
работ, гарантируется осуществлением широкого
комплекса взаимосвязанных политических, эко-
номических, технических, организационных, пра-
вовых и других мер. В стратегической плоскости
регулирования, которая, например, выполняет
функцию «зонтика» в Транспортной Программе
ЕС, безопасность полностью интегрируется в кон-
текст устойчивых транспортных систем.
Устойчивое экономическое развитие региона
определено Комиссией ООН по окружающей среде
и развитию как обеспечение потребностей суще-
ствующей генерации без нанесения ущерба по-
требностям будущих генераций. Ключевые прин-
ципы, присущие устойчивому развитию, предус-
матривают устойчивое использование ресурсов,
обеспечение здоровья окружающей среды (сохра-
нение структуры и функций существующих эко-
систем) и человека, содействие экологической
справедливости. Устойчивый доступ к людям, ме-
стам, товарам и услугам весьма важен для соци-
ального и экономического благополучия сооб-
ществ. Транспорт является ключевым средством
достижения этого доступа.
Приведем принципы устойчивого доступа к транс-
портным услугам.
1. Люди имеют право на доступ по собственно-
му усмотрению к другим людям, местам, товарам
и услугам.
2. Государственные и транспортные объедине-
ния должны гарантировать социальную, межрегио-
нальную и межгенерационную справедливость в пре-
доставлении транспортных услуг для всех людей,
включая малообеспеченное, сельское и недееспо-
собное население. Транспортные системы явля-
ются критическим элементом сильной экономи-
ки, но могут также непосредственно содейство-
вать перестройке общества и росту качества жиз-
ни людей.
3. Разработка и функционирование транспорт-
ных систем должны быть направлены на защиту
здоровья (физического, умственного и социально-
го), гарантирование безопасности людей и повыше-
ние качества их жизни.
4. Все индивиды несут ответственность за со-
стояние природной среды.
5. Разработчики решений, касающихся разви-
тия транспортной системы, отвечают за внедрение
интегрированных подходов в планировании.
6. Транспортные потребности должны удовлет-
воряться с предотвращением загрязнения окружаю-
щей среды, чтобы защитить здоровье людей, гло-
бальный климат, биологическое многообразие и
целостность экологических процессов. Различные
виды деятельности человека могут перегрузить
ограниченную экологическую емкость окружаю-
щей среды (способность к поглощению загрязне-
ния), физически изменяя или уничтожая ее и ис-
пользуя ресурсы более стремительно, чем они вос-
станавливаются. Усилия необходимо направлять
на такое развитие транспортных систем, которое
минимизирует физический и биологический пресс,
оставаясь в пределах ассимилятивных и регенера-
тивных возможностей экосистем и уважая требо-
вания и условия существования других экологи-
ческих видов.
7. Транспортные системы должны эффективно
использовать землю и другие природные ресурсы, га-
рантируя сохранение жизненной среды и другие
требования для поддержания биологического мно-
гообразия.
8. Разработчики решений, касающихся разви-
тия транспортной системы, должны полнее учи-
тывать затраты, отражая в них истинные социаль-
ные, экономические и экологические расходы, чтобы
гарантировать потребителям их справедливую
оплату. Устойчивые транспортные системы долж-
ны быть экономически эффективными. В перехо-
де к более устойчивым транспортным системам
все затраты следует справедливо распределять в
текущих ценах.
1.2. Анализ оценок и показателей безопасности мировой гражданской авиации
27
1.2. АНАЛИЗ ОЦЕНОК И ПОКАЗАТЕЛЕЙ
БЕЗОПАСНОСТИ МИРОВОЙ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Чтобы подчеркнуть актуальность рассматрива-
емой темы, приведем некоторые статистические
данные относительно ущерба, наносимого наруше-
нием безопасности. В государствах ЕС ежегодно
более 45 тыс. человек погибает и более 1,6 млн
повреждается в транспортных происшествиях.
Наибольшая часть жертв приходится на дорож-
ный сектор. Ущербы от дорожных аварий и ката-
строф являются одними из преобладающих экстер-
налий. В ЕС они оцениваются в 45 млрд евро за
год: 15 млрд - за медицинское страхование, при-
влечение полиции и ремонт транспортных средств;
30 млрд - потери экономики от фатальных по-
следствий или повреждений. При количестве
45 тыс. жертв избежание каждой фатальной ава-
рии может в среднем сберечь 1 млн евро. Таким
образом, принятие мер себестоимостью до 1 млн
евро экономически оправдано для сохранения жиз-
ни одного человека (так называемое правило од-
ного миллиона евро).
Сегодня цены на перевозки не включают внеш-
ние расходы, вызванные ущербами из-за наруше-
ния требований безопасности. Внешние расходы
транспортного сектора в ЕС, которые определя-
ются в основном экологическим ущербом (шум,
местное загрязнение воздуха, изменение климата)
и транспортными происшествиями, составляют
около 4 % ВНП. В 1991 г. расходы на предотвра-
щение ущербов (рис. 1.2) были самыми высокими
для железнодорожного транспорта и составляли
Рис. 1.2. Сравнение расходов на предотвращение ущербов в ЕС для видов транспорта:
/ — железнодорожного; 2 — автомобильного и авиационного
28
1. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
39 %, а для автомобильного и авиационного транс-
порта - 30 % (за исключением Скандинавских
стран и Ирландии) [748].
Приведем примерную оценку экстернальной
стоимости транспортных работ:
Фактор влияния
Стоимость, % ВНП
Загрязнение воздуха...........0,4
Шум...........................0,2
Аварии ...................... 1,5
Заторы и перегрузки...........2,0
Распределение полных внешних транспортных
расходов в странах ЕС следующее [748]: автомо-
бильный транспорт - 83 %; авиационный - 13 %;
железнодорожный - 3 % (Германия, Италия, Ве-
ликобритания, Испания доминируют с тремя чет-
вертями этой величины); морской транспорт внут-
ри страны - 1 % (существенный только в Герма-
нии и Нидерландах).
Элементы транспортных систем необходимо
испытывать и оценивать относительно их способ-
ности осуществлять свои функции, а также отно-
сительно последствий их аварий и отказов. Без-
опасность описывают в терминах рисков для раз-
личных категорий потребителей транспорта и для
слоев населения, которые к ним не относятся, но
находятся вблизи транспортной системы и могут
пострадать от неблагоприятных последствий со-
здания опасностей на транспорте. Уровни без-
опасности часто измеряют количеством погибших
или пострадавших и имущественным ущербом на
единицу выполненных транспортных работ, а так-
же степенью риска (например, серьезных повреж-
дений) или качественными показателями. Авиа-
ционный транспорт - один из наиболее безопас-
ных при перевозке пассажиров и грузов (табл. 1.2).
Сравнение внешних транспортных затрат (для за-
грязнения и транспортных происшествий), опре-
Таблица 1.2. Сравнение показателей опасности для отдель-
ных видов транспорта стран ЕС за 1997 г. [706]
В ид транспорта Количе- ство жертв Уровень смертности (на 100 тыс. чел.) Объем транспор г- ных работ; млрд км Риск смертности
на 10к пасс.-км на 10s пасс.-ч
Дорожный 42 500 11,3 3860 1.1 33
Железно- дорожный 108 0,029 270 0.04 2
Водный 100 0,023 30 0,33 10,5
Воздушный 109 0,051 240 0,08 36,5
Таблица 1.3. Стоимость загрязнения воздуха и транспорт-
ных происшествий, % стоимости транспортных услуг,
в странах OECD
Транспортные перевозки ЕС США Канада
Междугородные грузовые:
автомобильные 17 — 18
железнодорожные 4 — 15
Междугородные автомобильные 14 21-46 10
Междугородные автобусные — 7-16 8
Авиационные 16 —— 7
Междугородные пассажирские железнодорожные 4 5-12 21
Городские автомобильные 14 24-58 10-47
деленных в Европе, США и Канаде, приводится в
табл. 1.3 для семи главных транспортных секто-
ров. До сих пор существует значительная неуве-
ренность в оценках таких затрат, но наблюдается
достаточное сходство результатов для различных
стран Организации Экономического Сотрудниче-
ства и Развития (OECD), чтобы обеспечить доста-
точный уровень доверия к ним.
Несмотря на ожидаемое внедрение крупных ВС
и обеспечение высоких коэффициентов их загруз-
ки, увеличение интенсивности транспортных по-
токов будет вызывать значительный рост количе-
ства катастроф и аварий. Даже в том случае, если
показатели аварийности, которые на протяжении
последних двух десятилетий остаются на низком
уровне, в будущем существенно не снизятся
(рис. 1.3, 1.4) [748].
Возникновение в полете любой особой ситуации
приводит к некоторой опасности, а появление не-
благоприятного фактора (опасности) вызывает воз-
никновение особой ситуации. Если неблагоприят-
ный фактор в полете не парируется, то он может
привести к катастрофической ситуации, которая,
как правило, завершается катастрофой ВС.
Уровень безопасности полетов является количе-
ственной характеристикой БП, которая определя-
ется вероятностью того, что в полете возникнет
катастрофическая ситуация (КС) [53].
Некоторые национальные авиационные адми-
нистрации наметили в течение следующих 10 лет
снизить на 80 % количество катастроф с ВС, масса
которых превышает 2250 кг [862].
Статистические данные о безопасности поле-
тов свидетельствуют о том, что в 2004 г. при вы-
1.2. Анализ оценок и показателей безопасности мировой гражданской авиации
29
Рис. 1.3. Изменение уровня безопасности полетов в течение эксплуатационного этапа жизненного цикла ВС первого (1),
второго (2) и текущего (3) поколений
полнении регулярных авиаперевозок во всем мире
произошло 9 авиационных происшествий (за ис-
ключением происшествий, связанных с актами не-
законного вмешательства) с ВС максимальной
взлетной массой более 2250 кг, в результате чего
погибло 203 пассажира [134]. В 2003 г. в 7 авиаци-
онных происшествиях погибло 466 пассажиров.
В 2001 г. произошло 13 катастроф и погибло
577 пассажиров, а в 2000 г. в 18 катастрофах погибло
757 пассажиров [465]. По количеству погибших
пассажиров показатели за 2004 г. самые низкие,
начиная с 1945 г. При выполнении нерегулярных
авиаперевозок в 2004 г. произошло 18 авиацион-
ных происшествий с ВС максимальной взлетной
массой более 2250 кг, в результате которых по-
гибло 207 пассажиров; в 2003 г. таких происше-
ствий было 25 и погибло 217 пассажиров. Отсут-
ствие всеобъемлющих данных по этим видам пе-
ревозок не позволяет определить коэффициент
аварийности.
Поскольку в 2004 г. количество погибших пасса-
жиров уменьшилось и значительно увеличился объем
регулярных пассажирских перевозок, коэффициент
аварийности (количество погибших пассажиров на
100 млн пасс.-км) при выполнении регулярных воз-
душных перевозок уменьшился приблизительно
с 0,015 в 2003 г. (0,025 - в 2000 г., 0,02 - в 2001 г.) до
почти 0,005 в 2004 г. (рис. 1.5) [134].
Объем перевозок в 2004 г. по сравнению с
2003 г. значительно увеличился, поэтому показа-
тель количества человеческих жертв на 100 млн
пасс.-км снизился с 0,02 до 0,01. Количество авиа-
ционных происшествий с человеческими жертва-
ми на 100 млн самолето-км осталось на уровне
0,03, а на 100 000 самолето-посадок увеличилось с
0,03 до 0,04 (см. рис. 1.5).
Показатели безопасности полетов в значитель-
ной степени зависят от типа ВС, выполняющих
регулярные пассажирские перевозки. Например, в
2004 г. зарегистрировано 3 происшествия с турбо-
реактивными воздушными судами, на долю кото-
рых приходится более 98 % всего объема ре-
гулярных перевозок (в единицах выполненных
пасс.-км), в результате которых погибло 102 пасса-
жира. В то же время в 5 происшествиях с турбо-
винтовыми и поршневыми воздушными судами, на
долю которых приходится менее 2 % объема ре-
гулярных перевозок, погиб 101 пассажир. Таким
30
/. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
неблагоприятного фактора можно записать в виде
образом, частота происшествий с человеческими
жертвами при выполнении перевозок турбореак-
тивными самолетами была гораздо ниже, чем при
перевозках винтовыми самолетами.
Отдельный аналитический критерий БП запи-
сывается в виде вероятности благоприятного за-
вершения полета при проявлении /-го неблаго-
приятного фактора (НФ) Р. или фактора потенци-
альной опасности Q.t (/’ + 2,=1), которые вычис-
ляются из выражений
(1.1)
где Q, - вероятности соответственно отсутствия
и появления /-го НФ (/?, + </, = 1); - вероятности
соответственно парирования и непарирования по-
следствий /-го НФ (г + 5, = 1).
Меры по повышению уровня БП способству-
ют уменьшению потенциальной опасности конк-
ретных факторов. Под потенциальной опасностью
фактора понимают вероятность его появления в КС.
Эта вероятность зависит от вероятности возник-
новения фактора в полете и вероятности его не-
парирования. Фактор, который не парируется,
влияет на переход полетной ситуации в КС.
С учетом того, что основное количество (более
80 %) КС возникает во время взлета или посадки
ВС, а их появление в меньшей степени зависит
от длительности полета, вероятность появления
<7, ="ilN•
(1.2)
где л - прогнозированное количество проявления
/-го фактора за фиксированный интервал време-
ни; N - количество полетов за этот же период.
Значения величин ли А определяются по ста-
тистическим данным деятельности авиакомпаний
или по данным автоматизированных систем сбо-
ра и обработки информации об авиационных про-
исшествиях (системы АС ПАП, ADREP).
Поскольку в каждой КС обычно проявляется
несколько факторов, связь между их опасностью и
вероятностью КС можно определить по формуле [53]
(1.3)
/
где С - постоянный множитель, который учиты-
вает многофакторность КС.
Потенциальная опасность фактора может умень-
шаться в результате снижения вероятности про-
явления фактора q., а также вследствие уменьше-
ния вероятности его непарирования в полете $г
Новое значение показателя БП К определяется
из зависимости
(1.4)
1.2. Анализ оценок и показателей безопасности мировой гражданской авиации
31
1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003
Рис. 1.5. Мировая статистика авиационных происшест-
вий при регулярных перевозках:
а — количество погибших пассажиров п, на 100 млн пасс.-км;
б — количество происшествий п с гибелью пассажиров,
на 100 млн самолето-км; в — количество происшествий п
с гибелью пассажиров, на 100 тыс. посадок ВС
Годы
в
Эффект от реализации разработанных предло-
жений
Е = (1 -К/К\ 100 .
(1.5)
В расчетах принимают, что первичное значе-
ние величины К можно определить по формуле
K = (/?,//V)-105,
(1.6)
где п. - количество катастроф; N - количество
полетов за анализируемый период.
Показатели безопасности полетов в значитель-
ной степени зависят от типов ВС, которые вы-
полняют регулярные пассажирские перевозки
[844]. Например, в 2001 г. зарегистрировано
5 катастроф с турбореактивными ВС, на долю
которых приходится около 98 % всего объема ре-
гулярных перевозок (пасс.-км). В результате этих
происшествий погибло 513 пассажиров. Зареги-
стрировано также 8 катастроф с турбовинтовыми
и поршневыми ВС, на долю которых приходится
около 2 % общего объема регулярных перево-
зок. В этих происшествиях погибло 64 пассажи-
ра. Таким образом, происшествия с человеческими
жертвами при выполнении перевозок турбореак-
тивными ВС происходили намного реже, чем при
перевозках винтовыми воздушными судами.
Показатели безопасности авиации (полетов)
зависят также от типа (поколения) ВС, техниче-
ского оснащения их для обеспечения безопасности,
32
1. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
продолжительности эксплуатации ВС, регулярно-
сти (К— 1,18) или нерегулярности (К = 2,32) пе-
ревозок, вида загрузки ВС (пассажиры или грузы)
и региона выполнения перевозок [465]:
Регион Значение К
Западная Европа..............0,43
Северная Америка.............0,43
Восточная Европа..............4,7
Южная Америка.................2,9
Азия и Ближний Восток.........2,1
Африка........................4,5
Австралия и Тихий Океан.......0,4
В течение последнего десятилетия ошибки чело-
века - члена экипажа или диспетчера - стали при-
чиной более 70 % всех авиационных происшествий
в мире. А за последние 5 лет такие ошибки, как
потеря управления и потеря контроля при полетах в
условиях сложной пересеченной местности, кото-
рая может быть причиной столкновения исправных
ВС с землей, обусловили 60 % всех катастроф.
Наибольшую озабоченность ICAO вызывают
столкновения исправных ВС с землей (CFIT), че-
ловеческий фактор и старение парка ВС. ICAO
призывает все государства активно внедрять на-
правленные на повышение уровня безопасности по-
летов программы:
Контроль за обеспечением безопасности полетов;
Человеческий фактор;
Использование глобальной навигационной спут-
никовой системы (GNSS) для выполнения мероприя-
тий захода на посадку;
Предотвращение столкновений исправных ВС
с землей (CFIT);
Стандартизация фразеологии при управлении
воздушным движением;
Глобальная организация воздушного движения;
Внедрение бортовых систем для предупрежде-
ния столкновений ВС в воздухе.
Ошибка человека - это неумышленное откло-
нение в выполнении установленных процедур при
обеспечении, подготовке и выполнении полетов
ВС, в результате чего возникает угроза безопас-
ности полета.
Человеческий фактор вообще - психофизические
возможности, свойственные людям, которые обла-
дают подготовкой, необходимой для выполнения
профессиональной деятельности во взаимодействии
с машинами, оборудованием и процедурами, и их
взаимоотношения друг с другом. Человеческий фак-
тор в авиации - деятельность людей на рабочих
местах и в быту, а также их взаимодействие с ма-
шинами, оборудованием, процедурами и окружа-
ющей средой. Важную роль в этом играют взаимо-
отношения людей друг с другом и в составе групп.
На протяжении многих десятилетий человечес-
кий фактор в анализе причин АП воспринимается
как ошибка пилота, конструктора или несоответ-
ствие техники. Но ни один человек, будь-то конст-
руктор, инженер, пилот или диспетчер, не может
безукоризненно выполнять свои функции. Кроме
того, то, что считается безукоризненным выполне-
нием при одном стечении обстоятельств, может
оказаться абсолютно неприемлемым при другом.
Изучая человеческий фактор, необходимо рас-
сматривать возможности и ограничения человека
в его профессиональной деятельности, то, что он
может или не может выполнять, т. е. комплекс
умственных и физиологических способностей,
которые позволяют ему выполнять работу в конк-
ретных условиях. Понимание возможностей и ог-
раничений работоспособности человека является
основным требованием при оптимизации взаимо-
действия его и техники. Людей следует видеть та-
кими, какими они есть на самом деле. Не стоит
считать, что они стали «лучшими» или «другими»,
если это не подкрепляется рекомендациями от-
носительно исправления в лучшую сторону [749].
Результаты исследованияй, внедрение новых
технологий, подготовка персонала и распростра-
нение данных о безопасности могут способство-
вать снижению вероятности ошибки человека.
В соответствии с исключительной ответственнос-
тью за регулирование безопасности полетов Госу-
дарственная авиационная администрация припи-
сывает и внедряет стандарты и правила, которые
влияют на профессиональную безопасность, здо-
ровье персонала и безопасность зарегистрирован-
ных гражданских воздушных судов.
Проектирование, производство ВС и эксплуа-
тационные факторы безраздельно связаны с про-
изводственной безопасностью, поскольку влияют
на особенности рабочих мест, например, членов
экипажа, т. е. на их профессиональную безопас-
ность и здоровье. Регулятивное решение этих про-
блем обязательно предусматривает средства, ме-
тоды, действия или процессы контроля за рабо-
чими местами членов экипажа.
Авиационная безопасность и безопасность по-
летов всегда зависели от таланта и преданности
1.2. Анализ оценок и показателей безопасности мировой гражданской авиации
33
авиационного персонала. Изменения в техноло-
гии выполнения перевозок и работ выдвигают
новые требования к персоналу - экипажам, дис-
петчерам, специалистам технического обслужива-
ния. Наблюдается зависимость состояния авиаци-
онной системы от квалификации этих людей, ко-
торые несут ответственность за все аспекты вы-
полняемых в системе операций.
В последнее время усилилась национальная и
глобальная чувствительность к угрозе многих видов
терроризма и несанкционированного влияния на авиа-
ционную систему. Наиболее яркий пример - собы-
тия 11 сентября 2001 г. в США, когда террористы
захватили несколько самолетов гражданской авиа-
ции, которые были использованы в качестве
средств массового уничтожения людей. В данном
случае зафиксировано нелегитимное вмешатель-
ство не только на борт самолетов, но и в инфор-
мационные навигационные системы. Применение
глобальных и региональных информационных се-
тей в регулировании авиационной транспортной
системы (АТС) выдвигает вопрос о защите инфор-
мации инструментальными и программными сред-
ствами. Информационная безопасность в АТС
находится на одном уровне с безопасностью по-
летов и авиационной безопасностью.
Терроризм означает совершение насилия с це-
лью создания состояния опасения и ненадежнос-
ти в обществе или в отдельной группе лиц. После
того, как в 1968 г. Ассамблея ICAO впервые рас-
смотрела вопрос о незаконном захвате ВС, Совет
ICAO оперативно утвердил первый перечень пре-
вентивных мероприятий. В 1970 г. внеочередная
сессия Ассамблеи, на которой были представле-
ны 91 из 119 государств - членов ICAO, положила
начало разработке комплексной программы в об-
ласти авиационной безопасности в виде нового
Приложения 17 к Чикагской конвенции и связан-
ных с авиационной безопасностью положений
других Приложений. В течение многих лет эти
средства борьбы с терроризмом постоянно со-
вершенствовались с учетом возникающих новых
видов угроз, а национальная деятельность в обла-
сти авиационной безопасности постоянно расши-
рялась и сейчас включает, например, проведение
оценок на местах и подготовку кадров.
Статистические данные по авиационной без-
опасности свидетельствуют о сокращении случаев
саботажа, актов незаконного захвата ВС и до 2002 г.
уменьшение количества погибших и раненых. Без-
опасность полетов фактически неотделима от авиа-
ционной безопасности, и статистические данные
ICAO по авиационным происшествиям говорят о
том, что до 2001 г. сохранялась тенденция к сни-
жению количества происшествий со смертельным
исходом и числа погибших пассажиров.
Что касается авиационной безопасности в сфе-
ре ГА (рис. 1.6), то в 2004 г. было зарегистрировано
16 актов незаконного вмешательства, в результате
которых 91 человек погиб и 8 человек получили
ранения. В числе актов незаконного вмешатель-
ства зарегистрировано четыре акта диверсии или
попытки диверсии, два из которых были соверше-
ны одновременно 24 августа 2004 г. в Российской
Федерации террористами-смертниками на борту
ВС, находившихся в полете. В результате этих ак-
тов были полностью уничтожены два воздушных
судна и погибло 90 человек. В 2004 г. произошел
также один удавшийся акт незаконного захвата (уго-
на) воздушного судна (в 2003 г. зарегистрировано
три таких акта). Количество нападений или попы-
ток нападений на аэропорты уменьшилось с 10 в
2003 г. до 4 в 2004 г., причем одно из них было
совершено внутри здания аэровокзала [134].
Экологические проблемы, в частности шум в ок-
рестностях аэропортов и эмиссия вредных веществ,
которые определяют локальные изменения каче-
ства воздуха и глобальное влияние на окружаю-
щую среду, а также потребление топлива являются
теми главными факторами, которые определяют
эффективность и состояние авиационной индуст-
рии - как мировой, так и национальной.
В 2004 г. ICAO установила три основные цели
в области окружающей среды:
ограничение или сокращение количества лю-
дей, подвергаемых значительному воздействию
авиационного шума;
ограничение или снижение влияния авиацион-
ной эмиссии на местное качество воздуха;
ограничение или уменьшение воздействия эмис-
сии парниковых газов на мировой климат в ре-
зультате деятельности авиации.
Вступление в силу 16 февраля 2005 г. Киотского
протокола к Рамочной конвенции ООН об изме-
нении климата дало новый импульс деятельности
ICAO относительно решения проблемы эмиссии
парниковых газов и усилило ведущую роль ICAO в
сфере авиации и изменения климата. В частности,
Киотский протокол призывает промышленно раз-
витые страны мира действовать через ICAO в на-
3 8-470
Рис. 1.6. Статистика авиационной без-
опасности:
а — количество п актов незаконного захвата
ВС (7) и попыток захвата (2); б — количество п
раненых (5) и погибших (4)
£ 2,50
£ 2,25
| 2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Годы
Рис. 1.7. Сравнение показателей аварийности для ВС с реактивными (/) и винтовыми (2) двигателями
1.2. Анализ оценок и показателей безопасности мировой гражданской авиации
35
Годы
Рис. 1.8. Структура мирового парка ВС, определяемая
временем их производства и ввода в эксплуатацию:
7-новые ВС; 2 — разработанные до 1995 г.; 3 — с достигнутым
назначенным ресурсом; 4 — исключенные из производства
Рис. 1.9. Региональные особенности показателей без-
опасности полетов:
7 — пассажирские перевозки; 2 — грузовые перевозки
Рис. 1.10. Парк коммерческих транспортных воздушных судов п:
1 — турбореактивных; 2 — турбовинтовых; 3 —поршневых
правлении ограничения эмиссии парниковых га-
зов, производимой международной ГА.
ICAO также рассматривает рыночные вариан-
ты решения проблемы эмиссии авиационных дви-
гателей на основе участия авиации в планах обме-
на квотами на эмиссию и использования сборов
за эмиссию, связанных с местным качеством воз-
духа. В настоящее время для Договаривающихся
государств, желающих применять такие меры, фор-
мулируются рекомендации. Они должны быть под-
готовлены к очередной сессии Ассамблеи ICAO,
которая состоится осенью 2007 г., когда будут оп-
ределены направления будущих действий.
Показатели аварийности определяются типами ВС
(рис. 1.3 и 1.7) [844], временем их производства и
ввода в эксплуатацию (рис. 1.8) [849], видом авиаци-
онных работ и региональными особенностями обес-
печения безопасности полетов (рис. 1.9) [706], в том
числе так называемой культурой безопасности. Со-
гласно полученным данным, в период с 1995 по 2004 г.
количество находящихся в эксплуатации коммерче-
ских транспортных ВС увеличилось с 16 586 до 21 943,
т. е. почти на 32 % (исключая ВС с максимальной
взлетной массой менее 9000 кг). При этом количе-
ство турбореактивных ВС увеличилось с 13 434 до
17 895, т. е. примерно на 33 % (рис. 1.10).
36
/. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Рис. 1.11. Базовые элементы Национальной авиационной системы:
1 — авиакомпании; 2 — аэропорт; 3 — система управления воздушным движением
Региональные особенности определяются не
только отличием структуры текущего парка ВС,
но также техническим, организационным, норма-
тивным обеспечением полетов и подготовкой авиа-
ционного персонала.
Национальная авиационная система (НАС) не
определяется единственным компонентом. Ско-
рее всего она представляет собой комплексную со-
вокупность систем, процедур, производственных
баз и воздушных судов; в основе этого — их обслу-
живающий персонал (рис. 1.11). Национальная
авиационная система создает необходимое окру-
жение для безопасной эксплуатации воздушных
судов.
1.3. ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Программа обеспечения безопасности авиации
должна предусматривать использование процедур
эффективного управления безопасностью в про-
цессе эксплуатации авиационной техники. Осно-
вой реализации программы является профилак-
тическая деятельность по обнаружению и устра-
нению опасностей.
Рамками положений, регулирующих все аспекты
международного воздушного транспорта, является
Конвенция о международной гражданской авиации,
которая была подписана в 1944 г. делегатами
52 стран, собравшимися в Чикаго (Чикагская конвен-
ция). В соответствии с Конвенцией был создан по-
стоянный орган - Международная организация
гражданской авиации (ICAO). В настоящее время
конвенцию ратифицировали более 190 государств,
которые являются членами ICAO.
Для обеспечения безопасности, регулярности
и эффективности воздушных перевозок ICAO при-
няла 18 Приложений к Чикагской конвенции. Это
технические требования, известные как Стандар-
ты и Рекомендуемая практика (SARPs). Приложе-
ния охватывают весь спектр деятельности граж-
данской авиации.
Потребность в международных стандартах оп-
ределяется:
1.3. Программа обеспечения безопасности авиации
37
взаимозависимостью международной авиации;
эксплуатационной безопасностью;
уверенностью государств в единообразии вы-
полнения стандарта;
применяемой практикой;
защитой от распространения небезопасной
практики;
необходимостью обеспечения достаточного
уровня безопасности полетов.
Международные стандарты принимаются и вне-
дряются государствами - членами ICAO как мини-
мальное требование по обеспечению безопасности
международного воздушного транспорта.
Требования Стандартов и Рекомендуемой прак-
тики ICAO реализуются государствами путем:
разработки национальных авиационных зако-
нов и правил;
создания государственной системы регулиро-
вания деятельности авиации;
образования государственного ведомства граж-
данской авиации, ответственного за соблюдение
Стандартов безопасности полетов;
сертификации эксплуатантов, всех субъектов и
объектов гражданской авиации;
государственного надзора за соблюдением Стан-
дартов.
Единообразное применение правил, процедур
и практик при выполнении полетов ВС является
жизненно важным компонентом безопасности по-
летов. Поэтому государства должны согласовывать
свои национальные правила со Стандартами и
Рекомендуемой практикой ICAO.
В соответствии со статьей 26 Конвенции о меж-
дународной гражданской авиации государство, на
территории которого произошло АП, обязано на-
значить расследование его обстоятельств. Это обя-
зательство выполнимо только при наличии над-
лежащего законодательства о расследовании АП.
Полномочный орган по расследованию АП
должен быть абсолютно объективным и бесприс-
трастным. Его необходимо сформировать так, что-
бы он мог противостоять политическому или ино-
му вмешательству либо давлению. Желательно,
чтобы такой орган был независим от администра-
ции ГА и подотчетен непосредственно правитель-
ству или парламенту. Он должен определять при-
чины АП и формулировать рекомендации по без-
опасности. Однако ответственность за реализацию
рекомендаций по безопасности должна возлагаться
на администрацию ГА.
Полномочному органу по расследованию АП
должен быть в законодательном порядке предос-
тавлен оперативный и неограниченный доступ ко
всей информации, относящейся к делу, без како-
го-либо предыдущего согласования с судебными
органами или другими ведомствами. В законода-
тельном документе может предусматриваться за-
прещение на предоставление гласности по отдель-
ным документам и информации, полученным в
ходе расследования. Эти материалы включаются в
окончательный отчет только в том случае, если
они касаются анализа АП. Части записей, не име-
ющие отношения к такому анализу, гласности не
подлежат.
Этот момент очень важный, поскольку, напри-
мер, записи бортовых речевых самописцев, доб-
ровольно предоставленные лицами, опрашиваемы-
ми в ходе расследования, могут быть использова-
ны неподобающим образом для дальнейшего дис-
циплинарного, гражданского, административного
или уголовного рассмотрения. Кроме того, такая
информация не будет впредь сообщаться лицам,
ведущим расследование.
Воздушный кодекс Украины - главный доку-
мент, который устанавливает основные принци-
пы и нормы деятельности гражданской авиации
Украины. В действующем Воздушном кодексе для
повышения безопасности полетов установлены
обязательные требования к сертификации ВС,
пригодности аэродромов и их оборудованию. За-
конодательно закреплен более жесткий, чем в пре-
дыдущем кодексе СССР, порядок регистрации ВС,
аэродромов и их допуска к эксплуатации. Норма-
тивная база, которая дополняет Воздушный ко-
декс, включает нормы летной годности граждан-
ских ВС, пригодности к эксплуатации граждан-
ских аэродромов, правила подготовки и сертифи-
кации ВС, аэропортов и трасс, положения о
классификации летного, диспетчерского, техни-
ческого состава и других специалистов. Особые
положения по регулированию вопросов безопас-
ности полетов и авиационной безопасности отоб-
ражены в соответствующих государственных про-
граммах.
В настоящее время разработан стратегический
план действий с целью содействия безопасности
полетов, авиационной безопасности и эффектив-
ности международной гражданской авиации. Стра-
тетический план соответствует принципам Кон-
венции ICAO о гармоничном развитии междуна-
38
/. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
родной гражданской авиации на национальной и
региональной основах. Для реализации этого пла-
на необходимо [834]:
1) поощрять государства к широкому (глобаль-
ному) выполнению Стандартов и Рекомендуемых
практик ICAO;
2) развивать и принимать новые или улучшать
существующие Стандарты, Рекомендуемые прак-
тики и связанные с ними документы для удовлет-
ворения постоянно меняющихся потребностей
международной гражданской авиации;
3) усиливать законодательный каркас управле-
ния международной гражданской авиацией, раз-
рабатывая новые инструменты и поощряя рати-
фикацию государствами существующих законода-
тельных инструментов;
4) гарантировать своевременность, координа-
цию и выполнение региональных планов аэрона-
вигации и законодательный каркас для эффектив-
ного внедрения новых систем аэронавигации;
5) своевременно придерживаться главных тре-
бований безопасного и эффективного развития
гражданской авиации;
6) обеспечивать согласованное и эффективное
руководство экономическим регулированием меж-
дународного авиатранспорта;
7) содействовать мобилизации человеческих,
технических и финансовых ресурсов для развития
гражданской авиации;
8) гарантировать наиболее возможную эффек-
тивность действий ICAO при достижении отме-
ченных целей.
Каждая из перечисленных позиций предусмат-
ривает определенные ключевые виды деятельнос-
ти и ожидаемые результаты. Например, составля-
ющими позиции 5 являются:
5.1) реализация глобального плана безопасно-
сти авиации, который включает:
5.1.1) координацию действий между государ-
ственными органами и индустрией с целью га-
рантирования снижения аварийности в мире;
5.1.2) программу безопасности полетов и чело-
веческого фактора;
5.1.3) программу обеспечения безопасности
полетов в условиях сильно пересеченной мест-
ности;
5.1.4) положения по реагированию на иденти-
фицированные нарушения норм безопасности;
5.2) наблюдение за вулканической деятель-
ностью для целей международной авиации;
5.3) обеспечение безопасности аэропортов, ком-
плексов аэронавигации и услуг;
5.4) реализация программы защиты окружаю-
щей среды;
5.5) предупреждение перегрузки аэропортов и
воздушного пространства (ограничение пропуск-
ной способности аэропортов и воздушного про-
странства);
5.6) реализация программы упрощения фор-
мальностей;
5.7) планирование аварийных действий в не-
предвиденных случаях и др.
В каждой стране ответственной за безопасность
авиационных перевозок является Государственная
авиационная администрация. Она разрабатывает
и внедряет методики и процедуры обеспечения
безопасности для широкого круга выполняемых
видов деятельности внутри национальной авиаци-
онной системы, в системах управления движени-
ем, сертификации воздушных судов и др.
Рассмотрим стратегические цели плана дей-
ствий.
1. Безопасность полетов. После длительного и
устойчивого периода совершенствования системы
обеспечения безопасности полетов аварийность
стабилизирована на достаточно низком уровне и
остается относительно неизменной в течение пос-
ледних 20 лет [862]. Это указывает также на воз-
можные осложнения в дальнейшем снижении ава-
рийности. Комиссия Белого Дома по авиацион-
ной безопасности и безопасности полетов в фев-
рале 1997 г. предложила национальную цель -
уменьшить уровень катастроф на 80 % в течение
последующих 10 лет. Для достижения этой цели
проводятся исследования в области безопасности.
Усилия направляются на поддержку трех ключе-
вых аспектов, которыми являются:
идентификация отклонений в авиационной транс-
портной системе и управлении риском - рас-
познавание скрытых потенциальных опасностей
(угроз) и учет их в практической деятельности на
основе мониторинга; неотложные эксплуатаци-
онные и технические вмешательства и решения
на местном, национальном и международном
уровнях;
предотвращение авиационных происшествий -
выявление опасных отклонений в деятельности
авиационной транспортной системы, оценка их
опасности и разработка эффективных мер по сни-
жению аварийности в гражданской авиации;
1.3. Программа обеспечения безопасности авиации
39
смягчение последствий авиационных происше-
ствий - уменьшение ущербов в случае возникно-
вения авиационного происшествия.
2. Авиационная безопасность. Недавние собы-
тия в мировой гражданской авиации (11.09.2001 г.)
сфокусировали внимание на негативном разруши-
тельном потенциале террористических актов. Ис-
торически транспорт всегда был среди наиболее
частых целей атак террористов. Поскольку при-
рода угроз все время меняется, эффективность
программы безопасности (в частности, обеспече-
ния авиационной безопасности) нуждается в не-
прерывной переоценке. В области обеспечения
авиационной безопасности выделяются три клю-
чевых аспекта:
создание баз знаний и управления риском;
предупреждение актов незаконного вмешатель-
ства;
смягчение последствий актов незаконного вме-
шательства.
3. Эффективность авиатранспортной системы.
Фокус этой цели лежит в срочной и длительной
модернизации и эволюции НАС, которая должна
удовлетворять потребностям потребителей. Модер-
низация предусматривает внедрение новых техно-
логий и использование взаимосвязанных эксплу-
атационных практик. Фактически все элементы
программ, которые направлены на достижение
эффективности НАС, обязательно должны быть
сбалансированы с программами, которые фоку-
сируются на безопасности авиации, чтобы гаран-
тировать выбор альтернативных вариантов в наи-
высших интересах общества. Ключевыми в облас-
ти обеспечения авиационной безопасности явля-
ются:
определение архитектуры системы и направле-
ний ее развития;
реализация архитектуры системы;
поддержка действий по обеспечению воздушного
движения.
4. Экологическая безопасность. Очевидность
этой проблемы общепризнана. Каждый опытный
пассажир проинформирован о многих эксплуата-
ционных ограничениях аэропортов, которые оп-
ределяются неблагоприятным влиянием ГА на
общество, в первую очередь шума. Несколько аэро-
портов Европы имеют проблемы с ограничением
их пропускной способности из-за неблагоприят-
ных условий (шума) вокруг них. В ближайшие 5-
10 лет ожидается, что эта проблема будет актуаль-
ной еще для 20 наиболее интенсивных аэропор-
тов ЕС. Хотя внедрение самолетов с характерис-
тиками шума, соответствующими нормативам гла-
вы 3 тома 1 Приложения 16 к Конвенции ICAO,
во многих авиакомпаниях мира почти завершено,
жалобы общественности, проживающей в окрест-
ностях аэропортов, продолжаются и ограничива-
ют расширение или строительство новых авиаци-
онных комплексов. Введение стандартов главы 4
тома 1 Приложения 16 (утверждены 33-й Ассамб-
леей ICAO в 2002 г.) должно способствовать регу-
лированию проблемы, но прогнозированный рост
перевозок может снивелировать эффект от внед-
рения в эксплуатацию самолетов согласно требо-
ваниям стандартов главы 4. Предусматривается,
что прогнозированный рост авиационных услуг
обусловит последующее увеличение степени вли-
яния шума на общество.
К подобным результатам приводит и загрязне-
ние воздуха в результате эмиссии авиадвигателей.
Комитет по охране окружающей среды от влия-
ния авиации (САЕР) при ICAO постоянно озабо-
чен качеством локальной воздушной среды (в ок-
рестностях аэропортов) и глобальными ее изме-
нениями [673]. В частности, Киотский протокол
об изменении климата (1992 г.) обращает внима-
ние на авиационную эмиссию углекислого газа и
других парниковых газов. Специальный отчет о
влиянии авиации на глобальную атмосферу, опуб-
ликованный Межгосударственной комиссией по
изменению климата (IPCC) в апреле 1999 г., ука-
зывает на то, что под влиянием авиации разруша-
ется озон (в результате выбросов окислов азота),
образуются кислотные дожди и возникают другие
глобальные последствия. Обнаружено также по-
тенциальное влияние сверхзвуковых самолетов
(в том числе и тех, внедрение в эксплуатацию ко-
торых ожидается в ближайшие 10-15 лет) на стра-
тосферный озон.
В области экологической безопасности основ-
ными задачами являются:
снижение локального загрязнения атмосферного
воздуха - уменьшение эмиссии загрязняющих ве-
ществ, которые подвергают опасности здоровье
населения и объектов окружающей среды;
уменьшение эмиссии загрязняющих веществ, ко-
торые глобально влияют на климат или страто-
сферный озон - снижение загрязнения окружаю-
щей среды, обусловленного выбросами в первую
очередь окислов азота;
40
1. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
уменьшение влияния авиационного шума - сни-
жение уровней шума в окрестностях аэропортов и
в других местах, где авиационный шум неблаго-
приятен для окружающей среды.
Очень важно понимать роль новых современ-
ных технологий в модернизируемой НАС и их
адаптацию к повышению эффективности и без-
опасности. Предписание ФАА № 8040.4 [849], вы-
данное 28 июня 1998 г., вводит в практику поли-
тику управления рисками, требуя от всех подраз-
делений ФАА разрабатывать и реализовывать про-
граммы управления рисками в соответствии с
деятельностью этих подразделений. ФАА будет ис-
пользовать формальные и документируемые про-
цессы принятия решений, с тем чтобы адресовы-
вать риски к последствиям этих решений в тече-
ние всего жизненного цикла.
Программа управления рисками поддержи-
вается структурным системным инжинирингом,
отдельная специализация которого состоит в под-
держке системы безопасности. Программа пред-
ставляет собой комплекс инженерных и управлен-
ческих принципов, критериев и методик регу-
лирования (оптимизации) безопасности. Целью
системы безопасности является оптимизация без-
опасности на основе идентификации всех нару-
шающих ее рисков, их ограничение и контроль
организационными, конструктивными и эксплуа-
тационными методами.
Система безопасности основывается на таких
принципах:
1) внедряется она в НАС или в ее подсистему
постепенно и экономически эффективным обра-
зом;
2) опасности, связанные с системой, все время
идентифицируются, наблюдаются, оцениваются и
ограничиваются до приемлемых значений риска;
3) усилия, направленные на обеспечение безо-
пасности, должны быть совместимы с наилучшей
практикой обеспечения безопасности;
4) статистические данные оценки безопаснос-
ти постоянно рассматриваются, анализируются и
прогнозируются;
5) наиболее важная информация и отдельные
данные об обеспечении безопасности документи-
руются как «уроки безопасности» и доступны для
общественности через разнообразные информаци-
онные источники;
6) риски наблюдаются в течение всего жизнен-
ного цикла системы; для упрощения и повыше-
ния надежности наблюдения выполняется деком-
позиция жизненного цикла;
7) требования к конструкции, конфигурации и
назначению системы постоянно меняются, но так,
чтобы уровень риска был приемлем и соответство-
вал установленным требованиям.
Предлагается пять этапов управления риска-
ми, на каждом из которых учитываются принци-
пы системы безопасности:
планирование — процесс управления рисками
заранее предопределяется и документируется в
планах, которые включают критерии приемлемо-
го риска;
идентификация опасности - идентификация и
оценка опасности (угроз) в планах определяет рис-
ки опасности, связанные с системой (объектом,
процессом);
анализ - риски характеризуются в соответствии
со степенью серьезности их последствий и досто-
верности их образования;
сравнительная оценка безопасности - определя-
ется соответствие безопасности критериям при-
емлемости, установленным при планировании;
результаты оценки направляются в виде, адапти-
рованном к принятию решения;
принятие решения - выполняется сравнитель-
ная оценка опасностей различных вариантов.
В основе управления рисками лежат их коли-
чественный и качественный анализы, но преиму-
щество предоставлено количественным оценкам.
Как средство обоснования решения используется
сравнительная (компаративная) оценка риска опас-
ностей. Управление системой безопасности внед-
ряется и документируется в структуре системы
управления процессами в течение всего ее жиз-
ненного цикла. Таким образом, система безопас-
ности - это отдельный элемент системы управле-
ния процессами. На глобальном уровне таким
процессом является функционирование НАС в
течение ее жизненного цикла.
Можно утверждать, что предписание ФАА [849]
представляет собой инструмент интеграции сис-
темы безопасности в жизненный цикл НАС. Ин-
теграция достигается использованием этапов и
инструментов системы управления рисками -
оценки эксплуатационной безопасности (Opera-
tional Safety Assessments); требований эксплуата-
ционной безопасности (Operational Safety Require-
ments); сравнительной оценки опасностей (Com-
parative Safety Assessments); предварительного анализа
1.4. Модель анализа опасностей и методология оценки риска
41
опасностей (Preliminary Hazard Analyses); анализа
опасности подсистем (Subsystem Hazard Analyses);
анализа опасности системы (System Hazard Ana-
lyses); анализа опасности эксплуатации и обслу-
живания (Operation and Support Hazard Analyses);
наблюдения за опасностями и разрешения про-
блем рисков (Hazard Tracking and Risk Resolution)
и др. Каждый из этапов и инструментов занимает
свое место в жизненном цикле системы в целом
или отдельного процесса.
1.4. МОДЕЛЬ АНАЛИЗА ОПАСНОСТЕЙ И МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ РИСКА
Модель анализа безопасности или опасности
[55] используется для описания связей между при-
чинами, опасностями, состояниями системы и
эффектами (рис. 1.12). Эффект определяется по-
тенциальным следствием, чаще всего в виде на-
носимого ущерба, от опасности, которая существу-
ет при определенном состоянии системы. Началь-
ная работа в процесс формулировки проблемы
состоит в интеграции доступной информации об
источниках, эффектах и особенностях (характе-
ристиках) рассматриваемой системы.
В общем случае опасность - это такое распо-
ложение объектов и сочетание условий или ситуа-
ций, которые могут привести к нанесению ущерба
здоровью людей, окружающей среде или материаль-
ным ценностям.
При формулировке проблемы оценка может
начинаться с рассмотрения конечных точек -
стрессоров или эффектов (влияний). Стрессор
(Stressor) - любая физическая, химическая или
биологическая сущность (явление, предмет, веще-
ство и др.), которая может вызывать неприемле-
мую реакцию (синонимично с терминами «агент»,
«фактор»). Рецептор (Receptor) - сущность, кото-
рая находится под воздействием стрессора. Экс-
позиция (Exposure) - явление контакта стрессора с
рецептором.
Рис. 1.12. Схема модели анализа безопасности (опасности)
Риск оценивают в зависимости от идентифи-
кации опасностей, определяя вероятность послед-
ствий, которые возникают из них. Оценка риска,
по существу, является оценкой вероятности. Иног-
да ее формулируют как среднюю величину реали-
зации события, которая ожидается за определен-
ное время. Основная концепция оценок рисков
заключается в том, чтобы идентифицировать их
количественно или по меньшей мере в сравни-
тельном виде (качественно) по отношению к лю-
бым другим рискам. Они могут быть комплекс-
ными и включать различные риски.
Серьезность (суровость) опасности (риск по-
следствий опасности) объединяется с оценкой ее
вероятности (или следствия). Сначала определя-
ют, как часто могут возникать опасности. Обычно
рассматривают функцию вероятности комбинаций
причин (факторов). Затем оценивают вероятность
наихудшего состояния системы. Эта оценка так-
же может быть количественной или качественной.
Например, допускается, что вероятность наихуд-
шего состояния (низкая высота или скорость по-
лета, большая общая масса ВС) системы равна
0,001 за время эксплуатации. Вероятность эффек-
тов для наихудшего состояния (случая) системы
можно определить, умножая вероятность этого со-
стояния на вероятность следствия (эффекта), на-
пример, также равную 0,001. Тогда риск ущерба
для данного случая будет 0,001 • 0,001 =0,000001 =
= 10-6 за время эксплуатации. Риск часто выража-
ют в количественных терминах вероятности, на-
пример, количеством жертв на 1 млн населения
от экспозиции неблагоприятного исследуемого
фактора. Риск, меньший чем 10-6, не является
объектом обеспокоенности.
Для видов деятельности, в которых существен-
ной будет количественная оценка риска, можно
предложить структуру оценки приемлемости риска.
Лимит приемлемости риска определяется уровнем,
выше которого риск не может быть оправдан, за
42
/. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Количество жертв
Рис. 1.13. /^-диаграмма социального риска:
1 — для промышленых установок; 2 — для железных дорог;
3 — для авиации; 4— обобщенная кривая; 5 — согласно VROM-
правилам (ЕС)
исключением экстраординарных обстоятельств.
Ниже лимита приемлемости риск допускается
только в ответ на преимущества, которые связы-
вают с рассматриваемой деятельностью, но при
условии выполнения требования ALARP (до та-
кой степени, насколько это практически разум-
но) [51]. С совершенствованием практик управле-
ния риском и с уменьшением его можно достиг-
нуть точки, в которой стоимость, связанная с даль-
нейшим снижением риска, будет достаточно
высокой, чтобы оправдать дальнейшие преимуще-
ства его снижения.
В анализе используют два вида рисков: ин-
дивидуальный и социальный. Индивидуальный
риск является усредненной за год вероятностью
летального исхода для отдельного человека, ко-
торый постоянно обитает вблизи источника
опасности (например, аэропорта) в результате
проявления опасности (например, авиационной
катастрофы). Социальный риск - усредненная за
год вероятность того, что N или большее коли-
чество людей может погибнуть вследствие про-
явления опасностей (рис. 1.13, где приведена
Fy-диаграмма как пример оценки социального
риска).
Критерии риска для жизни (фатальности), вы-
явленные в процессе анализа, имеют определен-
ный диапазон числовых значений [859]:
происшествия с частотой смертельного исхода
106 обычно обществом не замечаются, а с часто-
той 10~3 расцениваются как несчастные случаи,
которые нужно предупреждать;
декларируемый уровень индивидуального рис-
ка, при котором принимается регулятивное дей-
ствие по уменьшению общественного риска, иден-
тифицируется в диапазоне КУ4- 5 • 1(У5 за год; в
некоторых случаях регулятивное действие может
применяться при более низких значениях риска в
зависимости от количества населения, которое
находится под экспозицией опасного фактора;
минимальный уровень индивидуального рис-
ка, который не требует регулятивного действия для
снижения общественного риска, может иденти-
фицироваться значением К)7;
верхняя граница допустимого риска для тре-
тьего лица вокруг транспортной сети составляет
104 за год.
Риск ассоциируется с вероятностью неблаго-
приятных происшествий и их последствиями [720,
791, 809].
Для индивидуального риска основное условие
выражается формулой
R = PfP(4f, (17)
где Pf - вероятность происшествия (например,
авиационного); Pdlf - вероятность ущерба, в част-
ности фатального следствия, нанесенного инди-
видууму данным происшествием при отсутствии
защиты его от опасности.
Область под /^-кривой (см. рис. 1.13), где от-
ражено соотношение частоты фатальных послед-
ствий с их количеством за год, равна ожидаемому
количеству фатальных последствий при осуществ-
лении исследуемой деятельности:
ОС ОО ОО ОО Ц
J[1 — = J fN(u)dudx fN(u)dxdu =
О 0 г 0 0
ОО
= ufN(u)du = E(N),
а
о
(1-8)
где/ - плотность вероятности происшествий.
Ожидаемое количество фатальных последствий
E(W) = f[l-F„,„JW]dx, (1.9)
где - кумулятивная функция плотности фа-
тальных последствий, которые возникают при
осуществлении z-й деятельности на у-м месте за
год.
1.4. Модель анализа опасностей и методология оценки риска
43
Определяя интеграл риска RI, как соответству-
ющую меру социального риска, в виде
RI = Jx[l - (л)]Л , (1.10)
можно показать, что
RI = Jх[1 - Fn(х)]л = |[е2 (W) + c2(/V)] , (1.11)
где o(N) - среднеквадратичное отклонение, ко-
торое принимает относительно высокие значе-
ния для случаев с низкой вероятностью риска и
значительными последствиями; как правило,
g(N)>E(N),
На национальном уровне регулирования опас-
ности социальный риск можно оценить, ограни-
чивая суммарное количество фатальных случаев
за текущий год [809]:
Е(^,) + Ь(^/.)<Р1..1ОО, (1.12)
где к = 3 - индекс предотвращения риска; р - фак-
тор текущей политики регулирования риска опас-
ности (для R. = Ю’4 фактор 0 = 1; для нижней и
верхней границ регулирования риска фактор р ра-
вен соответственно 0,01 и 10).
Например, для окруженного населенными тер-
риториями большого аэропорта, в котором общее
количество полетов (прилетов, вылетов) за год
составляет около 180 000, а вероятность катаст-
рофы в полете (по статистическим данным) равна
5 • I0-7, ожидаемое количество катастроф состав-
ляет 0,09. Количество жертв на земле (за исклю-
чением пассажиров и экипажа) в случае катастро-
фы оценивается в 50 чел. Из-за огромного коли-
чества полетов ожидаемая среднегодовая оценка
и стандартное отклонение общего количества АП
весьма значительны:
Е(Ч,) = n.„1V = 180 ООО- 5 • 10” -50 = 4,5;
°(= (180 000• 5 10” f • 50 = 15.
Социальный риск и суммарное количество
ожидаемых жертв АП в аэропорту будет 49,5. По-
этому, чтобы выполнить требования действующе-
го законодательства ЕС, например VROM-правил
(см. рис. 1.13), необходимо усовершенствовать без-
опасность полетов. Оценку политического факто-
ра следует выбирать из условия (1.12) с 0(>О,5 .
Это значит, что описанная здесь ситуация не при-
емлема без обсуждения общественностью (по-
скольку значение допустимого риска для третьего
лица будет выше, чем 10 4 за год).
Оценка риска используется в рамках его регу-
лирования (рис. 1.14). Для исследования послед-
ствий проявления опасностей важными являются
факторы уязвимости - физические, социальные,
экономические и экологические условия и про-
цессы, которые, как правило, увеличивают ущерб
от последствий влияния опасностей на человека
или общество. Здесь необходима покрывающая
способность - возможности человека, системы, об-
щества, природы противостоять последствиям
проявления опасностей и угроз, т. е. нужны ре-
сурсы , которые позволяют уменьшить негативные
последствия.
Чаще всего, в том числе в НАС, объектом оп-
ределения вероятности возникновения опасности
является система «человек-машина-среда» (СЧМС),
в которой человек выступает главным элементом
прогнозирования - как субъект и как объект рис-
ка. Исходя из этого, базовыми являются четыре
группы факторов риска:
знания человека (общие и профессиональные)
{^р ^2’ ’
психофизиологические возможности человека
(параметры его физиологических и психологичес-
ких функций) Р = {р}, рг ..., pj;
техногенное (производственное и/или бытовое)
окружение V— {т^, f2, ..., vn};
природные факторы окружающей среды, сла-
бо контролируемые или не контролируемые во-
обще, Е = {£], ev ..., ет}, суперпозиция которых
определяет возникновение скрытых недостатков
СЧМС.
Сложность проблемы управления риском в та-
кой системе состоит в том, что каждая исходная
координата состояния системы у. которая влияет
на риск функционирования всей СЧМС, является
функцией всех влияний: у. = Ф. (Р, И, Е, Z). По-
скольку Р = P(t), Е= E(f), то у. — ФДР(0, К E(t), Z].
Характер действия этих факторов, а также их вза-
имодействие в общем случае не могут быть
идентифицированы, как не может быть опреде-
лен и конечный вид функциональной связи.
Действие этих факторов предопределяет четыре
источника неуверенности, которые приводят к по-
явлению риска. Для появления риска на общем уров-
не достаточно появления его в одном из источни-
ков - здоровье человека (г^, социуме (г2), техноген-
ной среде (г3) или природной среде (г4). Таким об-
разом, общий риск P = S/;, где г - вероятность
отклонения событий от ожидаемых условий.
44
I. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИИ
Контекст устойчивого
развития:
социальный;
политический;
экономический;
экологической системы
Осознание изменения
поведения
Развитие знаний:
образование;
исследование;
информация
Факторы риска
Уязвимость - условия
и процессы:
социальные;
экономические;
физические;
экологические
Опасности:
геологические;
гидрометеорологические;
биологические;
технологические
Мониторинг
и анализ
опасностей
Анализ
уязвимости
Оценка и анализ риска
Информирование
населения
о результатах
Влияние
несчастного
случая
Ответная реакция
Восстановление среды
Разработка законов
и кодексов
Применение законов:
экологическое регулирование;
ограничение использования
земель;
защита критических объектов;
формирование финансовых
фондов
Подготовленность
населения
Раннее предупреждение
Рис. 1.14. Рамочная структура снижения риска
Если принять во внимание, что каждый из ис-
точников риска может иметь достаточно сложный
характер и разные исходные параметры, то типо-
вая модель приобретет характер суммы вероятно-
стей отклонений в функционировании всей сис-
темы СЧМС. Например, риск нанесения ущерба
здоровью человека г, может иметь физиологичес-
кую (<7И), психологическую (<7|2) и социально-эко-
номическую (<?13) составляющие. Таким образом,
г = ZqyH тогда
Типовую модель рисков можно представить как
аддитивную функцию вероятностей отклонения
(функционирования) системы от ожидаемых (же-
лаемых) условий. Дальнейшее уточнение модели
ведет к потере ее общего характера.
Сегодня накоплено достаточное количество
методологических и методических разработок и
предложений, из которых наиболее пригодной и
проверенной практикой можно считать методо-
логию идентификации авиационных событий. Эта
методология предусматривает анализ элементар-
ных действий в ситуации, приводящей к возник-
новению риска и к гибели СЧМС.
Оценка риска базируется на двух главных эле-
ментах-характеристике влияния и характеристи-
ке экспозиции. Они являются фокусом для про-
1.4. Модель анализа опасностей и методология оценки риска
45
ведения трех этапов оценки риска - формулиров-
ки проблемы, проведения анализа и характерис-
тики риска.
Анализ руководствуется результатами формули-
ровки проблемы. На этом этапе данные оценива-
ют для того, чтобы определить, как наиболее ве-
роятно будет происходить экспозиция от стрессо-
ров (характеристика экспозиции), и, основываясь
на этой экспозиции, установить тип и параметры
влияний (эффектов), которые можно ожидать (на-
пример, характеристика экологических эффектов).
Первый шаг анализа - изучение достоверности,
полноты и ограниченности данных, характеризу-
ющих экспозицию, эффекты, особенности систе-
мы и рецепторов, а также определение природы
потенциальной или фактической экспозиции и
реакций при обстоятельствах, обусловленных кон-
цептуальной моделью. Продуктом анализа явля-
ются два параметра (один — для экспозиции, вто-
рой - для реакции на стрессор), которые состав-
ляют базис характеристики риска.
Оценка экспозиции предназначена для опре-
деления количества людей и типа населения, под-
падающего под влияние отдельного стрессора рис-
ка, а также величины, пути действия, момента
начала и длительности экспозиции. В зависимос-
ти от потребностей анализа оценка может быть
сфокусирована на текущие, прошедшие или буду-
щие экспозиции.
Характеристика риска — заключительный этап
оценки риска. Он представляет собой интегриро-
ванное задание, в котором объединяются преды-
дущие компоненты анализа в единую картину и
определяется степень риска. В течение этого эта-
па экспозиция и параметры реакции на стрессор
интегрируются через процесс оценки риска. Ха-
рактеристика риска содержит краткое изложение
предположений, научно обоснованной неуверен-
ности, надежности и ограниченности анализов.
Оценка риска осуществляется для определения
размеров ожидаемого ущерба от экспозиции дан-
ного стрессора риска и установления достаточно-
сти последствий для введения усиленного управ-
ления (регулирования).
Оценка ожидаемых эффектов предусматривает
определение неблагоприятных эффектов, которые
могут, вероятно, возникнуть при данных уровнях
экспозиции от агента риска (например, может ли
экспозиция от химического соединения вызвать
онкологическое заболевание или серьезно пора-
зить функцию нервной системы человека). Если
вывод оценивается как незавершенный, осуществ-
ляют более подробное изучение, с тем чтобы оп-
ределить, существует ли количественная зависи-
мость между уровнем экспозиции и неблагопри-
ятными эффектами. Необходимо оценить неопре-
деленность и ограничение эмпирических данных,
на которых базируется оценка риска.
Источниками неуверенности при определении
риска являются неясная связь, наглядные ошиб-
ки, переменчивость и погрешности данных, не-
уверенность в подлинных величинах, в структуре
модели (процесса) и форме модели (эмпиричес-
кие модели).
Широкое использование и важные преимуще-
ства оценок риска не означают, что они являются
единственными детерминантами управленческих
решений; менеджеры риска рассматривают мно-
жество факторов. Хотя оценки риска обеспечива-
ют менеджеров критической информацией, она
является только частью процесса принятия реше-
ния по управлению. Уменьшение риска до самого
низкого уровня может быть очень дорогим или
технически невозможным.
Оценка риска обеспечивает основными исходны-
ми данными программу управления риском. В про-
цессе управления выполняют следующие задачи:
1) определяют, какой неблагоприятный фак-
тор представляет наибольшую опасность;
2) рассматривают доступность вариантов управ-
ления (регулирования);
3) выполняют соответствующие действия для
уменьшения (или ликвидации) неприемлемых рис-
ков (осуществление программы);
4) оценивают последствия риска.
Однако такие оценки еще не обеспечивают от-
вета на много вопросов. Какой уровень экспози-
ции от фактора риска неприемлем или, иначе,
какой уровень приемлемо безопасен? Какие до-
пустимые значения неуверенности и неопределен-
ности при оценке рисков? Какие компромиссные
механизмы можно и необходимо внедрить в про-
грамму снижения риска с учетом достигнутых пре-
имуществ и затрат на процедуры усовершенство-
ванного управления риском? Появятся ли новые
риски как следствие уменьшения существующих?
Ответы на эти вопросы, очевидно, находятся под
влиянием приоритетов и ценностей общества. Их
распределение требует политических концептуаль-
ных решений.
Глава 2
МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
2.1. КОНВЕНЦИЯ О МЕЖДУНАРОДНОЙ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Конвенция о международной гражданской
авиации (Convention on International Civil Aviation)1
[265], которую далее будем называть Чикагской
конвенцией, является правовой основой деятель-
ности международной гражданской авиации. Она
была подписана представителями 52 Договарива-
ющихся государств (Contracting State) на Между-
народной конференции по ГА, состоявшейся в
Чикаго (США) в 1944 г. Чикагская конвенция ус-
пешно прошла испытание временем и сегодня
остается надежной основой развития и согласо-
ванного функционирования международной ГА.
Основные причины, обусловившие необходимость
подписания Чикагской конвенции, связаны с эво-
люцией процессов развития как авиационной про-
мышленности, так и международных пассажир-
ских и грузовых сообщений различными видами
транспорта. В значительной степени особенности
проявления этих эволюционных процессов были
обусловлены подготовкой и ходом Второй миро-
вой войны, которая актуализировала проблемы
международных авиаперевозок.
К началу 40-х годов XX в. в группе промыш-
ленно развитых государств мира воздушный транс-
порт и авиационная деятельность достигли уровня,
при котором их дальнейшее успешное развитие и
конкурирование на международных перевозках с
другими видами транспорта стали затруднитель-
ными без объединения и согласования усилий за-
интересованных государств. Сформировалась ши-
рокая сеть международных пассажирских и грузо-
вых воздушных сообщений, которая породила
множество проблем политического, коммерческого
и технического характера^ требующих единообраз-
ного и вместе с тем приемлемого для большин-
1 Для удобства сопоставления используемых терми-
нов с документами ICAO, EASA, IATA и других между-
народных организаций в данной главе приводятся их
англоязычные аналоги, что необходимо для единооб-
разного понимания материала.
ства государств решения в интересах поддержа-
ния мира на Земле.
Эти проблемы касались глобальных вопросов,
в частности, обеспокоенности возможностью воз-
никновения юридических и экономических кон-
фликтов при пересечении воздушными судами
государственных границ в мирное время, соблю-
дения прав и выполнения обязанностей (техни-
ческих, коммерческих) в связи с полетами ВС
одной страны в пределах или через территорию
других стран, а также частных вопросов междуна-
родных воздушных сообщений (например, об-
служивания аэронавигационных средств, мно-
гие из которых расположены в малонаселенных
районах). Возможности решения этих проблем
путем соглашений между авиаперевозчиками либо
на основе отдельных межгосударственных или дву-
сторонних соглашений, например, в рамках Меж-
дународной ассоциации воздушных перевозок
(International Air Traffic Association - IATA) - одной
из крупнейших неправительственных организаций
того времени, т. е. вне рамок всеобъемлющих
международных соглашений на государственном
уровне, исчерпали себя. Обострилась востре-
бованность в системной организации взаимоот-
ношений при воздушных перевозках, в первую
очередь с точки зрения распределения и закреп-
ления ответственности между участниками авиа-
ционной деятельности, как на межгосударствен-
ном (международном), так и на государственном
уровнях.
Таким образом, для эффективного функцио-
нирования авиационного транспорта, обеспечения
условий его развития и реализации преимуществ
по отношению к другим видам транспорта крайне
актуальной стала необходимость установления
всеобъемлющих принципов и правил, которые
обеспечивали бы:
достаточный уровень единообразия для регу-
лирования возникающих при воздушных перевоз-
ках взаимоотношений между государствами;
2.1. Конвенция о международной гражданской авиации
47
приемлемые условия для возможностей реали-
зации этих принципов и правил большинством
государств;
безопасность, эффективность и регулярность
авиаперевозок;
условия устойчивого и результативного функ-
ционирования, а также эффективного развития и
совершенствования деятельности международно-
го авиационного транспорта.
Для упорядоченного развития ГА и соблюде-
ния принципов Чикагской конвенции в соответ-
ствии с ее положениями был создан постоянный
орган - Международная организация гражданской
авиации (International Civil Aviation Organisation -
ICAO). По состоянию на конец 2005 г. Чикагскую
конвенцию ратифицировали 189 государств, ко-
торые являются членами ICAO.
Направления деятельности международного воз-
душного транспорта регулируются положениями
Чикагской конвенции. Ее 96 статей устанавлива-
ют привилегии и обязательства для всех Догова-
ривающихся государств.
Статья 37 Чикагской конвенции предусматри-
вает принятие всеми подписавшими ее государ-
ствами международных Стандартов и Рекоменду-
емых практик (Standards and Recommended Practi-
ces - SARPs). Эти стандарты формируют общие
(с различной степенью детализации) принципы по-
строения методов и процедур международного и
государственного регулирования деятельности воз-
душного транспорта, а также структурируют при-
емлемое единообразие в построении системы от-
ветственности за обеспечение и проведение авиа-
ционной деятельности на международном и госу-
дарственном уровнях. В практике международного
регулирования деятельности гражданской авиации
Стандарты и Рекомендуемые практики рассмат-
риваются как неотъемлемые части Чикагской кон-
венции. Право принимать их предоставляется Со-
вету (Council) ICAO.
Чтобы было удобно пользоваться, SARPs офор-
мляются в виде Приложений к Чикагской кон-
венции (Annexes to the Convention on International
Civil Aviation). Существующие в настоящее время
18 Приложений охватывают ключевые направле-
ния деятельности международной ГА. Некоторые
из них (например, Приложение 16) приняты мно-
гими государствами в качестве национальных стан-
дартов.
Состав Приложений к Чикагской конвенции о
международной гражданской авиации'.
1. Выдача свидетельства личному составу (Per-
sonnel Licensing);
2. Правила полетов (Rules of the Air);
3. Метеорологическое обеспечение междуна-
родной аэронавигации (Meteorological Service for
International Air Navigation);
4. Аэронавигационные карты (Aeronautical
Charts);
5. Единицы измерения, подлежащие исполь-
зованию в воздушных и наземных операциях (Units
of Measurement to be Used in Air and Ground
Operations);
6. Эксплуатация воздушных судов (Operation of
Aircraft);
7. Национальные и регистрационные знаки
воздушных судов (Aircraft Nationality and Registra-
tion Marks);
8. Летная годность воздушных судов (Airwort-
hiness of Aircraft);
9. Упрощение формальностей (Facilitation);
10. Авиационная телекоммуникационная связь
(Aeronautical Telecommunications);
11. Обслуживание воздушного движения (Air
Traffic Services);
12. Поиск и спасение (Search and Rescue);
13. Расследование авиационных происшествий
(Aircraft Accident and Incident Investigation);
14. Аэродромы (Aerodromes);
15. Службы аэронавигационной информации
(Aeronautical Information Services);
16. Охрана окружающей среды (Environmental
Protection);
17. Безопасность: защита международной граж-
данской авиации от актов незаконного вмешатель-
ства (Security: Safeguarding International Civil Aviation
Against Acts of Unlawful Interference);
18. Безопасная перевозка опасных грузов по
воздуху (The Safe Transport of Dangerous Goods
by Air).
Материал в Приложениях изложен по устано-
вившейся структуре. Каждое Приложение состо-
ит из предисловия, определений, Стандартов и
Рекомендуемых практик (SARPs), дополнений, до-
бавлений, примечаний и приложений.
Предисловие содержит историческую справку и
пояснительный материал, касающийся самого
Приложения, вместе с пояснениями, касающимися
других его частей.
48 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Определения объясняют употребляемые в При-
ложении термины, которые не имеют общепри-
нятых словарных значений и нуждаются в пояс-
нениях. Определения не имеют самостоятельного ста-
туса, но являются важной частью каждого SARPs,
в котором употребляется термин (другими слова-
ми, содержание терминов не всегда обладает свой-
ством «переносимости» между документами), по-
скольку изменение значения термина может по-
влиять на смысл требования.
В дополнении публикуются различия между на-
циональными правилами и SARPs, уведомления о
которых были направлены в ICAO. Дополнение
размещается в конце Приложения к Чикагской
конвенции. Для удобства пользования первая стра-
ница текста дополнения печатается на бумаге крас-
ного цвета.
Добавления содержат материал, сгруппирован-
ный отдельно для удобства пользования, но явля-
ющийся составной частью Приложения.
Примечания включены в текст Приложения, где
это необходимо, с тем чтобы дать фактическую
информацию или ссылку на соответствующие
Приложения к Чикагской конвенции, составной
частью которых они не являются.
Приложения SARPs определяют применение
Приложений к Чикагской конвенции.
Наиболее важной составной частью Приложе-
ния к Чикагской конвенции являются SARPs. Они
представляют собой требования, принятые Сове-
том ICAO в соответствии с положениями Чикаг-
ской конвенции.
Стандарт - любое требование к физическим
и техническим характеристикам, конфигурации,
материальной части, персоналу или процедурам,
единообразное применение которого необходимо
для обеспечения безопасности или регулярности
международной аэронавигации и которое будут
соблюдать Договаривающиеся государства согласно
Чикагской конвенции. Это значит, что Стандарт
представляет собой подлежащее единообразному
выполнению требование, признанное в качестве
необходимого для обеспечения безопасности или
регулярности международной аэронавигации. Со-
гласно принятой в ICAO редакционной практике,
при формулировке требований на русском языке
в тексте Стандарта глагол ставится в настоящем
времени изъявительного наклонения. Стандарты
печатаются в тексте Приложений к Чикагской
конвенции обычным шрифтом.
Статья 38 Чикагской конвенции требует, что-
бы Договаривающиеся государства уведомляли
ICAO о всех различиях между системами их на-
циональных Авиационных правил или действую-
щей практикой и Международными стандартами
(SARPs), содержащимися в Приложениях к Чи-
кагской конвенции и в любых поправках к ним.
Рекомендуемая практика - любое требование к
физическим и техническим характеристикам, кон-
фигурации, материальной части, персоналу или
правилам, единообразное применение которого
признается желательным для обеспечения без-
опасности, регулярности или эффективности меж-
дународной аэронавигации и которое будут стре-
миться соблюдать Договаривающиеся государства
согласно Чикагской конвенции. Это означает, что
Рекомендуемая практика - это требование, кото-
рое сочтено желательным, но не обязательным.
Согласно принятой в ICAO редакционной прак-
тике, при формулировке требований на русском
языке в тексте Рекомендуемой практики приме-
няются вспомогательные глаголы «следует» или
«должен». Рекомендуемая практика печатается в
тексте Приложения к Чикагской конвенции кур-
сивом с добавлением слова «рекомендация».
Уведомление о различиях между национальной
практикой и Рекомендуемой практикой ICAO не
обязательно, но Договаривающимся государствам
предлагается уведомлять о таких различиях в тех
случаях, когда это важно для безопасности аэро-
навигации.
SARPs - одно из главных технических дости-
жений ICAO, которое заключается в признании
Договаривающимися государствами необходимо-
сти в определенном уровне стандартизации для
обеспечения безопасности, эффективности и ре-
гулярности воздушных перевозок. Важно отметить,
что сложившаяся политика ICAO по вновь вводи-
мым стандартам реализуется как закрепление ре-
зультативной практики апробации их применения
на двустороннем и (или) региональном уровнях.
Чикагская конвенция и SARPs по существу об-
разуют нормативно-правовой базис системы меж-
дународного регулирования деятельности ГА, опре-
деляющий привилегии и обязательства Договарива-
ющихся государств, общие принципы, требования
и механизмы (методы и процедуры) обеспечения
выполнения обязательств, использования привиле-
гий и принятия решений по самой системе между-
народного регулирования деятельности ГА.
2.1. Конвенция о международной гражданской авиации
49
Положения Чикагской конвенции применимы
только к гражданским ВС1 (Статья 3 Конвенции).
В Статье 1 закреплен основной принцип Чи-
кагской конвенции, заключающийся во взаимном
признании полного и исключительного суверени-
тета каждого Договаривающегося государства на
воздушное пространство над своей территорией.
Вместе с тем, Статья 4 Чикагской конвенции преду-
сматривает исключение злоупотреблений ГА и ис-
пользования ее для каких-либо целей, не совме-
стимых с целями Конвенции.
Статья 37 Чикагской конвенции предусматри-
вает сотрудничество Договаривающихся государств
для достижения максимально возможного едино-
образия систем национальных Авиационных пра-
вил, стандартов и процедур, которые будут спо-
собствовать международной воздушной навигации
и ее совершенствованию.
Несогласованность систем национальных Авиа-
ционных правил, касающаяся выполнения SARPs,
приводит к большим издержкам. В настоящее вре-
мя в авиационной отрасли доминируют около де-
сяти государств. Однако существующие в них ус-
ловия и особенности нельзя считать репрезента-
тивными для всего мира. По этой причине ICAO,
как организация, представляющая все государства,
заинтересованные в развитии своей авиации, спо-
собна и должна решать задачу глобального согла-
сования систем национальных Авиационных пра-
вил. Это приведет к снижению издержек и обес-
печит условия для безопасного, упорядоченного
и эффективного выполнения международных авиа-
перевозок.
Глава III (Статьи 17-21) Чикагской конвенции
предусматривает обязательность регистрации ВС,
нанесения на них национальных и регистрацион-
ных знаков, ведения государственного Реестра2
гражданских ВС и правил внесения и исключе-
ния их из государственного Реестра, а также по-
1 ВС, используемые на военной, таможенной и по-
лицейской службах, рассматриваются как государствен-
ные.
2 Здесь и далее в главе 2 существительное с заглав-
ной буквы относится либо к официальному документу
(например, Сертификат, Реестр), либо к субъекту дея-
тельности (например, Разработчик, Производитель, Экс-
плуатант и т. п. или Государство регистрации, Государ-
ство Эксплуатанта, Государство Разработчика и др.)
в системе государственного и (или) международного ре-
гулирования деятельности ГА.
рядок предоставления сообщений другим Догова-
ривающимся государствам и ICAO о принадлеж-
ности и эксплуатации ВС, находящихся в госу-
дарственном Реестре.
Глава V Чикагской конвенции устанавливает,
что каждое ВС, занятое в международных воздуш-
ных перевозках, обязательно будет иметь борто-
вые документы, выдаваемые или признаваемые
действительными государством, в Реестр которо-
го занесено ВС. Дополнительные обязательные
документы могут устанавливаться государствами
самостоятел ьно.
В SARPs введено понятие «Государстворегист-
рации ВС», которое является одним из ключевых
и концептуально необходимых для описания ме-
ханизмов решения вопросов, возникающих во вза-
имоотношениях Договаривающихся государств при
международных воздушных перевозках, в том чис-
ле вопросов регулирования летной годности и рас-
следования авиационных происшествий (Ста-
тья 26 Чикагской конвенции).
Статья 39 Чикагской конвенции устанавлива-
ет, что в случае наличия несоответствий требова-
ниям SARPs по ВС или какой-либо из ее частей,
а также по членам экипажа ВС, перечень таких
несоответствий обязательно будет внесен или
приложен к соответствующим (находящимся на
борту ВС) удостоверениям и свидетельствам.
Статья 40 определяет необходимость ограничений
на участие таких ВС в международных воздушных
перевозках.
Статья 68 Чикагской конвенции предусматри-
вает право каждого Договаривающегося государ-
ства выделять аэродромы и маршруты для между-
народной аэронавигации.
Статьи 69-76 Чикагской конвенции содержат
положения, в соответствии с которыми через Со-
вет ICAO может обеспечиваться решение вопросов,
касающихся поддержания необходимого уровня
аэронавигационных сооружений (включая радио-
и метеослужбы) в каждом из Договаривающихся
государств в случае, если они не удовлетворяют
требованиям безопасной, регулярной, эффективной
и экономичной эксплуатации международных воз-
душных линий.
Статья 77 Чикагской конвенции предусматри-
вает, что Эксплуатанты, осуществляющие между-
народные воздушные перевозки в каждом из До-
говаривающихся государств, предоставляют Совету
ICAO отчеты.
4 8-470
50 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
В SARPs также введено ключевое понятие «Го-
сударство Эксплуатанта», которое необходимо
для выделения объектов регулирования (включая
субъектов деятельности), находящихся под юрис-
дикцией Договаривающихся государств. Это по-
нятие тесно связано с понятием «Государство ре-
гистрации», в частности применительно к переда-
че функций и обязанностей по поддержанию Л Г
между Государством регистрации ВС и Государ-
ством Эксплуатанта в случае аренды, фрахтова-
ния и обмена ВС1.
В статьях 5-7 Чикагской конвенции закрепле-
ны принципиальные вопросы, касающиеся обме-
на правами между Договаривающимися государ-
ствами, которые, однако, не затрагивают обмена
коммерческими правами.
Хотя на Чикагской международной конферен-
ции по ГА и не достигнуто удовлетворительное
для всех согласие по вопросу обмена коммерчес-
кими правами, но в ее заключительный акт до-
полнительно были включены:
« Соглашение о транзите при международных воз-
душных сообщениях», которое определяет обмен
некоммерческими правами при регулярных меж-
дународных воздушных сообщениях на многосто-
ронней основе и, в частности, условия для ВС
любого Договаривающегося государства пролетать
или приземляться по техническим причинам на
территории любого другого Договаривающегося
государства;
«Соглашение о международном воздушном транс-
порте», которое, среди прочего, устанавливает ус-
ловия полетов ВС между Государством регистрации
и любым другим Договаривающимся государством.
В настоящее время вопросы обмена правами
между Договаривающимися государствами полу-
чили должное развитие. Они представляют собой
регулирование: коммерческих прав («свободы воз-
духа»); справедливой конкуренции; регламентации
емкости международных воздушных сообщений;
многосторонних механизмов установления и со-
блюдения авиатарифов; автоматизированных си-
стем бронирования; организации совместной экс-
плуатации и пульных сообщений; аренды, фрах-
тования и обмена ВС; передачи определенных
функций и обязанностей между Государством ре-
гистрации и Государством Эксплуатанта в случае
аренды, фрахтования и обмена ВС; авиационного
шума; регистрации в ICAO международных согла-
шений и договоров; международной авиапочты;
принципов осуществления нерегулярных авиапе-
ревозок.
2.2. ОСНОВНЫЕ МЕЖДУНАРОДНЫЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ,
СВЯЗАННЫЕ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
2.2.1. Международная организация
гражданской авиации
ICAO2 - специализированное учреждение ООН,
протокол о признании которого подписан 1 ок-
тября 1947 г. и вступил в силу 13 мая 1948 г. ICAO
является международной правительственной орга-
низацией. Первоначально, после подписания Чи-
кагской конвенции, существовала Временная
международная организация гражданской авиации
(Provisional International Civil Aviation Organisa-
tion - PICAO). После вступления в силу 4 апре-
ля 1947 г. Чикагской конвенции на 1-й сессии
1 Поправка к Чикагской конвенции «Статья 83bis».
2 Информацию о деятельности ICAO можно полу-
чить на ее официальном сайте http://www.icao.org.
Ассамблеи, состоявшейся в Монреале, в мае
1947 г. PICAO переименована в ICAO. По пред-
ложению правительства Канады местом располо-
жения Штаб-квартиры ICAO был выбран г. Мон-
реаль.
Основными целями деятельности ICAO, в соот-
ветствии с положениями Чикагской конвенции,
являются вопросы, имеющие глобальное значение
для международной гражданской авиации:
разработка принципов и методов международ-
ной воздушной навигации;
содействие планированию и развитию между-
народного воздушного транспорта, с тем чтобы
обеспечивать безопасное и упорядоченное разви-
тие международной ГА;
поощрение искусства конструирования и экс-
плуатации ВС в мирных целях;
2.2. Основные международные и региональные организации, связанные с регулированием
поощрение развития воздушных трасс, аэро-
дромов и аэронавигационных средств для между-
народной ГА;
удовлетворение потребности народов мира в
безопасном, регулярном, эффективном и эконо-
мичном воздушном транспорте;
предотвращение экономических потерь, выз-
ванных неразумной конкуренцией;
обеспечение полного уважения прав государств
и справедливых для каждого из них возможнос-
тей использовать авиапредприятия, занятые в меж-
дународном воздушном сообщении;
избежание дискриминации в отношениях между
государствами;
обеспечение безопасности полетов в междуна-
родной аэронавигации;
содействие развитию международной граждан-
ской аэронавтики во всех ее аспектах.
Состав и статус органов ICAO определяются
положениями Чикагской конвенции, которая, по
сути, является уставом ICAO. В соответствии с
Чикагской конвенцией, ICAO состоит из Ассамб-
леи (Assembly), Совета (с подчиненными ему орга-
нами) и Секретариата (Secretariat). Совет и Сек-
ретариат возглавляют соответственно Президент
(President) Совета и Генеральный секретарь (Sec-
retary General), которые являются главными долж-
ностными лицами ICAO.
Ассамблея ICAO состоит из представителей всех
Договаривающихся государств и является суверен-
ным верховным органом ICAO. Ассамблея созы-
вается через каждых три года (если не возникает
потребность внеочередного созыва). На сессиях
Ассамблеи подробно рассматривается работа ICAO,
вырабатывается политика на предстоящие годы и
утверждается бюджет на трехлетний период дея-
тельности путем голосования. Каждое Договари-
вающееся государство имеет право на один голос.
Решения Ассамблеи принимаются большинством
голосов (кроме случаев, предусмотренных Чикаг-
ской конвенцией).
Ассамблея ICAO избирает Совет (Council), ко-
торый состоит из представителей 33 Договарива-
ющихся государств и является руководящим ис-
полнительным органом ICAO, постоянно направ-
ляющим ее работу в период между Ассамблеями.
Выборы в Совет ICAO проводятся с учетом тре-
бований ротации, предусмотренных Чикагской
конвенцией, и на основе адекватного представи-
тельства трех групп государств, а именно: играю-
щих ведущую роль в воздушном транспорте; не
включенных в Совет на ином основании, но вно-
сящих наибольший вклад в предоставление средств
обслуживания для международной гражданской
аэронавигации; не включенных в Совет на ином
основании, но избрание которых обеспечивает
представительство в Совете ICAO всех основных
географических регионов мира.
Чикагская конвенция предусматривает сотруд-
ничество Договаривающихся государств в обеспе-
чении максимально возможной степени единооб-
разия принимаемых национальных Авиационных
правил. Для этого Совет ICAO наделен регулиру-
ющими полномочиями, которыми не обладают
подобные руководящие органы в других между-
народных организациях.
Совет ICAO избирает сроком на три года свое-
го Президента, который не имеет права голоса и
может быть переизбран. Обязанности Президента
состоят в следующем:
собирать заседания Совета ICAO, Авиатранс-
портного комитета (Air Transport Committee) и Аэро-
навигационной комиссии (Air Navigation Com-
mission);
действовать в качестве представителя Совета;
выполнять от имени Совета функции, которые
возлагает на него Совет.
В функции Совета ICAO входит (Статья 54
Чикагской конвенции):
назначение и определение обязанностей Авиа-
транспортного комитета, который формируется из
числа представителей членов Совета и ответстве-
нен перед ним;
учреждение Аэронавигационной комиссии;
назначение главного исполнительного должност-
ного лица - Генерального секретаря;
принятие SARPs, которые оформляются в ка-
честве Приложений к Чикагской конвенции;
рассмотрение рекомендаций Аэронавигацион-
ной комиссии по изменению SARPs и принятие в
связи с этим соответствующих мер, предусмотрен-
ных Чикагской конвенцией, и др.
Совет ICAO уполномочен созывать Ассамблеи
ICAO.
Каждому Комитету или специализированному
органу ICAO соответствует подразделение Секре-
тариата ICAO, укомплектованное персоналом, ото-
бранным по признаку технической компетентности
в соответствующей области. Персонал подразде-
лений призван оказывать техническую и админи-
52 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
стративную помощь представителям правительств,
составляющих Совет ICAO, Комитеты и специа-
лизированные органы.
Секретариат ICAO, возглавляемый Генераль-
ным секретарем, состоит из пяти основных под-
разделений: Аэронавигационного Управления (Air
Navigation Bureau), Авиатранспортного Управле-
ния (Air Transport Bureau), Управления техничес-
кого сотрудничества (Technical Cooperation Bureau),
Юридического Управления (Legal Bureau) и Ад-
министративного Управления (Bureau of Admi-
nistration and Services). Персонал Секретариата на-
бирается на широкой географической основе, что
обеспечивает международное представительство в
его деятельности.
ICAO работает в тесном содружестве с други-
ми членами сообщества ООН - правительствен-
ными организациями, которыми являются: Все-
мирная метеорологическая организация (World
Meteorological Organization), Международный те-
лекоммуникационный союз (International Telecom-
munication Union), Международный союз электро-
связи (International Telecommunication Union), Все-
мирный почтовый союз (Universal Postal Union),
Всемирная организация здравоохранения (World
Health Organization), Международная организация
труда (International Labour Organisation) и Между-
народная морская организация (International Mari-
time Organization). В мероприятиях, проводимых
ICAO, принимают участие также неправитель-
ственные организации: Международная ассоциа-
ция воздушного транспорта (International Air Trans-
port Association - IATA), Международный совет
аэропортов (Airports Council International - ICA),
Международная федерация ассоциации линейных
пилотов (International Federation of Air Line Pilots
Associations), Всемирная организация туризма
(World Tourism Organization) и другие междуна-
родные организации.
Международные стандарты (SARPs) для удоб-
ства пользования называются Приложениями к
Чикагской конвенции. Для безопасности и регу-
лярности международной аэронавигации призна-
но необходимым единообразное применение тре-
бований, включенных Договаривающимися госу-
дарствами в Международные стандарты. Соглас-
но Статье 38 Чикагской конвенции, в случае
несоблюдения какого-либо Международного стан-
дарта Договаривающиеся государства обязаны уве-
домить Совет ICAO о различиях между нацио-
нальными Авиационными правилами, практикой
того или иного государства и положениями Меж-
дународного стандарта.
Единообразное применение требований, вклю-
ченных в Рекомендуемую практику, считается
желательным в интересах безопасности, регуляр-
ности и эффективности международной аэрона-
вигации. Хотя Чикагская конвенция и не предус-
матривает каких-либо обязательств в отношении
Рекомендуемой практики, Совет ICAO просил
Договаривающиеся государства уведомлять о раз-
личиях не только с Международными стандарта-
ми, но и с Рекомендуемой практикой.
ICAO выпускает серии технических изданий, а
также специальные издания, которые не входят
ни в одну из серий технических изданий (напри-
мер, «Каталог аэронавигационных карт 1САО» или
«Метеорологические таблицы»).
Правила аэронавигационного обслуживания (Pro-
cedures of Air Navigation Service - PANS) утвер-
ждаются Советом ICAO. Предназначенные для
применения во всем мире, они содержат эксплуа-
тационные правила, которые еще не получили ста-
туса SARPs, а также материалы более постоянно-
го характера, которые считаются слишком под-
робными, чтобы их можно было включить в При-
ложение, или подвергаются частым изменениям
и дополнениям и для которых процесс, предус-
мотренный Чикагской конвенцией, был бы слиш-
ком затруднителен. В настоящее время существу-
ет четыре основных документа PANS: Doc 4444
«Правила полетов и обслуживания воздушного дви-
жения»; Doc 8168 «Производство полетов воздуш-
ных судов» (Том 1 «Правила производства поле-
тов» и Том 2 «Построение схем визуальных поле-
тов и полетов по приборам»); Doc 8400 «Сокра-
щения и коды ICAO»; Doc 7030 «Дополнительные
региональные правила».
Всю территорию Земного шара Совет ICAO
разделил на девять аэронавигационных районов:
1. Африки и Индийского океана (AIF); 2. Юго-
Восточной Азии (SEA); 3. Европейский (EUR);
4. Североатлантический (NAT); 5. Североамери-
канский (NAM); 6. Южноафриканский (SAM);
7. Карибского моря (CAR); 8. Ближнего и Сред-
него Востока (MID); 9. Тихоокеанский (РАС).
Дополнительные региональные правила (Supple-
mentary Procedures - SUPPS) имеют такой же ста-
тус, как и PANS, но применяются только в соот-
ветствующих регионах. Они разрабатываются в
2.2. Основные международные и региональные организации, связанные с регулированием
53
сводном виде, поскольку некоторые из них распро-
страняются на сопредельные регионы либо являют-
ся одинаковыми в двух или нескольких регионах.
Технические руководства, которые готовятся с
санкции Генерального секретаря ICAO, содержат
инструктивный и информационный материал, раз-
вивающий и дополняющий Международные стан-
дарты, Рекомендуемые практики и PANS, и слу-
жат для оказания помощи в их применении.
Аэронавигационные планы также готовятся с санк-
ции Генерального секретаря ICAO на основе ре-
комендаций региональных аэронавигационных
совещаний и принятых по ним решений Совета
ICAO. Они конкретизируют требования к сред-
ствам и обслуживанию международной аэронави-
гации в соответствующих аэронавигационных ре-
гионах ICAO. В Аэронавигационные планы пери-
одически вносятся поправки с учетом изменений
в требованиях и положениях, связанных с внедре-
нием рекомендуемых средств и служб.
Циркуляры ICAO, которые также готовятся с
санкции Генерального секретаря ICAO, содержат
специальную информацию, представляющую ин-
терес для Договаривающихся государств, включая
исследования по техническим вопросам.
2.2.2. Международная ассоциация
воздушного транспорта
Нынешняя Международная ассоциация воз-
душного транспорта (International Air Transport
Association - IATA1/ - неправительственная орга-
низация авиаперевозчиков (авиакомпаний), кото-
рая была основана в апреле 1945 г. в Гаване (Куба).
Она является наследницей «старой» IATA (Inter-
national Air Traffic Association), основанной в Гаа-
ге в 1919 г. и ограниченной в основном Европей-
ским регионом.
Во время своего основания нынешняя IATA
насчитывала 57 членов из 31 государства, главным
образом из Европы и Северной Америки. Сегодня
более 270 членов IATA представляют более 140 го-
сударств всех частей мира. Влияние и деятельность
IATA распространились на весь мир, что нашло
отражение в ее Уставе (Articles of Association) и бо-
лее точном определении ее целей.
1 Информацию о деятельности IATA можно полу-
чить на ее официальном сайте http://www.iata.org.
Целями деятельности IATA являются:
содействие безопасному, регулярному и эко-
номичному воздушному транспорту на благо лю-
дей всего мира;
поощрение коммерческой деятельности на воз-
душном транспорте и исследование связанных с
этим проблем;
обеспечение средств для сотрудничества среди
предпринимателей в сфере воздушного транспор-
та, прямо или косвенно вовлеченных в обслужи-
вание международного воздушного транспорта;
сотрудничество с ICAO и другими международ-
ными организациями.
Наиболее важными задачами ГАТА в началь-
ный период были технические проблемы, так как
безопасность и надежность являются фундамен-
том деятельности авиаперевозчиков и требуют
высочайших стандартов в аэронавигации, инфра-
структуре аэропортов и летной эксплуатации.
Авиакомпании - члены ГАТА внесли жизненно
важный вклад в работу ICAO при подготовке
SARPs, в формирование законодательного базиса,
стандартизацию документации и процедур для
согласованного функционирования мировой сети
авиалиний, в распределение частот радиосвязи на
сессиях Международного телекоммуникационно-
го союза (International Telecommunications Union),
а также в разработку и модернизацию условий
перевозок (Conditions of Carriage) пассажиров для
Варшавской конвенции (Warsaw Convention). Зна-
чителен вклад IATA в развитие системы двусто-
ронних соглашений между государствами о пере-
возках и взаимном признании перевозочной до-
кументации (Bilateral Traffic Agreements). Начиная
с 1946 г., когда было принято первое двусторон-
нее соглашение о перевозках между США и
Великобританией (Bermuda Agreement), и по на-
стоящее время в ICAO зарегистрировано более
4000 таких соглашений.
Приведем некоторые примеры современных
изыскательских разработок IATA, отраженных в
соответствующих ее Резолюциях (IATA Resolutions):
Многостороннее Соглашение о взаимном призна-
нии перевозочной документации (Multilateral Interline
Traffic Agreements - MITA), которое является ос-
новой многосторонних соглашений авиаперевоз-
чиков при перелетах пассажиров разными авиа-
компаниями по одному перевозочному докумен-
ту (в настоящее время по MITA работают около
300 авиакомпаний);
54 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Резолюции Конференции по обслуживанию пас-
сажирских и грузовых перевозок (Passenger and Cargo
Services Conference Resolutions), которые предпи-
сывают многообразие стандартных форматов и
технических спецификаций авиабилетов и платеж-
ных документов;
Соглашения по пассажирским и грузовым агент-
ствам и Правила агентств по продаже перевозок
(Passenger and Cargo Agency Agreements & Sales
Agency Rules), которые устанавливают систему вза-
имоотношений между авиаперевозчиками - чле-
нами IATA и аккредитованными в IATA агентства-
ми по перевозке пассажиров и грузов.
К октябрю 1979 г. IATA реорганизовалась в
двухзвенную структуру, куда входят:
Ассоциация по продаже авиаперевозок (Trade
Association), занимающаяся проблемами агентств,
связанными с техническими, юридическими и фи-
нансовыми вопросами обслуживания перевозок;
Координация тарифов (Tariff Coordination), за-
нимающаяся пассажирскими и грузовыми тари-
фами и связанными с ними условиями и измене-
ниями.
Деятельность IATA наиболее значима в вопро-
сах международного экономического (коммерчес-
кого) регулирования. IATA стремится к сотрудни-
честву и тесным взаимоотношениям со многими
международными регуляторными организациями,
среди которых ICAO, Департамент транспорта
США (U.S. Department of Transportation), Генераль-
ный директорат Еврокомиссии по транспорту и
конкуренции (European Commission’s Directorates-
General for Transport and Competition), Европей-
ская конференция гражданской авиации (European
Civil Aviation Conference - ЕСАС/, Всемирная орга-
низация торговли (World Trade Organization -
WTO), Всемирная организация туризма (World
Tourism Organization), Организация Европейского
сотрудничества и развития (Organization for Eco-
nomic Cooperation and Development) и Междуна-
родная торговая палата (International Chamber of
Commerce).
IATA предпринимала и предпринимает зна-
чительное количество инициатив, способствую-
щих внесению изменений в международные регу-
лятивные документы. Примером этого являет-
ся Монреальская конвенция (Montreal Convention),
которая вступила в силу в ноябре 2003 г. и мо-
дернизирует Варшавскую конвенцию (Warsaw
Convention).
2.2.3. Основные европейские
авиационные организации
Европейская конференция гражданской авиа-
ции (ЕСАС)1 основана в 1955 г. и к настоящему
времени включает широкую группу государств и
все европейские организации (табл. 2.1), осуще-
ствляющие деятельность в сфере гражданской
авиации.
Глобальная цель деятельности ЕСАС — продви-
жение разработок, направленных на обеспечение
безопасной, эффективной и стабильной европей-
ской системы авиатранспорта. Для достижения
этой цели ЕСАС гармонизирует политику и прак-
тику в деятельности ГА государств-участников и
способствует взаимопониманию в этих вопросах
между государствами-участниками и другими стра-
нами мира.
Установившаяся система экспертизы материа-
лов в авиационной сфере, тесная связь с ICAO и
Советом Европы (European Council), активное со-
трудничество с учреждениями Европейского Со-
общества (European Communities), особая связь с
EUROCONTROL (European Organisation for the
Safety of Air Navigation) и Европейским агентством
безопасности авиации (European Aviation Safety
Agency - EASA), которое принимает на себя функ-
ции Объединенных авиационных властей (Joint
Aviation Authorities - JAA), и взаимодействие с
широким кругом организаций, представляющих
все части авиатранспортной промышленности,
включая интересы потребителей, позволяет ЕСАС
быть форумом для дискуссии по всем основным
аспектам деятельности ГА.
Европейское агентство безопасности авиации
(EASA)2 создано в 2002 г. Европейским Сообще-
ством и национальными властями входящих в него
государств, а также промышленными и другими
организациями, действующими в сфере авиации.
EASA, по аналогии с FAA в США, способно изда-
вать общие стандарты, гарантирующие самый вы-
сокий уровень безопасности, осуществлять над-
зор за их однородным и единообразным примене-
нием в Европе и продвигать эти стандарты на
мировом уровне.
1 Информацию о деятельности ЕСАС можно полу-
чить на ее официальном сайте http://www.ecac-ceac.org.
2 Информацию о деятельности EASA можно полу-
чить на его официальном сайте http://www.easa.eu.int.
2.2. Основные международные и региональные организации, связанные с регулированием
55
Таблица 2.1. Страны - участницы авиационных организаций Европы
(по состоянию на конец 2005 г.)
Государства - члены организаций Организации Европы Г осударства - члены организаций Организации Европы
EU ЕСАС EUROCONTROL JAA EU ECAC EUROCONTROL JAA
Албания (Albania) X Люксембург (Luxembourg) X X X X
Армения (Armenia)
Австрия (Austria) X X Мальта (Malta) X X X X
Азербайджан (Azerbaijan) X Монако (Monaco) X X X
Нидерланды (Netherlands) X X X X
Бельгия (Belgium) X X X
Босния и Герцеговина (Bosnia and Herzegovina) *4* Норвегия (Norway) X X
Польша (Poland) X X X
Болгария (Bulgaria) X X Португалия (Portugal) X X X
Хорватия (Croatia) X X Румыния (Romania) X X X
Кипр (Cyprus) X X Сербия и Черногория (Serbia and Montenegro) X X
Чешская Республика (Czech Republic) X X
Словакия (Slovakia) X X X X
Дания (Denmark) X Словения (Slovenia) X X X
Эстония (Estonia) X X Испания (Spain) X X X
Финляндия (Finland) X X Швеция (Sweden) X X X X
Франция (France) X X Швейцария (Switzerland) X X
Германия (Germany) X X
Греция (Greece) X X X X Республика Македония (Republic of Macedonia) X X
Грузия (Georgia)
Республика Молдова (Republic of Moldova) X X
Венгрия (Hungary) X X X X
Исландия (Iceland) X X Турция (Turkey) X X X
Ирландия (Ireland) X X X X Украина (Ukraine) X X
Италия (Italy) X X X Великобритания (United Kingdom) X X X
Латвия (Latvia) X
Литва (Lithuania) X X 25 42 35 33+7=40
Примечания: 1. Названия государств приведены в соответствии с принятыми в ICAO сокращенными наименованиями.
2. х — государства — члены организаций; Н— государства — ассоциированные члены организаций.
EASA должно также содействовать осуществ-
лению мер Европейского Сообщества по огра-
ничению влияния авиации на окружающую среду
путем перевода требований относительно сохра-
нения окружающей среды в области газовой
эмиссии и шума в точные технические крите-
рии, которые должны быть удовлетворены, преж-
де чем будут даны разрешения на выполнение
полетов. Чтобы гарантировать однородный и
высокий уровень безопасности авиации, Евро-
пейское агентство безопасности авиации должно
способствовать повышению конкурентоспособ-
ности авиационной промышленности, осуществ-
ляя эффективные регулирующие и сертифика-
ционные процессы с целью уменьшения издер-
жек на подтверждение соответствия для Экс-
плуатантов, Производителей, Организаций по
техническому обслуживанию (ТО), а также дру-
гих субъектов и объектов, действующих в сфере
авиации.
56 2. МЕЖДУ НА РОДНОЕ И СОСУДА РСТВЕННОЕ РЕ ГУЛ И РОВ А НИЕ ДЕЯ ТЕЛ ЬН ОСТИ ГРАЖДА НС КОЙ А ВИА ЦИИ
В рамках EASA предусмотрено, что решения
по вопросам безопасности должны быть свобод-
ны от любых политических влияний. Поэтому ре-
шениями распоряжается нейтральное и независи-
мое лицо, которое инвестировано необходимыми
ресурсами. Таким лицом является Исполнитель-
ный Директор (Executive Director) EASA, что со-
ответствует практике большинства государств,
которые внедрили системы регулирования безо-
пасности в авиации, и рекомендациям SARPs.
Поскольку эти решения непосредственно влия-
ют на людей и деятельность организаций, функци-
онирующих в сфере авиации, в структуре EASA
создан независимый орган - Совет Апелляции
(Board of Appeal). Его задача - осуществление кон-
троля за правильностью применения положений
Европейского законодательства в деятельности
EASA и решений, принимаемых Исполнительным
Директором.
Исполнительный Директор назначается Управ-
ляющим комитетом EASA (EASA Management
Board), в который входят представители госу-
дарств - членов EASA и Еврокомиссии (European
Commission). Управляющий комитет отвечает за
определение приоритетов EASA, формирование
бюджета и проверку деятельности EASA. Для ока-
зания содействия Управляющему комитету по всем
аспектам деятельности EASA создан Консульта-
тивный орган (Advisory Body), который состоит из
представителей заинтересованных сторон - авиа-
ционного персонала, Производителей, коммерчес-
ких Эксплуатантов и авиации общего назначения,
индустрии технического обслуживания, организа-
ций по подготовке авиационного персонала и воз-
душных видов спорта.
Европейская организация по безопасности аэро-
навигации (EUROCONTROL)1 - это общеевропей-
ская организация по безопасности воздушной на-
вигации в гражданской и военной сфере. Конвен-
ция об EUROCONTROL (EUROCONTROL Con-
vention) подписана в 1960 г.
Основная цель EUROCONTROL - создание це-
лостной и полной общеевропейской (пан-европей-
ской) системы управления воздушным движени-
ем (Air Traffic Management - ATM), которая обес-
печит:
1 Информацию о деятельности EUROCONTROL
можно получить на ее официальном сайте http://
www.eurocontrol.int.
повышение уровня безопасности воздушного
движения;
увеличение пропускной способности воздуш-
ного пространства и рост экономической
ЗШЕ
ек-
тивности управления воздушным движением;
снижение издержек воздушного движения и
влияния авиации на окружающую среду.
Достижение этой цели - ключевой элемент
настоящих и будущих проблем авиационного со-
общества, которое должно справиться с прогно-
зируемым ростом воздушного движения при под-
держании высокого уровня безопасности полетов
и снижении издержек.
EUROCONTROL разрабатывает, координиру-
ет и планирует реализацию кратко-, средне- и дол-
госрочной общеевропейских стратегий управления
воздушным движением. Кроме того, она коорди-
нирует соответствующие им планы коллективных
действий национальных властей (САА), поставщи-
ков услуг воздушной навигации, гражданских и
военных пользователей воздушного пространства,
аэропортов, промышленности, профессиональных
организаций и авторитетных европейских и меж-
дународных организаций - ЕСАС, Commission of
European Communities (Transport), North Atlantic
Treaty Organisation (NATO), EASA и JAA, ICAO,
European Space Agency.
Диапазон основной деятельности EUROCONTROL
охватывает полный спектр услуг воздушной нави-
гации - от стратегического и тактического управ-
ления потоками до подготовки диспетчеров, от
местного управления воздушным пространством
до разработки безопасных технологий и процедур,
включая сборы за обеспечение воздушной нави-
гации.
В 1997 г. Конвенция об EUROCONTROL пе-
ресмотрена. Это было вызвано необходимостью
учета изменений политических условий и деятель-
ности в области управления воздушным движени-
ем. Пересмотр Конвенции об EUROCONTROL
направлен на улучшение и обеспечение безопас-
ности и эффективности системы управления воз-
душным движением, а также на создание более
совершенных механизмов принятия согласован-
ных решений.
Пересмотренная Конвенция об EUROCONTROL
полностью вступит в силу, когда будет ратифициро-
вана всеми государствами-членами. В настоящее
время Конвенция об EUROCONTROL находится в
переходной стадии.
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
57
2.2.4. Межгосударственный
авиационный комитет
Межгосударственный авиационный комитет
(МАК)1 учрежден на договорной основе 30 декаб-
ря 1991 г. Он включен в Реестр международных
межправительственных организаций ICAO и за-
регистрирован в Содружестве Независимых Госу-
дарств (СНГ).
МАК является межправительственной органи-
зацией суверенных государств региона Восточной
Европы, присоединившихся к Соглашению о граж-
данской авиации и об использовании воздушного про-
странства, которое было подписано в г. Минске
(Республика Беларусь). По состоянию на конец
2005 г. участниками Соглашения являются 12 го-
сударств: Азербайджанская Республика, Республи-
ка Армения, Республика Беларусь, Республика
Грузия, Республика Казахстан, Кыргызская Рес-
публика, Республика Молдова, Российская Феде-
рация, Республика Таджикистан, Туркменистан,
Республика Узбекистан и Украина. Два государ-
ства - Латвийская Республика и Эстонская Рес-
публика - имеют статус наблюдателей.
В соответствии с полномочиями, делегирован-
ными государствами-учредителями, МАК призван
служить достижению целей единой политики и ко-
ординации деятельности в области использования
воздушного пространства, управления воздушным
движением, сертификации ВС, аэродромов и обо-
рудования, расследования авиационных проис-
шествий, обеспечения унификации систем Авиаци-
онных правил, разработки согласованной политики
в сфере воздушного транспорта, координации раз-
работки и реализации межгосударственных научно-
технических программ. Так как степень делегиро-
вания полномочий МАК государствами-учредите-
лями неодинакова, то и характер их участия в дея-
тельности МАК имеет существенные отличия.
Основными направлениями деятельности МАК
являются:
разработка и формирование структуры единых
Авиационных правил и процедур в сфере ГА и
использования воздушного пространства в регио-
не СНГ, а также их гармонизация с Авиационны-
ми правилами, признанными Мировым авиаци-
онным сообществом;
создание и обеспечение функционирования
единой системы сертификации авиационной тех-
ники и ее производства, гармонизация ее с други-
ми международными системами;
сохранение для государств - участников СНГ
профессионального независимого органа по рас-
следованию авиационных происшествий, обеспе-
чивающего объективное расследование авиацион-
ных происшествий не только на территориях го-
сударств Содружества, но и за их пределами;
защита для государств СНГ рынка авиатранс-
портных услуг через межгосударственные согла-
шения и согласованные нормативные акты в об-
ласти тарифов и взаиморасчетов;
координация взаимодействия полномочных
органов в чрезвычайных ситуациях и в зонах ло-
кальных военных конфликтов на территории го-
сударств - участников Соглашения;
борьба против незаконного вмешательства в
деятельность гражданской авиации;
развитие международного сотрудничества с го-
сударствами и международными организациями
гражданской авиации в целях интеграции госу-
дарств - участников Соглашения в мировое авиа-
ционное сообщество.
2.3. ОБЯЗАТЕЛЬСТВА И ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ГОСУДАРСТВА
СОГЛАСНО ЧИКАГСКОЙ КОНВЕНЦИИ
И МЕХАНИЗМЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ
2.3.1. Общие обязанности и обязательства
Положения Чикагской конвенции и SARPs ус-
танавливают общие для всех государств обязан-
ности и обязательства, которые определяют сфе-
1 Информацию о деятельности МАК можно получить
на его официальном сайте http://www.mak.ni.
ру ответственности государства в деятельности
гражданской авиации, а также необходимые усло-
вия выполнения государством обязанностей и обя-
зательств.
Такими условиями являются:
приемлемый уровень единообразия практи-
ки и процедур Гражданских Авиационных Вла-
58 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
стей1 (Civil Aviation Authorities - САА) при ре-
гулировании деятельности ГА, который будет до-
статочным для совместимости и эффективного
взаимодействия государств на международном
уровне;
формирование системы ответственности при
государственном регулировании деятельности ГА.
В качестве замечания, имеющего значение для
последующего изложения, отметим, что регулиро-
вание - это один из видов управления, цель которого
заключается в обеспечении близости текущих зна-
чений одной или нескольких характеристик (коор-
динат) объекта управления к их заданным значени-
ям [537]. В связи с этим регулирование предпола-
гает, по меньшей мере, регламентацию:
состава обязательных характеристик объекта
регулирования;
нормативных значений (граничных или интер-
вальных) этих характеристик, а также, если необ-
ходимо, требований и (или) условий функциони-
рования (деятельности) объекта регулирования с
обеспечением нормативных значений характе-
ристик;
приемлемых способов обеспечения соответ-
ствия нормативным значениям.
Чтобы обеспечить деятельность международной
ГА и создать условия для совершенствования этой
деятельности, государства, подписавшие Чикаг-
скую конвенцию, берут на себя следующие общие
обязанности и обязательства:
внедрить SARPs путем принятия систем на-
циональных Авиационных правил и обеспечить
их выполнение (Статьи 33 и 37 Чикагской кон-
венции);
создать систему ответственности за регулиро-
вание всей деятельности в сфере ГА (Статья 12
Чикагской конвенции);
наладить сотрудничество с другими государства-
ми по всем вопросам, касающимся единообразия
применения SARPs (Статьи 12 и 37 Чикагской
конвенции).
Внедрение SARPs направлено на достижение
рационального (применительно к международно-
му масштабу рассмотрения деятельности ГА) уров-
ня унификации и гармонизации применяемых
норм, правил и процедур с целью обеспечения
необходимого и приемлемого для государств, под-
писавших Чикагскую конвенцию, уровня едино-
1 Далее по тексту — СЛЛ.
образия процедур и практики государственного
регулирования деятельности ГА.
Для учета национальных интересов госу-
дарств - членов ICAO в Чикагской конвенции
предусмотрено (Статья 54), что принятие SARPs,
а также внесение в них изменений и дополнений
осуществляет постоянно действующий представи-
тельный исполнительный орган ICAO - Совет.
Чтобы обеспечить нормативно-правовые усло-
вия выполнения общих обязанностей и обяза-
тельств согласно Чикагской конвенции, государ-
ство должно ввести в действие законодательную
основу авиационной деятельности. В соответствии
с положениями SARPs такая законодательная ос-
нова принимается на самом высоком законода-
тельном уровне. Законодательную основу обычно
называют основным авиационным законодатель-
ством (Basic aviation law или Basic Regulation)1.
Основное авиационное законодательство является
составной частью общего нормативно-правового
поля, регулирующего все сферы деятельности в
государстве. Поэтому основное авиационное за-
конодательство должно соответствующим образом
увязываться и интегрироваться в существующее
нормативно-правовое поле государства. Ему над-
лежит обеспечивать полноту и непротиворечивость
использования существующих централизованных
(т. е. относящихся ко всем сферам деятельности в
государстве) механизмов государственного регу-
лирования применительно к авиационной сфере.
Это необходимое условие нормативно-правового
обеспечения построения авиационной деятельно-
сти в государстве.
Исторически сформировавшиеся особенности
нормативно-правового поля конкретного государ-
ства порождают специфику осуществления авиа-
ционной деятельности, в частности, в методах и
способах выполнения требований SARPs.
Чтобы обеспечить выполнение общих обяза-
тельств и обязанностей государства по Чикагской
конвенции и создать систему ответственности за
регулирование всей деятельности в сфере ГА, ос-
новное авиационное законодательство должно:
1) определять:
объекты (воздушное пространство, ВС, авиа-
ционный персонал, аэродромы, субъекты авиаци-
1 В Украине основным авиационным законодатель-
ством является «Повпряний кодекс УкраТни», в Рос-
сии — «Воздушный кодекс».
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
59
онной деятельности - организации или предпри-
ятия как юридические лица, осуществляющие
определенные основным авиационным законода-
тельством виды деятельности в сфере ГА), а также
субъекты (полномочные государственные органы,
в том числе САА) регулирования;
принципы регулирования, базирующиеся на
применении существующих в государстве центра-
лизованных механизмов государственного регули-
рования и не противоречащие положениям Чи-
кагской конвенции и SARPs;
2) предусматривать:
разработку, принятие и публикацию нацио-
нальных Авиационных правил, согласующихся с
положениями, содержащимися в Чикагской кон-
венции и SARPs;
создание регулирующего деятельность ГА го-
сударственного органа (САА), возглавляемого ди-
ректором (Director of Civil Aviation - DCA);
наличие у САА и ее директора достаточных
полномочий, необходимых для соблюдения поло-
жений основного авиационного законодательства
и соответствующих Авиационных правил, а также
для применения санкций в случае невыполнения
или нарушения установленных требований;
санкционирование государством коммерческих
авиатранспортных перевозок, а также других ви-
дов деятельности в сфере ГА, которые предусмот-
рены в основном авиационном законодательстве,
в соответствии с условиями, изложенными в со-
ответствующих частях системы национальных
Авиационных правил, и которые государство счи-
тает необходимыми для обеспечения безопаснос-
ти полетов и национальной (государственной) без-
опасности, исходя из условий и особенностей осу-
ществления авиационной деятельности в кон-
кретном государстве;
3) позволять осуществление деятельности в
сфере ГА, которая будет согласована и скоорди-
нирована с деятельностью, проводимой государ-
ством в других сферах, при выполнении существу-
ющих международных обязательств и обязаннос-
тей государства по безопасному и упорядоченно-
му развитию ГА как на государственном, так и на
межгосударственном (двустороннем, региональ-
ном, субрегиональном, глобальном) уровнях.
Условиями и особенностями осуществления авиа-
ционной деятельности в конкретном государстве бу-
дем считать весь комплекс факторов и условий
(в частности, нормативно-правовых, социальных,
финансовых, экономических, историко-культур-
ных и географических), а также сложившуюся
практику взаимоотношений и деятельности в го-
сударстве, в том числе по принципам инвестиро-
вания государством деятельности САА ресурсами
(трудовыми, материальными, финансовыми, вре-
менными, информационными, интеллектуальны-
ми, инновационными).
Положения Чикагской конвенции и SARPs дек-
ларируют только минимальный перечень необхо-
димых полномочий САА для обеспечения в меж-
дународном масштабе эффективного осуществле-
ния деятельности в сфере ГА, а также согласован-
ного и скоординированного ее развития. Однако
из-за неоднородности условий и особенностей
авиационной деятельности в конкретных государ-
ствах минимальный перечень необходимых пол-
номочий САА не достаточен для организации ее
конкретной деятельности по регулированию ГА в
государстве. Поэтому ответственность за разработ-
ку основного авиационного законодательства и
системы национальных Авиационных правил, со-
ответствующих положениям Чикагской конвенции
и SARPs, а также адекватных условиям и особен-
ностям осуществления авиационной деятельнос-
ти, является главным общим обязательством каж-
дого государства, подписавшего Чикагскую кон-
венцию. В силу различных условий и особеннос-
тей осуществления авиационной деятельности в
конкретном государстве методы выполнения функ-
ций, вытекающих из ответственности государства
по Чикагской конвенции, могут быть различны-
ми. Но указанные различия не освобождают госу-
дарство от ответственности (обязанностей и обя-
зательств).
Применительно к целям, условиям и особен-
ностям осуществления авиационной деятельнос-
ти в конкретном государстве минимальный пере-
чень необходимых полномочий САА должен быть
соответствующим образом адаптирован и конкре-
тизирован. Поэтому в положениях Чикагской кон-
венции (в соответствии с принципом сувереннос-
ти прав государства, в первую очередь с точки
зрения целеполагания, т. е. выбора целей осуще-
ствления авиационной деятельности) предусмат-
ривается возможность принятия государством за-
конодательных положений, регламентирующих
(ограничивающих) роль САА в соблюдении аэро-
навигационных (эксплуатационных) правил, а так-
же введения на недискриминационной основе
60 2. МЕЖДУ НА РОДНОЕ И ГОСУДА РСТВЕННОЕ РЕ ГУЛ И РОВ А НИЕ ДЕЯ ТЕЛ ЬН ОСТ И ГРАЖДА НС КОЙ А ВИА НИИ
дополнительных требований, которые будут соот-
ветствовать национальным интересам, условиям
и особенностям авиационной деятельности в го-
сударстве.
Для обеспечения выполнения своих общих обя-
зательств и обязанностей государство должно син-
тезировать в основном авиационном законодатель-
стве достаточный комплекс полномочий САА. Дос-
таточность комплекса полномочий предусматривает
введение в основное авиационное законодатель-
ство конкретных положений, которые обеспечи-
вают непротиворечивую (по отношению к поло-
жениям Чикагской конвенции и SARPs) адапта-
цию необходимой ответственности государства
применительно к целям, условиям и особеннос-
тям осуществления авиационной деятельности в
государстве, а также к другим международным
обязательствам государства.
Основным критерием достаточности комплек-
са полномочий является наличие возможности и
способности САА и ее директора (DCA) поддер-
живать при государственном регулировании сис-
тему ответственности относительно деятельности
в области ГА за счет:
обеспечения в масштабе государства сбаланси-
рованного распределения ответственности, обязан-
ностей и обязательств между участниками авиа-
ционной деятельности (объектами и субъектами
регулирования) на основе применения централи-
зованных механизмов государственного регулиро-
вания и с учетом особенностей построения нор-
мативно-правового поля в государстве;
использования имеющегося (в пределах ком-
петенции, установленной основным авиационным
законодательством государства) объема полномо-
чий для осуществления целеполагания и обеспе-
чения целедостижения (результативности) в регу-
лятивной деятельности.
Формируемое на базе основного авиационно-
го законодательства нормативно-правовое поле
в сфере ГА (система Авиационных правил) - это
иерархическая система взаимосвязанных право-
применительных актов и других документов в
авиационной сфере, существующих в рамках еди-
ной концепции и принципов регулирования дея-
тельности объектов и субъектов регулирования,
которая призвана обеспечить достижение постав-
ленных САА целей деятельности.
Отсутствие системного подхода к разработке
нормативно-правового поля в сфере ГА (систе-
мы Авиационных правил), базирующегося на еди-
ной концепции и принципах регулирования, по-
рождает труднопреодолимые проблемы «непроз-
рачности» этого поля, а именно:
противоречия и дублирование в существующих
нормативных документах состава требований к
объектам и субъектам регулирования, что затруд-
няет, например, определение применимости тре-
бований;
неполноту нормативных документов и появле-
ние «выпавших» зон регулятивной деятельности;
несоответствие системы национальных Авиа-
ционных правил международным стандартам и
практике (недостаточный уровень гармонизации),
что влечет за собой, например, дополнительные
затраты на идентификацию различий и сертифи-
кацию экспортируемой и (или) импортируемой
продукции (сертификация становится препятстви-
ем, противоречащим продекларированным целям
регулирования);
неэффективность конструкции законодатель-
ства в целом, что проявляется в виде трудностей
его модернизации с целью динамической адапта-
ции к изменениям в авиационной деятельности
на государственном и международном уровнях.
В соответствии с рекомендациями ICAO, для
обеспечения единообразия применения требова-
ний SARPs государства должны стремиться к тому,
чтобы формулировки требований SARPs непосред-
ственно входили в национальные Авиационные
правила. Такие требования в национальных Авиа-
ционных правилах подлежат соответствующей
конкретизации и (или) детализации применитель-
но к полю их непосредственного воздействия и с
учетом условий проведения деятельности в сфере
ГА, а также особенностей построения и функцио-
нирования всей системы регулирования различ-
ных видов деятельности в государстве.
Из-за динамической природы деятельности в
авиационной сфере возникает необходимость срав-
нительно частого пересмотра положений Авиаци-
онных правил с целью приведения их в соответ-
ствие с изменяющимися потребностями. Поэто-
му подробные положения Авиационных правил не
должны быть частью основного авиационного за-
конодательства, пересмотр положений которого-
достаточно длительная и трудоемкая процедура.
В качестве примера рассмотрим состав объек-
тов регулирования, который определяется основ-
ным авиационным законодательством. Минималь-
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
61
ный перечень таких объектов выделен на между-
народном уровне, т. е. в рамках Чикагской кон-
венции и SARPs. Поэтому в основном авиацион-
ном законодательстве государства как минимум
должны быть перечислены эти объекты. Но, ис-
ходя из условий и особенностей авиационной де-
ятельности в государстве, может возникнуть не-
обходимость введения в перечень дополнительных
объектов регулирования. В этом случае появля-
ются альтернативы: включить такие объекты в
основное авиационное законодательство; предус-
мотреть в основном авиационном законодатель-
стве процедуры, в соответствии с которыми DCA
будет уполномочен как вводить, так и отменять
дополнительные объекты регулирования и соот-
ветствующие им части системы национальных
Авиационных правил.
Для первой альтернативы характерна повы-
шенная защищенность регулятивной деятельнос-
ти САА от текущей политической конъюнктуры.
В то же время, при ограничении возможностей
использования САА второй альтернативой дости-
жение целей адаптации к динамически изменяю-
щимся условиям авиационной деятельности при-
ведет к излишней инертности системы государ-
ственного регулирования.
Функции САА и круг обязанностей DCA не дол-
жны значительно меняться в конкретном государ-
стве. Однако структура и штаты САА могут и дол-
жны варьироваться в зависимости, например, от
количества ВС в государстве, от объема и слож-
ности выполняемых полетов или объема и уровня
развития авиационной промышленности.
Делегируемые в законодательном порядке (в со-
ответствии с основным авиационным законода-
тельством) полномочия DCA должны давать ему
следующие права [488, 744]:
определять необходимость предлагаемых видов
полетов (перевозок или авиационных работ) и санк-
ционировать их осуществление;
оценивать технические и финансовые возмож-
ности Эксплуатанта для осуществления предлага-
емых перевозок с учетом возможностей их обес-
печения наземными службами (например, аэро-
дромами, навигационными средствами, органами
обслуживания воздушного движения и др.);
выдавать Сертификаты Эксплуатантам (Air Ope-
rator Certificate - АОС), содержащие общие поло-
жения, применимые ко всем обладателям АОС, и
конкретные эксплуатационные требования, кото-
рые могут быть необходимы для обеспечения без-
опасности конкретных полетов;
отказывать в праве выполнять, запрещать, от-
менять, приостанавливать или изменять любые
полеты, разрешенные в АОС, и соответствующие
эксплуатационные требования к этим полетам, если
считается, что их выполнение противоречит инте-
ресам обеспечения безопасности, при условии над-
лежащего уведомления Эксплуатанта о таких дей-
ствиях и предоставления ему возможности д ля про-
ведения консультаций и для апелляции;
создавать эффективную организацию - САА,
включая подразделения для инспектирования лет-
ной эксплуатации, а также применительно к об-
ласти Л Г - подразделения для инспектирования
ЛГ (Airworthiness Inspection Department - AID) и,
при необходимости, подразделения по вопросам
изготовления ВС (Airworthiness Engineering Depart-
ment - AED);
нанимать необходимый квалифицированный
штатный персонал, обеспечивающий выполнение
различных функций и обязанностей, за которые
DCA несет ответственность в соответствии с де-
легированными ему полномочиями;
разрабатывать и публиковать подробные наци-
ональные эксплуатационные нормативы и прави-
ла (национальные Авиационные правила), соот-
ветствующие основному авиационному законода-
тельству государства, а также пересматривать их с
целью приведения в соответствие с изменяющи-
мися потребностями;
формировать структуру САА, адекватную объе-
мам, уровню сложности, условиям и особеннос-
тям осуществления авиационной деятельности в
государстве;
регистрировать ВС и вести национальный Ре-
естр ВС;
выдавать и признавать действительными Сер-
тификаты типа;
выдавать, продлевать, изменять, аннулировать
или признавать действительными утверждения,
свидетельства, удостоверения и сертификаты, а
также приостанавливать их действие;
обеспечивать безопасность и эффективность
полетов ВС в пределах воздушного пространства
государства.
К общим обязательствам государства относит-
ся также обеспечение условий для нерегулярных
полетов при коммерческих воздушных перевоз-
ках и для авиации общего назначения.
62 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
С целью обеспечения общей безопасности по-
летов ВС, независимо от того, где эти полеты про-
изводятся, совокупность указанных выше общих
обязательств распространяется и на внутренние
воздушные перевозки.
К сфере обшей ответственности государства
относится уведомление об отличиях его практики
от практики SARPs (Статья 38 Чикагской кон-
венции). В случае, если государство не в состоя-
нии практически выполнить требования SARPs
либо сочтет необходимым принятие национальных
Авиационных правил или практики, отличающихся
в какой-либо части от требований SARPs, а также
если в случае изменений SARPs государство не
внесет соответствующих изменений в свои Авиа-
ционные правила, оно должно немедленно уведо-
мить Совет ICAO о различиях между его собствен-
ной практикой и практикой, установленной SARPs,
или указать меры, которые оно предлагает при-
нять в связи с отличиями.
Практику уведомления об отличиях, выведен-
ную в Чикагской конвенции и SARPs на уровень
общих обязательств государства, следует рассмат-
ривать как составную часть системы мониторинга
деятельности международной ГА, осуществляемой
на уровне ICAO1. Мониторинг на уровне ICAO
является одним из средств обеспечения необхо-
димых условий для единообразного применения
и совершенствования SARPs.
Если Договаривающееся государство не в со-
стоянии самостоятельно обеспечить выполнение
в полном объеме своих общих обязанностей и
обязательств, оно должно найти альтернативные
пути обеспечения выполнения этих обязательств.
В документах ICAO рассматриваются следующие
основные возможности для Договаривающегося го-
сударства:
применительно к соответствующей части сво-
их общих обязанностей и обязательств - исполь-
зовать возможности других государств путем при-
знания или придания силы соответствующим Сер-
тификатам и (или) Свидетельствам, выданным
другими Договаривающимися государствами (од-
ним из возможных способов такого использова-
ния является вхождение государства в региональ-
1 Состав данных, которые Договаривающиеся госу-
дарства обязаны предоставлять в ICAO, определен ICAO
Statistics Programme, помещено на сайте hup://www.
icaodata.com.
ные авиационные сообщества, имеющие признан-
ные системы Авиационных правил);
участвовать в программах ICAO по оказанию
технической и экономической помощи другим
Договаривающимся государствам.
2.3.2. Конкретные обязанности
и обязательства
Термин «конкретные обязательства» введен в
Doc 9734-AN/959. В основе конкретных обяза-
тельств государства лежит внедрение получивших
международное признание и базирующихся на
SARPs процедур разрешительной и утверждающей
деятельности САА по сертификации объектов ре-
гулирования и выдаче соответствующих Свиде-
тельств (Сертификатов). Выдавая такие разреше-
ния (утверждения), государство, в соответствии с
положениями Чикагской конвенции и SARPs, бе-
рет на себя дополнительные конкретные обя-
зательства. Эти обязательства являются логиче-
ским продолжением общих обязанностей и обя-
зательств.
Конкретные обязательства государства раскры-
ваются через такие базовые термины, используе-
мые в SARPs, как «Государство Разработчика»,
«Государство Производителя», «Государство реги-
страции», «Государство Эксплуатанта». Что каса-
ется содержательной стороны и взаимосвязи этих
терминов, можно отметить следующее:
термины «Государство Разработчика» и «Госу-
дарство Производителя» связаны с деятельностью,
проводимой на стадиях проектирования и про-
изводства, т. е. с ответственностью за качество
конструкции ВС как продукции;
термины «Государство регистрации» и «Госу-
дарство Эксплуатанта» связаны с деятельностью,
проводимой на стадии эксплуатации, т. е. с ответ-
ственностью за качество деятельности с исполь-
зованием ВС.
Государство Разработчика (State of Design) об-
ладает юрисдикцией в отношении Разработчика
АТ - организации, ответственной за конструк-
цию типа АТ. К обязательствам Государства Раз-
работчика относится построение системы госу-
дарственного регулирования, в рамках которой
Разработчик или Держатель Сертификата типа АТ
располагает данными о конструкции и сертифи-
кации типа и может должным образом использо-
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
вать их для поддержания летной годности ВС,
находящихся в эксплуатации, предоставляя не-
обходимые данные для выполнения обязаннос-
тей и обязательств Договаривающихся государств
как Государств регистрации и Государств Эксп-
луатанта.
Государство Производителя (State of Manufactu-
re) обладает юрисдикцией в отношении Произво-
дителя АТ - организации, ответственной за про-
изводство АТ. К обязательствам Государства Про-
изводителя относится построение системы госу-
дарственного регулирования, в рамках которой
держатель соответствующего Сертификата Произ-
водителя (одобрения производства) будет распо-
лагать необходимыми данными, относящимися к
производству АТ, и сможет должным образом
использовать их для поддержания летной годно-
сти ВС, находящихся в эксплуатации, предостав-
ляя необходимые данные для выполнения обя-
занностей и обязательств Договаривающихся го-
сударств как Государств регистрации и Государств
Эксплуатанта.
Государство регистрации (State of Registry) - это
государство, в Реестр которого занесено ВС. Акт
регистрации ВС предполагает включение его
в сферу действия нормативно-правового поля го-
сударства. Ответственность Государства регистра-
ции распространяется на перечень документов,
которые должны быть на борту ВС, выполняю-
щего международные воздушные перевозки. Ми-
нимальный перечень таких документов включает
(Статья 29 Чикагской конвенции):
удостоверение о занесении ВС в Реестр госу-
дарства (Свидетельство о регистрации ВС - Certi-
ficate of registration);
удостоверение о годности к полетам (Серти-
фикат летной годности ВС - Certificate of Airwort-
hiness - С of А);
Свидетельства летного состава (на каждого чле-
на экипажа);
бортовой журнал (Journey log book);
разрешение на установку и эксплуатацию бор-
товой радиостанции;
список пассажиров (если они имеются) с ука-
занием пунктов отправления и назначения;
манифест и подробные декларации о грузе (если
он имеется).
Поэтому акт регистрации ВС налагает на Го-
сударство регистрации обязательства по построе-
нию системы государственного регулирования, в
рамках которой обеспечивается ответственность за
указанные документы.
Согласно Статье 33 Чикагской конвенции, каж-
дое Договаривающееся государство должно (берет
на себя обязательство) признавать Сертификаты или
Свидетельства, выданные другими Договаривающи-
мися государствами, при условии, что требования,
предъявляемые к таким Сертификатам или Свиде-
тельствам при их выдаче или признании действи-
тельными, соответствуют или превышают мини-
мальные стандарты, которые устанавливаются в
соответствии с Чикагской конвенцией. Таким об-
разом, полнота выполнения конкретных обязанно-
стей и обязательств является фундаментальным по-
ложением построения взаимоотношений Догова-
ривающихся государств и основой доверия между
государствами в рамках Чикагской конвенции.
Исходя из положений SARPs, Государство ре-
гистрации ВС несет ответственность:
1) за определение соответствия минимальным
установленным стандартам'.
летной годности ВС, внесенных в Реестр госу-
дарства;
авиационного персонала, осуществляющего
летную эксплуатацию ВС, и персонала, произво-
дящего работы по ТО ВС с точки зрения опыта,
знаний и навыков, необходимых для безопасной
эксплуатации ВС;
2) за выдачу или придание силы'.
Сертификату типа ВС, внесенных в Реестр го-
сударства;
Сертификату летной годности ВС, внесенных
в Реестр государства;
Свидетельству и (или) квалификационным от-
меткам летному составу экипажа и персоналу,
производящему работы по ТО;
3) за обеспечение и проверку сохранения соот-
ветствия:
ВС, внесенных в Реестр государства, сертифи-
цированной типовой конструкции в соответствии
с Нормами летной годности (НЛГ)1, принятыми в
государстве для этого класса ВС;
летной годности ВС, внесенных в Реестр госу-
дарства, независимо от того, в какой части мира
они эксплуатируется;
персонала, связанного с эксплуатацией ВС,
внесенных в Реестр государства, условиям, кото-
1 В документах EASA эквивалентом являются Airwort-
hiness Code.
64 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
рые были обязательны при выдаче Сертификатов
и Свидетельств;
4) за подтверждение того, что ТО ВС выполня-
ется в соответствии с действующими требования-
ми, путем одобрения'.
программ ТО ВС, которые используются Экс-
плуатантами;
организаций, проводящих ТО ВС, занесенных
в Реестр государства;
5) за обеспечение основной ответственности
Эксплуатантов за поддержание летной годности ВС
независимо от того, проводится их ТО в Органи-
зациях по ТО, находящихся под юрисдикцией
Государства регистрации ВС (внутренние органи-
зации), или в организациях по ТО, не находящих-
ся под юрисдикцией Государства регистрации ВС
(внешние, или иностранные организации);
6) за участие в расследовании авиационных про-
исшествий, которые случились с ВС, занесенны-
ми в Реестр государства;
7) за своевременное принятие соответствующих
мер по устранению недостатков, которые выяв-
лены в отношении ТО ВС, внесенных в Реестр
государства, при их эксплуатации летными эки-
пажами.
В целом фундаментальное обязательство Госу-
дарства регистрации состоит в построении систе-
мы ответственности за обеспечение пребывания
всех зарегистрированных ВС, участвующих в вы-
полнении полетов в полетопригодном состоя-
нии, в рамках действующей системы государствен-
ного регулирования деятельности гражданской
авиации.
Государство Эксплуатанта (State of Operator) —
это государство основного места деятельности
Эксплуатанта или места его постоянного пребы-
вания (места юридической регистрации).
Ответственность Государства Эксплуатанта яв-
ляется логическим дополнением ответственности
Государства регистрации и базируется на ответ-
ственности за выдачу АОС или равноценного до-
кумента, предусмотренного в Приложении 6 к
Чикагской конвенции, т. е. за регулирование и
надзор за деятельностью, связанной с эксплуата-
цией (использованием) ВС при выполнении меж-
дународных воздушных перевозок. Эта ответствен-
ность распространяется на всех Эксплуатантов,
получивших АОС в государстве.
В соответствии с положениями Чикагской кон-
венции и SARPs, ответственность Государства
Эксплуатанта предусматривает следующие обяза-
тельства:
обеспечение до начала выполнения междуна-
родных полетов адекватности возможностей Экс-
плуатанта ВС с точки зрения обеспечения без-
опасности и эффективности этих полетов;
обеспечение постоянной способности Эксплу-
атанта ВС производить полеты в соответствии с
критериями и требованиями, которые были при-
знаны обязательными при сертификации;
своевременное принятие необходимых мер по
разрешению проблем безопасности, которые вы-
явлены в отношении производства полетов, ТО
ВС и других обязанностей Эксплуатанта, включая
действия его персонала.
В рамках системы государственного регулиро-
вания Государство Эксплуатанта должно обеспе-
чивать персонификацию ответственности за ЛГ
каждого ВС, внесенного в Реестр государства. Та-
кая персонификация обеспечивается закреплени-
ем ВС за Эксплуатантами, т. е. Сертификат ЛГ
конкретного экземпляра ВС получает конкретный
Эксплуатант.
Многообразие существующих и потенциально
возможных коммерческих схем совместного ис-
пользования ВС Эксплуатантами оценивает САА
Государства Эксплуатанта в соответствии с требо-
ваниями системы национальных Авиационных
правил. Основной задачей такой оценки является
сохранение в договорах о совместном использо-
вании ВС персонификации ответственности за ЛГ
каждого конкретного экземпляра ВС за конкрет-
ным Эксплуатантом. Возникающие при этом си-
туации, связанные с передачей такой ответствен-
ности, подпадают под Статью 83bis Чикагской
конвенции.
2.3.3. Эксклюзивные права государства
Чтобы обеспечить регулятивную состоятель-
ность САА относительно целеполагания и целе-
достижения (результативности) по всем аспек-
там деятельности ГА (т. е. возможность выпол-
нения общих и конкретных обязательств госу-
дарства независимо от условий и особенностей
осуществления авиационной деятельности), го-
сударство в лице САА должно сохранить за со-
бой ряд прав, которые далее будем называть экс-
клюзивными.
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
65
К сфере эксклюзивных прав государства в лице
САА при регулировании авиационной деятельно-
сти относятся:
принятие нормативно-правовых документов,
определяющих требования к объектам и субъек-
там регулирования, а также к процедурам провер-
ки соответствия этим требованиям;
выдача, продление срока действия, приостанов-
ление действия, аннулирование, признание и при-
дание силы документам, подтверждающим соот-
ветствие (Сертификатам, Свидетельствам) в рам-
ках сферы полномочий САА;
общий административный контроль и надзор
за деятельностью и состоянием объектов и субъек-
тов регулирования с учетом особенностей делеги-
рования части функций объектами и субъектами
регулирования;
принятие окончательного решения по опреде-
лению применимости к конкретному объекту и
условиям его деятельности положений и (или)
требований действующих нормативно-правовых
документов в сфере ГА, а также по оценке прием-
лемости способов выполнения (реализации) по-
ложений и (или) требований действующих нор-
мативно-правовых документов в сфере граждан-
ской авиации;
определение состава санкций (финансовых,
административных, уголовных), применяемых в
случае нарушения каждого из положений и (или)
требований действующих нормативно-правовых
документов в сфере гражданской авиации, а так-
же детальных процедур их применения, учитыва-
ющих особенности действующего в государстве
нормативно-правового поля;
определение порядка подачи и рассмотрения
апелляций и жалоб по всем аспектам деятельнос-
ти ГА на уровне государства.
Эксклюзивные права государства закрепляют-
ся на уровне основного авиационного законода-
тельства или вытекают из других, равноценных
ему, законодательных актов государства (в част-
ности, актов, определяющих централизованные
механизмы государственного регулирования и
политику технического регулирования).
Рассмотренная структура системы обязаннос-
тей и обязательств Договаривающихся государств
по Чикагской конвенции и SARPs должна быть
реализована в рамках технического и экономичес-
кого регулирования в сфере ГА. Достигнутые уров-
ни результативности и эффективности такого ре-
гулирования в конкретном государстве характери-
зуются известными основными свойствами сис-
темы государственного регулирования - безопас-
ностью, регулярностью и экономичностью авиа-
перевозок.
ективность системы государственного ре-
ЗЕЗЕ
гулирования должна обеспечиваться на основе
применения принципов и подходов к управлению
качеством, которые для общего случая сформули-
рованы в международных стандартах ISO 9000:2000.
2.3.4. Основные централизованные механизмы
государственного регулирования
К основным централизованным механизмам
государственного регулирования относятся нор-
мирование (включая стандартизацию), регистра-
ция, лицензирование, сертификация (и связан-
ный с ней надзор), аккредитация, делегирование.
Значение таких механизмов состоит в обеспече-
нии достижения целей регулирования авиацион-
ной деятельности и реализации технической и
экономической политики государства. Централи-
зованные механизмы государственного регулиро-
вания имеют долгосрочное последействие. Из-за
неоднородности изменения условий авиационной
деятельности как внутри государств, так и на меж-
дународном уровне в процессе разработки про-
цедур применения централизованных механизмов
государственного регулирования необходимо чет-
ко прогнозировать и оценивать последствия, в
первую очередь негативные, которые могут быть
результатом неадекватности этих механизмов осо-
бенностям и условиям авиационной деятельнос-
ти в государстве. Поэтому целесообразно дать об-
щую характеристику сущности и особенностей
механизмов в рамках рассмотрения вопросов го-
сударственного регулирования деятельности граж-
данской авиации.
Нормирование - один из основных централи-
зованных механизмов упорядочения различных
видов деятельности в государстве, который оди-
наково значим при экономическом и техническом
регулировании. В силу многоплановости практи-
ки применения этого централизованного механиз-
ма регулирования ограничим его рассмотрение
вопросами технического регулирования, сохраняя,
по возможности, необходимую общность в ото-
бражении его основных особенностей.
5 8-470
66 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
В рамках технического регулирования приме-
нительно к характеристикам качества продукции
[175, 177, 178] понятие «нормирование» опреде-
ляется как установление или принятие по отдель-
ности и (или) в совокупности для конкретного вида
продукции следующих параметров:
номенклатуры характеристик качества и при-
надлежности каждой характеристики к одной из
групп по признаку обязательности обеспечения
производителем (поставщиком) - обязательные,
условно-обязательные, необязательные {содержа-
тельное нормирование)}
граничных односторонних или интервальных
значений характеристик качества и состава про-
цедур, методов и условий оценки соответствия
продукции установленным требованиям {количе-
ственное нормирование).
Применительно к техническим средствам, как
одной из категорий продукции [175, 177, 178],
сложность проблемы нормирования обусловлена
наличием у этих средств одной или нескольких
особенностей, которыми являются:
многокомпонентность и неоднородность соста-
ва компонентов (по характеристикам качества и
по темпам их эволюционного развития вследствие
научно-технического прогресса), образующих тех-
ническое средство;
многофункциональность и избыточность (на-
пример, функциональная, структурная, информа-
ционная);
невозможность свести изменения состояния
технического средства к дихотомии (например, в
классических постановках задач надежности име-
ем две взаимосвязанные дихотомии деления со-
стояний: исправное-неисправное, работоспособ-
ное-неработоспособное); иными словами, техни-
ческим средствам свойственно наличие множества
состояний с различными уровнями эффективнос-
ти выполнения возлагаемых на них задач, т. е.
сохранение соответствия установленным требова-
ниям при наличии отказов (например, для ВС -
использование Перечня допустимых отказов (Mini-
mum Equipment List - MEL) или Перечня мини-
мального оборудования (Configuration Deviation
List - CDL) для выполнения конкретной задачи
по применению].
Количественное нормирование или установле-
ние (принятие) граничных значений характерис-
тик технических средств производится с учетом
следующих основных факторов:
длительности, ресурсоемкости и технологич-
ности1 стадий жизненного цикла единицы техни-
ческого средства;
масштабов производства продукции - уникаль-
ная (единичные образцы), одноразовая партия,
мало- или мелкосерийная, массовая серийная;
уровня полноты информации об ожидаемой
сфере и (или) условиях эксплуатации продукции;
характеристик сферы (космос, авиация) и (или)
условий (климатические, географические) эксп-
луатации технического средства;
характера влияния стадий жизненного цикла
технического средства на его свойства, в частно-
сти, особенностей протекания процессов деграда-
ции в пределах стадии эксплуатации.
Как на заре развития техники, так и на совре-
менном этапе ее существования и роли в жизни
общества, практика развития и совершенствова-
ния технических средств требует разработки об-
щих подходов к решению следующих задач:
выбора состава нормируемых характеристик
качества технических средств для установления
единых подходов к обеспечению эффективности
и безопасности их разработки, производства, экс-
плуатации и утилизации;
обоснования количественного уровня норми-
руемых характеристик качества;
определения приемлемых по продолжительнос-
ти, объему и затратам ресурсов методов испыта-
ний этих средств на соответствие нормативным
требованиям.
Всякое нормирование обосновано, если пра-
вильны исходные посылки, в первую очередь его
цели и принципы. Поэтому, решая конкретные
практические задачи по обеспечению обших под-
ходов к нормированию характеристик качества
технических средств, необходимо обеспечить со-
держательные ответы на следующие основные
вопросы [162], связанные с содержательным и
количественным аспектами проблемы нормиро-
вания:
1) по способу задания требовании к техническим
средствам -
задавать требования к техническому средству в
целом или к его компонентам?
1 В данном случае технологичность рассматривается
применительно к составу процессов, протекающих на
различных стадиях жизненного цикла, и к сложности
реализации и контроля этих процессов.
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
67
2) по свойствам технических средств -
какие свойства можно и необходимо нормиро-
вать?
стремиться всесторонне охарактеризовать то
или иное свойство (например, надежность) или
оговорить его влияние на результаты использова-
ния?
3) по характеристикам качества технических
средств -
какие характеристики качества выбрать для
данного технического средства?
сколько характеристик качества необходимо
задать для данного технического средства?
как выбрать численное значение конкретной
характеристики?
4) по методам оценки выполнения установлен-
ных требований -
какими методами на различных стадиях жиз-
ненного цикла технического средства можно оце-
нить выполнение требований по каждой установ-
ленной характеристике качества?
какой метод оценки выполнения установлен-
ных требований дает наиболее достоверный ре-
зультат?
за счет чего можно сократить объем необходи-
мых испытаний (проверок)?
как испытывать отдельные компоненты техни-
ческого средства с учетом наличия в нем различ-
ных видов избыточности (структурной, функцио-
нальной, информационной, временной)?
как учесть частичные несоответствия установ-
ленным требованиям и как это ограничивает воз-
можности использования технического средства?
что считать эквивалентным соответствием в
случае, когда установленные требования в процессе
эксплуатации практически (применительно к кон-
кретным условиям проектирования и производ-
ства) невыполнимы?
как поступить, если по ряду характеристик ка-
чества (в частности, по показателям надежности)
потребитель не в состоянии выполнить полную
проверку установленных требований либо в силу
отсутствия строго обоснованных значений норми-
руемых характеристик, либо из-за того, что про-
верка не проводится или положительный резуль-
тат обеспечивается при сильно заниженных зна-
чениях характеристик вследствие тех или иных
методических особенностей контроля?
5) по принципам и механизмам выставления пре-
тензий (применения санкций) в случае несоответ-
ствия характеристик качества установленным тре-
бованиям -
как распределить ответственность по стадиям
жизненного цикла технического средства?
какой применить вид ответственности — адми-
нистративную, финансовую или уголовную?
каковы способы и объемы удовлетворения пре-
тензий с учетом характера несоответствия?
Сложившаяся практика различает общие аль-
тернативные по своей природе подходы к норми-
рованию: допустимо лишь то, что разрешено; до-
пустимо все то, что не запрещено. Первый подход
предусматривает жесткие ограничения по струк-
туре и свойствам объекта регулирования, что тре-
бует достаточно простых и относительно не ре-
сурсоемких процедур технического регулирования.
Второй подход определяет большую вариативность
объекта регулирования по способам удовлетворе-
ния требованиям. Это обусловливает широкий
спектр проявления индивидуальных свойств объек-
та регулирования и требует более сложных проце-
дур сертификации и надзора, больших затрат на
мониторинг и техническое регулирование.
На практике к объекту регулирования приме-
няется каждый из этих подходов в отдельности
или их сочетание. Фактически достигаемые ре-
зультативные и эффективные ответы на указан-
ные выше вопросы, а также практика реализации
альтернативных подходов к нормированию для
конкретного объекта регулирования не всегда три-
виальны и часто относятся к области искусства
разработки и производства продукции [576].
В историческом аспекте решение задач содер-
жательного и количественного нормирования ха-
рактеристик качества продукции тесно связано с
развитием и становлением стандартов, как одного
из средств нормирования. Развитие и распростра-
нение техники в количественном и качественном
аспектах немыслимо без единства технических
требований к продукции и является необходимым
условием для развития технической интеграции
современного производства. Проблема стандарти-
зации сегодня - это неотъемлемая часть жизни и
деятельности современного в значительной сте-
пени технократического общества.
Наличие стандартов и маркировки (например,
для стали и других сплавов, для топлива и горю-
че-смазочных материалов) является естественным
отражением эволюционного развития потребнос-
ти в стандартизации современного (технически
68 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
интегрированного в международном масштабе)
рынка производства и потребления продукции.
Так, совместимость конструкционных узлов за-
правки и электропитания современных ВС в раз-
личных государствах — это результат согласован-
ной стандартизации на национальном, региональ-
ном и международном уровнях, необходимой для
развития рынка международных авиаперевозок.
Интересно отметить, что в историческом ас-
пекте требования стандартов порой имеют логи-
чески необъяснимые истоки. Почему, например,
командиром ВС является левый пилот, а винты
двигателей ВС вращаются относительно направ-
ления полета против часовой стрелки и т. п.? Од-
нако развитие и эволюция стандартизации обес-
печили возможность унифицировать требования
и для таких «необъяснимых» сторон технической
деятельности.
Вместе с тем, стандартизация является эле-
ментом экономической политики конкретного го-
сударства или сообщества государств на регио-
нальном уровне. Она направлена на повышение
уровня качества продукции и защиту нацио-
нальных интересов путем создания законодатель-
ных, юридических, технических и торговых ба-
рьеров как для некачественной, так и нежела-
тельной по отношению к национальному произ-
водителю продукции на внутреннем рынке, а
также на решение таких глобальных проблем, как
защита окружающей среды, жизни и здоровья
людей (например, через механизмы сертифика-
ции продукции).
Наиболее весомый результат развития стандар-
тизации — упорядочение и в значительной степе-
ни формализация требований к характеристикам
качества различных видов поступающей на ры-
нок продукции. Это обеспечивает возможность
более конкретно оговаривать в условиях контрак-
та на проектирование или поставку продукции гре-
бования к ее качеству, свойствам и характеристи-
кам. Поэтому необходимость стандартизации и
нормирования следует связывать с развитием и
возрастанием значимости техносферы в существо-
вании человечества.
В целом взаимосвязь между качеством продук-
ции и стандартизацией отражает ряд технических
и нетехнических (например, вопросы ответствен-
ности) аспектов взаимоотношений, возникающих
между производителем (поставщиком) и потреби-
телем (заказчиком) на современном рынке про-
изводства и потребления на национальном, реги-
ональном и международном уровнях.
Регистрация - это процедура, удостоверяющая
акг вступления объекта регулирования в опреде-
ленную законодательно регулируемую сферу дея-
тельности. Регистрация применима к объектам и
субъектам регулирования, которые в рамках ее вы-
ступают в качестве объектов. Перечень объектов,
подлежащих обязательной регистрации, для соот-
ветствующих сфер деятельности устанавливается
законодательными актами применительно к каж-
дой из этих сфер. Регистрация объекта - как пра-
вило, обязательное предварительное условие для
получения, например, лицензии или сертификата.
Регистрация сопровождается рядом условий,
которые диктуются действующим нормативно-
правовым базисом государства. В содержательном
плане акт регистрации означает:
признание государством того, что объект регу-
лирования вступил в определенную сферу деятель-
ности;
подтверждение готовности объекта регулиро-
вания действовать в соответствии с установлен-
ными требованиями в определенной сфере дея-
тельности;
установление определенной ответственности и
прав объекта регулирования;
признание правомочности последующих дей-
ствий объекта в этой сфере при условии соблюде-
ния действующих 1ребований.
Процедурой регистрации для каждого вида объ-
ектов регулирования в рамках каждой из законо-
дательно регулируемых сфер деятельности преду-
сматривается:
создание и поддержание государственного Ре-
естра объектов регулирования, а также установле-
ние государственного органа исполнительной вла-
сти, ответственного за его ведение;
установление перечня данных об объекте регу-
лирования, которые заносятся в государственный
Реестр;
определение процедуры, в соответствии с ко-
торой осуществляется регистрация;
выдача объектам регистрации соответствующих
Свидетельств (Удостоверений), форма которых
является, как правило, единой в пределах госу-
дарства, а при наличии соответствующих между-
народных соглашений (договоров) - в пределах
группы государств, подписавших соответствующее
соглашение (договор);
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
69
нанесение (при необходимости) на объекты
соответствующих регистрационных знаков.
Применительно к сфере технического регули-
рования, для объектов транспорта (автомобильно-
го, водного и воздушного) процедура регистрации
обязательна.
В гражданской авиации регистрация ВС пре-
дусмотрена положениями Чикагской конвенции
и SARPs. Она обязательна для Договаривающихся
государств относительно ВС, участвующих в меж-
дународных воздушных перевозках. Принципы
построения процедуры регистрации ВС опреде-
лены в Приложении 7 Чикагской конвенции. Они
детализируются в соответствии с условиями кон-
кретного государства в определенных частях сис-
темы национальных Авиационных правил.
Применительно к вопросам государственного
регулирования деятельности ГА используется по-
нятие «Государство регистрации ВС».
Лицензирование, как один из видов разреши-
тельной функции государства, направлено на обес-
печение:
единства и целостности экономического про-
странства и (или) принципов экономического, а в
ряде случаев и технического регулирования раз-
личных видов деятельности в государстве;
равенства прав и законных интересов субъек-
тов деятельности независимо от организационно-
правовой формы и формы собственности, за ис-
ключением органов государственной власти;
защиты нравственности, жизни и здоровья
граждан, окружающей среды;
интересов обороны и безопасности государства.
Лицензирование предусматривает:
выдачу, приостановление и аннулирование ли-
цензий;
контроль за соблюдением лицензионных тре-
бований и условий при осуществлении лицензи-
руемых видов деятельности;
ведение Реестра (единого или по сферам дея-
тельности) выданных лицензий.
Правовую основу лицензирования составля-
ют соответствующие законодательные акты госу-
дарства.
Лицензируемыми являются, как правило, та-
кие виды деятельности, осуществление которых
может повлечь за собой нанесение ущерба пра-
вам, законным интересам и здоровью граждан,
обороне и безопасности государства и культурно-
му наследию, а также те виды, регулирование ко-
торых, в силу условий, специфических для конк-
ретного государства, не может осуществляться
иными методами, кроме лицензирования. Виды
деятельности, которые подлежат сертификации,
как правило, не входят в состав лицензируемых.
Состав лицензируемых видов деятельности в
сфере ГА достаточно неоднороден среди госу-
дарств - членов ICAO и характеризует особенно-
сти их нормативно-правового поля. Это обстоя-
тельство отражает один из аспектов условий про-
ведения авиационной деятельности в конкретном
государстве, построения системы государственного
регулирования в сфере ГА и организации выпол-
нения требований SARPs.
Сертификация тесно связана и, по сути, выте-
кает из проблемы качества продукции. Появле-
ние сертификации исторически обусловлено ин-
тенсификацией развития рынка, его глобализаци-
ей1, а также ростом сложности и расширением
многообразия продукции. Это породило возник-
новение специфической особенности взаимоотно-
шений между потребителем и производителем
продукции на современном рынке - тенденции к
возрастанию разрыва между производителем про-
дукции и ее конечным потребителем.
В условиях современного рынка произведен-
ная в соответствии с действующими стандартами
продукция часто имеет многофункциональное и
разноплановое применение и, как правило, не
ориентирована на конкретного потребителя как в
пределах одного государства, так и в международ-
ном масштабе. В общем случае типичными явля-
ются следующие ситуации:
конкретный производитель предлагает продук-
цию достаточно разнородному и (или) многочис-
ленному потребителю;
конкретному потребителю предлагается одно-
типная продукция различных и многочисленных
производителей.
Естественным желанием потребителя является
получение гарантий относительно качества про-
дукции, т. е. получение достоверной информации
о характеристиках качества продукции, минималь-
ная номенклатура которых должна быть выделена
соответствующими нормативными документами
1 Под глобализацией в данном контексте понимается
интернационализация рынков, появление региональных
объединенных рынков (например, в рамках стран ЕС),
их техническая и нормативно-правовая интеграция.
70 2 МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
(иногда их называют «существенными признака-
ми», с помощью которых идентифицируется про-
дукция). Типичной является следующая ситуация:
одна часть потребителей обладает необходимой
компетентностью и располагает возможностями
(соответствующими средствами и методами) для
оценки качества продукции, а другая часть - не
обладает.
Аналогичная ситуация возникает и в случае,
когда в роли потребителя выступает, например,
конечный производитель технически сложных ви-
дов продукции (ВС или АД). Это связано с техни-
ческой интеграцией (внутри- и межгосударствен-
ной) конечного производителя конкретной про-
дукции с другими производителями, которые вы-
ступают в роли субподрядчиков или поставщиков.
В свою очередь субподрядчики или поставщики
могут по производимой ими продукции иметь сво-
их субподрядчиков или поставщиков и т. д.
Характерные особенности имеющегося разры-
ва между производителем продукции и ее конеч-
ным потребителем связаны с действием двух ос-
новных факторов.
Первый из них, который можно назвать факто-
ром обновления поступающей на рынок продукции,
обусловлен тенденцией к постоянному сокраще-
нию сроков внедрения новых достижений науки в
практику. Как справедливо отметил С. Н. Паркин-
сон [416], тезис «спрос порождает предложение»
имеет свой антитезис - «предложение порождает
спрос».
Этот антитезис отражает «активный»1 характер
современного производителя, который не хочет
ждать, а сам порождает и в какой-то мере регули-
рует спрос, выставляя на рынок новую оригиналь-
ную продукцию. В таком случае возникает про-
блема гарантии качества продукции, в первую оче-
редь относительно ее безопасности. Это особенно
актуально, когда новая продукция содержит но-
вые технологические и технические решения, ко-
торые не нашли еще должной практической про-
верки, в том числе и на возможное последействие.
Второй фактор вызван тем, что на современ-
ном рынке производитель непосредственно не за-
нимается продажей своей продукции. Для этого
есть посредники - государственные и частные,
1 В ряде случаев к такой продукции, как .мобильные
телефоны или генетически измененные продукты пита-
ния, скорее подходит термин «агрессивный».
оптовые и розничные торговые организации, фон-
додержатели и др. Непосредственное взаимодей-
ствие производителя и потребителя - скорее част-
ный случай, чем правило. Однако посредники, как
и потребители, нуждаются в информации о каче-
стве продукции, поступающей на рынок. Они не
всегда располагают необходимой компетентнос-
тью и соответствующими возможностями для
оценки ее качества. Наличие посредников порож-
дает для конечного потребителя продукции допол-
нительные расходы (по деятельности посредни-
ков), которые включаются в цену продукции, но
не всегда гарантируют уменьшение риска приоб-
ретения продукции, не соответствующей требова-
ниям к качеству.
В целом на современном рынке часть потре-
бителей, которая не обладает необходимой ком-
петентностью и не располагает возможностями для
оценки качества продукции, имеет тенденцию к
возрастанию.
Особенности и характер проявления разрыва
между производителем и потребителем продукции
вызваны также действием одного или нескольких
факторов, которыми являются:
природа и целевое назначение продукции;
сложность и избыточность (например, конст-
рукции) продукции;
разнообразие определенного вида продукции на
рынке;
объем выпускаемой продукции;
состав возможных потребителей, сфер и (или)
условий обращения продукции;
количество и состав производителей продук-
ции;
уровень безопасности продукции - ее влияние
на жизнь, здоровье людей и окружающую среду.
Существование и возрастание разрыва между
производителем и потребителем продукции порож-
дает необходимость формирования на рынке про-
изводства и потребления результативной и эффек-
тивной системы подтверждения качества продук-
ции путем оценки ее соответствия требованиям,
изложенным в установленных нормативных доку-
ментах. Так как дублирование подтверждения ка-
чества продукции и сопутствующих ему затрат на
проверку и испытания каждым потребителем или
посредником - дело дорогостоящее, то для совре-
менного рынка необходимы соответствующая го-
сударственная система и органы, обеспечивающие
проверку соответствия и регулирующие деятель-
2.3. Обязательства и ответственность государства согласно Чикагской конвенции
71
ность системы подтверждения качества продукции
(или систем сертификации продукции).
Для потребителей и производителей функцио-
нирование систем сертификации и деятельность
соответствующих органов сертификации должны
быть признаваемыми и приемлемыми, результатив-
ными, экономически эффективными и обязатель-
но подкрепленными соответствующим законода-
тельством, которое регламентирует административ-
ную, финансовую и уголовную ответственность за
качество продукции. Основным механизмом, ко-
торый обеспечивает законность и признаваемость
деятельности по оценке соответствия, является
аккредитация соответствующих органов системы
сертификации.
Аккредитация - в общем случае процедура, ре-
зультатом которой является официальное докумен-
тальное признание (подтверждение) полномочий
и (или) компетентности органа (государственного
или негосударственного) либо лица (юридическо-
го или физического) выполнять определенные
действия в некоторой сфере деятельности (напри-
мер, в сфере международных отношений - аккре-
дитация посла, в сфере образования - аккредита-
ция учебного заведения, в сфере метрологии -
аккредитация метрологических лабораторий).
При техническом регулировании процедура
аккредитации в законодательно регулируемой сфе-
ре деятельности проводится в основном для орга-
нов оценки соответствия, а также юридических
или физических (эксперты) лиц, которым делеги-
рованы отдельные функции органов регулирова-
ния. В результате аккредитации документально
удостоверяется компетентность органов оценки
соответствия либо юридических или физических
лиц выполнять работы в определенной области
оценки соответствия (испытания, сертификация,
калибровка, контроль и др.).
В зависимости от действующего в государстве
законодательства процедуру аккредитации прово-
дит либо национальный орган по аккредитации,
либо орган исполнительной власти в определен-
ной сфере деятельности, уполномоченный на это
соответствующим законом, законодательным ак-
том или центральным органом исполнительной
власти государства. Таким образом, аккредитация,
как процедура, относится к компетенции только
государственных органов.
Аккредитация негосударственных органов либо
юридических или физических лиц, как правило,
возникает из-за отсутствия у государства возмож-
ностей в полном объеме оценивать соответствие
либо в силу целесообразности делегирования пол-
номочий государственных органов.
Выполнение функции надзора за аккредитован-
ными организациями или лицами поручается спе-
циализированной государственной инспекции, на
которую возложены полномочия контроля за реа-
лизацией государственной политики в этой сфе-
ре. Специализированная государственная инспек-
ция может создаваться в альтернативном поряд-
ке — при центральном органе исполнительной вла-
сти, который проводит аккредитацию либо на
который возложены полномочия формирования
и проведения государственной политики в той или
иной сфере (в сфере ГА - это САА).
Делегирование - это наделение полномочиями,
согласно установленным на законодательном уров-
не процедурам и правилам, в форме передачи пол-
номочий по выполнению части функций, кото-
рыми обладает субъект делегирования.
При рассмотрении вопросов делегирования
различают:
субъекта делегирования — субъекта деятельнос-
ти (в частном случае - государственный орган),
делегирующего свои полномочия;
объекта делегирования — передаваемую субъек-
том делегирования часть функций, которыми в за-
конодательном порядке он наделен.
Передача полномочий - один из централизо-
ванных механизмов государственного регулирова-
ния, при котором какое-либо полномочие полно-
стью или частично исключается из компетенции
субъекта делегирования и включается в компетен-
цию другого субъекта деятельности, в качестве
которого может выступать юридическое (в част-
ном случае - другой государственный орган) или
физическое лицо. При этом важно отметить, что
делегирование полномочий не предусматривает
делегирования ответственности (см. п. 2.3.3 «Экс-
клюзивные права государства»).
Характерными принципами процесса делеги-
рования являются:
законодательная основа, т. е. наделение отдель-
ными полномочиями осуществляется в порядке и
в случаях, установленных на законодательном
уровне (применительно к авиационной сфере -
действующим в государстве основным авиацион-
ным законодательством, т. е. Воздушным кодек-
сом, или системой национальных Авиационных
72 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
правил, которые распространяются на сферу ре-
гулирования);
обоснованность, т. е. передаваемые полномочия
не должны превалировать над теми полномочия-
ми, которые связаны с решением вопросов, опре-
деляющих функциональное назначение субъекта
делегирования;
целесообразность, т. е. делегирование части пол-
номочий другим субъектам деятельности должно
позволять решение ряда задач, актуальных не толь-
ко для субъекта делегирования, но и для всех участ-
ников деятельности;
регламентация по срокам, т. е. предоставление
субъектом делегирования принадлежащего ему
права решения какого-либо вопроса другому субъ-
екту деятельности должно регламентироваться по
срокам (на один раз, на определенный срок или
бессрочно) с обязательным указанием перечня
условий, при наступлении которых действие пол-
номочий прекращается;
обеспеченность деятельности ресурсами, т. е.
наделение полномочиями должно сопровождать-
ся передачей или санкционированием инвестиро-
вания ресурсов, необходимых для их реализации;
ответственность, т. е. субъекты деятельности
ответственны за реализацию переданных полно-
мочий только в части, обеспеченной соответству-
ющими ресурсами;
подконтрольность государству, т. е. государство
оставляет за собой право контроля (надзора) за
осуществлением переданных полномочий, что оз-
начает сохранение возможности у соответствую-
щих государственных органов выполнять следую-
щие функции: устанавливать порядок наделения
полномочиями и оценки текущей состоятельнос-
ти субъекта деятельности для выполнения пере-
даваемых полномочий; давать указания субъектам
деятельности по поводу реализации переданных
полномочий; оценивать принимаемые субъекта-
ми деятельности решения с точки зрения не толь-
ко законности, но и целесообразности; устанав-
ливать порядок контроля за решениями субъектов
деятельности; отменять или приостанавливать, в
случае необходимости, решения, принятые субъек-
том деятельности, которому делегированы полно-
мочия;
гласность выполнения переданных полномочий.
Основными факторами, обусловливающими
необходимость и (или) целесообразность делеги-
рования полномочий в сфере ГА, являются:
недостаток ресурсов САА для качественного
проведения деятельности по оценке соответствия,
который создает угрозу безопасности и (или) бло-
кирования авиационной деятельности в государ-
стве из-за отсутствия возможности выполнения
требований SARPs;
уникальность, например, объектов оценки со-
ответствия и (или) испытательного оборудования;
снижение совокупных затрат ресурсов участ-
никами процесса регулирования на выполнение
требований SARPs.
При любых формах делегирования полномо-
чий другим органам (государственным и негосу-
дарственным) либо юридическим или физическим
лицам должны обеспечиваться:
сохранение за государством (или соответству-
ющим его полномочным органом) его эксклюзив-
ных прав, т. е. минимального набора полномочий
для обеспечения результативности и определен-
ного уровня эфч активности деятельности по ре-
гулированию;
независимость органов аккредитации и серти-
фикации от производителей, продавцов, испол-
нителей и потребителей;
отсутствие совмещения одним органом полно-
мочий органа государственного контроля (надзо-
ра) и органа сертификации или органа аккредита-
ции и органа сертификации;
недопустимость внебюджетного финансирова-
ния государственного контроля (надзора, инспек-
ции) за соблюдением действующих требований.
Перечень полномочий, которые могут переда-
ваться, определяется соответствующим государ-
ственным нормативно-правовым актом. Действу-
ющее законодательство должно также устанавли-
вать механизмы правового регулирования отношений,
возникающих в процессе реализации передавае-
мых полномочий.
Отсутствие перечня полномочий, которые мо-
гут делегироваться, имеет свои положительные и
отрицательные стороны. В частности, субъекты
делегирования полномочий (соответствующие орга-
ны государственной власти, к которым относится
и САА) имеют возможность оставлять за собой сво-
боду определения круга полномочии, которые де-
легируются в конкретный период. Но с другой сто-
роны, отсутствие в законодательных актах перечня
таких полномочии лишает субъектов делегирова-
ния определенных ориентиров в собственной нор-
мотворческой деятельности. Это порождает неодно-
2.4. Факторы, определяющие особенности системы государственного регулирования
73
родность принципов делегирования в различных
областях деятельности, что в итоге может привести
к нарушению целостности механизмов правового
регулирования отношений, возникающих при реа-
лизации передаваемых полномочий.
Если полномочия передаются по закону, то сила
правоприменительных актов субъектов деятельно-
сти, которым делегируются полномочия, не мо-
жет быть приравнена к силе закона. Поэтому фор-
мирование механизма регулирования отношений,
складывающихся при наделении субъектов дея-
тельности отдельными полномочиями, должно
основываться на следующих принципиальных по-
ложениях:
в законе о наделении субъектов деятельности
полномочиями должно содержаться поручение им
издавать правоприменительные акты или указа-
ние ситуаций, когда поручения издавать такие акты
не должно быть;
форма правоприменительных актов не может
быть иной, кроме той, что указана в законе;
юридическая сила правоприменительных актов
не может быть приравнена к силе закона;
органы государственной власти с передачей
полномочий не теряют права издания по этим
вопросам своих нормативных правовых актов;
субъекты деятельности, получив право издания
актов по вопросам, связанным с переданными им
полномочиями, не могут вносить изменения в акты
государства, принятые ранее по этим вопросам в
порядке текущего регулирования;
субъекты деятельности должны иметь право вно-
сить в установленном порядке предложения с зако-
нодательной инициативой по вопросам применения
либо принятия нового законодательного акта в сфе-
ре переданных им государственных полномочий.
Необходимыми законодательными условиями
в решении вопросов делегирования должны быть:
наличие в сфере технического регулирования
законодательных актов по аккредитации или сер-
тификации субъектов деятельности, которым пе-
редаются полномочия;
установление процедур и критериев: оценки
соответствия субъектов деятельности относитель-
но возможности и состоятельности (компетент-
ности) для выполнения делегированных функций;
выдачи соответствующего Сертификата (бессроч-
ного, постоянного или с ограниченным сроком
действия); последующего надзора со стороны орга-
на государственного регулирования.
Практика делегирования полномочий предус-
матривает передачу их как с более низкого иерар-
хического уровня на более высокий (централиза-
ция), так и с более высокого на более низкий
(децентрализация). Примерами делегирования
полномочий на более высокий уровень регули-
рования авиационной сферы в области Л Г явля-
ются: в странах Европы - межгосударственному
органу EASA; в странах СНГ - Межгосударствен-
ному авиационному комитету (МАК). Следует от-
метить, что в этих примерах делегирование осу-
ществляется за пределы государства. Необходи-
мое условие такого делегирования - сохранение
ответственности государства по своим обязанно-
стям и обязательствам в соответствии с Чикаг-
ской конвенцией. Примерами делегирования на
более низкий уровень регулирования в области
ЛГ являются: Сертификационные центры (государ-
ственные и негосударственные); Уполномочен-
ные представители САА в организациях субъек-
тов деятельности (например, у Разработчика, Про-
изводителя, Эксплуатанта).
2.4. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОСОБЕННОСТИ
СИСТЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
НА НАЦИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ
Принципы и положения Чикагской конвенции
и SARPs необходимы, но не достаточны для орга-
низации функционирования системы государствен-
ного регулирования в конкретной стране. Это обус-
ловлено тем, что в SARPs изложены согласован-
ные на международном уровне общие принципы и
минимальные обязательные стандарты выполнения
обязанностей и обязательств государств, обеспечи-
вающие приемлемое единообразие на международ-
ном уровне. Многие требования и стандарты не
приводятся в виде, достаточном для организации
конкретной работы в государстве. Поэтому реше-
74 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Рис. 2.1. Схема соотношения между SARPs и нацио-
нальными Авиационными правилами:
а — рекомендации SARPs используются полностью;
б — то же, частично
ния по выбору состава требований, которые долж-
ны быть включены в систему национальных Авиа-
ционных правил, оставлены за государствами. В свя-
зи с этим требования и рекомендации SARPs явля-
ются либо подмножеством (рис. 2.1, а) системы
национальных Авиационных правил, либо входят
в них (рис. 2.1, б) в той части, которая применима
к условиям и особенностям авиационной деятель-
на уровне Эксплуатанта -
состав (по типам и количеству) и особенности
истории эксплуатации используемых экземпляров
воздушных судов;
особенности использования ВС (виды деятель-
ности, регионы и виды полетов, климатические
условия и др.);
особенности организации поддержания ЛГ, в
том числе организации выполнения ТО.
Существующие условия, технические и куль-
турные особенности доминирующих авиационных
государств мира (а это главным образом госу-
дарства - производители АТ) нельзя считать ре-
презентативными для большинства других госу-
дарств - членов ICAO (табл. 2.2).
Отсутствие отдельных составляющих (напри-
мер, проектирования и производства АТ) авиаци-
онной деятельности и (или) ограниченность ее
объема типичны для большинства государств -
членов ICAO. Это порождает многообразие раз-
личий национальных систем государственного
регулирования деятельности ГА. В общем случае
такие различия проявляются в составе и уровне
ности в конкретном государстве, т. е. за исключе-
нием частей, которые не применимы (например,
полеты по ETOPS).
Основными факторами, определяющими специ-
фику щ
явления особенностей авиационной деятель-
ности в государстве, являются:
на уровне государства -
состав и объем авиационной деятельности в
государстве (например, Разработчиков, Произво-
дителей, Эксплуатантов, Организаций по ТО и
подготовке авиационного персонала);
состав (по типам, наработке, срокам службы и
численности) парка ВС, внесенных в Реестр госу-
дарства, а также характеристики неоднородности
этого парка;
структура и полнота нормативно-правового
базиса авиационной деятельности (системы Авиа-
ционных правил), используемого для проведения
регуляторной деятельности САА;
механизмы обеспечения ответственности (уго-
ловной, административной, финансовой) за несо-
ответствия, применяемые в государстве при регу-
лировании авиационной деятельности;
экономическая ситуация в государстве и ресур-
сы, выделяемые государством на обеспечение де-
ятельности САА;
Таблица 2.2. Статистические данные обследования,
представленные Авиатранспортным управлением ICAO
(1997г., без Китая и государств СНГ) [592]
Показатели, за которые несут ответственность государства Количество государств с объемами авиационной деятельности
наибольшими наименьшими
10 25 50 более 100
Парк ВС гражданской авиации, % 90 95 98 1
Парк коммерческих ВС, %, с максималь- ной взлетной массой более 9000 кг 71 87 97 1
Количество выданных Свидетельств специа- листов ГА, % всемир- ного количества 87 94 97 1
Количество выданных Свидетельств специа- листов, % всемирного количества 85 95 99 1
Примечание. В состав 25 государств с наибольшими объе-
мами авиационной деятельности входят 10 государств предыду-
щей колонки, а 50 государств с наибольшими объемами включают
25 государств предыдущей колонки.
2.4. Факторы, определяющие особенности системы государственного регулирования
75
детализации требований SARPs в системе нацио-
нальных Авиационных правил, в особенностях
структуры национальной САА, в составе выделяе-
мых объектов регулирования и в сложившейся
практике обеспечения единообразного примене-
ния требований SARPs в государстве.
Неоднородность государств по объемам, видам,
условиям и особенностям авиационной деятель-
ности, а также по располагаемым возможностям
ее проведения порождает проблемы в процессах
технической интеграции между организациями и
предприятиями государств на различных стадиях
жизненного цикла АТ, т. е. в вопросах разработ-
ки, производства и эксплуатации АТ. Ограничен-
ность возможностей для обеспечения и развития
такой интеграции только на коммерческом уров-
не взаимодействия (в рамках экономического ре-
гулирования) вызывает необходимость в соответ-
ствующей нормативно-правовой интеграции и пе-
реводе взаимоотношений между организациями и
предприятиями различных государств на межго-
сударственный уровень. В этом состоит сущность
проблемы гармонизации и унификации систем
национальных Авиационных правил.
Основные существующие в настоящее время
системы Авиационных правил сформировались в
США, Европе и бывшем СССР. Каждая из этих
систем имела свою эволюцию и формировалась
не без влияния других на соответствующих наци-
ональных нормативно-правовых базах, которые
также имели свои эволюционные истории и оп-
ределенные традиции. Потребности в гармониза-
ции соответствующих нормативно-правовых баз не
всегда были целевыми в процессе их эволюции, и
на сегодняшний день они еще не достаточно оп-
ределены.
Проблему гармонизации и унификации систем
национальных Авиационных правил следует связы-
вать с внутренним противоречием принципов по-
строения международной авиационной деятельности.
С одной стороны, необходимо обеспечить едино-
образие применения SARPs, а с другой - сохра-
нить суверенитет государств, т. е. учесть условия
и особенности построения и проведения авиаци-
онной деятельности в каждом из Договаривающих-
ся государств.
Проблеме гармонизации систем Авиационных
правил свойственна определенная парадоксаль-
ность, которую можно уяснить на аналогии с из-
вестным соотношением площади круга и длины
окружности. Если очерченная окружностью пло-
щадь соответствует гармонизированным аспектам
систем Авиационных правил, а ее длина - вопро-
сам, подлежащим дальнейшей гармонизации, то
увеличение площади круга неизбежно приведет к
увеличению длины окружности. Поэтому разре-
шение одних проблем гармонизации систем Авиа-
ционных правил неизбежно порождает новые, и
не только в отношении детализации принципи-
ально согласованных аспектов.
Если подлежащие гармонизации вопросы на-
чинают соприкасаться с такими, которые отно-
сятся к сфере суверенных прав (например, нацио-
нальной безопасности), то дальнейшая гармониза-
ция тормозится до тех пор, пока не будет пересмот-
рена (откорректирована) сама сфера суверенных
прав как на государственном, так и на междуна-
родном уровнях (в частном случае - в рамках Чи-
кагской конвенции). Поэтому на пути гармониза-
ции (сближения) систем Авиационных правил на
нормативно-правовом уровне будут сохраняться
особенности национальной практики, а также сис-
темы права (нормативно-правового поля) и сло-
жившихся традиций, которые отражают разнооб-
разие и уникальность организации и регулирова-
ния различных сфер деятельности в суверенных
государствах.
Объясним указанные особенности гармониза-
ции на некоторых примерах.
На уровне SARPs наибольшие достижения в
гармонизации реализованы для Приложения 16,
которое, по сути, на сегодняшний день является
национальным стандартом большинства государств
и функционирующих в них Разработчиков и Про-
изводителей АТ, а также Эксплуатантов ВС. В то
же время ряд положений Приложения 5, касаю-
щихся внедрения системы единиц физических
величин СИ, не разрешены в силу действия прин-
ципа суверенитета государств и наличия устано-
вившихся в них традиций.
В качестве более простого (по сравнению с
системой Авиационных правил) аналога рассмот-
рим правила дорожного движения автомобилей,
которые в большинстве стран достаточно унифи-
цированы. Однако установившаяся практика при-
менения этих правил для организации дорожного
движения, надзор дорожными инспекторами за их
выполнением, а также выполнение правил води-
телями имеют в каждой стране свои особенности
и традиции. С этим знаком каждый, кто путеше-
76 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ствовал автомобилем. Таким образом, даже при
однотипности централизованных норм (требова-
ний), процедур, методов и средств регулирования
не гарантируется единообразие реализации их
обеспечения и выполнения. Не излишним будет
вспомнить о наличии и сохранении традиций пра-
во- или левостороннего автомобильного движе-
ния в странах мира.
Достижимый уровень нормативно-правовой
интеграции на межгосударственном и международ-
ном уровнях следует связывать также с эволюци-
ей деятельности мирового авиационного сообще-
ства в регулировании жизненного цикла АТ. Кри-
териями, на которых должен базироваться этот
уровень, являются:
непротиворечивость (и недискриминацион-
ность) направлений гармонизации и унификации
целям развития национальной и международной
авиационной деятельности;
ненарушение целостности и внутренней сба-
лансированности национальной системы Авиаци-
онных правил у участников процесса гармониза-
ции (унификации), что на международном уровне
в значительной степени сводится к сдерживанию
«агрессивности» технически развитых государств
по отношению к менее развитым;
снижение затрат ресурсов участников авиаци-
онной деятельности на национальном и междуна-
родном уровнях.
Определение особенностей авиационной дея-
тельности в конкретном государстве необходимо
для отработки адекватных процедур применения
централизованных механизмов системы регули-
рования и для построения дееспособной систе-
мы государственного регулирования, которую
будет в состоянии поддерживать государство.
В условиях конкретного государства ключевой
задачей построения системы государственного
регулирования, обеспечивающей безусловное вы-
полнение положений Чикагской конвенции и
SARPs, является синтез этой системы, а также
формирование целей и политики технического
регулирования в государстве с учетом имеющих-
ся условий, располагаемых возможностей и ис-
торически сложившейся практики регулирова-
ния в государстве.
В сфере Л Г можно выделить следующие эво-
люционные этапы исторического развития цент-
рализованных механизмов регулирования относи-
тельно стадий жизненного цикла АТ (рис. 2.2):
Рис. 2.2. Эволюция нормативного регулирования в сфере
летной годности
нормирование проектирования и производства
ВС - становление стандартов предприятий у Раз-
работчиков и Производителей с последующим
формированием на их основе национальных НЛГ;
сертификация АТ и ее производства как сово-
купность единых национальных процедур и мето-
дов оценки соответствия НЛГ;
распространение нормирования и сертифика-
ции на стадию эксплуатации АТ (поддержания ЛГ);
государственное регулирование в технической
сфере на всех стадиях жизненного цикла АТ.
В результате эволюционных процессов на те-
кущий момент имеются три основные системы
государственного регулирования Л Г [744]:
сформировавшаяся в США (FAR - Federal
Aviation Regulation);
возникшая после объединения в Европе (JAR -
Joint Aviation Requirement), которая, начиная с 2002 г.,
трансформируется в связи с образованием EASA;
оставшаяся после СССР и единого Аэрофлота,
которая в странах СНГ трансформируется в соот-
ветствии с новыми условиями их деятельности и
взаимодействия между собой и с FAR и JAR.
Каждая из этих систем имеет свои особеннос-
ти, обладает определенными достоинствами и не
лишена недостатков. Результаты и достижения
последней из названных систем были не худши-
ми, чем у двух других.
В силу наличия особенностей организации и
построения авиационной деятельности в государ-
2.5. Политика технического регулирования при построении системы государственного регулирования
77
ствах непосредственный перенос положений,
норм, правил и процедур, существующих в рам-
ках одной из систем государственного регулиро-
вания ЛГ и в условиях конкретного государства, в
другую систему без соответствующей коррекции
и адаптации недопустим и нерационален из-за
угрозы нанесения ущерба национальным интере-
сам. Это обусловливает свойство непереносимос-
ти системы государственного регулирования.
Поэтому для стран СНГ при эволюционном
росте уровня технической интеграции (например,
при расширении применения импортируемой АТ
западного производства) распространение интег-
рации на нормативно-правовую сферу предпола-
гает четкое определение сути национальных ин-
тересов и приоритетов каждого государства, а так-
же интересов и приоритетов всех государств Со-
дружества.
2.5. ПОЛИТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
ПРИ ПОСТРОЕНИИ СИСТЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Продекларированные Чикагской конвенцией
и SARPs положения прошли проверку временем
и успешно применяются государствами - чле-
нами ICAO. Практика их применения показала,
что они достаточно полно учитывают особен-
ности АТ как категории продукции (технического
средства с высоким уровнем сложности и доста-
точно высокой стоимостью, производство и экс-
плуатация которого влияют на жизнь и здоровье
людей и на окружающую среду), а также усло-
вия авиационной деятельности в государствах,
подписавших Чикагскую конвенцию, включая их
неоднородность по располагаемым возможнос-
тям участия в проектировании, производстве и
эксплуатации АТ. Эти положения в их техни-
ческом аспекте относятся к сфере технического
регулирования.
Техническим регулированием является правовое
регулирование отношений для продукции, процес-
сов производства, эксплуатации, хранения, пере-
возки, реализации и утилизации, а также для вы-
полнения работ или оказания услуг в области ус-
тановления, применения и исполнения обязатель-
ных требований, установления и применения
требований на добровольной основе и оценки со-
ответствия установленным требованиям [556].
С позиций системного подхода к сфере техни-
ческого регулирования, необходимость и целесо-
образность централизованной (на уровне САА)
организации и обеспечения функционирования
системы государственного регулирования следует
связывать с фундаментальной проблемой конкрет-
ного государства и современного мирового сооб-
щества - проектирования и управления жизнен-
ным циклом продукции. Эволюционный переход
к общественному осознанию и научному описа-
нию системной сути этой проблемы занимает до-
статочно длительный исторический период, ко-
торый продолжается и в настоящее время.
Для любого государства типична ситуация ог-
раниченности различных видов ресурсов, выделя-
емых и (или) вовлекаемых в авиационную деятель-
ность. В связи с этим проблему проектирования и
управления жизненным циклом АТ следует свя-
зывать с особенностями реализации и проявле-
ния государственной политики.
Политика государства при техническом регули-
ровании [408] определяется (рис. 2.3) такими ос-
новными факторами:
подходами к формированию рационального
(для имеющихся условий деятельности) баланса
распределения располагаемых затрат (трудовых,
Рис. 2.3. Альтернативы формирования политики госу-
дарства при техническом регулировании
78 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
материальных, финансовых, временных, инфор-
мационных, интеллектуальных, инновационных)
как по стадиям жизненного цикла АТ, так и в
пределах каждой стадии с учетом многообразия и
неоднородности АТ по уровню сложности и сто-
имости;
ролью (позицией) государства в реализации
политики при техническом регулировании в сфе-
ре ГА, которая в документах ICAO представляется
в виде активного и пассивного подходов к госу-
дарственному регулированию [493, 744].
Авиационная деятельность зависит от других
сфер деятельности в государстве. Поэтому поли-
тика государства по техническому регулированию
в сфере ГА реализуется САА, исходя из делегиро-
ванных ей полномочий и на основе применения
централизованных механизмов государственного
регулирования (нормирования, регистрации, ли-
цензирования, сертификации и надзора, аккреди-
тации). Так как порядок применения централизо-
ванных механизмов государственного регулирова-
ния устанавливается соответствующими законо-
дательными актами государства, не носящими
отраслевого характера, то такие механизмы долж-
ны быть детализированы и конкретизированы для
соответствующих сфер деятельности, которые в
общем случае не могут рассматриваться незави-
симыми. В сфере гражданской авиации САА про-
водит детализацию и конкретизацию механизмов
и устанавливает систему Авиационных правил в
виде соответствующих требований (норм) и про-
цедур. Ответственность за целеполагание и целе-
достижение в сфере ГА возлагается на САА.
В концептуальном аспекте политика государ-
ства по техническому регулированию в сфере ГА
должна обеспечивать:
формирование направлений и целей развития
деятельности в сфере ГА, а также их восприятие
участниками авиационной деятельности;
стимулирование применения соответствующих
саморегулирующих механизмов по выбору рацио-
нальных способов реализации требований Авиа-
ционных правил в соответствии с условиями дея-
тельности каждого участника;
минимизацию затрат участников авиационной
деятельности на выполнение требований Авиаци-
онных правил в пределах жизненного цикла АТ.
Средой реализации той или иной политики
государства по техническому регулированию яв-
ляется имеющееся (со своей историей эволюции,
с достоинствами и недостатками) нормативно-
правовое поле, отражающее условия и особенности
проведения различных видов деятельности в го-
сударстве, исторически сложившуюся структуру
и характер неоднородности объектов регулиро-
вания, а также динамизм условий их функцио-
нирования. Поэтому способы организации вы-
полнения требований Авиационных правил на
объектах регулирования имеют существенную
многовариантность среди участников авиацион-
ной деятельности.
Необходимым условием эффективности реали-
зации политики государства по техническому ре-
гулированию в сфере ГА является обеспечение
целостности системы государственного регулиро-
вания, в первую очередь рациональное распреде-
ление ответственности в сфере ГА с учетом имею-
щегося состава и объемов авиационной деятель-
ности на стадиях проектирования, производства и
эксплуатации АТ в государстве. Целостность сис-
темы государственного регулирования связана с
такими ее внутренними свойствами, как управля-
емость, достижимость, координированность, на-
блюдаемость и идентифицируемость [407, 537].
Существенные особенности регулирования
сферы ГА в конкретном государстве обусловлены
располагаемыми возможностями реализации тех-
нической политики на стадиях проектирования и
производства АТ. Такие возможности в полном
объеме доступны лишь незначительной части го-
сударств (приблизительно 5 % государств — чле-
нов ICAO входят в состав производителей ВС).
Другими словами, большинство государств миро-
вого авиационного сообщества являются импор-
терами АТ и фактически вынуждены исключать
из сферы техничного регулирования стадии про-
ектирования и производства. В связи с этим по-
строение политики технического регулирования в
сфере гражданской авиации в этих государствах
направлено на стадию эксплуатации, т. е. на под-
держание летной годности.
Государства, которые не являются производи-
телями эксплуатируемой АТ (государства - импор-
теры АТ), вынуждены приспосабливаться к ха-
рактеристикам авиационной техники, которая
поступает на рынок, и строить систему государ-
ственного регулирования деятельности ГА в соот-
ветствии с имеющимися условиями, располагае-
мой инфраструктурой и практикой, исторически
сложившейся в государстве. При достигнутом уров-
2.5. Политика технического регулирования при построении системы государственного регулирования
не международной технической интеграции обыч-
ной практикой государств - производителей ВС
является эксплуатация АТ, которая произведена
другими государствами. Поэтому ситуация, когда
в государстве эксплуатируются АТ нескольких го-
сударств - производителей ВС, является типич-
ной практически для всех государств - членов
ICAO. В связи с этим для большинства государств
мирового авиационного сообщества крайне важ-
ными и актуальными являются методы эффектив-
ного решения задач государственного регулиро-
вания в процессе поддержания летной годности.
В общем случае для условий конкретного го-
сударства рациональные принципы (подходы) к рас-
пределению затрат по стадиям жизненного цикла АТ
расположены между двумя альтернативами. Пер-
вая альтернатива предусматривает доминирование
затрат на обеспечение ЛГ (стадии проектирова-
ния и производства), вторая - на ее поддержание
(стадия эксплуатации).
К наиболее значимым факторам, влияющим на
выбор государством альтернативы, относятся:
фактический уровень участия государства в
международной кооперации по разработке и про-
изводству АТ и по осуществлению работ, связан-
ных с поддержанием Л Г (в том числе и ТО АТ);
номенклатура и особенности характеристик АТ
(ВС и их компонентов) как продукции, в первую
очередь ее неоднородность по характеристикам
необходимых и фактических затрат на Л Г (трудо-
вых, материальных, финансовых, временных, ин-
формационных, интеллектуальных, инновационных),
по стадиям жизненного цикла и по фактическим
темпам их изменения (в частности, морального
старения) вследствие внедрения результатов на-
учно-технического прогресса;
состав и характеристики парка ВС, находящих-
ся в Реестре государства, а также характеристики
распределения объемов и видов авиационных пе-
ревозок и других авиационных работ между ВС;
используемые государственные и межгосудар-
ственные (двусторонние, региональные, междуна-
родные) механизмы обеспечения качества разра-
ботки, производства и эксплуатации АТ.
Если затраты на Л Г доминируют на стадиях
проектирования и производства АТ, то, как пра-
вило, минимизируются затраты на стадии эксплу-
атации. В значительной мере это достигается за
счет высокого уровня эксплуатационно-техничес-
ких характеристик ВС, обеспечивающих длитель-
ное сохранение экономической эффективности и
снижение темпов морального старения, а также в
результате снижения количества и объема дора-
боток по устранению недостатков проектирования
и производства.
Внутренние противоречия подхода, предусмат-
ривающего доминирование затрат на стадиях про-
ектирования и производства изделий АТ, для боль-
шинства которых устанавливается длительный ка-
лендарный срок эксплуатации, связаны со следу-
ющими факторами:
ограниченностью сроков проектирования, а
также располагаемых возможностей привлечения
различных видов ресурсов на стадиях проектиро-
вания и производства;
уровнем развития производства АТ, науки и
экономики в целом, а также общим состоянием
экономики государства в интервале решения за-
дач проектирования и производства АТ;
тенденцией к возрастанию стоимости каждого
нового поколения АТ;
ускорением темпов морального старения АТ в
результате интенсификации научно-технического
прогресса, в частности в авиационной отрасли
(вследствие развития науки и сокращения сроков
доведения ее теоретических результатов до прак-
тической реализации), а также из-за неравномер-
ности такой интенсификации в различных тех-
нических направлениях (это обусловливает не-
минуемые дополнительные потери на доработки
эксплуатируемой АТ, которые направлены на под-
держание уровня ее эффективности, например, на
переоборудование ВС современными средствами
навигации для международных полетов);
эволюционными изменениями принципов орга-
низации и обеспечения выполнения ТО АТ и свя-
занной с этим необходимостью совершенствова-
ния системы ТО.
При реализации подхода, предусматривающе-
го доминирование затрат на поддержание ЛГ, не-
достаточность привлеченных ресурсов на стадиях
проектирования и производства приводит к воз-
растанию затрат на стадии эксплуатации. Непол-
нота и несовершенство проектирования и про-
изводства АТ покрываются повышенными за-
тратами в процессе ее эксплуатации на ТО и
устранение конструктивно-производственных не-
достатков, а также на повышение уровня эксплу-
атационно-технических характеристик АТ для ком-
пенсации ее морального старения. В целом это
80 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
вызывает увеличение, часто значительное, сред-
них суммарных затрат на одно изделие АТ за жиз-
ненный цикл относительно альтернативного под-
хода к распределению затрат.
Если стадия эксплуатации продолжительна и
измеряется десятками лет (например, для ВС, АД
и большинства их компонентов), то баланс затрат
по стадиям жизненного цикла АТ в экономичес-
ком аспекте перекликается с проблемой так на-
зываемой стоимости потребления АТ. В общем
случае с проблемой стоимости потребления АТ
сталкивается любой заказчик (потребитель), при-
обретая дорогостоящую продукцию, которую он
предполагает эксплуатировать достаточно продол-
жительный интервал времени.
Определяя стоимость потребления, рассматри-
вают ее составляющие:
первоначальные затраты - на приобретение авиа-
ционной техники (цена приобретения продукции),
на создание и (или) использование на договор-
ной основе обязательной инфраструктуры, обес-
печивающей возможность начала и проведения
авиационной деятельности по эксплуатации АТ
(например, производственных помещений и их
оснащения, средств ТО, квалифицированного
персонала и его подготовки, получения лицен-
зий и сертификатов, необходимых для различ-
ных видов деятельности, и т. п.);
текущие эксплуатационные затраты - на со-
держание и (или) поддержание инфраструктуры
(собственной и привлекаемой по договорам), обес-
печивающей эксплуатацию АТ, в том числе и под-
держание ЛГ, на обязательную доработку и мо-
дернизацию (обновление) компонентов инфра-
структуры и самой АТ.
Проблема стоимости потребления АТ особен-
но актуальна для государств, которые не имеют
собственной авиационной промышленности и им-
портируют АТ из других стран, а также проводят
ТО эксплуатируемой АТ на базе организаций, на-
ходящихся в других государствах. Техническая
политика в области ЛГ государств - производите-
лей АТ, а также государств, проводящих ТО ВС
этих государств, непосредственно не входит в сфе-
ру регулирования государств, которые только экс-
плуатируют АТ. Это накладывает существенные
ограничения на возможности проектирования и
управления жизненным циклом АТ для государств,
импортирующих АТ. Такая ситуация ставит эти
государства в определенную зависимость от госу-
ЗШЕ
дарств-производителей и требует применения со-
ответствующих механизмов международного ре-
гулирования поддержания непрерывной ответ-
ственности за летную годность, которые отража-
ют одно из проявлений проблемы гармонизации
систем Авиационных правил.
Чтобы гарантировать реализацию политики
технического регулирования, государство создает
систему сертификации и постоянного надзора. Под-
ход государства в лице САА к реализации полити-
ки технического регулирования авиационной де-
ятельности, в частности ЛГ, может варьироваться
от крайне активного до крайне пассивного. Аль-
тернативы активной или пассивной роли САА при
государственном регулировании ГА следует рас-
сматривать не только как противоположности, но
и как возможный диапазон ситуативной позиции
САА. При установленных целях и политике тех-
нического регулирования авиационной деятельно-
сти, в частности ЛГ, позиция САА может и долж-
на изменяться в зависимости от текущего состоя-
ния и тенденций авиационной деятельности в
государстве и за его пределами, от уровня дости-
жения целей регулирования и уровня фактической
эффективности используемой политики техниче-
ского регулирования и применяемых механизмов
регулирования. В этом состоит сбалансированность
и обеспечивается поддержание целостности регу-
лятивной деятельности САА.
Рассмотрим последствия, возникающие при дли-
тельном удержании САА активной или пассивной
позиции в процессе регулирования.
При активном подходе к регулированию САА ус-
танавливает требования к соответствующим видам
деятельности с высоким уровнем детализации (т. е.
доминирует регулирование по принципу «допус-
тимо только то, что разрешено»), а также ведет
централизованный и детальный мониторинг и над-
зор за их выполнением на всех стадиях жизнен-
ного цикла.
Результатами устойчивого активного подхода
к регулированию являются:
снижение ответственности участников авиаци-
онной деятельности, т. е. провоцируется их пас-
сивная позиция, а при неадекватности системы
Авиационных правил условиям и особенностям
авиационной деятельности - имитируется вы-
полнение требований, что в документах ICAO
называется «опасной неконтролируемой практи-
кой»:
2.5. Политика технического регулирования при построении системы государственного регулирования
81
превалирование доминирующей роли САА в
достижении консенсуса при принятии норм и
процедур регулирования, что сдерживает инициа-
тиву участников авиационной деятельности в от-
ношении совершенствования действующих требо-
ваний и адекватных механизмов саморегулирова-
ния в процессе организации выполнения этих тре-
бований в конкретных условиях;
разрастание (часто неоправданное и трудно
контролируемое) организации по инспектирова-
нию и, как следствие, увеличение потребных зат-
рат различных видов ресурсов для обеспечения
деятельности САА.
Рациональный уровень эффективности регули-
рования при устойчивом активном подходе тео-
ретически может быть достигнут в случае высоко-
го уровня стабильности авиационной деятельнос-
ти как в отдельном государстве, так и во всем мире.
Однако такая ситуация не соответствует существу-
ющему динамизму функционирования и развития
авиационной сферы, а также научно-техническо-
му прогрессу в ней. Поэтому при устойчивой ак-
тивной роли САА имеем так называемую зарегу-
лированную систему, которая не приспособлена
оперативно адаптироваться к динамичным изме-
нениям в авиационной деятельности, т. е. систе-
ма регулирования становится инертной и тормо-
зящей деятельность.
Проведем аналогию. Если САА представить в
роли уполномоченного соглядатая водителя авто-
мобиля, то активный подход к регулированию бу-
дет иметь различные последствия для определен-
ных ситуаций:
если автомобиль едет по ровной, прямой и не-
загруженной дороге, то управление им не пред-
ставляет особого труда для водителя даже при по-
стоянном контроле со стороны уполномоченного
соглядатая и необходимости давать ему поясне-
ния о своих действиях;
в случае криволинейной дороги и (или) нали-
чия на ней препятствий активная позиция упол-
номоченного соглядатая приведет, как минимум,
к снижению скорости движения (за исключением
случая, когда уполномоченный соглядатай вы-
полняет также роль штурмана, который хорошо
знает схему дороги, имеющиеся на ней развилки,
расположение опасных препятствий на пути к цели
и т. п.).
При устойчивом пассивном подходе роль госу-
дарства сводится к реагированию и принятию
процедурных мероприятий по негативным со-
бытиям и их последствиям. На участников авиа-
ционной деятельности фактически возлагается
полная ответственность за правильность приме-
нения действующих требований системы Авиа-
ционных правил и за выбор способов их выпол-
нения. Потребности мониторинга авиационной
деятельности со стороны САА существенно сни-
жаются, поэтому мероприятия по регулированию
и профилактике негативных событий, как пра-
вило, недостаточно обоснованны (носят эмпи-
рико-эвристический характер) и имеют значи-
тельную непредсказуемость по возможным по-
следствиям управляющих воздействий. В итоге
это приводит к избыточной децентрализации
регулирования.
Продолжая аналогию с водителем автомобиля
и уполномоченным соглядатаем, пассивной пози-
ции САА будет соответствовать спящий уполно-
моченный соглядатай, который просыпается толь-
ко при наездах на препятствия, заносах или ава-
риях автомобиля, требует объяснений, дает реко-
мендации по каждой подобной ситуации и сразу
после этого снова уходит в спячку.
Пассивная роль САА в поддержании Л Г в про-
цессе эксплуатации импортируемых ВС (при фак-
тическом отсутствии возможности регулирования
их Л Г на стадиях проектирования и производства
разработанная эксплуатационная документация
этих ВС, которая определяется во время выдачи
Сертификата типа, фактически предопределяет
принципы поддержания Л Г и организации ТО)
часто обусловлена либо недостаточным опытом
поддержания ЛГ, либо недостаточностью ресур-
сов, выделяемых для деятельности САА, и (или)
общим неблагоприятным состоянием экономики
в государстве.
При недостаточности выделяемых государством
ресурсов и (или) недостаточном использовании
возможностей механизма делегирования в деятель-
ности САА ее активную роль можно имитировать.
Фактическая неспособность САА решать задачи
регулирования в соответствии с темпами их воз-
никновения подменяется имитацией реагирования
на возникающие события и проблемы, а также
увеличением количества управляющих воздействий
и (или) санкций к участникам деятельности. Од-
нако такое реагирование не имеет системного ха-
рактера из-за отсутствия должного обоснования,
обусловленного неполнотой располагаемой инфор-
6 8-470
82 2 МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
мации по результатам мониторинга. Это ведет к
так называемому дерегулированию и к пассивно-
му подходу САА.
Для налаживания и поддержания гармоничных
взаимоотношений между государством в лице САА
и организациями, практически применяющими
требования системы Авиационных правил для
организации и осуществления своей деятельнос-
ти, значительными достоинствами обладает такая
система государственного регулирования, которая
[493, 744]:
обеспечивает хорошо сбалансированное разде-
ление ответственности за безопасность полетов
между государством и организациями, занимаю-
щимися деятельностью в области ГА;
экономически оправдана с точки зрения ресур-
сов, которыми располагает государство;
позволяет государству постоянно регулировать
и контролировать деятельность в области ГА, не
препятствуя без достаточных на то оснований эф-
фективному управлению этой деятельностью и
контролю за ней.
2.6. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ
СИСТЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Структура объектов регулирования. В рамках
системы государственного регулирования дея-
тельности ГА соответствующие объекты регули-
рования выступают в качестве объектов серти-
фикации и надзора либо объектов лицензирова-
ния, т. е. входят в законодательно регулируемую
сферу. Их состав (виды объектов регулирования)
и характеристики нормируются, исходя из ус-
ловий и особенностей авиационной деятельно-
сти в государстве и регулятивной деятельности
САА. Поэтому функционирование объектов ре-
гулирования в системе государственного регу-
лирования деятельности ГА взаимосвязано и вза-
имообусловлено. Это отражает условия обеспе-
чения целостности конкретной системы государ-
ственного регулирования деятельности ГА, ее
результативность и устойчивость.
Выделение перечня (видов) объектов регули-
рования следует рассматривать как результат де-
композиции (структурирования) системы государ-
ственного регулирования ГА, которая предусмат-
ривает:
минимальную декомпозицию, обязательную для
всех государств и первоначально установленную
на уровне SARPs, т. е. на международном уровне;
дополнительную декомпозицию, выполняемую на
уровне конкретного государства или региональ-
ной группы государств, действующих под единой
системой Авиационных правил (например, в рам-
ках EASA), исходя из конкретных потребностей
авиационной и регулятивной деятельности, и на-
правленную на обеспечение выполнения обязан-
ностей и обязательств по Чикагской конвенции.
Минимальная обязательная декомпозиция обес-
печивает необходимый уровень единообразия по-
строения регулятивной деятельности САА в госу-
дарствах, подписавших Чикагскую конвенцию.
Однако особенности реализации минимальной, а
также наличие и особенности проведения допол-
нительной декомпозиций в конкретном государ-
стве обусловливают свойство непереносимости
системы государственного регулирования деятель-
ности гражданской авиации. Поэтому оценка ха-
рактера и значимости этих особенностей - обяза-
тельное условие применения опыта одних госу-
дарств в деятельности других.
Рассматривая регулятивную деятельность САА
в сфере ГА как систему, можно выделить иерар-
хически упорядоченные группы объектов регули-
рования.
Базовые объекты государственного регулирования
представляют собой базовые составляющие авиа-
ционной деятельности. Базовыми объектами, ко-
торые выделены в Чикагской конвенции и SARPs,
являются воздушные суда, воздушное простран-
ство, авиационный персонал, аэродромы.
В состав базовых объектов государственного
регулирования в области ЛГ входят (рис. 2.4):
для стадий разработки и производства АТ - тип
АТ (как техническое средство, передаваемое на
стадию эксплуатации);
для стадии эксплуатации - летная годность каж-
дого экземпляра ВС, находящегося в Реестре го-
сударства (как техническое средство, пребываю-
щее на стадии эксплуатации), и авиационный пер-
сонал.
2.6. Структура и функции системы государственного регулирования
83
Основные обеспечивающие объекты регулирова-
ния имеют следующие особенности по сравнению
с базовыми:
они специализированы по конкретным базо-
вым объектам;
являются субъектами деятельности, которая спе-
циально (т. е. в соответствии либо с минимальной,
либо с дополнительной декомпозицией системы
государственного регулирования) организуется в
авиационной сфере для обеспечения ответствен-
ности за статус (состояние) и (или) производство
(подготовку) базовых объектов государственного
регулирования.
В состав основных обеспечивающих объектов
государственного регулирования в области Л Г вхо-
дят (см. рис. 2.4):
для стадий разработки и производства АТ -
Разработчик и Производитель АТ (для базового
объекта - тип АТ);
для стадии эксплуатации - Эксплуатант (для
базового объекта - ЛГ каждого экземпляра воз-
душного судна, находящегося в Реестре государ-
ства) и Организация по подготовке авиационного
персонала (для базового объекта - авиационный
персонал).
Дополнительные обеспечивающие объекты регу-
лирования - это объекты, наличие которых обус-
ловлено применением одного из способов деле-
гирования функций в системе государственного
регулирования деятельности гражданской авиа-
ции - основными обеспечивающими объектами
регулирования или непосредственно САА (на всех
стадиях жизненного цикла АТ).
В состав дополнительных обеспечивающих
объектов регулирования в области ЛГ входят (см.
рис. 2.4):
при делегировании функций основными обес-
печивающими объектами регулирования -
а) для стадий разработки и производства АТ -
Держатель Сертификата типа (Разработчик) и Дер-
жатель Сертификата производства (Производи-
тель);
б) для стадии эксплуатации - Организации по
ТО и Организации по управлению (менеджменту)
поддержания Л Г1 (Эксплуатант);
при делегировании функций непосредственно
САА (на всех стадиях жизненного цикла АТ) -
1 В странах EASA - это Continuing Airworthiness
Management Organisation (САМО) [693].
Организации
по подготовке
авиационного персонала
АВИАЦИОННЫЙ
ПЕРСОНАЛ
Эксплуатанты
J
Организации
по управлению
поддержанием
летной годности
Организации по
техническому
обслуживанию
с J
ЛЕТНАЯ ГОДНОСТЬ
КАЖДОГО ЭКЗЕМПЛЯРА ВС,
НАХОДЯЩЕГОСЯ В РЕЕСТРЕ
ГОСУДАРСТВА
Стадия
эксплуатации
Стадии
разработки и
проектирования
ТИП
АВИАЦИОННОЙ
ТЕХНИКИ
Разработчики Производители
- - - - - - — <
Рис. 2.4. Структура объектов регулирования системы
государственного регулирования летной годности
Уполномоченные представители САА, Сертифи-
кационные центры и др.
Структура системы государственного регулиро-
вания летной годности. Государственное регулиро-
вание летной годности является неотъемлемой со-
ставной частью системы государственного регу-
лирования деятельности гражданской авиации.
В данном контексте выделение системы государ-
ственного регулирования Л Г в качестве самостоя-
тельного объекта приведено как конкретный при-
мер, с помощью которого раскрываются харак-
терные особенности регулятивной деятельности
САА в сфере ГА.
Поскольку построение системы государствен-
ного регулирования летной годности в каждом го-
сударстве имеет свои особенности, то при рассмот-
рении общих для всех государств элементов струк-
туры и функций этой системы будем, по возмож-
ности, отмечать условия их применимости для
возможных особенностей авиационной деятельно-
сти в государствах.
84 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
СТАНДАРТЫ И РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРАКТИКИ
(SARPs) ICAO
СИСТЕМА ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
НОРМАТИВНО-ПРАВОВОЙ БАЗИС
ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ
ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Сертификация
Разработчика
Сертификация
Производителя
Сертификация
конструкции
авиационной
техники
Сертификация
летной годности
экземпляра ВС
Сертификация
Эксплуатанта
I Сертификация l
1 Организации по управлению 1
1 (менеджменту) поддержанием *
! летной годности
Сертификация
Организации по
техническому
обслуживанию
Сертификация
авиационного
персонала
Сертификация
Организации по
подготовке авиа-
ционного персонала
Рис. 2.5. Структура системы государственного регулирования летной годности
По признаку связи со стадиями жизненного
цикла авиационной техники в системе государ-
ственного регулирования ЛГ выделяются два вза-
имосвязанных и относительно самостоятельных
системных контура или две более простые систе-
мы (рис. 2.5):
обеспечения Л Г (Essential Airworthiness) на ста-
диях проектирования и производства;
поддержания Л Г (Continuing Airworthiness) на
стадии эксплуатации.
В функционировании системы государственно-
го регулирования летной годности следует выде-
лить два аспекта.
Первый аспект связан с характером распре-
деления в системе государственного регулиро-
вания Л Г ответственности за летную годность
между Разработчиком, Производителем, Эксп-
луатантом и САА как органом (субъектом) регу-
лирования.
Разработчик и Производитель АТ отвечают за
выполнение требований НЛГ для передаваемой
на стадию эксплуатации АТ, которая предвари-
тельно сертифицирована САА. Эксплуатант не-
сет основную (первичную) ответственность за
поддержание ЛГ каждого эксплуатируемого (ис-
пользуемого) ВС, внесенного в Реестр государ-
ства. САА отвечает за организацию, построение
и функционирование результативной и эффек-
тивной системы, позволяющей выполнять обя-
зательства государства по регулированию ЛГ в
соответствии с положениями Чикагской конвен-
ции и SARPs. Сертификация и надзор за выпол-
нением требований принятой в государстве сис-
темы Авиационных правил (при проектировании,
производстве и эксплуатации АТ соответственно
Разработчиками, Производителями и Эксплуатан-
тами) направлены на профилактику опасной не-
контролируемой практики на всех стадиях жиз-
ненного цикла АТ.
Если у государства нет возможности непосред-
ственно влиять на обеспечение ЛГ, оно несет от-
ветственность за принятие НЛГ и (или) системы
Авиационных правил другого государства либо
региональной группы государств и за создание
2.6. Структура и функции системы государственного регулирования
85
САА, которая обеспечит выполнение его обяза-
тельств как Договаривающегося государства Чи-
кагской конвенции по отношению к ВС, находя-
щимся в Реестре государства.
Второй аспект связан с регулятивной деятель-
ностью САА. Можно выделить два основных иерар-
хических уровня этой деятельности.
Первый уровень — нормативный — предусмат-
ривает выработку и осуществление управляющих
воздействий в масштабе всего парка ВС и (или)
конкретного типа ВС, а также всей системы го-
сударственного регулирования ЛГ и (или) состав-
ляющих его систем обеспечения и поддержания
ЛГ. Эти управляющие воздействия связаны с ре-
шениями САА, базирующимися на международ-
ных соглашениях, участником которых являет-
ся государство, а также на обобщении инфор-
мации о состоянии и опыте обеспечения и под-
держания ЛГ парка ВС, находящегося в Реестре
государства.
Второй уровень - ситуативный — предусмат-
ривает организацию управления процедурами
проверки соответствия и оценку достаточности
различных видов привлекаемых ресурсов для
эффективной реализации установленных функ-
ций. В большинстве случаев на этом уровне
выработка и осуществление управляющих воз-
действий обусловлены ситуативными данными
о наблюдаемых событиях и состоянии компо-
нентов системы государственного регулирования
летной годности, получаемыми в рамках дейст-
вующей системы мониторинга авиационной де-
ятельности.
Решения, принимаемые на нормативном уров-
не, направлены на установление требований, а
также на регламентацию причин и событий, обус-
ловливающих возможность и потребность реали-
зации процедур обеспечения и поддержания Л Г
парка ВС, занесенных в Реестр государства. Они
реализуются путем принятия и текущей коррек-
тировки нормативно-правового базиса, имеют, как
правило, долгосрочный характер и являются оп-
ределяющими (целеполагающими) для процесса
управления на ситуативном уровне.
При этом в нормативно-правовом базисе рег-
ламентируются:
множество органов (субъектов) и объектов ре-
гулирования;
множество управляющих воздействий для каж-
дого объекта или органа, определяющих процесс
(правила и процедуры) взаимодействия компонен-
тов системы обеспечения и поддержания ЛГ;
требования к составу и объему информацион-
ного отображения в установленной документации
(Заявках, Сертификатах, Актах инспектирования
и др.) объектов регулирования, процедур и резуль-
татов регулирования;
номенклатура, порядок, условия и критерии
применения соответствующих санкций (в общем
случае - административных, уголовных и финан-
совых) при обнаружении несоответствия установ-
ленным требованиям и процедурам;
порядок подачи и рассмотрения жалоб (про-
цедуры апелляции).
Таким образом, управляющие воздействия на
нормативном уровне наиболее значимы с точки
зрения целедостижения (результативности) при
управлении системами обеспечения и поддержа-
ния летной годности в государстве. Процесс вы-
работки и осуществления управляющих воздей-
ствий на этом уровне, как правило, имеет сравни-
тельно длительный характер, а сами воздействия -
долговременное последействие. Они определяют
конечную результативность управления.
На ситуативном уровне процесс выработки и
осуществления управляющих воздействий органи-
зуется в соответствии с требованиями, ограниче-
ниями и условиями, установленными на норма-
тивном уровне, и имеет более динамичный ха-
рактер по сравнению с нормативным уровнем.
Управляющие воздействия на ситуативном уров-
не влияют на эффективность управления и не
имеют длительного последействия, т. е. носят опе-
ративный характер.
Отметим различие в терминах «результатив-
ность» (effectiveness) и «эффективность» (efficiency),
используемых при характеристике управляющих
воздействий на нормативном и ситуативном уров-
нях управления.
Результативность обозначает правильное оп-
ределение состава необходимых управляющих воз-
действий для достижения цели, а эффективность -
правильное осуществление или реализацию этих
воздействий.
Конкретные методы и принципы решения за-
дач управления, а также особенности примене-
ния централизованных механизмов государствен-
ного регулирования в рамках каждого из указан-
ных уровней синтезируются непосредственно
САА.
86 2 МЕЖДУ НА РОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВА НИЕ ДЕЯ ТЕЛ ЬН ОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ А ВИАЦИИ
2.7. МОНИТОРИНГ И ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ
ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ АВИАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
2.7.1. Система мониторинга
Понятия «мониторинг» и «система мониторин-
га» в настоящее время не имеют однозначного
стандартизированного определения. Однако мо-
ниторинг крайне широко используется и изучает-
ся в различных областях практической и научной
деятельности. С теоретической точки зрения это
позволяет рассматривать мониторинг как некое
научно-практическое явление междисциплинар-
ной природы со своими особенностями проявле-
ния в каждой области практической и научной
деятельности.
Неоднородность достигнутого уровня развития
и интенсивности использования мониторинга в
различных областях деятельности и отсутствие
стандартизированной классификации существую-
щих систем мониторинга обусловливают опреде-
ленную трудность в корректной формулировке
этих понятий применительно к такой сложной и
многоплановой сфере деятельности, как ГА. Од-
нако наличие достаточно высокого уровня едино-
образия в построении систем государственного
регулирования авиационной деятельности, значи-
тельный уровень развития мониторинга в различ-
ных областях авиационной сферы и практическая
апробация стандартизированных подходов к по-
строению мониторинга (в значительной степени
в техническом регулировании) позволяют дать
определение этих понятий с сохранением необхо-
димых аспектов общности, т. е. с учетом особен-
ностей других областей практической и научной
деятельности.
Мониторинг в международном и государственном
регулировании авиационной деятельности - это от-
носительно самостоятельная иерархическая сис-
тема, которая:
состоит из специально организованных и упо-
рядоченных методов и средств сбора (регистра-
ции, измерения), обработки, анализа, хранения,
накопления, организации доступа и распростра-
нения информации об авиационной деятельности
или отдельных ее компонентах;
функционирует в соответствии с установлен-
ными стандартизированными требованиями, за-
крепленными в соответствующих нормативных до-
кументах для каждого иерархического уровня и
применительно к конкретным видам объектов ре-
гулирования;
обеспечивает возможность оценки и прогноза
развития состояния, выработку и принятие реше-
ний по управлению всей авиационной деятельно-
стью на каждом иерархическом уровне, каждым
объектом регулирования и отдельными их компо-
нентами.
Иерархичность и обязательность системы мо-
ниторинга при международном и государственном
регулировании авиационной деятельности (далее -
системы мониторинга) является следствием иерар-
хичности построения деятельности по регулиро-
ванию, иерархичности объектов регулирования и
необходимости соответствующей организации ин-
формации для осуществления деятельности по ре-
гулированию.
Рациональный (исходя из таких известных при-
говорок, как «избыток информации так же вре-
ден, как и ее недостаток» или «данных много, а
информации мало») уровень мониторинга соот-
ветствует ситуации, когда фактически реализуе-
мые объемы и режимы сбора данных, а также тем-
пы обработки и анализа располагаемой информа-
ции соответствуют потребному темпу решения
задач регулирования.
Если располагаемая информация не может быть
оперативно обработана при возникновении потреб-
ности в принятии решения или если ее оказыва-
ется недостаточно для предварительной индика-
ции состояния объекта (особенно опасного и не-
сущего непосредственную угрозу) и для принятия
результативных с приемлемым уровнем эффектив-
ности решений, то систему мониторинга следует
признать несбалансированной.
На международном уровне практически реали-
зуются достаточно специализированные аспекты
мониторинга (например, обязательные уведомле-
ния ICAO об отличиях в применении SARPs или
о включении ВС в Реестр государства, регистра-
ция межгосударственных соглашений об авиапе-
ревозках), а также достаточно развитые его систе-
мы. Так, в связи с существенным ростом объемов
авиационных перевозок для многих национальных
САА возросла загрузка по надзору за соответстви-
2.7. Мониторинг и документирование при регулировании авиационной деятельности
87
ем национальных Эксплуатантов требованиям
минимальных стандартов, установленных ICAO
(в первую очередь Приложений 1, 6, 8, 17), а также
по поддержанию результативности и эффектив-
ности системы государственного регулирования
авиационной деятельности. Для укрепления вза-
имного доверия между государствами, подписав-
шими Чикагскую конвенцию, на международном
уровне развивается ряд программ, характеризуя
которые, можно отразить соответствующий ряд
особенностей систем мониторинга этого уровня
авиационной сферы.
Программа USAP (Universal Security Audit
Programme) - Универсальная программа аудита
авиационной безопасности. В соответствии с ре-
золюцией АЗЗ-1, принятой на 33-й Ассамблее
ICAO в октябре 2001 г., работа по этой программе
проводится специально созданной Секцией ауди-
та безопасности (Aviation Security Audit Section)
Авиатранспортного Управления (Air Transport
Bureau) ICAO. Цель программы USAP - поддер-
жание полноты применения стандартов авиаци-
онной безопасности (Приложение 17 Чикагской
конвенции) во всемирном масштабе. Программа
рассматривается как составная часть Плана дей-
ствий по авиационной безопасности (Aviation
Security Plan of Action), принятого Советом ICAO
в июне 2002 г., и реализуется в сотрудничестве и
при координации действий по аудиторским функ-
циям ICAO с Секцией надзора за аудитом без-
опасности (Safety Oversight Audit Section) Аэрона-
вигационного Управления (Air Navigation Bureau)
ICAO, которое отвечает за реализацию Универ-
сальной программы аудита надзора за безопасно-
стью (Universal Safety Oversight Audit Programme -
USOAP).
Программа USAP обязательна для всех госу-
дарств - членов ICAO и предусматривает регуляр-
ный аудит функционирования системы авиацион-
ной безопасности и ее нормативно-правового обес-
печения в государствах, а также проведение прове-
рок на уровне национальных САА и на уровне
ключевых аэропортов. Целью таких проверок яв-
ляется оценка результативности системы государ-
ственного надзора за авиационной безопасностью
в целом и в конкретных аэропортах. Этот подход
обеспечивает отображение состояния авиационной
безопасности в государстве и определяет выработ-
ку конкретных рекомендаций по ее совершенство-
ванию. Основные результаты аудита авиационной
безопасности доводятся до государств - членов
ICAO. Аудиторские проверки начались в июне
2002 г., но ожидается, что все государства - члены
ICAO пройдут первичный аудит к концу 2007 г.
Программу USAP можно рассматривать как
одну из составляющих системы мониторинга авиа-
ционной деятельности, который организован на
международном уровне на единых принципах при-
менительно к области авиационной безопаснос-
ти. Планируется, что программа проверок, кото-
рая на текущий момент ограничена Приложени-
ем 17 Чикагской конвенции, будет расширена и
на другие Приложения.
На региональном уровне в рамках JAA (Joint
Aviation Authorities) с 1996 г. проводится Программа
оценки безопасности иностранных ВС (Safety
Assessment of Foreign Aircraft — SAFA), которая
предусматривает текущий контроль состояния ВС
в аэропортах.
Программа SAFA определяет, что каждое госу-
дарство — член ЕСАС может инспектировать ино-
странные ВС (государств - членов ЕСАС и других
государств) во время их пребывания в аэропорту
по общим для всех стран - членов ЕСАС про-
цедурам с предоставлением отчетов единого форма-
та. Входящие в программу SAFA проверки пред-
ставлены в виде контрольного листа, содержащего
54 пункта, которые охватывают проверку: лицен-
зий членов экипажа; руководств и методик, кото-
рые должны быть в кабине экипажа; соответствия
этим методикам членов летного и бортового эки-
пажа ВС; оборудования и средств безопасности в
кабине экипажа и салоне; перевозимого груза;
состояния ВС (внешним осмотром). Если время
стоянки ВС не позволяет выполнить программу
проверки в полном объеме, то для исключения
угрозы задержки вылета ВС ее проводят в сокра-
щенном виде.
Существенно, что в случае обнаружения в про-
цессе инспектирования значительных нарушений
об этом уведомляется Эксплуатант и национальная
САА. А если нарушения могут повлиять на без-
опасность выполняемого полета, инспектор впра-
ве потребовать немедленных корректирующих дей-
ствий, прежде чем ВС отправится в полет. В том
случае, когда устранение несоответствий требует
много времени или будет выполнено в другом аэро-
порту, инспектор может принять решение о раз-
решении перелета для перебазировки (в том чис-
ле и без пассажиров или груза).
88 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Каждое государство - член ЕСАС назначает
национального координатора по программе SAFA
и самостоятельно выделяет фокусные (по Экс-
плуатантам или типам ВС) направления этой про-
граммы. Отчеты по инспекциям и корректирую-
щие действия по ним анализируются на регуляр-
ной основе и доводятся до государств - членов
ЕСАС.
В содержательном плане Программу SAFA мож-
но рассматривать как специальное дополнение
программы USAP применительно к условиям Ев-
ропы. Считается, что Программа SAFA не может
заменить соответствующий надзор национальных
САА и гарантировать безопасность конкретного
воздушного судна.
Программа IOSA (IATA Operational Safety Audit
Programme) [742, 743] направлена на аудит дея-
тельности Эксплуатантов на основе стандартизи-
рованных требований к их деятельности (IOSA
Standards and Recommended Practices - ISARPs).
ISARPs специально разработаны IATA в 2001-
2003 гг. Они содержат соответствующие руковод-
ства и методические документы для оценки сис-
темы эксплуатационного менеджмента и управле-
ния (Operational Management and Control Systems)
деятельностью Эксплуатантов. ISARPs базируют-
ся на обобщении передового международного опы-
та деятельности Эксплуатантов, применяемых
SARPs ICAO и согласованных принципах управ-
ления качеством деятельности Эксплуатантов,
которые прошли практическую проверку и экс-
пертную оценку широкой группы специалистов в
этой области.
Аудиты по Программе IOSA проводятся коман-
дой аудиторов, входящих в специально, т. е. при-
менительно к Программе IOSA, аккредитованную
IATA организацию (Audit Organization - АО)1. При
положительных результатах аудита Эксплуатант
получает статус IOSA Эксплуатант (IOSA Ope-
rator)2, подтверждение которого обеспечивается
повторной проверкой через два года (это не ис-
ключает внеплановых аудитов). По результатам
аудитов формируется соответствующая база дан-
ных (IOSA Database), которую предполагается ис-
пользовать для мониторинга.
’ На конец 2005 г. насчитывалось 7 таких организа-
ций. — http://www.iata.org.
2 На конец 2005 г. зарегистрировано 83 IOSA Opera-
tor. — http://www.iata.org.
Программу IOSA можно рассматривать как одну
из составляющих системы международного мони-
торинга авиационной деятельности. К ее несом-
ненным достоинствам относится: направленность
на достаточно сложный и значимый объект регу-
лирования - деятельность Эксплуатантов, несущих
основную (первичную) ответственность за летную
годность ВС; использование единых методов и
средств проведения оценок (ISARPs) практически
всех аспектов деятельности авиаперевозчиков.
Эта Программа отражает стремление IATA к
международной стандартизации требований отно-
сительно деятельности Эксплуатантов в государ-
ствах, т. е. гармонизации соответствующих час-
тей систем национальных Авиационных правил.
Однако еще не решен вопрос обязательности та-
ких аудитов для всех Эксплуатантов (в настоящее
время аудит обязателен только для Эксплуатантов -
членов IATA), а также нет достаточных основа-
ний для утверждения о возможностях проведения
сравнительных оценок деятельности авиаперевоз-
чиков различных государств на базе ISARPs, что
обусловливает неопределенность в использовании
ее результатов в регуляторных целях.
Применительно к уровню государственного ре-
гулирования деятельности ГА реализуемый мони-
торинг имеет обязательный характер и отражен в
системе обязательных Руководств и документи-
рования (Manuals and Documentation System) (см.
п. 2.7.2). Он обеспечивает следующие основные
функции относительно состояния объектов регули-
рования (системы государственного регулирования):
сбор (регистрацию, измерение) информации с
управляемым режимом получения, обработки и
анализа данных (в частности, фоновый режим до
появления индикации изменений) о характерис-
тиках объектов регулирования;
использование системы стандартизированных
критериев оценки или индикаторов, которые рас-
сматриваются (например, по результатам иссле-
дований) как достаточно полно определяющие
объект регулирования и адекватно интерпретиру-
емые (наблюдаемость и индикативность)',
структурирование собираемых данных, обеспе-
чивающих возможность идентификации состоя-
ния и взаимодействия объектов регулирования с
целью оценки и контроля их непрерывного соот-
ветствия действующим требованиям и причин,
порождающих несоответствия (идентифицируе-
мость и прослеживаемость).
2.7. Мониторинг и документирование при регулировании авиационной деятельности
89
Примерами обязательного мониторинга при-
менительно, например, к системе государствен-
ного регулирования ЛГ являются:
на уровне государства -
а) данные, получаемые при регистрации, сер-
тификации и надзоре (включая аудиты), для каж-
дого вида объектов регулирования (см. рис. 2.5);
б) данные обязательной отчетности (уведомле-
ний) по каждому виду объектов регулирования;
в) данные расследования авиационных проис-
шествий и инцидентов;
на уровне объектов регулирования -
а) данные учета наличия и движения АТ по
стадиям жизненного цикла и этапам в пределах
каждой стадии;
б) данные учета наработки, результатов конт-
роля и диагностирования состояния АТ, в том
числе данные регистраторов (накопителей) инфор-
мации и бортовых автоматизированных систем
контроля (БАСК);
в) данные учета применения управляющих воз-
действий (например, при реализации соответству-
ющих программ ТО).
Для современного этапа развития авиатранс-
портной сферы характерны динамичные темпы
количественных и качественных изменений. По-
этому выполнение обязанностей и обязательств
государств по Чикагской конвенции требует адек-
ватного повышения уровня управляемости и ре-
зультативности систем государственного регули-
рования деятельности гражданской авиации на ос-
нове повышения эффективности функциониро-
вания системы мониторинга, которое следует
связывать с применением современных инфор-
мационных технологий.
2.7.2. Система обязательного документирования
Одним из важных элементов обеспечения спо-
собности государства регулировать и контролиро-
вать выполнение объектами регулирования требо-
ваний национальной системы Авиационных пра-
вил является система обязательного документи-
рования. Наличие и обязательность такой системы
в деятельности (функционировании) выделяемых
объектов регулирования служит основой построе-
ния и функционирования системы мониторинга в
сфере ГА. Для осуществления деятельности ГА на
международном уровне и выполнения общих и
конкретных обязанностей и обязательств госу-
дарств по Чикагской конвенции, в частности, для
обеспечения необходимых условий технической
интеграции (например, при экспорте АТ, смене
Государства регистрации ВС, межгосударственных
поставках запасных компонентов и комплектую-
щих), система обязательного документирования
должна иметь приемлемый уровень единообразия
по форме и содержанию (внутренней структуре),
т. е. соответствующим образом стандартизирова-
на и гармонизирована в пределах возможностей,
предоставляемых действующими системами АП
государств - членов ICAO.
Характеристика многоплановой системы обяза-
тельного документирования применительно ко всем
областям деятельности в сфере ГА достаточно
объемна, поэтому ее основные особенности опи-
шем на примере летной годности ВС. Система обя-
зательного документирования в области Л Г ока-
зывает существенное влияние на уровень безопас-
ности ГА. Она содержит основные аспекты, в част-
ности проблемы гармонизации, которые актуальны
для большинства государств - членов ICAO (в пер-
вую очередь импортеров АТ) и характерны для сис-
темы обязательного документирования в сфере
гражданской авиации в целом.
В области ЛГ система обязательного документи-
рования связана с выполнением обязанностей и
обязательств государства по Чикагской конвенции
как Государства Разработчика, Государства Произ-
водителя, Государства регистрации и Государства
Эксплуатанта. Требования к этой системе приме-
нительно к выделяемой структуре объектов регули-
рования, включая структурирование каждого вида
объектов регулирования на систему классов и кате-
горий одобрения (Approval Class and Rating System)1,
устанавливаются системой Авиационных правил.
В общем случае система обязательного доку-
ментирования в области Л Г состоит из двух стан-
дартизированных групп документов, различающих-
ся по назначению, уровням разработки и (или)
принятия (утверждения):
I) разрешительные документы, которые разра-
батываются и утверждаются на уровне САА и под-
тверждают статус объектов регулирования, соот-
ветствующий требованиям системы Авиационных
1 См., например, части 21, 66 и 145 национальных
систем Авиационных правил, а также п. 2.8.2 данной
книги.
90 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
правил, — Сертификаты (Свидетельства) по выде-
ляемым видам объектов регулирования;
2) документы, порождаемые непосредственно
объектами регулирования (как субъектами деятель-
ности) применительно к условиям и особеннос-
тям деятельности, проводимой в конкретном го-
сударстве.
В состав второй группы входят:
организационно-распорядительные документы
(Airworthiness Manuals and Documentation System),
которые:
а) создаются применительно к системе обеспе-
чения ЛГ (стадии разработки и проектирования и
сфера ответственности Государства Разработчика,
Государства Производителя, Держателя Сертифи-
ката типа и Держателя Сертификата производства),
а также к системе поддержания Л Г (стадия экс-
плуатации и сфера ответственности Государства
регистрации и Государства Эксплуатанта);
б) устанавливают порядок и процедуры функ-
ционирования (деятельности) применительно к
конкретному объекту регулирования;
в) подлежат одобрению САА при сертифика-
ции объекта регулирования и (или) при внесении
изменений в функционирование (деятельность)
этого объекта, которые классифицируются САА в
соответствии с действующими Авиационными
правилами как значительные (см. п. 2.8.1);
учетно-контрольная, производственная и техно-
логическая документация (Airworthiness Records
System), которая в соответствии с положениями
одобренной САА организационно-распорядитель-
ной документации по ЛГ обеспечивает такое отоб-
ражение состояния объектов регулирования, ко-
торое признается САА достаточным для их иденти-
фикации и прослеживаемости (в общем случае -
мониторинга);
удостоверяющая (подтверждающая) докумен-
тация, которая генерируется одобренными САА
объектами регулирования для подтверждения ре-
зультатов своей деятельности, - например, Сер-
тификат подтверждения ТО (Authorised Release
Certificate / Certificate of Release to Service I Mainte-
nance Release).
В системе государственного регулирования обес-
печения ЛГ (см. рис. 2.5) примерами стандартизи-
рованных документов, подтверждающих статус
объектов регулирования как соответствующих ус-
тановленным требованиям системы Авиационных
правил, являются [691]:
для типа ВС и его компонентов - Сертификат
типа (Type Certificate - ТС) и Дополнительный
Сертификат типа (Supplemental Type-Certificates),
Письмо одобрения (Letters of Approval, Letters
ЕРА - European Part Approval или Airworthiness
Approval Tag);
для субъектов деятельности - Сертификат Раз-
работчика (Design Organisation Approval - DOA),
Сертификат производства AT (Production Organi-
sation Approval - POA, Parts Manufacturer Approval -
PM А), Держатель Сертификата типа (Type Certifi-
cate Holder - TCH).
Базовым объектом регулирования в системе
обеспечения летной годности является ВС (см.
п. 2.6), которое в виде сертифицированной типо-
вой конструкции (Type Design - TD) получает Сер-
тификат типа (ТС). Типовая конструкция ВС опи-
сывается в рабочей конструкторской и эксплуата-
ционной документации.
Рабочая конструкторская документация (РКД)
содержит:
чертежи и спецификации, включая их переч-
ни, необходимые для определения конфигура-
ции и конструктивных особенностей образца АТ
при подтверждении его соответствия применяе-
мому сертификационному базису (Type Certifi-
cation Basis) и требованиям охраны окружающей
среды;
технические условия (ТУ) на приемку и постав-
ку образца АТ, включая информацию о материа-
лах, процессах и методах производства и сборки
образца АТ, необходимую для гарантии соответ-
ствия типовой конструкции.
Эксплуатационная документации (ЭД) регла-
ментирует летную и техническую эксплуатацию
образца АТ, включая его ТО. В ней содержатся
эксплуатационные ограничения, процедуры и ре-
комендации, которые излагаются в виде ряда стан-
дартизированных по форме документов, а также
любые другие данные, необходимые для опреде-
ления ЛГ путем сравнения характеристик серий-
но производимой продукции этого типа образца
АТ. Требования к составу и содержанию ЭД оп-
ределяются специальными нормативными доку-
ментами, принятыми на государственном уровне
(например, в США - АТА Specification 100, АТА
Specification 104, АТА Specification 2100 и др.).
Кроме РКД и ЭД, по результатам сертифика-
ции ВС составляются Карта данных (Type Certifi-
cate Data Sheet - ТСDS) и Таблица соответствия
2.7. Мониторинг и документирование при регулировании авиационной деятельности
91
(Compliance Checklist), которые также являются
неотъемлемыми частями Сертификата типа воз-
душного судна.
Согласно требованиям действующей в государ-
стве системы Авиационных правил, типовая кон-
струкция (включая ее компоненты) и ее описание
адекватно идентифицируются в процессе серти-
фикации. Это необходимо для идентификации
конкретного экземпляра АТ на стадии его экс-
плуатации, например, при регистрации ВС, выда-
че (признании, продлении или возобновлении)
Сертификата Л Г экземпляра ВС (Certificate of
Airworthiness - С of А / СоА) либо распростране-
нии (определении применимости) Директив лет-
ной годности (Airworthiness Directives - AD), Сер-
висных бюллетеней (Service Bulletin - SB) и дру-
гих обязательных документов САА на конкретный
экземпляр АТ с целью назначения необходимых
управляющих воздействий (например, работ по
поддержанию Л Г).
Эксплуатационная документация на тип ВС
обеспечивает стандартизированное информацион-
ное отображение:
конструктивно-эксплуатационных свойств АТ
и характеристик этих свойств как объектов, пере-
даваемых на стадию эксплуатации;
обязательных требований к процедурам и ме-
тодам применения и функционирования АТ как
объектов эксплуатации;
результатов учета динамики изменения харак-
теристик состояния объектов АТ в процессе их
летной и технической эксплуатации.
Основными стандартизированными обязательны-
ми документами, включаемыми в состав ЭД на тип
ЙС Разработчиком (Держателем Сертификата типа)
и (или) Производителем (Держателем Сертифи-
ката производства), являются:
Летное руководство (Aircraft Flight Manual -
AFM, Flight Manual - FM, Operations Manual -
Ops. Manual или Manufacturer’s Operating Inst-
ructions);
Руководство по загрузке и центровке - часть
AFM (Aircraft Weight and Balance Manual - WBM);
Главный перечень минимально необходимого
оборудования - ГПМНО - часть AFM или Типо-
вой минимальный перечень оборудования - ТМПО
(Master Minimum Equipment List - MM EL);
Перечень допустимых отклонений конфигура-
ции - эквивалент MEL (Configuration Deviation
List -CDL);
Указания по поддержанию летной годности
(Руководство по технической эксплуатации - РЭ)
(Instructions for Continued Airworthiness - ICA);
Руководство по техническому обслуживанию -
часть ICA (Maintenance Manual - ММ или Aircraft
Maintenance Manual - АММ);
Программа ТО Государства Разработчика или
Держателя Сертификата типа (Aircraft Maintenance
Schedule - AMS, Maintenance Program Document -
MPD или Maintenance Planning Document - MPD);
Руководство по ремонту - PP - часть ICA (Repair
Manual - RM, Aircraft Repair Manual - ARM,
Structural Repair Manual - SRM или Overhaul Ma-
nual - OM);
Руководство по поиску и устранению отказов -
часть ICA (Fault Isolation Manual - FIM или Trouble
Shooting Manual - TSM);
Иллюстрированный каталог запасных частей -
часть ICA (Illustrated Parts Catalogue - IPC или Parts
Catalogue - PC);
Альбом фидерных схем - часть ICA (Aircraft
Schematics Manual - ASM);
Альбом электрических схем - часть ICA (Aircraft
Wiring Manual - AWM);
Руководство по техническому обслуживанию
компонентов - часть ICA (Component Maintenance
Manual - CMM);
сервисные письма Разработчиков AT (Service
Information Letter - SIL или Service Letters - SL);
эксплуатационные бюллетени (директивы), вво-
димые Производителем (Operational Bulletins - OB
или Operational Directive - OD);
бюллетени по обслуживанию, вводимые Госу-
дарством регистрации ВС (Service Bulletin - SB);
директивы Л Г, вводимые Государством регис-
трации ВС (Airworthiness Directives - AD);
специальные инструкции, вводимые Государ-
ством регистрации ВС (Special Instructions - SI);
консультативные циркуляры, вводимые Госу-
дарством регистрации ВС (Advisory Circular - AC).
Документы на экземпляр (компонент) ВС:
бортовой журнал (Journey Log Book);
формуляр ВС (Aircraft Technical Log);
формуляры (паспорта) компонентов ВС (Tech-
nical Log, Log Book или Tag).
Применительно к области ЛГ и потребностям
стадии эксплуатации АТ дополнительно отметим
следующее.
ЭД является специально организованным ин-
формационным отображением машиностроитель-
92 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ной конструкции ВС и ее конструктивно-эксплу-
атационных свойств для решения двух взаимосвя-
занных задач: описания конструкции АТ в объе-
ме, необходимом для выполнения предусмотрен-
ных Разработчиком правил ее эксплуатации и изу-
чения конструкции АТ авиационным персоналом,
который будет осуществлять ее эксплуатацию. Но
в процессе формирования ЭД происходит значи-
тельная потеря информации о машиностроитель-
ной конструкции ВС и ее конструктивно-эксплу-
атационных свойствах. Поэтому в SARPs предус-
мотрена необходимость сохранения ответственности
за типовую конструкцию Разработчика и Произ-
водителя на стадии эксплуатации АТ.
ЭД - обязательная составная часть описания
типовой конструкции образца АТ при предостав-
лении Заявки на Сертификат типа. Она уточняет-
ся в процессе сертификации под контролем САА,
а при выдаче Сертификата типа одобряется САА.
ЭД в процессе эксплуатации АТ изменяется, до-
полняется и корректируется согласно установлен-
ным системой Авиационных правил процедурам.
Признано, что для обеспечения эффективного
проектирования новых образцов АТ и совершен-
ствования их конструктивно-эксплуатационных
свойств, а также для минимизации искажений
информации при формировании, ведении и прак-
тическом использовании ЭД необходимо приме-
нять современные информационные технологии,
в частности, системы автоматизированного про-
ектирования (САПР). В рамках этих технологий
комплект ЭД изготовляется на электронных но-
сителях с соответствующим стандартизированным
структурированием.
Комплект ЭД, изготовленный на электронных
носителях, часто выступает обязательным услови-
ем представления АТ на рынок. В значительной
степени это связано с тем, что структурированная
ЭД на электронных носителях необходима в ис-
пользовании современных информационных тех-
нологий для эффективного решения задач экс-
плуатации современных ВС, в частности, для мо-
ниторинга состояния АТ относительно поддержа-
ния ЛГ, а также сопровождения образцов АТ
организациями Разработчика и Производителя
(Держателя Сертификата типа).
В системе государственного регулирования под-
держания ЛГ возникает необходимость формиро-
вания документации, регламентирующей деятель-
ность и ответственность Эксплуатанта в процессе
эксплуатации АТ, поскольку передача АТ на ста-
дию эксплуатации обусловливает возникновение
ответственности Эксплуатанта за Л Г каждого эк-
земпляра используемого ВС. В соответствии с Doc
9760 [744], эта документация является составной
частью общей системы документации Эксплуатан-
та по безопасности полетов (Operator’s Overall
Safety Manuals and Records System). Требования к
такой системе документации, применительно к
условиям конкретного государства (включая вы-
деляемую в системе поддержания Л Г совокупность
объектов регулирования), в стандартизированном
виде представлены в соответствующих частях сис-
темы Авиационных правил Государства регист-
рации ВС и Государства Эксплуатанта. Они дол-
жны обеспечить приемлемое единообразие этой
документации на международном уровне, а также
стандартизированную информационную базу для
подтверждения соответствия состояния объектов
регулирования требованиям действующей систе-
мы Авиационных правил.
Обязательные документы системы поддержания
Л Г разрабатываются соответствующими субъектами
деятельности, исходя из действующих требований
системы Авиационных правил и ЭД объектов экс-
плуатации (ВС и их компонентов) и подлежат одоб-
рению САА при сертификации субъектов деятель-
ности. Если в систему документации вносятся зна-
чительные изменения и (или) дополнения в соот-
ветствии с применяемыми классификаторами
изменений в применимых частях системы Авиаци-
онных правил (см. п. 2.8.2), то указанные докумен-
ты должны пройти повторное одобрение САА.
Основными стандартизированными обязатель-
ными документами, разрабатываемыми субъекта-
ми деятельности в системе государственного ре-
гулирования поддержания ЛГ, являются:
документы Эксплуатанта -
Руководство по производству полетов - РПП
(Operational Manual - ОМ или General Operations
Manual - GOM);
Руководство по летной эксплуатации - РЛЭ -
для экипажа (Aircraft Operating Manual - АОМ,
Flight Manual - FM или Flight Crew Operating
Manual - FCOM);
Краткий эксплуатационный справочник эки-
пажа или Руководство по летной эксплуатации во
внештатных ситуациях - документ, производный
от РЛЭ (Quick Reference Handbook - QRH или
Emergency Check List - ECL);
2.7. Мониторинг и документирование при регулировании авиационной деятельности
93
Перечень минимально необходимого оборудо-
вания - ПМНО (Minimum Equipment List - MEL
или Operator’s MEL);
Перечень допустимых отклонений конфигура-
ции - эквивалент MEL (Configuration Deviation
List - CDL, Aircraft’s CDL, Operator’s CDL, Dis-
patch Deviation Guide - DDG или Dispatch Deviation
Manual - DDM);
Программа TO ВС, одобренная Государством
Эксплуатанта (Maintenance Program - MP или
Operator’s Maintenance Program);
Руководство по регулированию TO ВС Экс-
плуатанта (Maintenance Management Manual -
МММ, Maintenance Control Manual - MCM или
Operator’s MCM);
инженерные инструкции (Engineering Instruc-
tion - El, Engineering Order - EO, Engineering Re-
quest - ER или Maintenance Instructions - MI);
документы Организации no TO -
Руководство Организации no TO (Maintenance
Organization Exposition - MOE, Maintenance Orga-
nisation’s Procedures Manual - МОРМ или Main-
tenance Organisation Manual - MOM);
Руководство по выполнению TO (Maintenance
Manual - ММ или Maintenance Instructions - MI);
документы Организации no подготовке авиаци-
онного персонала -
Руководство Организации по подготовке авиа-
ционного персонала (Maintenance Training Organi-
sation Exposition) и др.;
документы Организации по управлению (менедж-
менту) поддержанием ЛГ -
Руководство Организации по управлению (ме-
неджменту) поддержанием летной годности (Con-
tinuing Airworthiness Management Organisation Expo-
sition) и др.;
документы на экземпляр (компонент) ВС -
документы, которые содержат результаты или
дают доказательства выполнения работ (исполь-
зуются для документирования прослеживаемости
и предоставления свидетельств относительно одоб-
рения) (Airworthiness Records System или Main-
tenance Records System).
Имеющиеся в настоящее время различия меж-
ду этими документами в государствах являются
актуальным объектом гармонизации на междуна-
родном уровне (например, в рамках программы
IOSA по Эксплуатантам).
Рассмотрим основные факторы, вызывающие
различия между документами.
Рис. 2.6. Составляющие первичной
(основной) ответственности Эксплуа-
танта за поддержание ЛГ каждого
эксплуатируемого экземпляра ВС
Согласно положениям Чикагской конвенции и
SARPs, Эксплуатант - субъект деятельности (орга-
низация) в системе государственного регулирова-
ния поддержания ЛГ. Он несет первичную (ос-
новную) ответственность (Primary Responsibility) за
ЛГ каждого экземпляра ВС, находящегося у него
в эксплуатации, т. е. закрепленного за ним внесе-
нием его в Сертификат Эксплуатанта (Air Operator
Certificate - АОС). Эта ответственность входит в
состав обязанностей Эксплуатанта, которые не де-
легируются.
Первичная (основная) ответственность Экс-
плуатанта за поддержание Л Г каждого экземпля-
ра эксплуатируемого ВС означает, что по каждо-
му объекту АТ (например, по ВС в целом или его
компоненту, т. е. комплектующему изделию), на
котором выполняется и (или) выполнено ТО, Экс-
плуатант отвечает за соответствие действующим
требованиям системы Авиационных правил каж-
дого из следующих решений (рис. 2.6):
о составе (перечне) работ по ТО, которые не-
обходимо назначить1 для выполнения на объекте
(ЧТО?);
о календарном времени начала выполнения
каждой назначенной работы по ТО (КОГДА?);
о месте (базе), на которой следует выполнить
каждую назначенную работу по ТО (ГДЕ?);
1 Термин «назначить» в данном контексте означает
установление применительно к конкретной ситуации и
к конкретному объекту АТ состава необходимых (обя-
зательных) работ по ТО до начала и в процессе их вы-
полнения.
94 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
о составе ответственного и (или) сертифици-
рующего персонала на месте (базе) проведения
каждой назначенной работы (КТО?);
о составе установленных процедур и требова-
ний (стандартов), применимых при выполнении
каждой назначенной работы по ТО, включая при-
менимые средства ТО (КАК?).
В рамках первичной (основной) ответствен-
ности Эксплуатанта за поддержание ЛГ каждого
эксплуатируемого экземпляра ВС можно выде-
лить составляющие, в совокупности не образую-
щие всю рассматриваемую первичную (основную)
ответственность. Они могут выступать в качестве
объектов делегирования на условиях, определен-
ных соответствующими частями системы Авиа-
ционных правил, и подлежат оценке САА на со-
ответствие применительно к конкретным усло-
виям деятельности Эксплуатанта. Такими состав-
ляющими являются:
ответственность за выполнение работ по ТО или
за качество ТО на каждом объекте АТ, т. е. за под-
тверждение соответствия каждой (выделяемой в
ЭД как самостоятельный объект контроля) выпол-
ненной работы по ТО процедурам и требованиям
(стандартам), которые одобрены для применения
при сертификации ЛГ конкретного экземпляра ВС
и Эксплуатанта, включая предусмотренное дей-
ствующими требованиями системы Авиационных
правил документирование и прослеживаемость
такого подтверждения ТО;
ответственность за назначение работ по ТО или
за управление (менеджмент) поддержанием ЛГ,
т. е. за соответствие полноты и своевременности
назначения работ по ТО процедурам и требовани-
ям (стандартам), которые одобрены для примене-
ния при сертификации ЛГ конкретного экземп-
ляра ВС и Эксплуатанта.
Особенности деятельности Эксплуатантов при-
менительно к области поддержания ЛГ, а следова-
тельно, структурирования системы обязательной
документации Эксплуатанта, связаны со следую-
щими основными факторами:
I. Неоднородностью располагаемых Эксплуа-
тантами возможностей в области поддержания Л Г
эксплуатируемых ВС;
II. Неоднородностью условий деятельности
Эксплуатантов;
III. Неоднородностью условий деятельности
Организаций по ТО.
Рассмотрим эти факторы.
I. Сложившаяся практика предусматривает
выделение трех альтернативных ситуаций деятель-
ности Эксплуатантов:
1) Эксплуатант сертифицирован как Органи-
зация по ТО (Approved Maintenance Organisation -
AMO) и одобрен САА осуществлять все виды ТО
на эксплуатируемых ВС и их компонентах - Экс-
плуатант, имеющий собственную полную АМО;
2) Эксплуатант сертифицирован как АМО, но
одобрен САА осуществлять только отдельные виды
ТО на эксплуатируемых ВС и их компонентах (это
может быть линейное ТО - line maintenance) -
Эксплуатант, имеющий собственную неполную АМО;
3) Эксплуатант не сертифицирован как АМО,
т. е. не уполномочен осуществлять ТО ВС и их
компонентов - Эксплуатант, не имеющий собствен-
ной АМО.
У Эксплуатантов, не имеющих АМО или име-
ющих собственную неполную АМО, для выпол-
нения ТО эксплуатируемых ВС возникает не-
обходимость формирования некоторого пакета
взаимосвязанных контрактов с АМО (рис. 2.7).
В этом случае из-за естественного стремления Экс-
плуатантов к снижению удельных затрат на ТО
пакет контрактов может быть многовариантным с
точки зрения характера распределения состава и
объемов работ по ТО между контрактами (т. е.
между АМО, предоставляющими услуги Эксплуа-
танту), а также с позиции наличия и состава вто-
ричных контрактов с другими АМО и субконт-
рактов с Организациями по ТО, не имеющими
одобрения САА.
В силу эволюционных изменений в области
ТО и возрастания сложности конструкции ВС как
Рис. 2.7. Структура контрактов Эксплуатанта по выпол-
нению ТО на эксплуатируемых ВС
2 7. Мониторинг и документирование при регулировании авиационной деятельности
95
объекта эксплуатации, наличие пакета контрак-
тов и субконтрактов привело к существенному
усложнению и повышению значимости методов
и процедур назначения (управления поддержа-
нием ЛГ) и контроля за выполнением работ по
ТО с точки зрения полноты и адекватности осо-
бенностей состава используемых контрактов с
АМО и эксплуатируемого парка ВС, а также со-
хранения первичной (основной) ответственнос-
ти Эксплуатанта за поддержание ЛГ эксплуати-
руемых ВС. Пакет контрактов и субконтрактов
отражает особенности условий делегирования
Эксплуатантом части ответственности за Л Г экс-
плуатируемых ВС. Поэтому пакет таких контрактов
включается в область нормирования при серти-
фикации Эксплуатанта и подлежит рассмотрению
и одобрению САА в составе процедур, распро-
страняющихся на обязательную организационно-
распорядительную документацию Эксплуатанта.
В случае значительных изменений (согласно клас-
сификатору изменений, определяемому системой
национальных Авиационных правил) состава па-
кета контрактов и (или) его части САА проводит
дополнительные сертификационные работы для
подтверждения первичной (основной) ответствен-
ности Эксплуатанта за Л Г каждого эксплуатиру-
емого ВС.
В системе государственного регулирования
поддержания Л Г сложившаяся практика делеги-
рования выполнения работ по ТО закреплена вы-
делением Организаций по ТО в качестве самосто-
ятельных объектов регулирования, сертификация
и надзор за которыми являются обязательной ча-
стью регуляторной деятельности САА. Однако в
практике контрактов Эксплуатантов и АМО воз-
можности и условия делегирования задач назна-
чения работ по ТО реализуются достаточно огра-
ниченно. Эволюционные процессы в области Л Г
(включая ТО) обострили потребность развития в
системе государственного регулирования поддер-
жания ЛГ практики делегирования задач назначе-
ния работ по ТО. В итоге эта потребность привела
к выделению в системе государственного регули-
рования поддержания Л Г дополнительного объекта
регулирования и к появлению соответствующих
частей в системе Авиационных правил (например,
в рамках EASA - это Part-M).
Выделение задач, касающихся назначения ра-
бот по ТО, например, в рамках Part-M, предус-
матривает:
создание самостоятельных Организаций по уп-
равлению (менеджменту) поддержанием ^/"(Conti-
nuing Airworthiness Management Organisation -
САМО), которым Эксплуатанты могут делегиро-
вать функции назначения работ по ТО в соответ-
ствующем контракте, являющемся объектом про-
верки на соответствие и одобрения САА;
сертификацию и надзор за деятельностью орга-
низаций САМО на основе установления:
а) обязательной организационно-распоряди-
тельной документации для таких организаций,
которая, как и при делегировании выполнения
работ по ТО, предусматривает сохранение первич-
ной (основной) ответственности Эксплуатанта за
ЛГ каждого конкретного экземпляра эксплуати-
руемого им ВС;
б) соответствующих ограничений на формиро-
вание Эксплуатантами контрактов с САМО;
обязательную сертификацию Эксплуатанта по
управлению (менеджменту) поддержанием Л Г:
а) в условиях, когда Эксплуатант проводит эту
деятельность в рамках собственной организации
(т. е. наличие отдельной самостоятельной САМО
не обязательно для Эксплуатанта);
б) в условиях, когда Эксплуатант проводит эту
деятельность в рамках контракта (делегирования)
с САМО.
II. Сложившаяся система классов и категорий
одобрения (Approval Class and Rating System) Экс-
плуатантов, на которые как отдельно, так и в со-
вокупности могут быть одобрены Эксплуатанты
при получении АОС, включает классификаторы
категорий ВС и видов полетов.
Классификатор категорий ВС, которые закреп-
лены за Эксплуатантом, формируется в соответ-
ствующих частях системы Авиационных правил в
зависимости от эксплуатационных и конструктив-
ных характеристик ВС. Например, в [751] выде-
ляются следующие категории ВС:
многодвигательные с турбовинтовыми двига-
телями (ТВД) и максимальной одобренной кон-
фигурацией более 9 пассажирских кресел или
максимальной взлетной массой более 5700 кг
(Large Aeroplane) и все многодвигательные с тур-
бореактивными двигателями (ТРД) (Performance
Class А);
с винтовыми двигателями и максимальной
одобренной конфигурацией 9 пассажирских кре-
сел и менее или максимальной взлетной массой
5700 кг и менее (Performance Class В);
96 2 МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
с поршневыми двигателями и максимальной
одобренной конфигурацией более 9 пассажирских
кресел или максимальной взлетной массой более
5700 кг (Performance Class С);
любые из перечисленных выше категорий с
особыми конструктивными характеристиками (на-
пример, сверхзвуковые ВС, гидросамолеты);
эксплуатируемые не в качестве коммерческого
воздушного транспорта или для аэрофотосъемки
(General Aviation Operation).
Введение категорий ВС определяет особенно-
сти эксплуатационных требований и ограничений
при выдаче АОС (например, по авиационному
персоналу, проводящему ТО, экипажу ВС, Про-
грамме ТО) в рамках системы Авиационных пра-
вил государства.
Классификатор видов (категорий) полетов (Туре
of Operation) ВС Эксплуатанта выделяет:
взлеты при низкой (ограниченной) видимости
(LVTO);
посадки по II и (или) III категории ICAO (CAT
II and/or III);
полеты с полуавтоматической системой управ-
ления полетом и индикацией на лобовом стекле
(HGS Operations);
полеты с оборудованием для предупреждения
опасного сближения с землей (GPWS или GPS
Approaches);
полеты повышенной дальности (ETOPS или
EROPS);
полеты с пониженным минимумом по эшело-
нированию (RVSM);
полеты с минимальным эшелонированием
(MNPS);
полеты с оборудованием точной зональной на-
вигации (RNAV/RNP).
перевозки опасных грузов (Dangerous Goods).
Каждый из видов (категорий) авиаперевозок
предусматривает комплектацию (конфигурацию)
ВС соответствующим оборудованием, что указы-
вается в АОС Эксплуатанта применительно к кон-
кретным экземплярам ВС в рамках системы Авиа-
ционных правил государства.
III. Сложившаяся практика предусматривает
разделение системы классов и категорий одобре-
ния (Approval Class and Rating System) Организа-
ций по TO на следующие основные (или эквива-
лентные им) группы, каждая из которых (в том
или ином сочетании в конкретной АМО) оцени-
вается и одобряется САА отдельно: ВС (Aircraft);
авионика (Avionics); двигатели (Engine); воздуш-
ные винты (Propeller); программа обеспечения
безопасности конструкции и защиты от коррозии
(Structure and Corrosion Protection Control Prog-
ramme); компоненты (Component); сварка (Wel-
ding); неразрушающие методы контроля (NDT).
Национальные или региональные системы Авиа-
ционных правил [686, 687, 690] содержат более
детальную классификацию, которая отражает осо-
бенности каждой системы Авиационных правил в
оценке и одобрении АМО.
Каждая АМО может взаимодействовать с не-
сколькими Эксплуатантами (одного или несколь-
ких Государств регистрации), каждый из которых
обладает своими особенностями. Это обусловли-
вает неоднородности и особенности содержания
обязательных документов АМО для обеспечения
условий контрактов применительно к каждому
Эксплуатанту. Аналогичные аспекты в контактах
с Эксплуатантами следует отметить и относитель-
но САМО.
Рассмотренные факторы построения системы
обязательного документирования в системе госу-
дарственного регулирования Л Г очерчивают со-
держательные аспекты ее неоднородностей и осо-
бенностей, которые можно рассматривать в каче-
стве принципиального базиса для гармонизации
систем Авиационных правил в области Л Г.
2.8. ПРОГРАММЫ И РЕЖИМЫ
2.8.1. Структура программ сертификации
и надзора
Программа проверки на соответствие (в частном
случае - программа сертификации или программа
надзора) - это документ, который устанавливает:
СЕРТИФИКАЦИИ И НАДЗОРА
нормативный базис проверки на соответствие,
являющийся в общем случае структурированным
перечнем требований, применяемых либо к виду
(группе) однородных (по совокупности признаков)
объектов регулирования в пределах их определен-
ного вида, либо к конкретному объекту регулиро-
2.8. Программы и режимы сертификации и надзора
97
вания, оценка соответствия которых необходима
для достижения целей этой программы;
режим проверки на соответствие (в частном
случае - режим сертификации или режим надзо-
ра), определяющий порядок, условия (в частном
случае - периодичность) и (или) процедуры выде-
ления (назначения) видов, объема и последова-
тельности проведения проверок на соответствие
применимым требованиям с учетом принятой в
государстве декомпозиции объектов регулирова-
ния, особенностей выделяемых видов объектов
регулирования или каждого конкретного объекта.
Различие в целях проверки на соответствие
объекта регулирования для программ сертифика-
ции и программ надзора состоит в том, что при
сертификации целью проверки является определе-
ние соответствия структуры и характеристик объек-
та регулирования применимым к нему требова-
ниям, а при надзоре - контроль сохранения соответ-
ствия структуры и характеристик объекта регули-
рования требованиям, условиям и допущениям
(властном случае - эквивалентного соответствия),
которые были применены к объекту регулирова-
ния в процессе его сертификации.
При техническом регулировании авиационной
деятельности нормирование (регламентация) про-
цессов и процедур формирования программ сер-
тификации и (или) надзора объектов относится к
управляющим воздействиям, которые реализуют-
ся на нормативном уровне регулятивной деятель-
ности САА. Особенности такого нормирования
являются одним из проявлений подхода САА (ак-
тивного или пассивного) к вопросам политики тех-
нического регулирования при сертификации и
надзоре для каждого вида объектов регулирова-
ния и для всей их совокупности. Оно отражает
особенности способов выполнения требований
SARPs и практики регулирования деятельности ГА
в конкретном государстве.
Из-за неоднородности объектов регулирования
необходимыми условиями эффективности форми-
рования программ сертификации и программ над-
зора являются:
структурирование этих программ с учетом со-
держательной природы характеристик неоднород-
ности объектов регулирования, а также целей и
причин проверки на соответствие;
упорядочение организации и проведения про-
цессов и процедур распространения требований
на объекты регулирования и реализации программ
проверки на соответствие принятием соответству-
ющих критериев и методов определения соответ-
ствия (МОС).
В практике регулирования деятельности ГА
сертификация объекта сопровождается последу-
ющим надзором за ним. Поэтому в дальнейшем
изложении будем выделять общие и значимые ас-
пекты, свойственные программам сертификации
и программам надзора.
Согласно сложившейся практике, характерной
и для других сфер технического регулирования,
первичное структурирование программ сертифи-
кации и надзора в сфере ГА осуществляется по
видам объектов регулирования. Это определяют
SARPs, в которых установлены минимальный пе-
речень объектов сертификации и надзора и мини-
мальные требования к соответствующим процеду-
рам оценки их соответствия.
Полный перечень действующих требований к
виду объектов регулирования приводится в соот-
ветствующей части системы Авиационных правил
государства, которую можно рассматривать как
типовую программу проверки на соответствие. Та-
кая типовая программа отражает результаты реа-
лизации процедур распространения требований
SARPs на условия и особенности авиационной
деятельности в конкретном государстве, а также
вложенность нормативно-правового базиса серти-
фикации и надзора в сфере авиации в норматив-
но-правовое поле, регулирующее другие виды де-
ятельности в государстве, в частности, через цен-
трализованные механизмы государственного ре-
гулирования (см. п. 2.3.4).
Дальнейшее структурирование программ сер-
тификации и надзора связано с упорядочением
процедур распространения требований (на уровне
соответствующей части системы Авиационных
правил) на конкретный объект регулирования. Оно
проводится с учетом неоднородности характерис-
тик конкретного вида объектов регулирования
(в частности, по системе классов и категорий одоб-
рения, принятой в соответствующей части систе-
мы Авиационных правил), а также реализуемого
режима сертификации и надзора за этим видом
объектов. Такое структурирование предусматри-
вает выделение в явном или неявном виде индиви-
дуальной и конкретной программ проверки на со-
ответствие.
В практике проведения сертификации и над-
зора программы проверки на соответствие вложе-
7 8-470
98 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Рис. 2.8. Структура вложенности программ проверки
объектов на соответствие
ны по иерархии (рис. 2.8) и имеют свои особен-
ности формирования и применения. Рассмотре-
ние особенностей этих программ необходимо для
описания особенностей выполнения государством
своих обязанностей и обязательств по Чикагской
конвенции.
2.8.2. Типовая программа проверки
на соответствие
Для выполнения обязанностей и обязательств
по внедрению SARPs в каждом государстве, под-
писавшем Чикагскую конвенцию, соответствую-
щие части системы национальных Авиационных
правил, касающиеся конкретного вида объектов
сертификации и надзора, являются результатом
распространения положений SARPs, как требова-
ний международного уровня, на условия и осо-
бенности авиационной деятельности и ее норма-
тивно-правового базиса в конкретном государстве.
Они представляют собой типовый и наиболее пол-
ный перечень требований к виду объектов регу-
лирования, описывающий принятую (стандартную)
практику их применения в условиях конкретного
государства, и формируются каждым государством
самостоятельно, а в частном случае выбираются
путем придания силы Авиационным правилам
другого государства или региональной группы го-
сударств.
Требования соответствующих частей системы
национальных Авиационных правил структуриру-
ются по компонентам объекта сертификации. Их
состав в той или иной мере присущ каждому ком-
поненту независимо от условий его функциони-
рования (так называемые направления проверки
на соответствие). Перечень таких требований яв-
ляется основой формирования программ серти-
фикации и надзора для конкретного объекта, при-
надлежащего к соответствующему виду объектов,
входящих в сферу регулирования государства. Сло-
жившаяся практика структурирования соответству-
ющих частей системы национальных Авиацион-
ных правил характеризуется достаточно высоким
уровнем единообразия в различных государствах,
что обусловлено подобием объектов регулирова-
ния, к которым они применяются.
Современная практика представления соответ-
ствующих частей системы Авиационных правил,
например, в EASA [685-693], предусматривает
(рис. 2.9) включение, помимо традиционных тех-
нических требований к объектам регулирования
(раздел А), процедур для уполномоченных авиа-
ционных властей (раздел В). Оба раздела содер-
жатся в Приемлемых способах обеспечения соот-
ветствия (Acceptable Means of Compliance - AMC)
и Руководящих (методических) материалах (Gui-
dance Material - GM), которые выпускаются от-
дельными документами. АМС иллюстрируют спо-
собы и методы, с помощью которых можно вы-
полнять требования Авиационных правил. GM ил-
люстрируют и дополнительно раскрывают смысл
требований Авиационных правил.
В ряде САА в качестве аналогов или дополнений
к АМС и GM применяются также консультатив-
ные циркуляры (Advisory Circular - АС) с объяс-
няющими и поясняющими материалами (Inter-
pretative and Explanatory Material - IEM или Inter-
pretative Material - IM), которые помогают проил-
ЧДСТЪ АВИАЦИОННЫХ ПРАВИЛ
i
Раздел А
Технические требования
к объектам
регулирования
I
Раздел В
Процедуры для
уполномоченных
авиационных властей
Приемлемые способы обеспечения соответствия
Руководящие (методические) материалы
Рис. 2.9. Структура части Авиационных правил
2.8. Программы и режимы сертификации и надзора
99
люстрировать сущность требований Авиационных
правил.
Применение таких документов в процессе сер-
тификации и надзора способствует созданию не-
обходимых условий для обеспечения результатив-
ности и эффективности регулятивной деятельности
САА в государстве.
Обычно ответственность за поддержание в ак-
туальном состоянии типовой программы проверки
на соответствие возлагается на САА (на региональ-
ном уровне - на соответствующий межгосударст-
венный полномочный орган, например, EASA). Ти-
повую программу проверки дополняют или кор-
ректируют, внося в нее изменения и поправки.
Такие процессы базируются на анализе и обоб-
щении накопившегося национального и зарубеж-
ного опыта сертификации и надзора, а также на
обобщении дополнений и уточнений, периодичес-
ки вносимых в Авиационные правила соответству-
ющими оперативными директивными документа-
ми САА.
Особенности типовой программы проверки на
соответствие, как части системы Авиационных
правил, в значительной степени обусловлены
структурированием на систему классов и катего-
рий одобрения (Approval Class and Rating System) и
классификатором изменений объекта регулирования.
Множество таких особенностей для всех частей
Авиационных правил образует особенности конк-
ретной системы государственного регулирования,
которые являются ключевыми в решении вопро-
сов гармонизации этих правил.
Классификатор изменений объекта регулирова-
ния устанавливают применительно к виду объек-
тов регулирования, т. е. в соответствующей части
системы Авиационных правил. При этом регла-
ментируются признаки и процедуры классифи-
кации изменений, а также процедуры, обеспе-
чивающие распространение (определение приме-
нимости) требований соответствующей части сис-
темы Авиационных правил на эти изменения и
реализацию, при необходимости, проверки на
соответствие объекта регулирования при серти-
фикации и последующем надзоре. Классифика-
тор изменений для определенного вида объектов
регулирования выделяет два вида изменений: зна-
чительные, или главные и незначительные, или
второстепенные.
К совокупности признаков, по которым выде-
ляют значительные изменения в структуре или
характеристиках объекта регулирования в целом
и компонентов его структуры (функциональной,
организационной, машиностроительной, инфор-
мационной, процессной), относятся:
уровень влияния на безопасность авиации, на
ЛГ и окружающую среду;
наличие особенностей, необычных с точки зре-
ния применяемой (стандартной) в государстве
практики, отображенной в системе Авиационных
правил;
необходимость применения к объекту нестан-
дартной практики для обеспечения эквивалентного
соответствия;
возникновение отличий, отклонений от усло-
вий или допущений, принятых при первоначаль-
ной (предшествующей) сертификации объекта (на-
пример, по составу компонентов или видов дея-
тельности);
изменение характеристик целостности объекта
в рамках системы государственного регулирова-
ния, касающихся:
а) обеспечения принятого распределения от-
ветственности при регулятивной деятельности САА
(например, для случая ответственности за ЛГ при
выполнении ТО на договорной основе должно
обеспечиваться сохранение за Эксплуатантом пер-
вичной, или основной ответственности за ЛГ кон-
кретного экземпляра ВС, находящегося в Реестре
государства);
б) состава компонентов структуры объекта ре-
гулирования (исходя из принятого структуриро-
вания объектов в соответствии с системой клас-
сов и категорий одобрения), которые выделены
при признании его состоятельности осуществлять
определенный вид деятельности (например, по
комплектации воздушного судна соответствующи-
ми средствами аэронавигации для определенных
категорий полетов) или такие, которые либо не
сертифицируются раздельно, либо их объедине-
ние требует обязательной сертификации;
применение санкций (административных, фи-
нансовых, уголовных) к объекту регулирования.
Значительные изменения связаны с необходи-
мостью дополнительной реализации процедур рас-
пространения требований системы Авиационных
правил на объект регулирования и проведения
соответствующих сертификационных работ (про-
верок на соответствие), а при определенных усло-
виях - применения санкций к объекту регулиро-
вания, а также отображения этих изменений в со-
100 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ответствующей обязательной документации по
объекту регулирования и их одобрения со сторо-
ны САА.
В практике оценки изменений бывают ситуа-
ции, когда совокупность незначительных измене-
ний в объекте регулирования, проводимых совмест-
но или выполненных последовательно, классифи-
цируется САА как значительные изменения. При-
нятие таких решений следует рассмагривать одним
из механизмов поддержания целостности и устой-
чивости системы государственного регулирования
деятельности ГА.
2.8.3. Индивидуальная программа проверки
на соответствие
Индивидуальная программа проверки на соот-
ветствие формируется при первичной сертифика-
ции конкретного объекта регулирования. Допол-
няют и корректируют ее при изменении Авиаци-
онных правил или внесении значительных изме-
нений в объект регулирования.
Необходимость пересмотра ранее сформирован-
ной индивидуальной программы проверки на со-
ответствие для конкретного объекта возможна в
следующих случаях:
в плановом порядке - при контролируемых,
целенаправленных или специально организован-
ных значительных изменениях конкретного объек-
та регулирования, а также при внесении измене-
ний в действующие Авиационные правила или
введении директивных документов САА типа AD
или SB (если эти изменения применимы к данно-
му объекту);
в неплановом порядке (ситуационно) - в свя-
зи с неконтролируемым или самопроизвольным
проявлением либо обнаружением (например,
по результатам анализа данных мониторинга)
несоответствий на конкретном объекте, на сово-
купности однотипных объектов или на всей со-
вокупности объектов регулирования.
Перечень применимых к объекту регулирова-
ния требований, включенных в индивидуальную
программу проверки на соответствие, отображает
результаты процедур распространения (анализа
применимости и выявления специфических или
необычных особенностей объекта регулирования)
требований соответствующей части системы Авиа-
ционных правил, т. е. типовой программы про-
верки на соответствие, на конкретный объект ре-
гулирования, а также процедур проверки полно-
ты и правильности распространения этих требо-
ваний на конкретный объект. Эти процедуры ус-
танавливаются и закрепляются (с точки зрения
условий их реализации) за этапами процессов сер-
тификации и надзора в соответствующих частях
системы Авиационных правил. Они базируются на
их предшествующей практической апробации. Для
ситуаций, когда невозможно провести практичес-
кую апробацию, используются экспертные оцен-
ки специалистов или принимаются процедуры
соответствующих частей системы Авиационных
правил других государств.
Базисом для анализа применимости требова-
ний типовой программы проверки на соответствие
к конкретному объекту являются данные о резуль-
татах предшествующих проверок конкретного
объекта или аналогичных объектов.
Необычные особенности объекта регулирования -
это результат наличия или внесения в него новых
решений (конструкторских, технологических), ко-
торые не отражены в действующей системе Авиа-
ционных правил, т. е. не являются стандартной
практикой. Такие особенности требуют принятия
специальных мер для обеспечения соответствия,
эквивалентного практике применения действующих
требований системы Авиационных правил и для
решения задач проверки на соответствие.
Общность требований системы Авиационных
правил, т. е. единообразие типовых программ про-
верки, например, для группы государств, не явля-
ется достаточным условием общности практики
обеспечения соответствия этим требованиям в
каждом государстве. Это обусловлено свойством
непереносимости системы государственного регу-
лирования и связано с особенностями сложившей-
ся в каждом государстве практики выполнения
требований, а также с особенностями структуры
национального нормативно-правового поля. Ин-
дивидуальные программы проверки на соответ-
ствие аналогичных объектов в различных государ-
ствах имеют свои особенности, которые необхо-
димо учитывать, например, при формировании
системы Авиационных правил для региональной
группы государств или при вхождении новых го-
сударств в существующую региональную систему
Авиационных правил.
Для конкретных видов объектов регулирования
используются специальные аналоги термина «ин-
2.8. Программы и режимы сертификации и надзора
101
дивидуальная программа проверки на соответ-
ствие»: при сертификации типа АТ - «сертифика-
ционный базис», при сертификации компонентов
типовой конструкции ВС (АД, ВСУ, ВВ) — «ква-
лификационный базис». Сертификационный и
квалификационный базисы вместе с Картой дан-
ных и Таблицей соответствия, которые использу-
ются при сертификации АТ, - наиболее методи-
чески отработанные и апробированные формы
представления индивидуальной программы про-
верки на соответствие. Это объясняется тем, что
эта часть системы Авиационных правил по серти-
фикации и надзору в области ЛГ имеет наиболь-
ший исторический период развития и практичес-
кой апробации. Поэтому ее можно рассматривать
как прообраз построения процедур сертификации
и надзора для других видов объектов регулирова-
ния в сфере ГА.
2.8.4. Программа конкретной проверки
на соответствие
Программа конкретной проверки на соответ-
ствие формируется применительно к цели провер-
ки с учетом принятого режима сертификации и
надзора. Ее используют при наступлении одной
или нескольких ситуаций, которыми являются:
внесение в структуру или характеристики кон-
кретного сертифицированного объекта изменений,
классифицируемых как значительные;
изменение примененной при предшествующей
сертификации этого объекта индивидуальной про-
граммы проверки на соответствие;
повторная проверка или контроль устранения
выявленных несоответствий;
контроль выполнения и (или) результативнос-
ти управляющих воздействий САА;
продление срока действия или подтверждения
действительности выданного ранее Сертификата.
Программа конкретной проверки на соответ-
ствие представляет собой специально организо-
ванную (по соответствующим правилам и про-
цедурам согласно установленному режиму сер-
тификации и надзора соответствующей части сис-
темы Авиационных правил) или целевую выборку
из индивидуальной программы проверки на со-
ответствие. В случае внесения значительных из-
менений в сертифицированный объект или в дей-
ствующую систему Авиационных правил такую
ПРОГРАММА КОНКРЕТНОЙ ПРОВЕРКИ НА СООТВЕТСТВИЕ
f I
Априорная часть Апостериорная часть
Детерминированная составляющая Ситуативная составляющая
Рис. 2.10. Структура программы конкретной проверки
на соответствие
выборку следует проводить только после пере-
смотра (на полноту применимых требований)
ранее существовавшей для конкретного объекта
индивидуальной программы проверки на соот-
ветствие.
В общем случае такую выборку проводят при-
менительно к конкретным условиям деятельнос-
ти (функционирования) объекта регулирования и
с учетом следующих факторов:
заявленных видов применения (деятельности)
объекта или вида испрашиваемого Сертификата
(для случаев, когда соответствующей частью сис-
темы Авиационных правил предусматривается
наличие нескольких видов Сертификатов);
цели и причин проводимой проверки на соот-
ветствие;
значений или тенденций к изменению значе-
ний характеристик конкретного объекта и сово-
купности всех объектов данного вида, а также всех
объектов регулирования в рамках системы госу-
дарственного регулирования;
необходимых (предполагаемых) затрат ресур-
сов на проведение проверки на соответствие.
Для обеспечения необходимого уровня досто-
верности результатов проверки на соответствие и
минимизации затрат фактически задействованных
ресурсов управляемым в такой выборке является
объем проверки на соответствие, который изме-
няется в результате регулирования состава задач
(направлений) проверки на соответствие, а также
глубины проверки на соответствие в пределах каж-
дой задачи (степени детализации в объекте про-
верки его структурных компонентов, процессов
выполнения функций и т. п.).
В содержательном отношении в программе
конкретной проверки на соответствие можно вы-
делить (рис. 2.10):
априорную и апостериорную части;
детерминированную и ситуативную составля-
ющие.
102 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Априорная часть программы конкретной про-
верки на соответствие формируется до начала про-
верки в процессе ее подготовки.
Обязательным компонентом априорной части
является детерминированная составляющая, ко-
торая:
не зависит от особенностей конкретного объек-
та проверки на соответствие;
признается обязательной для вида объектов
регулирования или однородной группы объектов
внутри вида;
предварительно устанавливается соответствую-
щей частью системы Авиационных правил либо
соответствующим распорядительным документом
САА и на практике представляется как совокуп-
ность видов (например, целевые, периодические)
проверок объектов на соответствие;
формируется на основе устанавливаемого со-
ответствующей частью системы Авиационных пра-
вил классификатора изменений объекта регули-
рования и оценок (в частном случае — статисти-
ческих) характеристик неоднородности объектов
регулирования, которые в значительной мере за-
висят от полноты располагаемой информации о
свойствах и характеристиках вида объектов регу-
лирования или их однородной группы внутри вида,
а также научной обоснованности используемых
методов и процедур проведения таких оценок.
В региональной группе государств, которые
имеют общую систему Авиационных правил, ре-
зультаты формирования детерминированной со-
ставляющей для одного и того же объекта могут
оказаться неодинаковыми из-за уникальности су-
ществующего нормативно-правового поля регули-
рования всех видов деятельности в каждом госу-
дарстве такой группы. Это вызывает трудности и
противоречия, возникающие в процессе опреде-
ления состава делегируемых полномочий каждого
государства такой группы на региональный уро-
вень и при взаимном признании регулятивной
деятельности каждого государства по конкретным
объектам.
В априорной части программы конкретной
проверки на соответствие может быть, помимо
детерминированной составляющей, компонента
ситуативной составляющей, которая обычно фор-
мируется до начала проверки на соответствие как
дополнение к детерминированной составляющей.
Для формирования этой компоненты необходима
оперативная обработка и анализ информации о
значениях и тенденциях к изменениям значений
характеристик конкретного объекта, а также, при
необходимости, совокупности всех объектов дан-
ного вида или всех объектов регулирования в рам-
ках системы государственного регулирования де-
ятельности ГА.
Ситуативная составляющая программы всегда
содержится и в апостериорной части, где она фор-
мируется в процессе проведения проверки на со-
ответствие на основе обработки и анализа дан-
ных, полученных в процессе реализации априор-
ной части. В связи с этим апостериорная часть
программы имеет стохастическую природу, кото-
рая будет обусловлена априорной частью програм-
мы и в значительной степени ее детерминирован-
ной составляющей, а также квалификацией и опы-
том Комиссии, проводящей сертификацию или
надзор, и результатами (например, составом вы-
явленных несоответствий) реализации априорной
части программы конкретной проверки на соот-
ветствие.
Соотношение между детерминированной и си-
туативной составляющими программы конкретной
проверки на соответствие обусловлено применяе-
мым режимом сертификации и надзора, а также
свойствами конкретного объекта проверки. Соот-
ношение между априорной и апостериорной час-
тями, входящими в ситуативную составляющую
программы, при прочих равных условиях зависит
от полноты располагаемой информации (уровня
полноты мониторинга в системе государственно-
го регулирования) и от возможностей обработки
и анализа этой информации при формировании и
реализации программы конкретной проверки на
соответствие.
2.8.5. Режимы сертификации и надзора
Классификация режимов сертификации и надзо-
ра. В рамках системы государственного регулиро-
вания под режимом сертификации и надзора вида
объектов регулирования будем понимать порядок,
условия и процедуры выделения или назначения
состава видов, объема и последовательности про-
верок на соответствие требованиям действующей
системы Авиационных правил с учетом принятой
в государстве минимальной и дополнительной
декомпозиции объектов регулирования, а также
особенностей каждого вида объектов регулирова-
2.8. Программы и режимы сертификации и надзора
103
ния или, при наличии необходимых условий и
возможностей, каждого конкретного объекта.
Режимы сертификации и надзора устанавлива-
ются в соответствующих частях системы Авиаци-
онных правил государства или, в частном случае,
в документах, вводимых САА в соответствии с тре-
бованиями действующей системы Авиационных
правил.
Установление и регламентация построения ре-
жимов сертификации и надзора относятся к уп-
равляющим воздействиям, которые проводятся на
нормативном уровне регулятивной деятельности
САА. Применяемые режимы сертификации и над-
зора должны синтезироваться с учетом политики
государства при техническом регулировании в
сфере ГА, уровня инвестирования ресурсами дея-
тельности САА и особенностей практики деятель-
ности в сфере ГА применительно к методам (спосо-
бам) обеспечения выполнения требований SARPs
в государстве.
Анализ сложившейся практики организации и
проведения проверок на соответствие в различ-
ных государствах свидетельствует о неоднородно-
сти применяемых режимов сертификации и над-
зора, которая проявляется в отличиях состава и
характеристик применяемых режимов:
между государствами -
для объектов регулирования одного вида;
для совокупности объектов регулирования,
выделяемых в системе государственного регули-
рования деятельности ГА, включая отличия по
минимальной и дополнительной декомпозиции
объектов регулирования;
внутри государства - между видами объектов
регулирования.
Учитывая отсутствие систематизированного
описания применяемых различными государства-
ми режимов сертификации и надзора, целесооб-
разно уяснить природу их неоднородности и оп-
ределяющие ее факторы, а также выработать и
обосновать методы оценки практического приме-
нения того или иного режима сертификации и
надзора в условиях конкретного государства для
конкретного вида объектов регулирования или для
каждого объекта регулирования в рамках всей
выделяемой их совокупности в системе государ-
ственного регулирования деятельности ГА.
В общем случае можно выделить основные
признаки отличия режимов сертификации и над-
зора, которыми являются:
наличие или отсутствие ограничения на срок
действия выданного Сертификата (или другого
эквивалентного ему документа);
структура (в частном случае - состав или но-
менклатура видов), объем, глубина и порядок
(в частном случае - периодичность) плановых и
неплановых проверок на соответствие;
принятый (используемый) классификатор из-
менений объекта регулирования;
структура, характеристики и порядок приме-
нения санкций (административных, уголовных,
финансовых) к объекту регулирования при несо-
ответствиях.
По характеру и степени зависимости от состо-
яния и характеристик конкретного объекта регу-
лирования при назначении проверки на соответ-
ствие режимы сертификации и надзора можно
подразделить на две группы:
обезличенные режимы, которые не зависят от
текущего состояния и характеристик конкретного
объекта;
гибкие, или динамичные режимы, зависящие от
результатов анализа состояния и характеристик
конкретного объекта регулирования, а также, при
наличии определенных условий, от совокупности
объектов регулирования в сфере гражданской
авиации.
В общем случае условия применимости режи-
ма сертификации и надзора для вида объектов
регулирования следует связывать со следующими
факторами:
уровнем неоднородности вида объектов регу-
лирования;
уровнем неоднородности количественных ха-
рактеристик проявления (обнаружения) и значи-
мости несоответствий по направлениям (объектам);
уровнем мониторинга в системе государствен-
ного регулирования, а также применения совре-
менных информационных технологий при прове-
дении мониторинга и при обработке и анализе его
результатов.
Количественная оценка особенностей прояв-
ления этих факторов в каждом режиме, приме-
няемом для видов объектов регулирования в ус-
ловиях конкретных государств, а также разработ-
ка соответствующих моделей и методов оценки их
результативности и эффективности позволят по-
строить необходимый научный базис для разра-
ботки методов управления режимами сертифика-
ции и надзора.
104 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Обезличенный режим сертификации и надзора.
Применяя обезличенный режим сертификации и
надзора, используют укрупненную классификацию
видов проверок, например, по виду испрашивае-
мого Сертификата или по цели (причине) прово-
димой проверки. Такая классификация предусмат-
ривает выделение некоторой совокупности видов
проверок на соответствие (целевые, периодичес-
кие), которые выступают в качестве соответству-
ющих детерминированных составляющих норма-
тивного базиса этих проверок и устанавливаются
непосредственно в соответствующей части систе
мы Авиационных правил либо в соответствующем
распорядительном документе САА.
В рамках обезличенного режима сертификации
и надзора (рис. 2.11) уровень достоверности про-
верок на соответствие возрастает в результате:
увеличения детерминированной составляющей
программы проверки;
минимизации (вплоть до фактического исклю-
чения) априорной части ситуативной составляю-
щей программы проверки, так как ее функции
опосредствованно и огрубленно реализованы при
формировании детерминированной составляющей
(например, при укрупненной классификации ви-
дов проверок на соответствие).
Детерминированная составляющая программы
проверки формируется, как правило, на основе
сложившейся практики и накопленного опыта
проведения проверок и является доминирующей
ОБЕЗЛИЧЕННЫЙ РЕЖИМ
Априорная часть программы конкретной проверки Апостериорная часть программы конкретной проверки
Детерминированная > Ситуативная
составляющая ; составляющая
ГИБКИЙ РЕЖИМ
Априорная часть программы конкретной проверки Апостериорная часть программы конкретной проверки
Детерминированная । Ситуативная
составляющая ; составляющая
Рис. 2.11. Соотношение между структурными компо-
нентами программ сертификации и надзора при обез-
личенном и гибком режимах
по удельному весу, т. е. практически образует всю
априорную часть программы проверки на соот-
ветствие. Это приводит к ее избыточности для
конкретного объекта.
Ситуативная составляющая программы провер-
ки образуется в основном из апостериорной час-
ти, т. е. зависит от состава и количества обнару-
женных несоответствий и носит стохастический
характер, а также в значительной степени зависит
от опыта, квалификации и объективности Комис-
сии, проводящей сертификацию или надзор.
Для реализации обезличенного режима не тре-
буются большие объемы текущей информации о
характеристиках конкретного объекта регулирова-
ния. Это позволяет снизить удельные затраты на
мониторинг и существенно упростить процесс
назначения (планирования) проверок. Поэтому
применение обезличенного режима сертификации
и надзора можно рассматривать как «плату» за
дефицит ресурсов, выделяемых на организацию и
обеспечение сертификации и надзора, а также за
отсутствие комплексного применения современ-
ных информационных технологий при мониторин-
ге в системе государственного регулирования и при
обработке и анализе результатов мониторинга.
Следует отметить, что режим сертификации и
надзора с ограниченным сроком действия Серти-
фиката применяется, как правило, при отсутствии
необходимого государственного инвестирования
надзора за сертифицированными объектами регу-
лирования.
Гибкий режим сертификации и надзора. В отли-
чие от обезличенного режима, возможность при-
менения гибкого, или динамичного режима сер-
тификации и надзора предполагает развитый (по
возможностям оперативного доступа и различных
видов обработки) и подробный (по составу соби-
раемых данных и частоте их получения) монито-
ринг объектов регулирования, т. е. базируется на
значительных объемах информации об индивиду-
альных характеристиках объектов регулирования,
включая динамику изменения этих характеристик.
Гибкий (динамичный) режим наиболее эффек-
тивен в условиях существенной неоднородности
объектов регулирования, а также неоднородности
частот проявления (обнаружения) и значимости
несоответствий по направлениям проверки. При
прочих равных условиях (например, уровне дос-
товерности результатов проверки на соответствие)
применение этого режима может привести к сни-
2.8. Программы и режимы сертификации и надзора
105
жению удельных затрат ресурсов на сертифика-
цию и надзор за счет дифференцированного под-
хода к объектам регулирования (например, при
надзоре или продлении срока действия либо под-
тверждения действительности Сертификата) или
адаптивного к фактическому состоянию конкрет-
ного объекта регулирования, управления объемом,
содержанием и глубиной проверок.
Отметим, что для типовой и индивидуальной про-
грамм проверки на соответствие режим сертифика-
ции и надзора один и тот же. Возможности дополни-
тельного управления режимом появляются на уров-
не конкретных программ проверки на соответствие.
Отсутствие современных информационных тех-
нологий практически исключает применение гиб-
ких режимов сертификации и надзора. Поэтому
поддержание рационального, для условий и осо-
бенностей конкретного государства, уровня струк-
турирования программ сертификации и надзора,
а также построение адекватного информационно-
го обеспечения (по уровню полноты мониторинга
и по возможностям обработки и анализа резуль-
татов мониторинга) являются необходимыми ус-
ловиями эффективного применения гибких режи-
мов сертификации и надзора.
При гибком, или динамичном режиме програм-
мы сертификации и надзора имеют некоторые
особенности (см. рис. 2.11).
Детерминированная составляющая программы
может:
сохраняться такой, какая была бы при обезли-
ченном режиме, но с управляемой глубиной про-
верок;
минимизироваться до уровня, который призна-
ется САА необходимым применительно к текущему
состоянию в системе государственного регулиро-
вания;
предварительно устанавливаться непосред-
ственно в соответствующей части системы Авиа-
ционных правил либо в соответствующем распо-
рядительном документе САА.
Ситуативная составляющая программы будет
иметь:
априорную часть, значительно зависящую от
уровня неоднородности вида объектов регулиро-
вания и характеристик (частоты и значимости)
проявления (обнаружения) несоответствий, а в
ряде случаев - от цели проверки объекта;
апостериорную часть, в большей мере завися-
щую от состава и количества обнаруженных несо-
ответствий и в меньшей мере - от опыта, квали-
фикации и объективности Комиссии, проводящей
сертификацию или надзор.
Синтез режимов сертификации и надзора. Управ-
ление режимами сертификации и надзора сводит-
ся к синтезу рационального, применительно к су-
ществующим условиям и особенностям авиаци-
онной деятельности в государстве, сочетания этих
режимов для всей совокупности объектов регули-
рования.
Цель такого управления - минимизация затрат
ресурсов на сертификацию и надзор и поддержа-
ние требуемого уровня достоверности результатов
сертификации и надзора.
В общем случае задача управления режима-
ми сертификации и надзора может решаться как
для каждого вида объектов регулирования (на-
пример, для ЛГ экземпляров ВС, для Организа-
ций по ТО), так и для всей совокупности видов
объектов регулирования, т. е. в целом для сис-
темы государственного регулирования. В рам-
ках конкретного государства возможны ситуа-
ции, когда на различных видах объектов регули-
рования применяются различные режимы сер-
тификации и надзора (неоднородность режимов
сертификации и надзора).
Синтез режимов сертификации и надзора -
один из путей обеспечения эффективности функ-
ционирования системы государственного регули-
рования. Он состоит в выборе и установлении
спектра применяемых режимов для каждого вида
объектов регулирования с последующим своевре-
менным их адаптивным корректированием с уче-
том динамики условий авиационной деятельнос-
ти в государстве.
Практический интерес представляет разработ-
ка и научное обоснование рекомендаций по усло-
виям перехода от обезличенных режимов к гиб-
ким и наоборот, а также по выбору рационального
уровня неоднородности режимов сертификации и
надзора в государстве. К основным факторам, ко-
торые необходимо учитывать при разработке та-
ких рекомендаций, относятся:
уровень неоднородности объектов регулирова-
ния (по видам объектов), количественных харак-
теристик (в том числе динамики их изменений),
отражающих проявление или обнаружение несо-
ответствий, а также значимости несоответствий по
направлениям проверки для различных видов
объектов регулирования;
106 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
уровень располагаемых возможностей относи-
тельно оперативности, полноты обработки и ана-
лиза данных мониторинга;
состав и характеристики располагаемой инф-
раструктуры и ресурсов на проведение сертифи-
кации и надзора;
соотношение затрат на сертификацию и над-
зор, включая затраты на мониторинг объектов ре-
гулирования;
характеристики состава санкций (административ-
ных, уголовных, финансовых), применяемых к
объектам регулирования, и порядка их применения.
2.9. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Одно из важных направлений авиационной дея-
тельности связано с управлением качеством авиа-
ционной техники. Оно состоит в стремлении пред-
приятий внедрить, наряду с Авиационными пра-
вилами, стандарты ISO серии 9000. Внедрение этих
стандартов способствует совершенствованию внут-
ренней организации производства, а также про-
цессов изготовления, обслуживания и восстанов-
ления АТ. Это оказывает положительное влияние
на безопасность ВС и на показатели финансово-
экономической деятельности предприятия.
Неоднородность объектов регулирования в
авиационной области (см. п. 2.6) обусловливает
необходимость адаптации положений стандартов
ISO серии 9000 и связанных с ними государствен-
ных стандартов к особенностям этих объектов, а
также принципов построения системы государ-
ственного регулирования различных сфер авиаци-
онной области - к положениям Чикагской кон-
венции и SARPs.
Общие методологические принципы построения
системы качества производства и обслуживания АТ
сформулированы в требованиях ISO 9001:2001,
Авиационных правил Межгосударственного авиа-
ционного комитета и европейских «Процедур по
сертификации воздушных судов и другой авиатех-
нической продукции и деталей». Соответствующие
разделы посвящены практическим аспектам реа-
лизации процессного подхода к управлению ка-
чеством АТ. Система управления направляет и
контролирует деятельность организации в облас-
ти качества (ДСТУ ISO 9000:2001).
Система управления качеством (СУК) должна
быть документально оформлена и организована
так, чтобы гарантировать выполнение требований
одобренной типовой конструкции образца АТ и
такое состояние экземпляра АТ, которое обеспе-
чивает его безопасную эксплуатацию.
Деятельность по управлению качеством регла-
ментируется Руководством по качеству, методи-
ками, стандартами, организационными и техни-
ческими документами предприятия, которые со-
держат:
политику предприятия в области качества;
схему организационной структуры СУК;
распределение обязанностей, полномочий и
ответственности, которыми наделены должност-
ные лица, службы и подразделения предприятия
относительно управления качеством;
методы управления конструкторской докумен-
тацией и обеспечения соответствия АТ типовой
конструкции;
процедуры разработки технической докумен-
тации и обеспечения ею производства, в том чис-
ле для особо ответственных и специальных техно-
логических процессов;
методы обеспечения и контроля стабильности
специальных технологических процессов;
принципы организации метрологического обес-
печения производства, контроля и испытаний АТ;
методы контроля и испытаний составных час-
тей и АТ в целом, а при производстве ВС - про-
цедуры и программы летных испытаний;
перечень применяемых видов неразрушаюше-
го контроля, методы и процедуры проведения этого
контроля;
принципы обеспечения качества материалов,
полуфабрикатов и комплектующих, процедуры и
методики входного контроля поступившей про-
дукции;
перечень испытательных подразделений с ука-
занием их назначения и месторасположения;
способы действия с продукцией, которая не
соответствует установленным требованиям;
методы обеспечения сохранности качества про-
дукции при проведении погрузочно-разгрузочных
2.9. Система управления качеством авиационной техники
107
работ, транспортировке, складировании, консер-
вации, упаковке и хранении продукции;
процедуры определения годности к эксплуата-
ции изготовленного экземпляра АТ, а для ВС -
определения летной годности;
способы ведения записей о результатах конт-
роля, а также процедуры идентификации продук-
ции и обеспечения ее прослеживаемости;
систему сбора и обращения информации об
отказах изделий АТ, выявленных в процессе их
эксплуатации или ремонта; корректирующие ме-
роприятия по устранению этих отказов и причин
их возникновения;
методы подготовки и аттестации персонала;
процедуры внутренних проверок СУК;
порядок и правила внесения изменений в до-
кументы СУК;
перечень руководителей организации, уполно-
моченных подписывать документы, свидетельству-
ющие о соответствии экземпляра АТ типовой кон-
струкции и пригодности его к эксплуатации.
Нормативная база системы управления качеством
АТ включает законодательные акты, документы,
вводимые в действие САА (Авиационные прави-
ла, директивы летной годности и другие дирек-
тивные и распорядительные документы), государ-
ственные нормативные документы (ДСТУ, ГОСТы,
ОСТы), отраслевые производственные инструкции,
руководящие технологические материалы, техни-
ческие условия и др.
При разработке и внедрении СУК АТ учиты-
вают требования таких стандартов:
международных - в области управления каче-
ством продукции ISO серии 9000; единой системы
конструкторской документации (ЕСКД); единой
системы технологической документации (ЕСТД);
межгосударственных - системы поставки про-
дукции на производство; единой системы техно-
логической подготовки производства (ЕСТПП);
системы обеспечения единства измерений (ГСИ);
общетехнических;
организационно-методических государственных
Украины;
организационно-методических отраслевых быв-
шего СССР;
организационно-методических отраслевых Ук-
раины.
При изготовлении продукции на экспорт произ-
водитель АТ должен также учитывать требования
национальных стандартов страны-потребителя.
Новизна подходов к созданию СУК, соответ-
ствующей требованиям ISO 9001:2001, заключает-
ся в ориентации управления деятельностью пред-
приятия на удовлетворение требований потре-
бителя к качеству продукции, применении про-
цессного подхода к управлению деятельностью,
связанной с обеспечением качества продукции, со-
здании условий для постоянного улучшения про-
дукции и совершенствовании СУК с учетом ре-
зультатов регулярно проводимого мониторинга
качества продукции, удовлетворенности потреби-
теля предоставленной ему продукцией и резуль-
тативности процессов СУК.
Тенденция к признанию и широкому исполь-
зованию стандартов ISO серии 9000 в различных
отраслях промышленности характерна и для авиа-
ционных предприятий. Это подтверждается вве-
дением в действие Международного Аэрокосмиче-
ского Стандарта по качеству IAQS 9100 «Система
качества - Аэрокосмическая промышленность -
Модель гарантии качества при проектировании,
разработке, производстве, монтаже и обслужива-
нии». Этот стандарт содержит требования ISO 9001
и дополнительные требования к СУК на предпри-
ятиях аэрокосмической промышленности. Для
обеспечения управления отдельными процессами,
а также анализа и оценки их результативности
проводится декомпозиция целей предприятия по
основным процессам управления качеством. Для
ее выполнения рекомендуется строить дерево це-
лей [291]. Устанавливая цели предприятия, следу-
ет определять критерии их достижения, которые
используются при проведении мониторинга ре-
зультативности СУК и разработке мероприятий по
ее совершенствованию.
Обеспечение результативности и эффективности
управления качеством предусматривает точное оп-
ределение многочисленных взаимосвязанных ви-
дов деятельности предприятия — процессов, от-
носящихся к обеспечению качества продукции, и
управления ими. Под процессом понимается лю-
бая обеспеченная ресурсами деятельность и уп-
равление ею, позволяющие преобразовывать вход-
ные потоки в выходные.
Идентификацию каждого процесса, определе-
ние взаимосвязи и установление правил взаимо-
действия процессов, а также зависимости выход-
ных потоков каждого процесса от его входных
потоков рассматривают как процессный подход.
Входными и выходными потоками процессов мо-
108 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
гут быть продукция, услуги, информация и др.
Часто выходные потоки одного процесса могут
непосредственно являться входными потоками
следующего процесса, реализуемого в рамках пред-
приятия. Это позволяет организовать взаимодей-
ствие между определяющими реализацию процесса
его «хозяевами» на принципах отношений «постав-
щик-потребитель», что способствует повышению
результативности, управляемости и контролируе-
мости этих процессов [291].
Реализация процессного подхода предполагает
определение:
необходимых процессов управления качеством
и их идентификации;
целей каждого процесса;
последовательности выполнения процессов, их
взаимосвязи и взаимодействия;
последовательности действий в рамках каждо-
го процесса; методов обеспечения их результатив-
ности и управления ими;
входных и выходных потоков каждого про-
цесса;
критериев достижения целей и результатив-
ности процессов;
ответственности за осуществление процессов;
необходимого ресурсного обеспечения процессов;
мониторинга процессов и их результативности.
Процессы управления качеством описываются
в документации системы качества (СК). Как пра-
вило, описания приводятся в Руководстве по ка-
честву, а также в стандартах предприятия или дру-
гих документах системы управления качеством.
В Руководстве по качеству рекомендуется описы-
вать процессы верхних уровней управления. Ос-
тальные процессы управления целесообразно опи-
сывать в стандартах предприятия.
Руководство по качеству, являясь основопола-
гающим документом, описывает СУК в целом,
содержит информацию о сети процессов управле-
ния качеством и их взаимодействии со ссылками
на стандарты предприятия и другие документы, а
также предусматривает сертификацию СУК. Сеть
процессов управления описывается их матрицей,
структурно-логическими схемами и функциональ-
ной моделью.
В соответствии со статьей 5 «Воздушного ко-
декса Украины», деятельность, связанная с разра-
боткой, производством, ремонтом и эксплуатаци-
ей АТ, в Украине подлежит обязательной серти-
фикации.
Сертификация системы управления качеством в
рамках стандартов ISO серии 9000 [175, 177, 178|
рассматривается как совокупность процедур и
методов оценки, подтверждения и контроля соот-
ветствия характеристик качества продукции, ко-
торые могут проводиться на различных стадиях ее
жизненного цикла. Применительно к конкретной
продукции (или конкретному ее виду), в рамках
конкретной системы сертификации и используе-
мых в ней схем сертификации, сертификацию СУК
и ее одобрение следует рассматривать, исходя из
следующих позиций [199-202, 556]:
сертификация СУК выступает как самостоятель-
ная схема сертификации либо как возможная со-
ставляющая применяемых схем сертификации, т. е.
является одним из возможных подходов или одним
из средств достижения желаемого качества продук-
ции и обеспечения результативности и эффектив-
ности государственного регулирования качества;
сертификация СУК (как самостоятельная схе-
ма сертификации либо как возможная составляю-
щая применяемых схем) обладает определенным
набором условий применимости, при которых она
характеризуется результативностью и соответству-
ющим уровнем эффективности по сравнению с
другими, альтернативными ей схемами сертифи-
кации.
Поэтому сертификация СУК - необходимое,
но недостаточное условие обеспечения качества
продукции, которое не может рассматриваться
абсолютной и (или) единственной гарантией ее
качества.
Матрица процессов управления качеством устанав-
ливает взаимосвязи процессов и определяет необ-
ходимые входные и выходные потоки.
Достоинством такого описания является нагляд-
ное и компактное отображение процессов управ-
ления качеством и их взаимосвязи, недостатком -
невозможность установить последовательность вы-
полнения процессов, критерии и методы оценки
их результативности и управляемости, а также
ресурсы, необходимые для обеспечения процес-
сов, и последовательность действий в рамках каж-
дого процесса.
Матрицу процессов управления качеством
(табл. 2.3) строят при создании СК относительно
небольшого предприятия, выпускающего конст-
руктивно однородную, несложную продукцию, а
также для описания процессов отдельных элемен-
тов СК.
2.9. Система управления качеством авиационной техники
109
Таблица 2.3. Матрица процессов управления качеством
Наименование процесса Организация управления каче- ством Управление ресурсами Управление производ- ством продукции Контроль качества продукции и результа- тивности функциони- рования СК
Входные данные
Организация управ- ления качеством Выходные данные - Политика в области каче- ства. Обеспеченность ресурсами Политика в области качества. Документы СК Политика в области качества. Мероприятия по улучшению качест- ва. Документы СК
Управление ресурса- ми Сведения о нали- чии и качестве ре- сурсов - Подготовленный пер- сонал. Производствен- ная инфраструктура Подготовленный персо- нал. Производственная инфраструктура
Управление произ- водством продукции Требования заказ- чика. Нормативные требования Заявки подразделений на персонал. Требования к инфраструктуре - Продукция. Документы на продукцию
Контроль качества продукции и резуль- тативности функцио- нирования СК Результаты контро- ля качества про- дукции н результа- тивности СК Заявки на обеспечение персоналом, осуществ- ляющим контроль Заключение о качестве продукции -
Сеть процессов управления качеством и их вза-
имосвязь можно представить в виде структурно-
логической схемы процессов управления [291], ко-
торая показывает их иерархическую структуру и
взаимосвязь.
Схема состоит из вершины, отображающей
состав подсистем СУК и декомпозиции каждой
подсистемы на логически связанные между собой
процессы управления (функции). Эти процессы
могут располагаться на схеме либо в порядке сле-
дования их выполнения, либо в порядке, указы-
вающем состав отдельного процесса управления
качеством и входящих в него подпроцессов.
Достоинство данного вида описания — нагляд-
ное и компактное отображение сети процессов
управления качеством, их взаимосвязи и взаимо-
действия. К недостаткам можно отнести то, что
данный вид описания не обеспечивает четкого
определения входных и выходных потоков каждо-
го процесса, не определяет критериев результа-
тивности процессов, не дает представления о не-
обходимом ресурсном обеспечении процессов и
не позволяет установить последовательность дей-
ствий в рамках отдельного процесса.
Структурно-логическая схема процессов управ-
ления качеством (рис. 2.12) применяется для опи-
сания сети процессов управления, их взаимосвя-
зи и взаимодействия при функционально-адми-
нистративной системе управления предприятием.
Функциональное моделирование процессов управ-
ления качеством - это создание образа реальной
системы, т. е. модели, которая при помощи гра-
фического языка отображает функции, выполня-
емые системой, и их взаимодействия. Функцио-
нальная модель представляет собой структуриро-
ванное отображение функций СУК, информации
и объектов, связывающих эти функции.
Важнейшая особенность данного вида модели-
рования заключается в том, что основой описа-
ния является процесс, а не организационная струк-
тура управления предприятием. Описание процес-
са дает информацию о подразделениях предприя-
тия, занятых в реализации данного процесса, и
степени их участия.
Графически функциональная модель представ-
ляет собой диаграмму, на которой каждому про-
цессу соответствует блок с входными потоками
(входами), выходными потоками (выходами), ус-
ловиями и механизмами выполнения процесса.
Модель имеет вид системы иерархических взаи-
мосвязанных диаграмм.
Диаграмму строят путем декомпозиции — от
крупных составных частей к более мелким, про-
стым. Построение начинается с проектирования
Рис. 2.12. Укрупненная структурно-логическая схема процессов управления качеством производства АТ
2.9. Система управления качеством авиационной техники
111
диаграммы верхнего уровня (родительской диа-
граммы), для которой установлены входные и вы-
ходные потоки и выявляются необходимые меха-
низмы и условия реализации функций. Родитель-
ская диаграмма путем декомпозиции делится на
более мелкие процессы: «Управление качеством
продукции», «Управление качеством производства»
и т. д. Для каждого процесса определяются свои
входные и выходные потоки, условия и механиз-
мы, но с учетом указанных в родительской диа-
грамме. Некоторые выходные потоки одного про-
цесса могут являться входными потоками, усло-
виями или механизмами другого.
Третьим уровнем декомпозиции является под-
робное описание каждого процесса предыдущего
уровня. Например, процесс «Организация управ-
ления качеством» включает подпроцессы «Анализ
результативности функционирования СУК», «Уп-
равление документацией СУК» и др. Таким обра-
зом, декомпозицию можно осуществлять до нуж-
ной степени детализации.
Функциональное моделирование - наиболее
совершенный вид отображения сети процессов
управления качеством, позволяющий строить мо-
дели текущей и будущей ситуаций, все процессы
которых взаимоувязаны. Изменения в одном из
процессов автоматически приводят к изменениям
во всех остальных [291].
Достоинством данного вида отображения яв-
ляется возможность создания структурированной
сети процессов управления качеством, связываю-
щей функции управления с необходимой степе-
нью детализации действий в рамках этой системы
управления и отображения среды, информации и
объектов. К недостаткам можно отнести сложность
проектирования и восприятия функциональных
моделей на всех уровнях предприятия.
Применение этого вида отображения для опи-
сания процессов управления качеством наиболее
эффективно при моделировании всех систем уп-
равления предприятием, а не только СУК. Для
предприятий с функционально-административной
структурой управления наиболее рационален ком-
бинированный вид описания, включающий пост-
роение структурно-логической схемы сети процес-
сов управления и текстовое описание организа-
ции и порядка выполнения отдельных процессов,
для предприятий с матричной организационной
структурой управления - матрица сети процессов
управления качеством, а для предприятий с про-
ектно-целевой структурой управления - функци-
ональное моделирование процессов управления
качеством.
Рассмотрим формирование функциональных обя-
занностей управленческого персонала. Высшее ру-
ководство предприятия назначает ответственного
за разработку, внедрение и обеспечение результа-
тивного функционирования СУК, наделяет его
соответствующими полномочиями, а также опре-
деляет состав управленческого персонала, ответ-
ственного за организацию работ в рамках каждого
процесса СУК.
Функциональные обязанности персонала рас-
пределяются с учетом организационной структу-
ры управления предприятием. При функциональ-
но-административной системе управления следу-
ет стремиться к тому, чтобы деятельность по реа-
лизации каждого процесса управления качеством
была сосредоточена в одном структурном подраз-
делении, а при матричной и проектно-целевой
системах - чтобы процессы управления качеством
согласовывались с другими процессами управле-
ния предприятием [291].
Для обеспечения функционирования всей сети
процессов управления четко определяют порядок
их взаимодействия и разрабатывают соответству-
ющие коммуникационные процессы [146].
Общими функциями управления, составляю-
щими замкнутый цикл, являются планирование,
в том числе определение целей и необходимых
действий для их достижения, выполнение запла-
нированных действий, контроль их выполнения и
достижения поставленных целей, а также коррек-
тирующие действия в случае несоответствия ре-
зультатов намеченной цели.
Специальные функции управления определя-
ют управленческую деятельность при решении
отдельных задач управления качеством. Перечень
этих функций уточняется в процессе разработки
сети процессов управления качеством. К специ-
альным функциям управления относятся:
изучение и прогнозирование требований потре-
бителей, в том числе потенциальных, к качеству
продукции;
установление требований к качеству продукции;
планирование повышения качества продукции;
организация разработки продукции и ее про-
изводства;
организация технологической подготовки про-
изводства продукции;
112 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
организация материально-технического обеспе-
чения;
управление ресурсами (человеческими, произ-
водственной инфраструктурой, производственной
средой);
организация метрологического обеспечения;
организация обучения персонала;
организация проведения технического контроля
и испытаний продукции;
организация мониторинга и измерений удов-
летворенности потребителя, процессов СУК, а так-
же качества продукции и результативности функ-
ционирования СУК;
анализ данных о качестве и постоянное улуч-
шение результативности СУК;
организация управления несоответствующей
продукцией.
Специальные функции управления — это со-
ставляющие всего процесса управления предпри-
ятием. Их можно детализировать по управленчес-
ким операциям, которыми являются:
формулирование задач (заданий);
установление сроков выполнения заданий;
формирование целей и условий решения задач;
определение норм времени на выполнение работ;
распределение работ по исполнителям;
выдача заданий;
инструктаж (консультирование) по выполнению
работ;
установление технологии выполнения работ;
координация работ между исполнителями;
контроль исполнения, принятие решений;
согласование и утверждение решений;
контроль соблюдения трудовой и производ-
ственной дисциплины;
оценка качества выполнения заданий (работ,
операций);
оценка качества выполнения работы исполни-
телем в целом;
приемка выполненных работ;
определение мер поощрения и наказания;
выбор необходимых исходных данных и пока-
зателей;
анализ исходной информации;
подбор необходимой нормативно-справочной,
инструктивно-методической и другой технической
информации;
обобщение опыта;
разработка документа;
разработка вариантов решения;
анализ вариантов;
оценка альтернатив решений;
выбор наилучшего решения;
принятие решения;
проведение инженерных расчетов;
выполнение экономических расчетов;
выбор технологии решения;
сбор исходных данных;
поиск документов;
подбор информации;
регистрация документов и проверка их комп-
лектности;
выполнение вычислительных работ;
графическое, текстовое оформление и тиражи-
рование документов;
контроль правильности оформления;
комплектование документов;
передача документов заказчику.
Распределение обязанностей, полномочий и
ответственности за функционирование СУК меж-
ду управленческим персоналом первого и второго
уровней управления предприятием отображается
в виде матрицы [291].
Для увязки управленческих операций (работ)
рекомендуется [291] строить оперограммы, кото-
рые служат исходной информацией для распреде-
ления функций управления между структурными
подразделениями предприятия. Функции подраз-
деления в области управления качеством и поря-
док взаимодействия с другими подразделениями
регламентируются Положением о подразделении,
которое разрабатывается с учетом существующих
нормативных и законодательных требований, а
также в соответствии с организационной структу-
рой управления предприятием.
В общем случае в состав Положения о подраз-
делении рекомендуется [74] включать следующие
разделы:
1. Общие положения;
2. Основные цели и задачи деятельности под-
разделения;
3. Внутренняя структура подразделения;
4. Функции подразделения;
5. Взаимодействие подразделения с другими
подразделениями предприятия.
Руководитель на основе Положения о подраз-
делении разрабатывает для своих непосредствен-
ных подчиненных должностные инструкции, оп-
ределяющие функции, полномочия и ответствен-
ность работника при выполнении им своих слу-
2.9. Система управления качеством авиационной техники
113
жебных обязанностей. Один экземпляр должност-
ной инструкции хранится в отделе кадров, второй -
у руководителя подразделения, третий - непо-
средственно у работника.
Должностная инструкция содержит наимено-
вание и назначение должности, место должности
в рамках организационной структуры предприя-
тия (кем руководит или кому подчиняется работ-
ник), а также перечень должностных обязаннос-
тей. Инструкция устанавливает требования к ква-
лификации и аттестации работника, основные
функции работника, а также требования к выпол-
няемой им работе. Она утверждается в установ-
ленном порядке и имеет дату и подпись работни-
ка об ознакомлении.
Система информационного обеспечения управле-
ния качеством предусматривает организацию раз-
работки, оформления, обращения, внесения из-
менений и хранения документов, связанных с де-
ятельностью по обеспечению качества продукции.
К этим документам, в частности, относятся: кон-
структорская документация на образец АТ, тех-
ническая документация на производство, обслу-
живание или восстановление АТ, организацион-
ные документы СУК, а также документы с заре-
гистрированными данными о качестве продукции
и функционирования СУК.
Информационное обеспечение процессов уп-
равления качеством продукции осуществляется за
счет организации документооборота - определе-
ния номенклатуры документов, установления пра-
вил кодирования документов, разработки прин-
ципиальной схемы документооборота, регламен-
тации процедуры разработки, оформления и об-
ращения документов.
Требования к разработке, оформлению и вне-
сению изменений в конструкторскую и техниче-
скую документацию регламентируются стандарта-
ми систем ЕСКД и ЕСТД. Правила обращения и
хранения конструкторской и технической доку-
ментации оговариваются в методиках (стандартах
предприятия) системы управления качеством, в ко-
торых описывается также система обращения орга-
низационной документации.
Для достоверного информирования высшего
руководства и управленческого персонала, деятель-
ность которого связана с обеспечением качества
продукции, о текущем состоянии качества изго-
тавливаемой продукции и функционировании
СУК, разрабатываются и вводятся в действие со-
ответствующие документы, организовывается их
оформление и обращение. Данные о качестве про-
дукции регистрируются для доказательства выпол-
нения требований к ней, а при возникновении
несоответствий продукции — для своевременного
проведения корректирующих мероприятий.
Стандарт ДСТУ ISO 9001:2001 регламентирует
оформление документов, касающихся:
образования, подготовки, опыта и аттестации
персонала;
результатов анализа требований к продукции и
последующих мер, предпринимаемых по резуль-
татам этого анализа;
требований к проектируемой продукции;
результатов проверки и анализа соответствия
проектных характеристик продукции установлен-
ным требованиям;
утверждения проектной документации;
результатов анализа изменений проектной до-
кументации и последующих мер, вызванных эти-
ми изменениями;
выбора и оценки поставщиков материалов,
полуфабрикатов, комплектующих и последующих
взаимоотношений с поставщиками;
идентификации продукции;
качества продукции, предоставленной потре-
бителем и являющейся его собственностью;
результатов калибровки и поверки средств из-
мерительной техники;
проведенных внутренних проверок СУК;
проведенного контроля и испытаний продук-
ции;
выявленных несоответствий продукции и при-
нятых в связи с этим мер;
предпринятых корректирующих действий, на-
правленных на устранение причин возникновения
несоответствий продукции и предупреждения воз-
можности их повторного возникновения;
предпринятых предупреждающих действий,
направленных на устранение причин возможного
возникновения несоответствий продукции.
Документы с зарегистрированными данными
о качестве хранятся в течение установленного сро-
ка в условиях, обеспечивающих их быстрое на-
хождение и сохранность. Комплект таких доку-
ментов служит исходной информацией для оцен-
ки качества экземпляра АТ и принятия решения о
допуске его к эксплуатации.
Организацию и порядок реализации отдельных
процессов системы управления качеством регла-
8 8-470
1 14 2. МЕЖДУНАРОДНОЕ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ментируют соответствующими стандартами пред-
приятия. Эти стандарты в общем случае содержат
следующие структурные элементы: титульный лист,
«Предисловие», «Содержание», «Введение», «На-
именование», «Область применения», «Норматив-
ные ссылки», «Определения», «Обозначения и
сокращения», «Требования», «Приложения» и биб-
лиографические данные.
Построение, изложение и оформление стандар-
та регламентируется требованиями ДСТУ 1.5-2003.
В структурном элементе «Требования» описы-
ваются требования, предъявляемые стандартом к
организации, порядку и методам управления от-
дельными процессами СУК. В общем случае в него
входят подразделы «Общие положения», «Объект
управления», «Цели и критерии достижения це-
лей», «Входы и выходы процесса управления»,
«Организация управления процессом», «Методы
и конкретные действия выполнения процесса»,
«Регистрация данных», «Контроль результативно-
сти функционирования процесса» и «Корректи-
рующие действия».
В зависимости от особенностей регламентиру-
емого процесса и действующей на предприятии
документации СУК стандарты могут содержать
дополнительные подразделы.
Глава 3
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Безопасность полетов (БП) является комплекс-
ной характеристикой воздушного транспорта и
авиационных работ, которая определяет способ-
ность выполнять полеты без угрозы для жизни и
здоровья людей.
Обеспечение безопасности полетов граждан-
ских ВС - сложная проблема, которая решается
совместными усилиями производителей граждан-
ской авиационной техники и эксплуатантами.
Уровень безопасности полетов определяется ве-
роятностью того, что в полете не возникнет такая
особая ситуация, как катастрофа.
Особая ситуация (ОС) может возникнуть в по-
лете в результате влияния отдельных неблагопри-
ятных факторов или их совмещения и привести к
снижению уровня безопасности полета. К таким
факторам относятся: отказы и неисправности от-
дельных элементов функциональных систем; вли-
яние неблагоприятных внешних условий; недостат-
ки в наземном обеспечении полета; ошибки и
нарушения правил эксплуатации функциональных
систем и техники пилотирования; проявления не-
благоприятных особенностей аэродинамики и
прочности ВС.
По степени опасности особые ситуации под-
разделяются на усложнение условий полета, слож-
ную, аварийную и катастрофическую ситуации.
Усложнение условий полета (УУП) характери-
зуется незначительным увеличением психофизио-
логической нагрузки на экипаж или незначитель-
ным ухудшением устойчивости и управляемости
либо летных характеристик. Усложнение условий
полета не приводит к необходимости немедлен-
ного или непредусмотренного изменения плана
полета и не препятствует его благоприятному окон-
чанию, за исключением случаев, указанных в Ру-
ководстве по летной эксплуатации.
Сложная ситуация (СС) характеризуется зна-
чительным повышением психофизиологической
нагрузки на экипаж или значительным ухудшени-
ем устойчивости и управляемости либо летных
характеристик. Это также случай, когда один или
несколько параметров полета выходят за эксплуа-
тационные ограничения, но без достижения пре-
дельных ограничений и расчетных условий.
Чтобы предотвратить переход сложной ситуа-
ции в аварийную или катастрофическую, нужны
своевременные и правильные действия членов
экипажа, в том числе по немедленному измене-
нию плана, профиля или режима полета.
Аварийная ситуация (АС) характеризуется зна-
чительным повышением психофизиологической
нагрузки на экипаж, ухудшением летных характе-
ристик, устойчивости и управляемости и приво-
дит к достижению (превышению) предельных
ограничений и расчетных условий.
Предот вращение перехода аварийной ситуации
в катастрофическую требует высокого професси-
онального мастерства членов экипажа.
Катастрофическая ситуация (КС) - это такое
состояние, при котором предотвратить гибель
людей практически невозможно.
По частоте возникновения особые ситуации
делятся на повторяющиеся, умеренно вероятные,
маловероятные, крайне маловероятные и практи-
чески невероятные.
Для количественной опенки вероятности воз-
никновения особых ситуаций используют значе-
ния вероятностей, которые относятся или к одно-
му часу полета, или к одному полету в зависимо-
сти от характера рассматриваемого события:
для повторяющихся ситуаций - более 10 3;
для умеренно вероятных - 10 3- 10 5;
для маловероятных - 10 5 10 7;
для крайне маловероятных - 10 7—10-9 ;
для практически невероятных - менее 10~9.
В зависимости от последствий рассмотренные
ситуации классифицируются на авиационные про-
исшествия и инциденты.
Авиационным происшествием (АП) называют
событие, связанное с использованием ВС. Оно
происходит с того момента, когда человек ступил
116
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
на борт ВС с намерением осуществить полет, и до
момента, когда все люди, которые находились на
борту, покинули его. АП вызывается нарушением
нормального функционирования ВС, экипажа,
служб управления и обеспечения полетов, а также
влиянием внешних условий, в результате чего на-
ступил один из следующих случаев:
хотя бы один человек, который находился на
борту, погиб или его здоровью причинен ущерб,
от которого наступила смерть в течение 30 суток с
момента происшествия;
ВС получило повреждение силовых элементов
планера или совершило посадку на местность,
эвакуация с которой технически невозможна или
нецелесообразна;
хотя бы один человек, который находился на
борту, пропал бесследно и его официальные по-
иски прекращены.
К АП не относятся такие события:
гибель человека, который находился на борту
ВС, в результате умышленых или неосторожных
действий самого потерпевшего или других людей,
но не связанная с функционированием ВС;
гибель человека, самовольно проникшего на
борт ВС и скрывающегося вне зон, куда открыт
доступ пассажирам и членам экипажа;
локализованное повреждение двигателя, воз-
душных винтов, несиловых элементов планера,
несущих и рулевых винтов и обтекателей, стекла,
антенн, пневматиков и тормозных средств шасси,
если эти повреждения не нарушают обшей проч-
ности конструкции.
В зависимости от степени повреждения ВС и
тяжести последствий, АП делятся на катастрофы
и АП без человеческих жертв.
Катастрофа - это АП с человеческими жерт-
вами, которое привело к гибели или исчезнове-
нию бесследно людей из числа находившихся на
борту ВС, в случае получения ими телесных по-
вреждений со смертельным исходом во время пре-
бывания на борту ВС, непосредственного столк-
новения с любой частью ВС (в том числе и с той,
которая отделилась от ВС) и непосредственного
воздействия струи газов реактивного двигателя, а
также бесследное исчезновение ВС.
Воздушное судно считается бесследно исчез-
нувшим, если был прекращен официальный по-
иск и не было установлено местонахождение эле-
ментов его конструкции. Решение о прекращении
поиска исчезнувшего ВС принимает полномочный
орган государства по расследованию авиационно-
го происшествия, на территории которого оно слу-
чилось.
К катастрофам относятся также случаи гибели
кого-нибудь из числа лиц, которые находились на
борту, в процессе их аварийной эвакуации с ВС.
Телесные повреждения, вследствие которых на
протяжении 30 суток с момента авиационного
происшествия настала смерть, классифицируют-
ся как телесные повреждения со смертельным
исходом.
АП без человеческих жертв не связано с гибе-
лью людей, которые находились на борту. Это
происшествие, при котором ВС получило повреж-
дения силовых элементов планера либо соверши-
ло посадку на местность, эвакуация с которой яв-
ляется технически невозможной или нецелесооб-
разной.
Инцидент - связанное с использованием ВС
происшествие, которое случилось с момента, ког-
да человек ступил на борт с намерением осуще-
ствить полет, до момента, когда все люди, кото-
рые находилось на борту, оставили ВС. Инцидент
определяется отклонениями от нормального функ-
ционирования ВС, экипажа, службы управления
и обеспечения полетов, а также влиянием внеш-
ней среды на безопасность полетов.
Серьезный инцидент связан с возникновением
факторов, создавших реальную угрозу безопасно-
сти полетов. Он не заканчивается авиационным
происшествием благодаря высокому профессио-
нальному мастерству экипажа или авиационного
персонала, осуществляющего управление воздуш-
ным движением, либо вследствие благоприятного
стечения обстоятельств.
Столкновение двух или нескольких ВС клас-
сифицируется для каждого из них отдельно в со-
ответствии с наступившими в результате столкно-
вения последствиями. Если ВС получило допол-
нительные повреждения вследствие влияния внеш-
ней среды или во время эвакуации, то такое
событие классифицируется с учетом дополнитель-
ных повреждений.
Классификация других происшествий, не от-
носящихся к АП и инцидентам, которые состоя-
лись во время использования ВС, а также в про-
цессе их технического обслуживания, хранения и
ремонта, определяется нормативными документа-
ми. К этой категории относятся чрезвычайные
происшествия и повреждения ВС на земле.
3.2. Структура авиационной транспортной системы
117
Чрезвычайное происшествие (ЧП) — это связан-
ное с эксплуатацией ВС событие, во время кото-
рого наступило одно из таких последствий:
гибель или телесные повреждения со смертель-
ным исходом, полученные каким-либо лицом во
время пребывания на борту ВС в результате умыш-
ленных или неосторожных действий самого пост-
радавшего или других лиц;
гибель или телесные повреждения со смертель-
ным исходом людей, которые скрывались в зо-
нах, куда запрещен доступ пассажирам и членам
экипажа;
гибель членов экипажа или пассажиров через
неблагоприятное влияние внешней среды после
вынужденной посадки ВС вне аэродрома;
гибель или телесные повреждения со смертель-
ным исходом человека, который находился вне ВС,
через непосредственный контакт с ВС, его эле-
ментами или струей газов;
разрушение или повреждение ВС на земле,
которое привело к нарушению прочности его кон-
струкции или к ухудшению летно-технических
характеристик, в результате стихийного бедствия
либо нарушения технологии обслуживания, пра-
вил хранения и транспортирования;
похищение воздушного судна, которое нахо-
дилось на земле или в полете, либо захват его с
целью угона;
самовольный вылет экипажа, отдельных его
членов или других должностных лиц независимо
от последствий.
Повреждение ВС на земле (ПВС) - событие,
связанное с обслуживанием, хранением и транс-
портировкой воздушного судна, в результате ко-
торого ему причинены повреждения без наруше-
ния прочности конструкции и без ухудшения лет-
но-технических характеристик, устранение кото-
рых возможно в эксплуатационных условиях.
3.2. СТРУКТУРА АВИАЦИОННОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
Авиационная транспортная система (АТС) - это
совокупность совместно действующих воздушных
судов, комплекса наземных средств по подготов-
ке и обеспечению полетов, личного состава, заня-
того эксплуатацией и ремонтом ВС и наземных
средств, а также системы управления процессом
эксплуатации.
Для АТС характерны особенности технических
систем: единая цель (эффективность и безопас-
ность полетов); управляемость системы, которая
имеет иерархическую структуру; взаимосвязь под-
систем. которые состоят из большого количества
взаимодействующих элементов; наличие разнооб-
разных источников информации; уязвимость во
время действия случайных факторов; черты само-
организации.
Особое место в АТС занимает система безо-
пасности полетов.
Комплексное рассмотрение вопросов безопас-
ности полетов на основе изучения свойств авиа-
ционной транспортной системы обусловило не-
обходимость использования исследовательских
приемов надежности сложных технических сис-
тем, а также надежности человека как оператора в
человеко-машинной системе.
С точки зрения обеспечения безопасности по-
летов, АТС - это совокупность подсистем, кото-
рые взаимодействуют в процессах подготовки и
выполнения полетов (рис. 3.1). Каждая подсисте-
ма имеет признаки сложных систем и в процессе
анализа может рассматриваться как самостоя-
тельная система, в состав которой входят авиаци-
онная техника, авиационный персонал и норма-
тивно-техническая документация.
Система «экипаж—ВС» — основное звено АТС,
которое обеспечивает использование ВС по на-
значению. Экипаж, как конечное звено АТС, вы-
полняя полет, ощущает недостатки конструкции
ВС, управления воздушным движением, органи-
зации и обеспечения полетов, а также отрицатель-
ные внешние воздействия.
Функциональная эффективность экипажа за-
висит преимущественно от уровня профессиональ-
ной подготовки, дисциплины и психофизиологи-
ческого состояния.
Функциональная эффективность ВС опреде-
ляется его проектно-конструкторским и эргоно-
мическим совершенством, живучестью и эксплу-
атационной технологичностью. Проектно-конст-
рукторское и эргономическое совершенство ВС
формируется в процессе предварительных иссле-
дований на стадиях разработки технических ре-
шений. изготовления пробных образцов и серий-
ного производства АТ.
118
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Надежность и безотказность в работе являют-
ся характеристиками, которые формируются на
этапах проектирования, изготовления, испытаний,
серийного производства ВС и в процессе его экс-
плуатации.
Система летной эксплуатации ВС определяет
деятельность экипажа и других элементов АТС с
использованием нормативных документов, кото-
рые содержат соответствующие рекомендации от-
носительно подготовки и выполнения полетов в
ожидаемых и особых условиях полета.
Эффективность системы определяется регла-
ментацией подготовки и выполнения полетов,
подготовки и эксплуатации ВС, а также нормиро-
ванием летной деятельности, допуска к полетам в
установленных условиях и допуска к выполнению
авиационных работ.
Система организации воздушного движения обес-
печивает движение летательного аппарата по за-
данным маршрутам в соответствующих зонах по-
лета, а также на подходе к аэродрому и в районе
аэродрома.
Эффективность системы организации воздуш-
ного движения определяется ее совершенством,
надежностью и безотказностью технических средств,
профессиональной подготовкой диспетчеров, орга-
низацией, дисциплиной и профессиональной под-
готовкой обслуживающего персонала. Эффектив-
ность зависит от показателей качества функцио-
нирования названных составных - точности, на-
дежности и полноты отображения информации о
состоянии воздушного пространства, объема вы-
полняемых задач и др.
Система технической эксплуатации воздушных
судов по своей сути является планово-предупре-
дительной и строится на основе таких принци-
пов, как соблюдение плановости во время прове-
дения форм технического обслуживания (ТО), свое-
временное предотвращение отказов функциональ-
ных систем и их наиболее важных элементов и
обеспечение экономической эффективности тех-
нической эксплуатации.
Техническое обслуживание - это комплекс опе-
раций по поддержанию и восстановлению рабо-
3.2. Структура авиационной транспортной системы
119
тоспособности элементов функциональных систем,
обеспечению исправности ВС и готовности его к
полетам. Весь комплекс операций по техничес-
кому обслуживанию ВС условно можно разде-
лить на две группы:
плановые профилактические работы, связанные
преимущественно с предотвращением отказов и
повреждений;
работы по выявлению и устранению имею-
щихся отказов и повреждений.
Цель системы технической эксплуатации -
управление техническим состоянием изделий на
протяжении их срока службы или ресурса. Это
дает возможность обеспечить заданный уровень
готовности изделий к использованию по назна-
чению и их работоспособность в процессе ис-
пользования, а также минимальные затраты вре-
мени и средств.
Система технической эксплуатации обеспечи-
вает: безопасность и регулярность полетов ВС;
надежность, исправность и своевременную под-
готовку ВС к полетам; сохранение летно-техни-
ческих характеристик в соответствии с требова-
ниями норм летной годности; эффективное ис-
пользование ВС.
К основным задачам системы относятся: уста-
новление требований к программам ТОиР кон-
кретных видов техники; обеспечение обслужива-
ния изделий с заданным качеством при минималь-
ных затратах времени, работы и средств; подго-
товка и реализация технологических процессов
изделий; обеспечение условий для выполнения ТО;
подготовка необходимых трудовых ресурсов; оп-
тимизация размещения производственных баз и
материальных ресурсов.
Эффективность системы технической эксплу-
атации определяется степенью ее приспособлен-
ности к выполнению функций по управлению
надежностью и техническим состоянием ВС в
процессе эксплуатации.
Система обеспечения полетов охватывает воп-
росы аэронавигационно-информационного, штур-
манского, метеорологического, аэродромного, элект-
росветотехнического, радиотехнического, орнито-
логического, режимно-охранного, медицинского,
поисково- и аварийно-спасательного обеспечения,
организации воздушных перевозок и оперативно-
го управления производством.
Эффективность функционирования служб си-
стемы обеспечения полетов определяется уровнем
их технической оснащенности и организации, функ-
циональной эффективностью и надежностью тех-
нических средств, профессиональным уровнем
специалистов, а также контролем качества функ-
ционирования элементов и системы в целом. Ка-
чество функциональной эффективности оценива-
ется ее влиянием на регулярность и безопасность
полетов.
Каждой из рассмотренных систем соответству-
ет свой процесс функционирования (рис. 3.2): авиа-
ционной транспортной системе — процесс эксп-
луатации (ПЭ); системе летной эксплуатации -
процесс использования (ПИ); системе техничес-
кой эксплуатации - процесс технического обслу-
живания (ПТО); системе коммерческой эксплу-
атации - процесс коммерческой эксплуатации
(ПКЭ); аэронавигационной системе - процесс
функционирования АНС (ПФАНС); системе аэро-
дромной эксплуатации - процесс аэродромной
эксплуатации (ПАЭ). Взаимосвязь этих процессов
определяется общей целью и наличием одного объек-
та - воздушного судна, которое в каждой системе
представляется определенной совокупностью своих
свойств.
Управление процессами осуществляется с по-
мощью соответствующих стратегий эксплуатации —
летно-технической, коммерческой, аэродромной,
аэронавигационной.
Стратегией эксплуатации является совокуп-
ность правил, которые обеспечивают управление
процессом функционирования соответствующей
Рис. 3.2. Схема процесса эксплуатации:
S5(r) — состояние всей системы в данное время процесса экс-
плуатации; 3, - состояние использования по назначению (по-
лет); 5, — состояние готовности к полету; 83 — состояние
технического обслуживания; б4 — состояние коммерческой
эксплуатации; 35 — состояние аэродромной эксплуатации; 86 —
процесс функционирования АНС
120
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
службы для поддержания наиболее выгодных ре-
жимов работы.
В международной практике систему обеспече-
ния безопасности полетов принято рассматривать
как подсистему АТС, которая обеспечивает пре-
дупреждение авиационных происшествий. К функ-
циям системы безопасности полетов относятся:
расследование авиационных происшествий и ин-
цидентов; исследование и анализ их причин; раз-
работка рекомендаций по их предупреждению;
контроль состояния безопасности полетов и реа-
лизация рекомендаций; разработка нормативных
документов и информационное обеспечение авиа-
предприятий.
Таким образом, система обеспечения безопас-
ности полетов является координирующей. Ее де-
ятельность распространяется на всю авиационную
систему. Она влияет на подготовку, обеспечение
и выполнение полетов и на совершенствование
авиационной техники.
3.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ
На безопасность полетов влияет большое ко-
личество факторов, от которых зависит качество
функционирования АТС.
Фактором считают определенное действие, слу-
чай, условие или обстоятельство, наличие либо
отсутствие которого увеличивает или уменьшает
вероятность благоприятного окончания полета.
Техническая и организационная сложность АТС,
большая численность авиационного персонала
служб, принимающих участие в организации, под-
готовке, выполнении и обеспечении полетов, а
также эксплуатация ВС в широком диапазоне по-
годных и климатических условий порождают зна-
чительное количество составляющих, которые вли-
яют на конечный результат полета. Учитывая слож-
ность и разветвленность АТС, перечислить все
факторы практически невозможно. Степень их
детализации определяется конкретизацией усло-
вий функционирования системы и характером их
влияния на возникновение потенциальной опас-
ности для полетов.
Факторы влияния на безопасность полетов
можно разделить на системные (составляющие,
определяемые внутренними свойствами АТС) и
внесистемные (факторы внешней среды). Такое
деление имеет условный характер, поскольку со-
стояние внешней среды контролируется соответ-
ствующими службами и экипажами с использова-
нием специальных технических средств. В этом
случае ВС не должны попадать в нерасчетные ус-
ловия внешней среды.
В связи с тем, что АТС является сложной по-
лиэргатической системой, каждый элемент кото-
рой имеет человеческие и машинные звенья, мож-
но выделить общие группы факторов, которые вли-
яют на надежность функционирования этих элемен-
тов, т. е. на безопасность полетов. К ним относят-
ся: профессиональная подготовка и дисциплина
авиационного персонала; психофизиологическое
состояние операторов; организация функциони-
рования системы (службы); техническая оснащен-
ность каждой подсистемы и надежность техничес-
ких средств; качество нормативно-технической
документации, которая регламентирует летную,
техническую эксплуатацию, аэронавигационную
систему и обеспечение полетов.
Факторы, которые проявляются в авиационных
происшествиях и инцидентах: уровень квалифика-
ции командно-руководящего состава, службы УВД,
экипажа и инженерно-авиационной службы; со-
стояние материально-технического обеспечения
служб (метеорологической, аэродромной, элект
росветотехнической, организации перевозок, го-
Рис. 3.3. Многофакторная модель без-
опасности полетов
3.3. Факторы, влияющие на безопасность полетов
121
Рис. 3.4. Схема развития авиационного происшествия как сложного события
рюче-смазочных материалов); правильность реше-
ний; соблюдение технологии производства; каче-
ство технического обслуживания. Сюда относятся
также отказы элементов функциональных систем
и условия, связанные с деятельностью человека,
недостатками авиационной техники и влиянием
внешней среды.
Анализ причин АП и инцидентов свидетель-
ствует, что в большинстве случаев в процессе раз-
вития АП возникают события, которые последо-
вательно усложняют ситуацию в полете. По ста-
тистическим данным [54], свыше 70 % АП обус-
ловлены возникновением в полете совокупности
неблагоприятных факторов. Как правило, это со-
вокупность нескольких факторов, связанных с
деятельностью экипажа, функциональной эффек-
тивностью ВС и условиями внешней среды. Ил-
люстрацией этого служит рис. 3.3, где X - функ-
циональная эффективность ВС; У-функциональ-
ная деятельность экипажа; Z - условия внешней
среды. Конкретный полет определяется положе-
нием точки G(Xt, Z,) на поверхности 5. Поверх-
ность А разделяет все пространство на два под-
множества. Внутреннее пространство соответствует
безопасному полету, а внешнее - аварийной или
катастрофической ситуации. Аварийная и катаст-
рофическая ситуации могут возникнуть в том слу-
чае, если какой-либо фактор вышел за установ-
ленные пределы или все факторы находятся в до-
пустимых пределах, но их неблагоприятное соче-
тание приводит к аварийной или катастрофической
ситуации.
Процесс развития отрицательного явления,
которое заканчивается авиационным проис-
шествием, в большинстве случаев может иметь
несколько причин, которые последовательно
усложняют ситуацию и приводят к авиационно-
му происшествию.
Если рассматривать последовательность раз-
вития неблагоприятного события (рис. 3.4) [193,
213], то можно выделить главные, непосредствен-
ные и сопутствующие причины. Главной является
причина, которая в данной ситуации создает по-
тенциальную возможность возникновения АП,
а непосредственные и сопутствующие - это при-
чины, создающие реальные условия для превра-
щения возможности в действительность. Таким
образом, непосредственной будет причина, ко-
торая приводит к возникновению АП. Очевид-
но, что она является следствием главной причи-
ны. Носители главных причин АП - это дефек-
ты, заложенные в конструкцию ВС в процессе
его создания или производства, несовершенство
системы профессиональной подготовки авиаци-
онного персонала, упущения в организации рабо-
ты всех звеньев авиационной транспортной сис-
темы, недостатки нормативно-технической доку-
ментации и др.
Возникновение сопутствующих причин может
быть связано с недостаточной эффективностью
действий экипажа по устранению последствий
опасной ситуации или с наложением неблаго-
приятных внешних условий на развитие ситуации,
которая усложняет деятельность экипажа. В зави-
симости от сложившейся ситуации сопутствующая
причина может выступать как непосредственная.
Устранение непосредственных и сопутствующих
причин авиационного происшествия снижает ве-
роятность их повторения, но не исключает воз-
можности возникновения сложной, аварийной или
катастрофической ситуации из-за наличия глав-
ной причины.
122
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
3.4. НОРМЫ ЛЕТНОЙ годности летательных аппаратов
3.4.1. Обзор развития нормативной базы
Летная годность (ЛГ) является характеристикой
ВС, которая обеспечивается предусмотренными и
реализованными в его конструкции и летно-тех-
нических параметрах принципами и позволяет осу-
ществлять безопасный полет в ожидаемых услови-
ях и при установленных методах эксплуатации.
Ожидаемые условия эксплуатации содержат об-
ласть расчетных условий, определенных нормами
летной годности, а также эксплуатационные огра-
ничения и рекомендуемые режимы полета, уста-
новленные для данного типа самолета во время
его сертификации.
Нормы летной годности (НЛГ) - это свод тре-
бований, выполнение которых обеспечивает задан-
ный уровень безопасности полетов.
Обязательным условием допуска ВС к эксплу-
атации является соответствие его действующим
НЛГ. Минимальные требования, выполнение ко-
торых необходимо для допуска ВС к эксплуата-
ции, сформулированы в Приложениях к Чикаг-
ской конвенции ICAO 1947 г. - Приложении 6
«Эксплуатация воздушных кораблей», Приложе-
нии 8 «Летная годность ВС» и Приложении 10
«Авиационная электросвязь».
Исторически сложилось так, что первыми пол-
ноценными нормативными документами стали
нормы прочности самолетов начала 1920-х годов.
Целью этих норм было определение нагрузок на
самолет для всех условий эксплуатации его на зем-
ле и в полете. В дальнейшем встал вопрос о со-
здании комплексных норм, которые охватывали
бы требования к летным характеристикам, конст-
рукции и прочности самолета, двигателей и всех
видов оснащения. Такие нормы для гражданских
летательных аппаратов были созданы перед Вто-
рой мировой войной в Англии (BCAR), а со вре-
менем - в Европе (JAR) и США (FAR).
Создание отечественных норм летной годности
начинается в послевоенные годы в связи с бур-
ным развитием Аэрофлота. Первые нормы для
гражданских самолетов (НЛГС) были введены в
1967 г. В 1971 г. введены в действие нормы НЛГС-1,
а в 1975 г. выданы сертификаты летной годности
для самолетов Ил-86, Як-42, Ан-28 по действую-
щим нормам НЛГС-2.
В рамках деятельности Постоянной комиссии
по гражданской авиации стран - членов СЭВ на
основе Норм летной годности 1984 г. были созда-
ны Единые нормы летной годности гражданских
транспортных самолетов стран - членов СЭВ
(ЕНЛГС), которые введены в действие в 1985 г.
Они распространяются на гражданские дозвуко-
вые самолеты с количеством основных газотур-
бинных двигателей не менее двух и предназначе-
ны для перевозки пассажиров или пассажиров,
почты и груза одновременно.
В ЕНЛГС установлены требования к летной
годности самолетов, их двигателей и оборудова-
ния, которые служили основой взаимного призна-
ния государствами - членами СЭВ сертификатов
летной годности, объема контрольных проверок
летной годности самолетов, двигателей и обору-
дования, которые выпускаются и эксплуатируют-
ся соответствующими странами.
Тем не менее в настоящее время еще не созданы
единые международные нормы летной годности.
В США и большинстве стран мира действуют нор-
мы FAR-25 с некоторыми национальными допол-
нениями, а в Великобритании - BCAR (JAR-25).
Сравнительный анализ НЛГС-3, FAR и JAR по-
казывает, что уровни безопасности, которые они
устанавливают, практически эквивалентны. Отно-
сительно отдельных требований существует опре-
деленная разница между названными НЛГ. Наи-
более существенным является отличие НЛГС-3 от
FAR и JAR в отношении структуры расположения
и нумерации требований, что затрудняет их пони-
мание за границей.
С 1990 г. в Украине начата работа по сближе-
нию НЛГ к Нормам США и Западной Европы по
структуре и содержанию требований с учетом
обеспечения конкурентоспособности отечествен-
ных летательных аппаратов. Действующие Нормы
летной годности самолетов транспортной катего-
рии являются Частью 25 Авиационных правил
(АП-25). Они учитывают требования НЛГС-3,
построены по структуре, принятой для FAR-25,
и содержат Поправки к FAR-25. Нумерация час-
тей АП-25 аналогична нумерации соответствую-
щих частей FAR. Правила АП-25 действуют в
России, Украине, Узбекистане и некоторых дру-
гих странах СНГ.
3.4. Нормы летной годности летательных аппаратов
123
Нормы летной годности устанавливают требо-
вания к функциональным системам ВС, которые
вытекают из анализа их влияния на безопасность
полета:
функциональные системы должны быть прак-
тически безотказными, поскольку отказы приво-
дят к аварийным или катастрофическим ситуаци-
ям, а их резервирование должно обеспечивать про-
должение безопасного полета после двух после-
довательных отказов;
конструктивно функциональная система ВС
должна быть выполнена так, чтобы экипаж мог
своевременно обнаружить отказ, предотвратить его
отрицательные последствия и осуществлять полет
с отказавшим элементом или системой;
функциональная система должна быть простой
в управлении, иметь возможность перехода в лю-
бой режим работы, предусмотренный инструкци-
ей по летной эксплуатации, и оснащаться сигна-
лизацией и средствами контроля ее работоспособ-
ности;
средства контроля работоспособности функци-
ональной системы или ее элементов, встроенные
в конструкцию ВС, не должны снижать безотказ-
ность в работе функциональной системы и ее со-
ставляющих;
конструкция функциональной системы вместе
с элементами ее контроля и управления может
снижать до минимума возможность допущения
ошибок как в процессе летной эксплуатации, так
и во время технического обслуживания.
Не менее важен комплексный подход к ана-
лизу взаимовлияния работы всех функциональ-
ных систем воздушного судна в ожидаемых усло-
виях эксплуатации, т. е. к летным характеристи-
кам, устойчивости и управляемости воздушного
судна. Требованиями этого направления являют-
ся: номенклатура скоростей; обеспечение взлета,
полета по маршруту, посадки и захода на посадку;
продольная и боковая устойчивость и управляе-
мость; обеспечение безопасности во время поле-
тов на больших углах атаки и в случае возникно-
вения особых ситуаций.
Требования НЛГС к летным характеристикам
в значительной степени определяют пределы при-
менения самолета как по посадочным характеристи-
кам, так и по диапазонам допустимых скоростей
и высот полета. Это позволяет формулировать кон-
кретные требования к летательному аппарату и его
эксплуатационной документации. В частности,
требования к прочности устанавливают нагрузку
на воздушное судно и его основные части, особые
случаи нагружения, жесткость конструкции, тем-
пературную прочность, условия усталостной проч-
ности.
Таким образом, НЛГ, кроме требований, кото-
рые определяют основные принципы летной год-
ности, содержат значительный объем конкретных
требований к летным характеристикам, к двигате-
лям и другим функциональным системам и обо-
рудованию. Они сформулированы на основе опы-
та создания, испытаний и эксплуатации летатель-
ных аппаратов.
Относительно конструктивных особенностей
ВС (его систем и агрегатов) НЛГ устанавливают
требования к системам управления, шасси и тор-
мозным устройствам, гидравлическим и пневма-
тическим системам, пассажирской кабине и гру-
зовым отсекам, герметической кабине, системе
кондиционирования воздуха, бортовым средствам
регистрации полетной информации, аварийно-
спасательному оборудованию, защите самолета от
молнии, эксплуатационной технологичности, ма-
териалам и технологии изготовления. Аналогич-
ные требования относятся к силовым установкам -
конструктивным элементам двигателя, его систе-
мам и агрегатам, воздухозаборным системам и
выхлопным устройствам, противопожарной защите
силовой установки, к системам управления и ре-
гулирования, топливной, смазочной, охладитель-
ной системам и др.
Требования НЛГ распространяются на борто-
вое оборудование, установленное на самолете для
определения его местоположения в полете, обес-
печения самолетовождения, управления воздуш-
ным движением, обеспечения внешней и внутрен-
ней связью и электроэнергией, а также для конт-
роля за работой силовой установки.
Бортовое оборудование самолета должно быть
сконструировано, изготовлено и установлено так,
чтобы удовлетворялись следующие требования:
в ожидаемых условиях полета оборудование
должно выполнять все функции для осуществле-
ния полета согласно Руководству по летной экс-
плуатации (РЛЭ);
необходимые функции оборудования должны
обеспечиваться в условиях внешних влияний (пе-
регрузки, вибрации, температуры и др.), которые
могут возникнуть на самолете во время его экс-
плуатации;
124
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
в случае отказов функциональных систем, при
которых может возникнуть особая ситуация, сле-
дует предусматривать средства контроля и инди-
кации их состояния;
для проверки исправности оборудования в его
конструкции необходимо предусматривать сред-
ства контроля работоспособности;
функциональные системы, которые потребля-
ют, генерируют, превращают или распределяют
электроэнергию, не должны создавать в процессе
их одновременной работы такие электромагнит-
ные препятствия, которые приводили бы к нару-
шению работоспособности или возникновению
особых ситуаций.
Компоновка кабины должна обеспечивать удоб-
ное размещение всех членов экипажа с учетом
антропометрических требований, а также возмож-
ность эффективного выполнения функциональных
обязанностей на режимах полета, предусмотрен-
ных РЛЭ.
В результате анализа структуры парка ВС, ко-
торый находится в реестре Государственной ад-
министрации гражданской авиации, можно сде-
лать вывод, что одной из основных проблем под-
держания их летной годности является наличие
невозобновляемого, стареющего парка самолетов
и вертолетов, которые не отвечают новым между-
народным требованиям.
3.4.2. Безопасность полетов
и проблема стареющего парка
воздушных судов
Дадим общую оценку ситуации, которая касает-
ся поддержания летной годности ВС и их модерни-
зации.
Экономическая ситуация в Украине и других
странах СНГ, а также структурные изменения в
промышленности и на транспорте привели к от-
рицательным последствиям в развитии граждан-
ской авиации, которыми являются:
резкое снижение объемов перевозок;
изменения в структуре спроса на авиационные
перевозки, в частности, свертывание перевозок
внутри страны;
наличие стареющего парка ВС, который недо-
используется;
снижение внимания авиакомпаний к безопас-
ности полетов;
общее снижение уровня безопасности полетов;
прогрессирующее несоответствие стареющего
парка ВС международным требованиям, которые
постоянно изменяются.
Такие большие авиационные государства, как
США и Россия, разработали национальные про-
граммы, которые определяют стратегию регули-
рования состава и состояния парка ВС. В 1999 г.
ФАС России подготовила документ «Система под-
держания летной годности гражданских воздуш-
ных судов России». Главная цель системы - обес-
печение максимально эффективного использова-
ния существующего парка стареющих ВС граж-
данской авиации с сохранением заданного уровня
безопасности полетов. Аналогичная система в
1980-х годах разработана в США. Целью этих сис-
тем является:
упорядочение и системный анализ проблем,
касающихся ресурсов и технологий реализации
главной цели - эффективного использования ВС
при обеспечении заданного уровня безопасности
полетов;
создание и развитие национальной системы
поддержания летной годности ВС гражданской
авиации;
формирование стратегии вывода из эксплуата-
ции стареющих ВС и пополнение парка новыми;
создание системы мониторинга технического
состояния парка ВС по типам и экземплярам,
а также уровня подготовленности персонала;
разработка системы финансового и материаль-
ного обеспечения мероприятий по поддержанию
летной годности и безопасности полетов.
Разработка национальных программ базирует-
ся на предшествующем опыте и на таких норма-
тивных документах ICAO, как Doc 9642-AN/341
«Пособие по сохранению ЛГ», Doc 8335-AN/879
«Пособие по процедурам эксплуатационной
инспекции, сертификации и постоянного надзо-
ра», Приложение 8 к Конвенции о международ-
ной ГА «Летная годность ВС», дополнение к При-
ложению 8 и др., а также на нормативных доку-
ментах других государств (JAR-OPS, JAR-M,
JAR-66, JAR-145, FAR/JAR-1, FAR-39, FAR-43,
FAR/JAR-143, FAR-147 и др.).
Российская программа предусматривала разра-
ботку ряда документов (Федеральных авиацион-
ных правил - ФАП), которые составляют норма-
тивную базу системы поддержания ЛГ: ФАП-1
«Термины и определения»; ФАП-11 «Процедуры
разработки и внесения изменений в федеральные
3.5. Показатели безопасности полетов
125
авиационные правила»; ФАП-39 «Директивы по
летной годности»; ФАП-43 «Общие правила тех-
нической эксплуатации и ремонта»; ФАП-65 «Пра-
вила подготовки и аттестации специалистов по
технической эксплуатации и ремонту авиатехни-
ки»; ФАП-ЭКС «Правила эксплуатации»; ФАП-
143 «Правила подготовки и аттестации наземных
инструкторов»; ФАП-145 «Организации по техни-
ческому обслуживанию и ремонту гражданской
авиатехники. Требования, правила сертификации».
Приведенные ниже критерии, отображающие
текущее состояние парка ВС гражданской авиации,
носят стохастический характер. Они представле-
ны как показатели технического состояния типа
ВС, тем не менее их легко можно сформулиро-
вать в стоимостном выражении.
1. Остаточная транспортная способность всего
парка ВС, парка ВС данной авиакомпании или
парка ВС данного типа. Для ВС данного типа
^Ст„„=гостСком, (3.1)
где /оп - остаточный разрешенный налет; <7ком -
коммерческая нагрузка на ВС.
Для всего парка
ОТС,т. = . (3.2)
Г=1
В стоимостном выражении
п
ОТС = Уг G Р
ТИП / J ОСТ I КОМ Г | ,
(=1
где Р. - стоимость 1 кг/км для воздушного судна
данного типа.
2. Текущая транспортная готовность
ТГГ™ = «™,GKOMr-, (3.4)
i=l
где - количество ВС данного типа, которые в
данный момент эксплуатируются.
3. Ожидаемая прибыль от эксплуатации ВС дан-
ного типа
Z =ОТС AP = t G АР, (3.5)
тип тип ост ком ’
где АР - прибыль на 1 кг/км.
4. Эффективность инвестиций в поддержание
летной годности (ЛГ)
£„=Л^о-Лг> (3.6)
где АР0 - дополнительная прибыль от продолжения
эксплуатации ВС за счет дополнительных затрат;
Злг - затраты на поддержание летной годности.
5. Относительная эффективность инвестиций в
поддержание летной годности
лр -3
Е = Лт (3.7)
н 3
-*лг
Приведенные показатели можно использовать
как критерии эффективности выполнения задач
(мероприятий) относительно обеспечения летной
годности ВС в процессе эксплуатации и безопас-
ности полетов.
3.5. ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
В настоящее время существует большое коли-
чество показателей безопасности полетов, кото-
рые носят статистический характер. Их опреде-
ление составляет сложную научную задачу, ко-
торая делится на две части - задачу нормирова-
ния и задачу сертификации.
Задача нормирования представляет собой нор-
мирование уровней показателей с учетом достиг-
нутого уровня технологий обеспечения безопас-
ности полетов и ретроспективного анализа суще-
ствующих статистических данных, а задача серти-
фикации - определение соответствия ожидаемых
уровней показателей нормированным для новых
образцов авиационной техники.
Продолжительный опыт создания авиацион-
ной техники способствует реализации квазиоп-
тимального проектирования, при котором пока-
затели безопасности должны рассматриваться как
изопериметрические условия. Основным оптими-
зируемым показателем является критерий эффек-
тивности использования воздушного судна по на-
значению.
Наиболее распространены следующие показа-
тели (критерии) безопасности полетов [23]:
количество катастроф /гк на 10rkm налета -
Ф, = —-108; (3.8)
126
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
количество катастроф на 105 ч налета -
Ф2= —-105; (3.9)
h
количество катастроф нк на 105 посадок -
Ф3=-^105; (3.10)
количество погибших в катастрофах пассажи-
ров т на 10* пасс.-км -
Ф4= —-108, (3.11)
А»
где Ат - осуществленные налеты со-
ответственно километров, часов, посадок и пасса-
жиро-километров.
Критерии Фр Ф2, Ф3 сильно коррелированы.
В соответствии с данными ICAO, полученными
за 1960-1998 гг., можно сформировать следующую
матрицу коэффициентов корреляции р0:
Р-7 =Р(ФгФ,) Ф, Ф2 Фз
Ф| 1,0 0.77 0,88
Ф, 1,0 0,97
Фз 1,0
Ученые Массачусетского технологического инсти-
тута предложили метод оценки уровня безопас-
ности полетов, который базируется на использо-
вании ^-статистики [23]. 9-статистика позволяет
установить вероятность гибели пассажира, кото-
рый сел в любой самолет авиакомпании:
9 = XV,/А, (3.12)
где У( = л,/п - коэффициент выживания в z-й ка-
тастрофе (согласно данным США за 1987-1996 гг.
К = 1,43 • 10 7); nL- количество погибших; п -
количество пассажиров на борту; N - общее ко-
личество полетов.
Приведенные показатели являются интеграль-
ными, из-за чего их невозможно использовать в
анализе влияния на БП отдельных факторов, в том
числе эффективности мероприятий по повыше-
нию уровня безопасности полетов.
В работе |23] предложен показатель удельной
интенсивности АП
А = А//. (3.13)
где А. и 1 - интенсивности соответственно АП и
полетов, рассчитываемые по формулам
A = nAn/tI;/ = ArI/(T2A-2), (3.14)
в которых лАП - количество АП; - суммарный
налет за данный период; N- количество полетов за
данный период; т - продолжительность данного
периода; к - количество самолетов данного типа.
К вероятностным показателям БП относятся
вероятности благополучного (Р) и неблагополучного
(Q = 1 - Р) выполнения данного полета. В [23]
рассматривается случай, когда неблагоприятные
события являются равновероятными: Qt = Q2 =
= ... = Qn= Q. Тогда вероятность АП в Nполетах
можно вычислить с помощью биномиального рас-
пределения
(ЗЛ5)
n!(7V -и)!
что при очень малых Q (g«l) аппроксимирует-
ся распределением Пуассона.
Вероятность того, что п > 1,
2(^ = 1-^. (3.16)
Теоретическая проблема относительно указан-
ных критериев состоит в существенной неодно-
родности статистических выборок и их очень ма-
лом объеме, который, с одной стороны, делает
невозможным применение методов статистики, где
предполагается однородность выборок, а с другой
стороны - приводит к практически неприемлемым
доверительным интервалам для оцениваемых ве-
личин. Это резко снижает ценность показателей
как инструмента оперативного анализа. Для та-
ких высоконадежных систем, как авиатранспорт-
ная, использование интегральных показателей в
значительной степени теряет смысл, а соответству-
ющая статистика имеет лишь дискрептивный ха-
рактер.
Наряду с интегральными, рассматриваются част-
ные показатели, которые условно можно разбить
на три группы.
Пусть выделено К факторов, которые могут
стать причиной авиационного события (/ е 1,/0,
и N типов авиационных событий (/е 1,/V). На-
пример, используется градация из четырех типов-
усложнение условий полета, опасная ситуация,
авария, катастрофа. По аналогии с показателями
3.6. Анализ полетных ситуаций
127
(3.8)-( 3.11) рассматриваются показатели следую-
щих типов:
фр- касаются z-го причинного фактора;
ф'0- касаются /-го типа АП;
Фр^- касаются z-го фактора и /-го типа авиа-
ционного происшествия.
Известно, что в большинстве случаев АП воз-
никают и развиваются в результате действия не-
скольких разнородных факторов. Более того, раз-
витие АП, обусловленное действием одного фак-
тора, стимулирует появление другого. Возникает
причинно-обусловленная цепочка влияний, а так-
же последовательность типов особых ситуаций в
процессе развития АП. Из этого видно, что на-
ряду с показателями, описанными выше, важную
роль должны играть вероятности — условные и пе-
реходные из одной полетной ситуации в другую,
как показатели безопасности полетов. В част-
ности, важными являются вероятностные показа-
тели возможного обратного перехода - из более
опасной в менее опасную ситуацию, в том числе
нормальную. Их можно назвать показателями
живучести АТС.
Задача, связанная с разработкой и использова-
нием таких показателей, сводится к выделению,
классификации и упорядочению опасных факто-
ров, определению градации типов полетных ситу-
аций (или АП) и изучению соответствующих пе-
реходных вероятностей.
3.6. АНАЛИЗ ПОЛЕТНЫХ СИТУАЦИЙ
3.6.1. Формализация понятия
«полетная ситуация»
Вентральным понятием, связанным с норми-
рованием летной годности воздушных судов, яв-
ляется полетная ситуация. Формализация поня-
тия «полетная ситуация» нужна для обоснованно-
го применения количественных методов при фор-
мировании и расчете показателей безопасности
полетов.
Ниже приведен вариант модели полетной ситу-
ации, которая позволяет свести анализ к опреде-
лению областей управляемости и достижимости
методами теории оптимального управления, опре-
делить множество полетных ситуаций и его под-
множества, которые отвечают разным классам ситу-
аций, а также уточнить определения этих классов.
При этом рассматривается полет как движение «точ-
ки» в пространстве ситуаций и систематизирует-
ся роль ограничений, которые накладываются на
управляющие и фазовые переменные.
Авиационная транспортная система состоит из
ряда подсистем, которые находятся в динамичес-
ком взаимодействии. В рамках этой системы важ-
нейшим звеном является подсистема «воздушное
судно-экипаж-среда», на поддержание безопасно-
го функционирования которой направлены уси-
лия ряда других подсистем.
Относительно этой подсистемы рассмотрим
модель полетной ситуации, которая может быть
распространена на другие подсистемы и на всю
авиационную транспортную систему.
Используем обозначения:
хе /?(п) - вектор фазовых переменных;
не - вектор управляющих переменных;
Ае /?(<) - вектор постоянных или медленно
изменяющихся параметров, которые характеризу-
ют техническое состояние ВС (в случае мгновен-
ных отказов параметры А могут изменяться скач-
кообразно);
ге /?<'* - вектор параметров, характеризующих
внешние влияния;
уе - вектор наблюдаемых переменных.
Здесь /?"*, /?"'), ..., №* - эвклидовы простран-
ства соответствующих размерностей (л, т,
Время г е J , где J е /?(1) - отрезок множества
рациональных чисел Л11’. Фазовое пространство /?"’
является произведением конфигурационного про-
странства /?и|) и скоростного пространства У?"2’
(л, + л2= л). Вектор х можно представить в виде
х = (хр х2); х, е х2 е /?(,,2). Для воздушного
судна
х, =(x(.,y(,z<.,H,a,P,...);
*2 = (• К, • к,.. со. со, со., Н, а, р,...),
гдехс, j’r,z- координаты центра масс; //-высота;
аи Р - углы атаки и скольжения; К., V_c -
проекции скорости центра масс; со,, со,, со.- про-
128
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
екции угловой скорости; /7, а,0,... - производ-
ные по времени от указанных выше переменных.
Вектор z = (х, м, X, г) является вектором состо-
яния системы, а пространство
xR^xR^ - пространством состояний. Введение
в состав векторов Хиг тех или других парамет-
ров определяется характером конкретной задачи,
предусматриваемой глубиной анализа и наличием
возможности прямого измерения или определе-
ния способом косвенных вычислений.
Часть величин, которые составляют вектор z,
измеряются и регистрируются бортовыми средства-
ми объективного контроля (СОК) или наземны-
ми измерительно-регистрирующими системами.
Вектор регистрируемых параметров обозначен че-
рез у. Параметры, которые содержатся в векторе z,
являются случайными (например, турбулентная со-
ставляющая скорости набегающего потока). Функ-
циональные зависимости, которые связывают па-
раметры вектора z между собой, а также с компо-
нентами вектора у, часто имеют случайный ха-
рактер (например, ремнантная составляющая в
процессе реализации штурвального управления).
Параметры z и и измеряются и регистрируются со
случайными погрешностями.
Система функционирует при наличии ограни-
чений, которые накладываются на компоненты
вектора z. Для удобства различают ограничения
двух типов.
Ограничения первого типа накладываются Руко-
водством по летной эксплуатации и документами,
которые определяют пределы допустимых измене-
ний параметров (например, предельные центров-
ки, коммерческие нагрузки, ограничения скорос-
ти, ограничения, вытекающие из условий ком-
фортности пассажиров, допустимые скорости про-
дольного или бокового ветра и т. п.).
Соответствующие допустимые множества обо-
значим через S.(l). На протяжении всего транс-
портного процесса должно выполняться условие
zg5(i). (3.17)
Ограничения второго типа условно можно на-
звать физическими, т. е. это физически реализу-
емые конструктивные ограничения, фактические
изменения внешних условий и условий эксплуа-
тации (например, диапазоны и скорости отклоне-
ния органов управления, временные ограничения
на форсированные режимы работы двигателей,
длина взлетной и посадочной дистанций в кон-
кретном случае и др.).
Соответствующие допустимые множества обо-
значим через 5.(2). Очевидно, что должно выпол-
няться условие
zeS<2). (3.18)
Для более детального анализа используются
допустимые множества
^0) дЗ1) ^(0 ^0) $(') ^(2) §(21 ^(2) £<2) £(2)
В ряде случаев допустимые множества нельзя
разделить так, как показано выше. При этом гра-
ницы допустимых множеств задаются соотноше-
ниями вида
442) <0. (3.19)
В случае возникновения отказов в системе
управления либо любых внезапных или постепен-
ных изменений вектора X изменяются множества
и и соответственно множества и S(2'
(например, во время отказа двигателя на много-
двигательном самолете).
Ограничения будут сформулированы коррект-
но, если
50)п^2) =5°). (3.20)
Комбинация вектора z и времени г определяет-
ся как событие
w = (z, 0 . (3.21 )
Размерность пространства событий - I + 1, где
l = n + m + k+i.
Понятие «полетная ситуация» содержит фор-
мализованное описание задачи или проблемы, ко-
торую должны решать все, кто принимает участие
в осуществлении полета.
Это описание предполагает задание:
состояния системы в данный момент, т. е. на-
чального события;
полетной задачи со, которая возникает перед
системой управления, экипажем, службой УВД,
если имеется событие (z, Z);
множества , которое определяет пределы из-
менения параметров состояния, установленных
регламентирующими документами;
множества S(2), которое определяет физичес-
кие пределы изменения вектора z, в частности,
ресурсы управляющих влияний 5'3';
располагаемого времени те J .
Полетная задача определяется заданием терми-
нального множества со.
3.6. Анализ полетных ситуаций
129
С учетом сказанного определим полетную си-
туацию как набор
c = (z,/,io,t, s?’, s*2)). (3.22)
В каждый момент времени t система находит-
ся в определенной полетной ситуации, которая
изменяется в зависимости от изменения исходно-
го события (вектора z и момента времени I), тер-
минального множества со, располагаемого време-
ни т и множеств S® и 5^. Множество из-
меняется из-за отказов, изменения внешних ус-
ловий, ошибок пилотирования и системы УВД
и др. Множество связано с типом имеющейся
ситуации.
Пусть со,, S^, соответствуют трем типам
ситуаций: нормальной (г = 1), особой (/ = 2) и
критической (/ = 3). Тогда - допустимая об-
ласть при нормальных условиях, S® определяет-
ся ограничениями, которые накладываются на си-
стему в некоторых регламентируемых нормами
особых случаях, a обусловливает пределы, на-
рушение которых приводит к невозможности про-
должения полета.
Аналогичным образом определяется и .
Можно предположить, что множества и
связаны соотношением <z St2), если ситуация
с номером / более сложная и опасная, чем с номе-
ром J. Что касается S-'1 и , то наиболее часто
наблюдается обратное включение: о .
Пусть С-множество полетных ситуаций. Одна
из проблем безопасности полета связана с изуче-
нием структуры и свойств этого множества. В част-
ности, для элементов множества С (полетных си-
туаций) можно ввести операции суммы cj'Jcj и
произведения с;пс., распространяя их на мно-
жества, которые содержатся в формуле (3.22). Если
хотя бы для одного из множеств формулы (3.22)
произведение является пустым множеством, то со-
ответствующая ситуация невозможна. Множе-
ство 0 всех невозможных ситуаций играет роль
нулевого элемента. Ситуация / е С такая, что для
всех с, е С выполняется условие
cir'.l = ci;
(3.23)
она играет роль единичного элемента.
В общем случае существует возможность мет-
ризации пространства полетных ситуаций. Одно
из возможных упрощений состоит в том, что все
Рис. 3.5. Схема, демонстрирующая структуру
пространства полетных ситуаций
множество ситуаций делится на п классов и все
ситуации, которые относятся к данному классу,
с точки зрения дальнейшего вероятностного ана-
лиза считаются неразличимыми.
Класс характеризуется набором количествен-
ных показателей, определенным образом нор-
мированных: а = (а,,а2,...,ап).
Расстояние между двумя ситуациями опреде-
лим формулой
р(с1,с2) = |а<1’-а(2’||, (3.24)
где а(,)- вектор а, который касается z-й ситуа-
ции; ||«|| - норма.
Если количество классов большое и стремится
к бесконечности (/г —, то в предельном случае
дойдем до ситуации, когда показатели будут не-
прерывными величинами.
С точки зрения анализа опасности, полет можно
рассматривать как движение «точки» се С в про-
странстве ситуаций (рис. 3.5). В этом случае бу-
дем говорить о ситуационной динамике.
На рис. 3.5 С(,) - подмножества полетных си-
туаций, соответствующие принятой классифика-
ции: с(0) - нормальные ситуации; С(1) — усложне-
ние условий полета; С(2) - опасные ситуации; С(3)—
аварийные ситуации; С(4) — катастрофические си-
туации.
Определяя тип полетной ситуации, необходи-
мо решать задачу управляемости или достижимости
для динамической системы. Соответствующие по-
становки задач и математический аппарат можно
найти, например, в работах [188, 254].
Приведенные понятия являются существен-
ными для изучения и классификации полетных
9 8-470
130
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
ситуаций. Каждый раз с помощью этих понятий
ставятся и решаются задачи построения множеств
управляемости и достижимости с учетом соответ-
ствующих ограничений, наложенных на перемен-
ные состояния и управляющие переменные.
Современные компьютерные методы модели-
рования позволяют заранее изучить структуру про-
странства С и расширить количество исследуемых
типов полетных ситуаций, создавая основу для
более детального анализа и прогнозирования по-
казателей безопасности полетов.
Если для данного типа ВС такой анализ вы-
полнен, то следующим этапом будет определение
вероятностей и переходных вероятностей в про-
странстве полетных ситуаций.
3.6.2. Оценка переходных вероятностей
в пространстве полетных ситуаций
Основным объектом изучения является полет-
ная ситуация c(r)e С, где С - пространство по-
летных ситуаций. Полет рассматривается как слу-
чайный процесс в пространстве С. Существует не-
сколько вероятностных моделей описания таких
процессов.
Адекватным, сформированным на практике пред-
ставлением является модель разрывных марковских
процессов. Дадим краткое описание этой модели,
следуя [124].
Пусть ЕсС - подмножество полетных ситуа-
ций. Если ситуация с(г)е Е, то происходит собы-
тие Е. Для множества С задается вероятностная
мера Р(Е), которая удовлетворяет условию
0<Р(ЕсС)<1; Р(С) = 1. (3.25)
Условная, или переходная вероятность
Р[Е(г);^(г1)] = Р[с(г)е ) = £(г,)];
г>ф (3.26)
Модель предполагает, что переход от одной
ситуации к другой возникает в результате мгно-
венного изменения одного или нескольких пара-
метров, которые определяют ситуацию. В пред-
положении ординарности в течение малого про-
межутка времени Аг может происходить лишь
один скачок и лишь одного параметра. Скачко-
образные переходы от одной ситуации к другой
обусловлены мгновенными отказами функцио-
нальных систем, ошибками экипажа и персонала
УВД, изменениями внешних условий и другими
факторами.
Введенный в обозначение ситуации или под-
множества ситуаций параметр времени показыва-
ет начальный момент, относительно которого оп-
ределяется ситуация.
Переходная вероятность р[е(/);£(г1)] являет-
ся вероятностью того, что воздушное судно, кото-
рое в момент времени Г, находилось в ситуации
^(г,), в момент t > tt окажется в одной из ситуа-
ций множества Е и будет удовлетворять уравне-
нию Колмогорова-Чепмена.
Пусть )]А/ - вероятность того, что в ин-
тервале [/,,/,+Аг] произойдет случайное измене-
ние исходной ситуации £(г(), т. е. одного из оп-
ределяющих ситуацию параметров или допусти-
мых множеств. Тогда )] представляет собой
плотность вероятности перехода и определяется
исследованием надежности функциональных си-
стем, статистических характеристик ошибок, до-
пущенных персоналом, и др.
Величина Q[E; E.fa)] является условной веро-
ятностью того, что после «скачка» система попа-
дет в ситуацию
с(г,+Дг)е£, (3.27)
если перед «скачком» она находилась в ситуа-
ции £(/,).
Эта вероятность устанавливается исследова-
нием статистической динамики системы в изме-
няемых условиях и построением необходимых
множеств управляемости и (или) достижимости.
Функции и б[Е:£(г,)] удовлетворяют
условиям:
0<е[Е;^(г)]<1;ЕсС; G[O;^(/)] = O;r>O; (<) (3.28)
3.6. Анализ полетных ситуаций
131
Переходная вероятность удовлетворяет прямо-
му и обратному уравнениям Феллера:
= | 9[Т1(/)]фТ1(г);^Г1)] +
от (О
(г) . (3.29)
(С)
Используя уравнения Феллера, можно решать
задачи сертификации (прямые) и нормирования
(обратные). В частности, можно определять гра-
ницы множеств ситуаций разного типа, например,
С(о), С(|), С(2), С(3), С(4) - нормальных, услож-
ненных, опасных, аварийных и катастрофических.
Если заданы градация типов ситуаций и в фор-
мализованном (количественном) виде признаки от-
несения ситуации к тому или иному типу, то об-
ратная задача состоит в определении границ Г(1>,
(ie 0,4) множеств С01.
Из второго уравнения Феллера (3.29) следует
выражение для вероятности того, что продолжи-
тельность времени Г* до первого достижения мно-
жества катастрофических ситуаций С<4) будет не
больше продолжительности полета Т -
Р[с,4|(Г)^(г,)] = 1-%(с\С4!) +
+МШ]Ь’[С\С'4’(Т1); ^(г,)]-
Г,
Прямая задача (задача сертификации). Опреде-
лены количество и типы полетных ситуаций, а так-
же количественно описаны границы Г(" соответ-
ствующих множеств С(,) с С. Задача состоит в том,
чтобы найти для данной динамической системы Е
вероятности перехода из одного множества в дру-
гое, в частности, вероятности перехода (попада-
ния) в катастрофическую ситуацию (множество С(4))
для данного воздушного судна (или АТС). Деталь-
ное изучение этой задачи приводит к созданию
методологии построения программ и способов сер-
тификации.
Обратная задача (задача нормирования). Зада-
ны уровни вероятностных критериев безопаснос-
ти полетов, в том числе вероятности катастрофи-
ческих событий. Необходимо построить систему
множеств С1,) полетных ситуаций - определить
количество и качественные характеристики мно-
жеств См , т. е. найти их границы Г(,) (ze0,4).
Детальный анализ этой задачи приводит к разра-
ботке методов нормирования.
Предположим, что полетную ситуацию, в опи-
сание которой входит ряд множеств, можно пара-
метрировать. Один из способов параметризации
описан в [386]. Пространство вектора z можно
проквантовать. Каждый компонент вектора z бу-
дет иметь счетное или конечное количество зна-
чений. Согласно [50], процесс z(f), t > 0 является
марковской цепью с непрерывным временем. Урав-
нения Феллера заменяются уравнениями Колмого-
рова
ЪР (t t ]
11 д{’1 = (')рц .ri) + £ я, {t)Qkj )Pjk (c h);
- J р[с \ С<4) (г); Т1(г. )]с[</С(п); £(>,)]
(<)
dt =
dr.
k=\
= Р(т*
(3.30)
где х(с\С4’) -характеристическая функция мно-
жества С\С(4' - всех некатастрофических ситуа-
ций (множество С,4) является множеством «без
выхода»).
Сформулируем прямую и обратную задачи без-
опасности полетов.
(3.31)
где q.(t) - плотность вероятности случайного из-
менения, если система находилась в ситуации z в
момент времени Г; Q. (t) - условная вероятность
того, что система, которая находится в момент
времени t в ситуации вследствие перехода попа-
дет в ситуацию j.
132
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Переходные вероятности />[E'(z);!;(zl)] в этом
случае можно записать в виде P(J, i, t, = P.j(t, Z,).
Они удовлетворяют условиям
О < Р( j, i, z, z,) < 1 V (/, j,
(3.32)
а также уравнению Колмогорова-Чепмена
^(M.) = £ Pik(t,s)Pkj(s,tl). (3.33)
t=0
Начальными условиями для системы уравне-
ний (3.31) являются:
P(j,z,z,z1)=5. =
1 при i = j;
О при i * j.
(3.34)
Рассмотрим упрощенный пример расчета пере-
ходных вероятностей для случая пятиранговой
структуры множества полетных ситуаций С.
Предполагается, что множество полетных си-
туаций С разделено на пять взаимно непересека-
ющихся классов: С'0’ - нормальны^ ситуаций;
С{" - усложненных условий полета; С'2’ - опас-
ных ситуаций; С'3’ - аварийных ситуаций; С'4’ -
катастрофических ситуаций.
Проведем необходимые упрощающие предпо-
ложения:
плотность вероятности qx(t) возникновения при-
чины перехода из нормальной ситуации имеет рав-
номерное распределение на заданном отрезке вре-
мени ZG / С /?': (z) = <?, = const;
не существует влияний на систему, которые
могут обусловить переход из любой особой си-
туации (/6 2,3,4,5) в любую другую: <?,= q} = q4 =
= = 0;
элементы Qu(ty) матрицы Q не зависят от вре-
мени.
Эти предположения не обязательны. Например,
после попадания в особую ситуацию из нормаль-
ной (<?, * 0) пилот может принять ошибочное ре-
шение о способе продолжения полета (<?, * 0; i > 1).
Пусть матрица Q имеет верхнюю треугольную
форму:
G„ Qn Gb C14 G,
0 Qn & Qu
0 0 Q33 C34 C35 (3.35)
0 0 0 Q44 e«
0 0 0 0 C55
Выполняется условие нормирования
(/е13)- (3-36)
z=i
Элементы матрицы Q - вероятности возник-
новения особой ситуации данного типа (/), если
сначала воздушное судно находилось в другой си-
туации (0 и состоялось событие (отказ, ошибка,
внешнее влияние), которое может вызвать изме-
нение ситуации.
Элементы Q.. - вероятности того, что, несмот-
ря на появление причины перехода, сохраняется
начальная ситуация. Для z = 2, 3, 4 принимаем
е, = о,б55=1.
Система уравнений (3.31) при высказанных
предположениях имеет следующее решение:
0 при i *\,i* j;
1 при i > 1,
(3.37)
в том числе Р55= 1. Это означает, что ситуация 5
(катастрофическая) в терминах теории марковских
процессов является ситуацией «без выхода».
Элементы первой строки матрицы Р переход-
ных вероятностей выражаются формулами
(z,z1) = e^’l+,’")(,',');
Ри Т1''— (1-е( ^+ч"Х,-,|)) (ig Z5)
где Л,7 = QiQ4
Л,
Как видим, при z —> Р, , ----—. Выполня-
4. “Пи
ется неравенство
^^(z.z,)^!. (z,z,).
7=1
(3.39)
3.6. Анализ полетных ситуаций
133
Если t - tt, то Pti = 0 при iе 2,5 , а если t Ф z,,
то Рц = 1. Тогда
j=i
Матрица Р переходных вероятностей в рассмот-
ренном частном случае имеет вид
pit р12 р13 ри
0 1 0 0 0
р= 0 0 1 0 0 (3.40)
0 0 0 1 0
0 0 0 0 1
Пусть Т] = 0, a t* - заданный момент времени.
0) - вероятность того, что в момент време-
ни t* ситуация принадлежит множеству катастро-
фических ситуаций С<4), a Rl5 — 1 - Pl5(t*, 0) -
вероятность того, что она этому множеству не при-
надлежит. При интегрировании системы уравне-
ний в качестве начального условия принято Р= I,
где I-единичная матрица.
Отметим, что если t —> °° , то Р,, —> = 1 и
1-G,,
Qi= Си = £2,4 = 0. Здесь учтено условие норми-
рования для Q...
Рассмотренная задача иллюстрирует подход к
определению вероятностных факторов безопас-
ности полетов и может быть усложнена, если пред-
положить, что случайные изменения параметров
возникают, когда система находится в любой си-
туации, т. е. когда qt * 0 е 1,5), а также то, что
возможны обратные переходы из более опасной
ситуации в менее опасную и матрица Q не являет-
ся треугольной.
3.6.3. Риски в ситуационной динамике
Рассмотренный в п. 3.6.2 частный пример но-
сит иллюстративный характер. Более близок к
реальной ситуации случай, когда все плотности
вероятностей * 0. Это означает, что события,
инициирующие изменение ситуации, могут про-
изойти не только в нормальной, но и в каждой
Рис. 3.6. Возможная схема графа переходов между
ситуациями
особой ситуации. Исключение составляет катаст-
рофическая ситуация, которую можно считать
ситуацией «без выхода». Тогда переход в катаст-
рофическую может происходить как из нормаль-
ной, так и из каждой особой ситуации. В свою
очередь, переход в каждую последующую по слож-
ности ситуацию возможен из всех предыдущих.
В этом случае граф состояний системы имеет вид,
показанный на рис. 3.6.
Следует иметь в виду, что возможны и обрат-
ные переходы - из более сложных в менее слож-
ные ситуации, в том числе и в нормальную.
Модель ситуационной динамики АТС, показан-
ная на рис. 3.6, связана с общепринятой градаци-
ей типов полетных ситуаций. В этом состоит ее
ограниченность. При наличии современных ком-
пьютерных средств количественного анализа ес-
тественной является более детальная градация осо-
бых ситуаций, которая частично снимает пробле-
му неоднородности получаемой статистики.
Дальнейшая детализация графа ситуаций свя-
зана с выделением типов ситуаций в соответствии
с качественно разными инициирующими событи-
ями, а также с уровнями вероятностей переходов
из одного состояния в другое.
В первом случае выделяются вероятности q^Af
отказов, во втором - вероятности q^At событий,
связанных с влиянием человеческого фактора, в
третьем - вероятности q^At событий, связанных
с влиянием внешних факторов. Если обозначить
соответствующие случайные события через ,
134
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
, то вероятностью того, что по крайней
мере одно из них состоится за время А/, является
р(н,(|’ и Я,<2' и Н,!3’) = (9<” + с/21 + q?> -
- 9,(,,9,(2’ - ?,(V’ ~<№ + V’)^- (3.41)
Предполагая, что смешанный поток этих со-
бытий ординарный, а вероятности малы, можно
считать, что
Р(я‘" и Я,'2' О Я'31) = (q^ + q‘2> + q’3>)At . (3.42)
Случайные события с<0) —> С<4) j С(1) —> С(4> J
С<2) _> с<4) i С<3) —> С(4) несовместимы. Поэтому
вероятность возникновения катастрофической
ситуации является суммой четырех вероятностей:
3 / ,
р(с(4)) = £р(с(" )р(с<4) |с(,)). (3.43)
<=о
Как видим, в нормировании уровней безопас-
ности полетов важную роль играют условные ве-
роятности перехода из ситуации в ситуацию, и их
роль более важна, чем «абсолютных» вероятнос-
тей типа Р(С<4)). Эти переходные вероятности, в
том числе вероятности обратных переходов, ха-
рактеризуют такое свойство АТС, как живучесть,
т. е. способность оказывать сопротивление пере-
ходу в катастрофическую ситуацию.
Исследование графа, показанного на рис. 3.6,
и подобных ему альтернативных графов позволя-
ет выявлять слабые звенья в обеспечении без-
опасности полетов и направлять средства и уси-
лия на их ликвидацию.
Рассмотрим критерии безопасности полетов, ба-
зирующиеся на использовании бейесового риска.
Пусть функционирование АТС описывается
математической моделью, которую символически
изобразим как векторное уравнение
F(x, х, a, b,t)=O
(3.44)
с начальными условиями хД) =х0; х(хр х2,..., хп) -
вектор параметров, относительно которых надо
выбрать правило принятия решения; b - случай-
ный вектор мешающих параметров.
Пусть А с R"1 - область д-мерного парамет-
рического эвклидового пространства. Параметры
ае А - действительные числа. Область Л опреде-
ляет проектировщик, исходя из неформальных со-
ображений, или она заранее определена нормами
(в нашем случае Авиационными правилами. Нор-
мами летной годности, Руководством по эксплуа-
тации). Вектор be В a R"-, где область В - конеч-
ная или бесконечная в зависимости от принятых
предположений относительно распределений слу-
чайных параметров.
Предположим, что область А разделена на под-
области Aq и Av При этом, если ае Д, то полет-
ная ситуация се uC(l) иС<2) иС^ j, т. е. не
катастрофическая, а если ае Д, то се С4, т. е.
катастрофическая. Такое соответствие определя-
ется решением задач достижимости или управля-
емости. Очевидно, что Д п Д = 0. Конкурирую-
щие гипотезы Но и такие, что Но соответствует
непопаданию АТС в катастрофическую ситуацию,
а Н{ имеет противоположное содержание. Гипо-
тезы формулируются в пространственных терми-
нах переменных состояния хе X с X".
Априорные вероятности гипотез Но и Нх:
Р(Я0) = Р(хеХ0);
Р^Н1)=Р(хе Хо);ХопХ, =0. (3.45)
Критерий бейесового риска имеет вид
R = Вт (Н 0) Р (а е Д | Но) + Во, Р (Н,) Р (а е Д | Я,)+
+В10(Н0)р(ае А1\Н0)+ВпР(Н1)р(ае Д|Я,).
(3.46)
Условные вероятности Р(ае Д|Я0)и Р(ае Д|Н,)
характеризуют правильность разделения области
А на подобласти Ао и Аг Р(ае Д |/Zt) - вероят-
ность пропуска опасной ситуации (ошибки пер-
вого рода) а. Р(ае д|Я0) - вероятность оши-
бочной тревоги Р, которая соответствует случаю,
когда, приняв решение о неблагоприятности си-
туации (в нашем случае - катастрофической), в
действительности имеем дело с не катастрофиче-
ской ситуацией.
Коэффициенты В.., связанные с последствия-
ми принятия того или иного решения, назнача-
ются заранее на основе технического, экономи-
ческого и социального анализов последствий.
3.6. Анализ полетных ситуаций
135
Если существуют плотности вероятностей, то
вместо выражения (3.32) риск можно записать в
виде
R = J p(a\H0)da +
М
+ B0lP(Hl) | р(я|Н,)с?я +
м
+B10P(W0) J p(a\H0)da +
(А)
+ ВпР(Н}) J p(a\Ht)da, (3.47)
(4)
где р(с|Н0) и р(о|/7|) - условные плотности рас-
пределения вектора а.
Задача принятия решения (выбор одной из двух
гипотез: Но - объект пригодный, Нх - непригод-
ный) состоит в определении границы ГА, которая
разделяет подобласти Ад и Аг
Для решения этой задачи проводят экспери-
ментальные исследования и выполняют имита-
ционное моделирование с общим объемом выбор-
ки N. Одна из актуальных задач - обоснование
разделения выборки натурных и имитационных ис-
следований на две части - и N2. Натурная вы-
борка незначительна по объему из-за временных
и экономических ограничений. При этом не до-
пускается вывод летательного аппарата на опас-
ные режимы. Имитационная выборка может быть
очень большой и допускает варьирование усло-
вий полета в широких пределах, в том числе с
выходом за летно-технические ограничения. Ис-
пользуемые математические модели не полностью
адекватны реальному объекту.
Абстрагируясь от этих особенностей, предпо-
ложим, что та реализаций соответствуют условию
хе Хо и те, - условию хе X,, причем тп + те, = N.
Каждый раз вектор ае А выбирают случайно.
Пусть те00 реализациям соответствуют события
се А0|хе , т- е- из реализаций отобраны до-
полнительно удовлетворяющие условию аеАд.
Аналогично обозначим через те0|, те,0, те,, реализа-
ции, соответствующие событиям aeAjxeX,;
сеА,|хеХ0; яеА,|хеХ,. Обозначим через Р
статистическую оценку вероятности Р. Тогда
Р(//0) = р(хеХ0) = ^;
Р(Н^р(хеХ^-,
Р(ае А0|хе Хо) = ^;
те0
Р(ае А0|хе Хо) = -^-;
Р(ае А,|хе Хо) =—;
те0
Р(яе А,|хе Х,) = —
(3.48)
Таким образом, оценкой риска является
/? = “(SqoWqq + B0lm0i + В,оте,о + Btlmll). (3.49)
Этот критерий можно использовать при серти-
фикации.
Частным случаем критерия Бейеса является
критерий Неймана-Пирсона
'(гл) = -Р(ое4|*еЛ)+
+ А, |хе Х0)~р] . (3.50)
Учитывая, что Р(яе Ajxe X,) = d, а
Р (а е А, |х е Хо) = Р, критерий I (Г„) запишем в виде
/(Л) = 6с + ^(Р-Р),
(3.51)
где Л - коэффициент Лагранжа; Р - нормиро-
ванное значение ошибки второго рода.
Схема, приведенная на рис. 3.7, иллюстрирует
задачу определения оптимальной границы ГА.
Рис. 3.7. Схематическое изоб-
ражение правила принятия ре-
шения
136
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Граница ГА является результатом решения оп-
тимизационной задачи:
Gop, = arg inf R
Гл е сл
(3.52)
или
г.op. = arg inf I . (3.53)
Во втором случае минимизируются ошибки
первого рода при заданном нормированном зна-
чении ошибки второго рода.
В задачах, связанных с безопасностью поле-
тов, множества Хп и Х: определены нормами лет-
ной годности и руководствами по летной экс-
плуатации.
Поскольку ГА задана гиперповерхностью и мо-
жет быть параметризирована, т. е.
/(*, к) = О,
(3.54)
где к - вектор, то предыдущая задача становится
задачей параметрической оптимизации.
3.7. ОСОБЕННОСТИ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
С точки зрения современной теории статис-
тического анализа, АТС относится к типу высо-
конадежных систем. Это сложная система с боль-
шим количеством функциональных связей, па-
раметров и факторов, влияющих на процессы,
которые в ней происходят. Центральным объек-
том исследования является управляемое экипа-
жем воздушное судно, которое взаимодействует
с окружающей средой и наземными средствами
управления полетом. Непосредственная задача
состоит в определении возможности (вероятно-
сти) возникновения особых ситуаций разной
степени сложности, опасности и тяжести послед-
ствий.
Как отмечалось, от разнородности причин и
факторов, которые вызывают возникновение осо-
бых ситуаций, зависит существенная неоднород-
ность статистических выборок. Чем выше катего-
рия полетной ситуации с точки зрения ее опас-
ности, тем реже она появляется в процессе экс-
плуатации и тем существеннее будет проявление
причинно-следственной неоднородности.
Если говорить об авиационных катастрофах, то
соответствующая мировая и, тем более, нацио-
нальная статистика является лишь дискрептивной,
т. е. использование значительного арсенала средств
статистического анализа будет необоснованным.
Применение для анализа безопасности полета си-
туационного математического моделирования ба-
зируется на привлечении дополнительной апри-
орной информации.
Рассмотрим некоторые специфические приемы,
которые позволяют улучшить статистические ха-
рактеристики оценок в результате дополнения
физических выборок компьютерными.
3. 7.1. Взвешенное моделирование
Этому эффективному методу статистического
моделирования посвящено большое количество
научных работ. Некоторые из них содержат до-
вольно детальную информацию [188, 254, 726].
Дисперсию оценок можно снизить нескольки-
ми методами - выделением главной части в про-
цессе интегрирования, снижением порядка сис-
темы. расслоением выборки, применением сущест-
венной выборки.
Рассмотрим кратко метод существенной выбор-
ки [254].
Чтобы получить статистические оценки для
высоконадежных систем, т. е. оценить, например,
вероятности около 10<7 15) с приемлемыми дове-
рительными интервалами, необходимо провести
сотни миллиардов испытаний. Если учесть слож-
ность математических моделей полета, а также то,
что для многомерного вектора Ь количество реа-
лизаций многократно возрастает, то увидим, что
для статистической оценки высоконадежных сис-
тем нужны экстраординарные затраты компьютер-
ных мощностей.
Вероятность Р достижения системой опреде-
ленного (аварийного, катастрофического) состоя-
ния не больше, чем в т случаях при общем ко-
личестве реализаций п в схеме однородных испы-
таний
'9) = Е Р'От)’
,-= о
1
(3.55)
где р - вероятность появления исследуемого со-
стояния в каждой реализации; q = 1- р .
3.7. Особенности статистического анализа безопасности полетов
137
Чтобы оценить вероятность р = 10“9 на уровне
доверия 95 %, необходимо количество реализаций
п > (хо,/2)’10^ =272070389496-
Для статистического моделирования сложных
высоконадежных систем разработаны программ-
ные пакеты типа HARP, пакет оценивания надеж-
ности LRC NASA и др.
Основная идея метода существенной выборки
состоит в применении нового распределения для
реализации выборки Монте-Карло, что обеспечи-
вает появление соответствующих событий с боль-
шей частотой.
Пусть необходимо оценить интеграл
1 = J/(x)p(x)<fr = F[/(х)], (3.56)
гдер(х) - плотность распределения переменной X.
Несмещенная оценка предыдущего интеграла
_ 1 Я
А> =-£Ж).
п ,= 1
(3.57)
Выборка х,,х2,..., хя генерируется в соответ-
ствии с плотностью р(х).
Выберем распределение ^(х)>0, отличающе-
еся от р (х), для тех X, для которых р (х) > 0 . Оче-
видно, что
(3.58)
Оценкой критерия /является величина
1 "
А =
р(ч)
?(ч)’
(3.59)
Теперь выборка хр х2, ..., хп генерируется в со-
ответствии с плотностью </(х). Эта оценка также
не смещена. Причем
Е[/о] = £[/,]. (3.60)
Минимальная дисперсия оценки
DW=[Jk(*V(*W-/2 (з-61)
достигается для плотности
/ х |/(А)ХА
’(А)Эми^- <3<й)
Если /(х) = |/(х)| и математическое ожидание
заранее известно, то DI /, = 0. Однако математи-
ческое ожидание - величина оцениваемая и зара-
нее неизвестная. Замена ее некоторой априорной
оценкой приводит к уменьшению дисперсии или,
при той же дисперсии, к уменьшению необходи-
мого объема выборки п.
3. 7.2. Бутстреп-метод и метод перевыборки
Для задач статистической оценки показателей
безопасности полетов бутстреп-метод и метод пере-
выборки предложены Б. В. Зубковым, Е. Ю. Бар-
зиловичем и др. [213].
Предложенный Б. Ефроном [694] бутстреп-ме-
тод был развит и дополнен методом перевыборки
Ю. К. Беляева [725]. Эти методы полностью бази-
руются на использовании компьютерного моде-
лирования.
Бутстреп-метод допускает следующую схему
получения обоснованных оценок. Сначала строят
вероятностное пространство , где
Q - множество элементарных событий; fi(Q)-
о -алгебра случайных событий; Ро - вероятност-
ная мера на B(Q). Необходимо оценить вектор-
ный параметр 0 распределения вероятностей,
которое принадлежит заданному семейству распре-
делений ?. Имеется возможность последователь-
но выполнить эксперименты £,,£,,... Результа-
том каждого эксперимента является выборка
(х,,., х2,,..., хта ). Точечная оценка <Э„, (xlr, х,,.,..., хя,)
считается состоятельной, т. е. 0га —>О0, где 0О -
действительное значение параметра.
Имея первую выборку (хь,х21,.... хга ) (/ — 1),
распределение используют для полу-
чения бутстреп-копии выборки той же длины п и
новой оценки параметра 0я2 и снова генерируют
выборку (х12,х22,..., хл2). Процесс длится £ шагов.
Далее вычисляют бутстреп-версию условного за-
кона распределения отклонений оценок -8П1.
В бутстреп-методе генерируются бутстреп-ко-
пии выборок — происходит своеобразное размно-
жение выборок.
Основанный на размножении выборок метод
перевыборок с возвращением не допускает исполь-
зования последовательностей распределений для
генерации выборок. При этом из начальной вы-
борки (xu,xl2,...,xln) генерируют £ перевыборок
с возвращением и рассчитывают к точечных оце-
нок 0 .
Ill
138
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
После этого определяют условный закон рас-
пределения отклонений 0ш -0я1 (/G 2,Л). Если
Тп - средний налет на одно авиационное событие,
п - количество событий за заданный период и Tv
Т2, Тп - наработка, то для данной статистики
событий средний налет
1 ТN-U п
f0=- . (з.бз)
п <•=1 j=1 j
Для каждой перевыборки вычисляют оценки
fOi и строят эмпирическое распределение откло-
нений То -Та Это распределение асимптотично
приближается к неизвестному распределению fOj
величины f0.
Описанные методы работы с ограниченными
выборками так или иначе связаны с внесением
дополнительной априорной информации о распре-
делении, на основе которого размножаются вы-
борки, или информации о математическом ожи-
дании оцениваемой величины, которая снижает
дисперсию оценок.
3. 7.3. Интерполяционный метод
статистического моделирования
Интерполяционный метод [588] предусматри-
вает оптимальный выбор узлов интерполяции функ-
ций и функционалов и позволяет обходиться зна-
чительно меньшими объемами статистических вы-
борок. Кратко изложим суть метода.
Пусть полет описывается системой уравнений
dx
= ..., Р„) (3.64)
с начальными условиями t = 0; х 0)= 0 [/е 1,п).
Если начальные условия неоднородны, то про-
стое преобразование переменных приводит к ре-
шению задачи с однородными начальными усло-
виями, а исходные начальные значения перемен-
ных дополняют вектор ₽ = Не бу-
дем выделять здесь управлений, предполагая, что
они определенным образом параметризированы и
соответствующие параметры введены в состав век-
тора Р. Параметры Р; (у'е являются случай-
ными, нормированными и независимыми; в их
число входят параметры типов а и Ь. Предполага-
ется, что для совокупности случайных величин Р,
существует известный (или постулированный) об-
щий закон распределения.
Вектор х = {х (t, Р)} (/ е 1,л) является стоха-
стическим решением системы (3.64), если для лю-
бого значения вектора Р, за исключением разве
что некоторого множества нулевой меры, суще-
ствует единственное в обычном понимании реше-
ние задачи Коши. Допускается, что правые части
уравнений (3.55) непрерывны по р, и могут иметь
разрывы первого рода по переменной t на множе-
стве нулевой меры (например, если управление
является кусочно-непрерывным).
Решение системы (3.64) можно представить с
определенной точностью при помоши интерпо-
ляционных полиномов \ (г, р^.рГ^-й"0)’™6
q - количество узлов интерполяции для компо-
нента Р,. Объемы вычислений сокращаются в ре-
зультате: оптимального выбора количества и наи-
лучшего расположения узлов интерполяции; со-
кращения количества узлов с учетом априорно
известных свойств интерполируемых функций и
функционалов; выбора численных методов интегри-
рования и организации вычислительного процесса.
Для решения оптимизационных задач с боль-
шим количеством недифференцируемых ограни-
чений на фазовые переменные и управление, что
имеем практически во всех задачах динамики по-
лета, эффективным является использование ин-
терактивных методов глобальной оптимизации,
которые базируются на различных вариантах сто-
хастической оптимизации.
Опыт решения задач динамики полета, связан-
ных с расследованием авиационных происшествий
и отрабатыванием рекомендаций по безопасным
методам пилотирования, показывает, что приме-
нение интерполяционного метода моделирования
позволяет сократить объем статистической выбор-
ки в 103, иногда в 104 раз.
Применение интерполяционного метода стати-
стического моделирования базируется на некото-
рых теоремах.
Теорема 1. Если функция х(г, Р) непрерывна
относительно / и Р, за исключением конечного
количества точек, где имеются разрывы первого
3.7. Особенности статистического анализа безопасности полетов
139
рода, то существует полином относительно Р,
который равномерно приближает данную функ-
цию в области Ре [Рр Р2] с любой наперед задан-
ной точностью, за исключением сколь угодно ма-
лых окрестностей точек разрыва.
Теорема 2 (Стеклова). Чтобы интерполяцион-
ный полином слабо сходился в среднем при всех
ре [Р,,Р2], для любой непрерывной функции до-
статочно выбрать узлы интерполяции так, чтобы
числа Кристоффеля
<D2V(P)p(P)t/p
₽, <(РО(Р-РО
(3.65)
были неотрицательными для всех к е О, N .
Теорема 3. Если производные функции x(t, Р)
непрерывны относительно Р и равномерно огра-
ничены относительно t и Р, т. е. |хр*’ (<, Р)| < А
(к е 1,2,...), где А - постоянное число для каж-
дого t, то при любом выборе узлов интерполяции
интерполяционный полином x„(r, Р) сходится к
интерполируемой функции x(t, Р) равномерно при
п ->оо
Пгп|хя (т, Р)-х(т, Р)| = 0 (3.66)
для любых ге [0.Т] и Р.
Если узлы интерполяции выбраны так, чтобы
все числа Кристоффеля были положительными,
то интерполяционный метод позволяет вычислять
вероятностные характеристики функционалов от
решения любой физически осуществимой нели-
нейной системы уравнений с любой наперед за-
данной точностью и любыми законами распреде-
ления величин РИР2, ...,Р,„.
Удобным является то, что, рассчитывая веро-
ятностные характеристики функционалов, факти-
чески нет необходимости строить интерполяци-
онные полиномы.
Применение интерполяционного метода пре-
дусматривает такую последовательность действий:
выбирают узлы интерполяции в пространстве
параметров (РРР2. ...,Р,„) так, чтобы числа Кри-
стоффеля были положительными;
рассчитывают числа Кристоффеля при усло-
вии. что законы распределения параметров Ру за-
даны заранее (или постулированы на основании
априорных данных);
для значений Р7, соответствующих избранным
узлам интерполяции, вычисляют значения харак-
теристических функций функционалов;
по нижеприведенным формулам рассчитыва-
ют необходимые вероятностные характеристики.
Математические ожидания величин х,
о,
X- 2 х,(г,р'Чр<Ч..,Р^Х.ь.......
*,=1 t„,=l
(3.67)
и математические ожидания соответствующих ха-
рактеристических функций X
.............
(3.68)
Числа Кристоффеля
о = f f 6R R R 'ГТ
Р‘,д=.“ Vй 1 2”’и)Ич,(₽?)(₽>-₽7)’
(3.69)
где р (Р(, Р2,..., Рга ) - заданная плотность распре-
деления вектора-параметра Р; 0)щ - интерполя-
ционный полином; Р’7 - значения Р; в узлах ин-
терполяции.
Поскольку компоненты Р2 взаимно независи-
мы, то
т
Р(Р, ’ ₽2 ’ Р«.) = П Л (₽*) • (3.70)
t-i
Точность интерполяционных формул зависит
от вида функций % и плотности р(Р,, Р2,..., Р,„),
а также от количества и расположения узлов ин-
терполяции. Объем вычислений, необходимых для
расчета математических ожиданий, получается
довольно большим, если произвольно выбирать
узлы интерполяции и их количество. В частности,
для т = 6 и п = 12 (что соответствует наиболее
употребляемой модели динамики полета) нужно
выполнить около 6 • 106 интегрирований системы
(3.64) и почти 6 - 1012 арифметических операций.
Если нужно определить оптимальные значения па-
раметров, объем вычислений возрастет многократ-
но. Он зависит также от значения установленных
доверительных интервалов.
140
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Наиболее важным, с точки зрения успешности
и экономичности интерполяционного метода,
является вопрос о выборе узлов интерполяции.
Установлено, что наилучшим, в определенном
смысле, выбором являются корни ортогональных
полиномов по весу, одинаковому с плотностью
распределения случайной величины, в данном
случае - параметров 07.
Теорема 4. Если узлами интерполяции выбрать
корни ортогональных полиномов по весу, одина-
ковому с плотностью распределения вероятности
случайной величины 0, то при п узлах соответ-
ствующий интерполяционный полином дает точ-
ные значения в классе полиномов xq(t. Р) всех сте-
пеней q = 2п - 1.
В случае независимых Р15Р2,...,Рт результат
справедлив для многомерных полиномов.
Интерполяционный полином с узлами, кото-
рые равны корням ортогонального многочлена по
весу Ру(Ру), дает наименьшую погрешность при-
ближения в классе всех дифференцируемых функ-
ций с тем же количеством узлов и.
Интерполяционный метод успешно применялся
в решении большого количества задач моделиро-
вания динамики полета самолетов гражданской
авиации при большой размерности вектора Р, в
том числе задач взлета, захода на посадку, посад-
ки, ухода на второй круг и захода на посадку при
влиянии порывов ветра, а также в анализе авиа-
ционных происшествий.
3. 7.4. Схема решения статистической задачи
определения оптимальной границы
Задача определения оптимальной границы в ста-
тистической постановке решается по следующему
алгоритму.
1. Назначают ограничения на фазовые перемен-
ные и управления (х, и) или на более широкий век-
тор z = (х, и, Д, Y )• Пусть ограничения задаются
путем назначения области S’(2): 5_(2' с S., где 5 -
область физически возможных значений вектора z.
2. Определяют перечень параметров вектора
а е А , в пространстве которых должна быть по-
строена критическая область At и допустимая об-
ласть Дг
3. Определяют перечень параметров Бе В > ко-
торые являются случайными и влияют на харак-
тер реализаций полета.
4. По априорным данным выбирают (норми-
руют) плотности распределения компонент век-
торов а, Ь, х0 (х0 - начальные условия).
5. Выбирают значение ошибки второго рода 0.
Таким образом, центр тяжести нормирования пе-
реносится в плоскость выбора и нормирования
вероятностных распределений, которые определя-
ют параметры а и Ь и значения ошибок второго
рода. В случае использования критерия бейесово-
го риска Лв следует нормировать способ опреде-
ления потерь Я.
6. Выполняют статистический эксперимент,
который предусматривает статистическое модели-
рование на выборке случайного вектора-парамет-
ра (а, Ь, х0) такого объема N, чтобы доверитель-
ные интервалы оцениваемых величин были при-
близительно на порядок меньше их номинальных
(априорных) значений.
7. Выбирают начальное значение kt] вектора к.
Способом сепарации полученных реализаций оп-
ределяют числа т0, т, = N- mfj, тт, тю, тт, тп.
8. Рассчитывают начальное значение критерия
Ф(к0).
9. Варьируют вектор к: выбирают новое значе-
ние =к0+&к и вычисляют новые значения ве-
личин mt, пг, Ф(к}).
Находят min Ф(к) и границу Г , которая раз-
деляет пространство А на Ао и Аг
Рассмотрим правило принятия решения о лет-
ной годности.
После выполнения действий по определению
границы /^ор1 и области Ао формулируют правило
принятия решения: пусть при заданной техничес-
кой задачей эксплуатационной области Д, для воз-
душного судна определена допустимая область Д.
При условии, что
Д, о Д, — Д,
с ошибкой второго рода 0, принимают гипотезу
Нп о пригодности, т. е. соответствии требованиям
нормативных документов.
Если выполняется условие
Д; п Д, Ф Д, ’
принимают гипотезу Я, о несоответствии.
В последнем случае нужно изменить область
А„, изменяя конструкцию или эксплуатационные
ограничения, либо взять большее значение ошиб-
ки второго рода 0, которое приведет к расшире-
нию области Ао.
3.8. Применение асимптотических законов распределения для оценки безопасности полетов
141
Выборку необходимого объема N можно полу-
чить в комбинированном эксперименте «летные
испытания - численная имитация полета». В этом
случае возникает сложная задача оптимального раз-
деления выборки на две части и оптимального пла-
нирования эксперимента, а также оценки степени
адекватности математической модели полета.
Соответствующие исследования, в том числе об-
работка данных имитационного эксперимента, мо-
гуг осуществляться в ситуационном пространстве.
Рассмотрим случай с несколькими конкури-
рующими гипотезами. Задача состоит в том, чтобы
построить окончательное правило границы {/^}
(ie 1,?) в пространстве величин-компонентов век-
тора, которые наблюдаются, если в пространстве
исходного вектора Yопределены q + 1 альтерна-
тивные гипотезы {//у}
Решение этой задачи аналогично решению рас-
смотренной выше задачи, с той лишь разницей,
что область изменения заданных переменных z и
измеренных переменных у разделена на 1 + q под-
областей z.h у., каждая из которых является обла-
стью действия соответствующей гипотезы. Если
анализ осуществляется в ситуационном простран-
стве, гипотезы Н. соответствуют попаданию в ту
или иную полетную ситуацию. Нужно отобразить
область Y и подобласти Y на многомерную об-
ласть изменения величин ае А и найти границы
Г в области А, а также соответствующее деление
области А на подобласти At, А2, ..., А^. Границы
Г являются решением оптимизационной задачи
(Г,, Г2,..., = arg min RB , (3.71)
где функция бейесового риска представляется в
виде
(3.72)
/=1у=0 (д)
Применение критерия бейесового риска, как и
статистический подход к решению задач серти-
фикации, стало возможным лишь в результате
компьютерной имитации динамических процес-
сов эксплуатации авиационной техники, в том
числе полетов. С использованием этого критерия
расширяются возможности более детального нор-
мирования. На верхнем уровне нормируется бей-
есов риск RB, вероятность Р(Н}, плотность рас-
пределения />(о|//) и весовые коэффициенты, ко-
торые отображают экономические и социальные
факторы, связанные с безопасностью полетов.
3.8. ПРИМЕНЕНИЕ АСИМПТОТИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ДЛЯ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Расчет различных вероятностных показателей
безопасности полетов по данным статистических
испытаний сводится к вычислению вероятностей
превышения или непревышения экстремальных
значений параметров соответствующих ограниче-
ний ВС по частотам событий. Данную задачу мож-
но достаточно эффективно решить, используя за-
коны распределения экстремальных значений па-
раметров движения [193]. Для этого следует пред-
варительно определить сам закон распределения
по данным статистических испытаний.
Дело в том, что наиболее часто употребляемые
в практике исследований законы распределения
(например, нормальный, логарифмически нор-
мальный и др.) хорошо описывают распределение
случайной величины вблизи ее центра рассеяния
(математического ожидания) и хуже - на «хвос-
тах», т. е. распределения максимальных или ми-
нимальных значений. Согласно теории экстремаль-
ных величин, распределение экстремальных зна-
чений случайной величины независимо от того,
какому закону распределения она подчиняется,
при количестве испытаний, стремящемся к бес-
конечности, сводится к так называемым асимпто-
тическим законам [193].
Практика решения ряда конкретных задач по
исследованию безопасности полетов показывает,
что использование асимптотических законов рас-
пределения дает неплохую сходимость результа-
тов расчета с экспериментальными данными.
Существуют три типа асимптотических распре-
делений - I, II и III [193]:
F1„(x) = exp(-e-'); (3.73)
142
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
(3.74)
Лп.»(х) = 1-схр(-х-₽!), (3.75)
где х — нормированное отклонение.
Распределение первого типа (3.73) - двойное
экспоненциальное - возникает в условиях, когда
экстремальные значения случайной величины z в
j-х реализациях независимы и случайная величи-
на не ограничена ни справа (по максимальному
значению), ни слева (по минимальному значению).
В каждом конкретном случае вывод о неограни-
ченности изменения случайной величины должен
вытекать из сути рассматриваемой задачи.
Процедура построения эмпирического двой-
ного экспоненциального распределения по дан-
ным статистических испытаний сводится к сле-
дующему: ___
в любой /-й реализации = определяют
максимальное значение z. анализируемого пара-
метра;
полученные экстремальные значения z распо-
лагают в порядке их возрастания, т. е. определяют
их вариационный ряд:
м < г2 < — < < zN ;
для каждого члена вариационного ряда вычис-
ляют «накопленную частоту»
Fk(z) = k/(N + l), (3.76)
где к — порядковый номер вариационного ряда;
находят соответствующее значение нормиро-
ванного отклонения по формуле
х,=-1п{-1п[ед]}; (3.77)
определяют средний арифметический макси-
мум т_ и среднее квадратичное отклонение о.:
т
(3.78)
(3.79)
аналогично рассчитывают среднее значение тх
и среднее квадратичное отклонение ov величины
х<. (Л=1Л);
вычисляют значения меры дисперсии а и па-
раметра Ь\
а, , /и.
а = 7: Ь = т^~^ <3.80)
строят теоретическую прямую, которая вырав-
нивает экспериментальные точки:
, 1
x=b+—z. (3.81)
а
Теоретическая прямая устанавливает зависи-
мость максимального значения определяемого
параметра z от вероятности его непревышения.
Вероятность непревышения соответствующего
ограничения ВС можно определить по формуле
(3.73), подставив в нее выражение (3.81):
Fln(z) = exp -exp (3.82)
При помощи формулы (3.82) можно непосред-
ственно рассчитать вероятность непревышения
заданного значения z.
Функция распределения минимальных значе-
ний определяемого параметра при использова-
нии первого асимптотического распределения
имеет вид
/,,,(г) = 1-ехр[-ехр(-х)]. (3.83)
При этом
, 1
z=b—х. (3.84)
а
Подобным образом определяют также пара-
метры асимптотических распределений II и III
типов.
Асимптотические законы распределения позво-
ляют рассчитывать вероятности выхода или невы-
хода вектора z из области z только по отдель-
ным i-м компонентам:
р, = Р>(г, < Z; 11Р); Q. = Q,> z,„p); Q + Р = 1. (3.85)
Если события выхода или невыхода компонен-
тов вектора z из области z независимы, то об-
щие оценки вероятностей рассчитываются доволь-
но просто:
<2 = 1-р. (3.86)
f=l
Рассмотрим более сложный случай использо-
вания асимптотических экстремальных распре-
делений [112], когда не только подконтрольный
параметр, но и его предельное значение - слу-
3.8. Применение асимптотических законов распределения для оценки безопасности полетов
143
чайные величины, на примере определения ре-
сурса деталей ГТД по критерию предельной тем-
пературы.
В процессе эксплуатации авиационных двига-
телей по разным причинам возможны случайные
забросы температуры газа перед турбиной, кото-
рые могут привести к прогарам, оплавлениям де-
талей горячей части или к потере их несущей спо-
собности. Контроль температуры газа за турби-
ной двигателя или температуры лопаток турбины
в эксплуатации позволяет получить исходную ин-
формацию о возможном появлении указанных
неисправностей. Для количественной оценки ве-
роятности их возникновения и прогнозирования
наработки на отказ деталей горячей части двига-
теля по критерию предельной температуры необ-
ходимо построить математические модели анали-
за полетной информации о температурном состо-
янии этих деталей. При помощи моделей можно
контролировать исчерпание в эксплуатации зало-
женных в процессе проектирования запасов проч-
ности деталей ГТД по предельной температуре.
В основу предлагаемого метода положено ве-
роятностное сопоставление максимальных темпе-
ратур лопаток турбины Ттт, измеренных (прямо
или косвенно) в каждом из подконтрольных по-
летов, с предельной температурой материала ло-
паток Г по схеме «непревышения»:
Р(^)=/’[Т’ПИХ(^) (3.87)
где /’(Л'к) - вероятность безотказной работы по
условию недостижения в эксплуатации предель-
ной температуры лопаток за NR прогнозируемых
полетных циклов.
Необходимое для оценки вероятности
распределение максимальных температур лопаток
Т^, зарегистрированных в любом из NR подконт-
рольных полетов, можно описать законом статис-
тики экстремальных значений III типа:
F>,(7;rax) = exp
Т -Т
м() max
ч₽,
е„
(3.88)
где индексом «м» обозначено распределение мак-
симальных значений; Т,,= const; Q = Q (ПЛ и
Р„ =Р„(А'Л) - параметры закона.
Параметры (7, и Рм оценивают методом наи-
меньших квадратов по статистическим данным, по-
лученным в полетах ВС, предшествующих моменту
контроля теплового состояния лопаток Л^. Для воз-
можности применения этого метода функцию (3.88)
представляют в линейном виде:
1
С=9м+/’м1п1п — ’
Л.
(3.89)
где С =1п(Гм0-7’тах); t/M =ln(2M; b„ = р;‘; FM =
= F (Т ).
м \ max /
При известных статистических данных метод
наименьших квадратов приводит к следующим
соотношениям для оценки параметров:
(3.90)
Лк f 1
Л'» У, С, Inin —
А Ml у-,
1= 1 Ло
bM=—^----—
f= 1
mi /
2
~T, (3.91)
F
Ml J
f= 1 Лл,
( 1
~NKX lnln
где i - номер порядковой статистики T^; FMi =
7V.+1
Параметр Гм0 функции (3.88) можно принять
равным наибольшей из максимальных темпера-
тур лопаток, появление которой в эксплуатации
практически невозможно. Примем Гм0= 1600 °C,
которая близка к максимально возможной темпе-
ратуре газового потока в турбине при сгорании
авиационного топлива.
Для определения параметров Ры и QK с помо-
щью метода Монте-Карло получена статистиче-
ская совокупность максимальных температур лопа-
ток Т , соответствующих распределению (3.88). На
основе этой совокупности по формулам (3.90),
(3.91) и соотношениям г/м=1п<2м и ЬМ=Р„' вы-
числены указанные параметры:
Рм =50,8583; См =553,978.
Для прогнозируемого количества полетов NR
распределение максимумов температуры лопаток
можно найти, используя теорему умножения ве-
роятностей (3.86):
144
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 3.8. Функции распределения максимальных (сплош-
ные линии) и предельных (штриховые линии) темпера-
тур лопаток турбины
Рис. 3.9. Плотности распределения максимальных
(сплошные линии) и предельных (штриховые линии)
температур
Таблица 3.1. Типы экстремальных распределений максимальных температур 7т1х конструктивных элементов и значения их параметров
Тип распре- деления (Т ) м max / A^max) Аргументы функций Диапазоны величин Значения параметров
I ехр(-7УЛе”г ^е/ехр(-Л'/гег) Т = Аах-^,0 а —со < Т < СО ' max ’ а>о Т(1 =1046; 0„= 10,616
II exp(-NRT ) ₽- 1exp(-7Vs7’"₽M) J ^шах-Ао Q. ьЛ о о Л Л Л J С» г**» Г „=800; <2М =246,28; Рм =24,478
III ехр(-?/ЛГ₽”' ^^-Г₽“-1ехр(-Л'ЛТ₽") Т -Т мО птах Q„ ь? = = V Л Л i с>) Тм0 =1600; =553,98; Рм =50,858
Таблица 3.2. Типы экстремальных распределений предельных температур Т конструктивных элементов и значения их параметров
Тип распре- деления ЫТ;) Л (г. ) Аргументы функций Диапазоны величин Значения параметров
I ехр(-е') 1 7 —е ехр( -') Т -Т р 11<) lip g„ —СО < Т < ОО • пр ’ G„>o Л,о = Н85; ен =14,1648
II 1-ехр(-Т₽") 'ехр Q,, Т -Т гр lit) Пр T»V<T..O-’ Q„>0; >о А =1350; G,= 163,71; ₽„ =4,1732
III 1 -ехр(-7'₽") —Г ₽"”|ехр(-7’ ₽“) ^11 т -т гр пр пО G,. "СО (О -5 V =V V о с> =р 7;(,=1000; Q„ =183,18; 13,, =4,1732
3.8. Применение асимптотических законов распределения для оценки безопасности полетов
145
Рис. 3.10. Графики функций надежности конструктив-
ных элементов ГТД
/??(Тти) = ехр -Nr
(3.92)
Графики функции распределения (3.92) при-
ведены на рис. 3.8 (сплошные линии), из которо-
го видно, что с увеличением NR на один порядок
максимумы температур лопаток возрастают на 25-
35 °C.
Распределение предельных температур лопаток
Г которые обычно на 70 150 °C выше макси-
мальных, можно описать законом Вейбула:
л.(т;.р)=1-ехр
(Т -Т„ f'
пр IIU
. с„
(3.93)
где Тм, Р„, <2,, - параметры закона.
Параметр Тм принят равным 1000 °C, что соот-
ветствует практически невозможному минимуму
предельной температуры. Другие параметры функ-
ции (3.93), вычисленные по изложенной методике,
принимают следующие значения: Р„ =—4,17317;
2л = 183,184. Графики функции распределения (3.93)
изображены на рис. 3.8 штриховой линией.
На рис. 3.9 приведены графики плотностей
распределения максимальных и предельных тем-
ператур, вычисленных по формулам
Таблица 3.3. Функции надежности совмещенных законов рас-
пределения асимптотических максимальных и предельных тем-
В (т -т,А₽"-1
f (Т ) = — ---— ехр
пр7 0 0 г
(3.95)
10 8-470
(3.94)
Реализация схемы «непревышения» (3.87) отно-
сительно распределений (3.92) и (3.93) дает форму-
лу для расчета вероятности безотказной работы
деталей по критерию предельной температуры [112]:
146
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
р№= Р^(7^4л.(т;.р)]=
ТпО
Jexp
о
G[| у'УРм
GM
-А
-Т б/Т = у. (3.97)
^мО ^iiO _ Qn у’1/₽,.
а
= Jexp —NR
а,
- Т dT, (3.96)
ГГ ___гг \Рп
пр fnO
О
Функция надежности (3.96) позволяет опреде-
лить остаточный гамма-процентный ресурс /V;,y
из уравнения Р (/VKy ) = у, где у - заданный уро-
вень вероятности безотказной работы деталей по
условиям потери их высокотемпературной несу-
щей способности, оплавления или прогара. Оста-
точный гамма-процентный ресурс можно опреде-
лить по графику функции (3.96), задавая на нем
вероятность у.
Остаточный гамма-процентный ресурс деталей
ГТД по рассмотренному критерию можно найти
также путем численного решения уравнения
В табл. 3.1 и 3.2 приведены исходные данные
рассмотренных законов экстремального типа [193],
которые используются для описания распределе-
ний максимальных температур за NK полетов и
предельных температур конструктивных элемен-
тов ГТД. Параметры этих законов определены из-
ложенным способом по одинаковым статистичес-
ким совокупностям для величин 7^ и Тпр.
На рис. 3.10 приведены графики функций на-
дежности конструктивных элементов, соответству-
ющие различным сочетаниям законов распреде-
ления максимальных и предельных температур,
аналитические выражения для которых представ-
лены в табл. 3.3.
Приведенные данные (рис. 3.10, табл. 3.3) обес-
печивают возможность выбора оптимальной функ-
ции надежности для каждого подконтрольного
конструктивного элемента ГТД в процессе прак-
тической реализации рассмотренного метода.
Глава 4
АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
«ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА»
4.1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Существует мнение, что в течение последних
десятилетий мир стал эргатическим [173]. Сейчас
человечество владеет огромными энергетически-
ми и информационными ресурсами, и его адапта-
ция к современной среде достигается с помощью
не столько генетических, сколько технических
средств.
Сложные технические системы (СТС) распрост-
ранены в различных областях человеческой дея-
тельности, а эргатические системы (ЭС) играют
доминирующую роль в техносфере. Это системы
с широким диапазоном возможностей, способно-
стью к самоорганизации, значительной свободой
поведения, большим объемом информации и бы-
стродействием, с жизненным циклом, который
приравнивается к сроку человеческой жизни или
больше его. Благодаря специфическим особенно-
стям такие системы выделяются в отдельный класс
нетрадиционных объектов управления [194, 443].
В соответствии с этим все большее развитие и рас-
пространение получают новые методы исследова-
ния и анализа процессов их функционирования и
эксплуатации.
Появление таких систем и стремительные тем-
пы совершенствования техники, в частности авиа-
ционной, значительно опережают развитие чело-
веческих качеств, ограничивая возможности че-
ловека в процессах его взаимодействия с совре-
менным воздушным судном. Результатом этого
являются различные типы конфликтов [627, 664,
665 , 837]. При таких условиях конфликт получил
новое толкование, и сейчас его понимают как спо-
соб взаимодействия объектов, вследствие которого
конфликтующие стороны не только разъединяются
и противостоят одна другой, но в некоторых случа-
ях объединяются и функционируют совместно, об-
разовывая новую сверхсистему, которая приобретает
самостоятельные свойства, не присущие ни одному
из объектов, но имеющие значительное влияние на
эти объекты [173]. В такой ситуации ни исследо-
ватель, ни сверхсистема, ни объекты не имеют ис-
черпывающей информации о себе и друг о друге,
а пользуются собственными субъективными пред-
ставлениями и суждениями.
Эргатические конфликты характерны для всех
типов систем. Они обобщены по своим тенденци-
ям и проявлениям, поскольку в процессах функ-
ционирования СТС любой природы много обще-
го. Эта общность ярко проявляется в критических
и экстремальных ситуациях, которые нуждаются
в нестандартных решениях.
Каждый конфликт соотносится с определен-
ным уровнем опасности и риска. Очевидно, что
урегулирование конфликта и избежание опаснос-
ти происходят в результате принятия решения (ПР)
лицом, которое принимает решение (ЛПР), или
группой ЛПР. В основе функционирования эрга-
тических систем лежит именно процесс ПР, по-
скольку ЭС является человеко-машинной систе-
мой. Функционирование ЭС предусматривает при-
влечение лиц (или группы лиц), которые прини-
мают решение на разных иерархических уровнях,
поэтому процесс ПР является многошаговым и
распределенным во времени и пространстве. На
каждом уровне он носит ярко выраженный ин-
формационный характер, а общая структура его
для всех уровней практически однотипна.
Исследования в области безопасности экс-
плуатации авиационной техники сегодня нужда-
ются в применении новых подходов, методоло-
гий и технологий. Это обусловлено следующими
причинами:
резким ростом скоростей и высот полетов;
расширением метеорологических ограничений
на выполнение полетов;
возрастанием интенсивности воздушного дви-
жения;
усложнением конструкции в результате увели-
чения размеров и повышения уровня автоматиза-
ции ВС нового поколения;
возникновением дополнительных факторов,
связанных с эксплуатацией стареющей техники;
148 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРРАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИПАЖ СРЕДА
особенностями эксплуатационных условий,
связанных с экономическим состоянием некото-
рых государств;
возникновением потребности в дополнитель-
ной подготовке и переподготовке как летного со-
става, так и специалистов авиационных служб
обеспечения;
компьютеризацией технологических процес-
сов, связанных с выполнением и обеспечением
полетов;
внедрением «стеклянных кабин» или кабин
высоких информационных технологий;
проявлениями разных видов терроризма;
энергоинформационными влияниями.
Среди авиационных специалистов мира все
больше распространяется мнение, что для обес-
печения безопасности эксплуатации авиационной
техники необходимо исследовать процесс функ-
ционирования не отдельных элементов, а ЭС «ВС-
экипаж среда» в целом, поскольку именно такой
подход позволяет выявить особенности и нежела-
тельные аспекты взаимодействия составляющих
этой системы.
Системный подход к исследованию эргатической
системы «ВС-экипаж-среда» требует уточнения и
согласования некоторых понятий, в частности та-
ких, как системная безопасность, системная диаг-
ностика, информационное пространство функци-
онирования эргатической системы, техногенный
риск и др.
Таким образом, целью применения системного
подхода к исследованию процесса эксплуатации эр-
гатической системы «ВС-экипаж среда» является
обеспечение системной безопасности эксплуатации
ЭС в пространстве, ее фактических свойств и воз-
можностей. Такой подход сделает возможным вне-
дрение принципа «предусматривать и предотвра-
щать» вместо существующего в авиации продол-
жительное время принципа «обнаруживать и ис-
правлять» [262].
Системный подход к исследованию процесса
эксплуатации ЭС «ВС- экипаж среда» предусмат-
ривает внедрение системного анализа, результаты
которого приведены в [194]. В частности, основ-
ными особенностями исследуемой эргатической
системы является наличие:
черт, характеризующих ЭС как нетрадицион-
ный объект управления, в частности лиц (групп
лиц), которые принимают решение на разных эта-
пах ее эксплуатации, и др.;
различных неопределенностей, в частности
информационных, в пространстве свойств и воз-
можностей системы;
риска, связанного с функционированием этой
системы;
четко выраженных субъекта (экипажа) и объекта
риска (ВС и среды, в которой действует субъект).
Системная безопасность функционирования ЭС
«ВС-экипаж-среда» обеспечивается выявлением
всех факторов конфликтности, риска и опаснос-
ти, которые препятствуют нормальному функци-
онированию этой системы.
На сегодняшний день человечество накопило
значительный объем данных, которые являются
результатами исследования: процессов функцио-
нирования и эксплуатации разных типов ВС; осо-
бенностей профессиональной деятельности пи-
лотов; технологий технического обслуживания и
ремонта ВС; управления воздушным движением
и т. п. Каждая сфера исследований имеет довольно
обширный перечень тех нежелательных факто-
ров, которые порождают опасность и особые си-
туации в полете. Например, в пределах концеп-
ции, изложенной в [382, 384], составлен полный
перечень отказов ВС, которые являются факто-
рами риска для экипажа. В работах [332, 366, 472,
535, 575, 579, 770, 835] рассматриваются характе-
ристики экипажа, требования к ним и анализи-
руются ошибки летного состава и их причины.
Результаты исследований разных типов риска
приведены и в данной книге. Это, в частности,
риски столкновений воздушных судов в полете,
факторы риска, порождающиеся внешней средой,
риск третьего лица и др.
Следует отметить, что непосредственное объе-
динение данных, полученных в процессе иссле-
дования риска возникновения частных явлений и
состояний, для анализа риска эксплуатации ЭС
«ВС-экипаж-среда» невозможно из-за различной
их природы, разных единиц измерения, методов
получения и методологии проведения эксперимен-
тов. В связи с этим возникает задача разработки
основных принципов системной диагностики для
формирования такого информационного простран-
ства ЭС «ВС-экипаж-среда», в котором, подобно
фазовому пространству, можно сформировать век-
тор текущих характеристик системы как точку
пространства и дальше определять траекторию
движения системы в этом пространстве как мно-
жество ее состояний.
4.2. Информационные потоки и неопределенность в контуре эргатической системы «ВС экипаж-среда»
Как видим, целью системного анализа ЭС «ВС-
экипаж-среда» является формирование множества
таких характеристик (свойств), которые наиболее
полно отображают процессы взаимодействия ее сос-
тавных элементов для выявления комбинаций этих
характеристик, связанных с недопустимым риском
ее эксплуатации.
Задача системного анализа ЭС «ВС-экипаж
среда» решается в несколько этапов, которыми
являются:
1) анализ информационных потоков, циркули-
рующих в структуре ЭС;
2) выявление типов и источников неопределен-
ности, имеющейся в процессе функционирования
системы;
3) выявление и классификация источников рис-
ка, проявляющегося в процессе эксплуатации ЭС,
и выбор методов его количественной оценки;
4) разработка основных принципов системной
диагностики и формирование информационного
пространства свойств ЭС.
На результатах системного анализа основыва-
ются дальнейшие мероприятия по обеспечению
системной безопасности исследуемой системы.
4.2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ И НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ
В КОНТУРЕ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
«ВОЗДУШНОЕ СУДПО-ЭКИПАЖ СРЕДА»
Информационные потоки, циркулирующие в
структуре ЭС «ВС-экипаж среда», условно мож-
но разделить на пять групп [194, 262]:
1) потоки, состоящие из хорошо формализуемой
информации (как правило, это характеристики, ко-
торые можно точно подать в числовой форме);
2) потоки, состоящие из вербальной, или тек-
стовой информации, которую можно представить,
например, в виде лингвистических переменных;
3) потоки, образующиеся в результате объеди-
нения числовых и лингвистических данных (фор-
мируются способом пересечения или слияния двух
и более потоков 1-й и 2-й групп);
4) информация с нечетким числовым воспро-
изведением (например, экспертные оценки);
5) информация, которую невозможно форма-
лизовать (может быть, из-за высокой степени не-
определенности).
Рассмотрим типы и источники неопределеннос-
ти, имеющейся в процессе функционирования
эргатической системы «воздушное судно-экипаж-
среда».
Как отмечалось, ЭС «ВС-экипаж среда» отно-
сится к нетрадиционным объектам управления
[194], для которых необходимо разрабатывать спе-
цифические стратегии принятия решений по обес-
печению безопасности их эксплуатации.
На сегодняшний день исследования в различ-
ных областях человеческой деятельности, которые
сталкиваются с проблемами принятия решений,
имеют весомые результаты. Из них вытекают ос-
новные положения теории неопределенности [47,
104, 167, 215, 409]. Для процесса эксплуатации ЭС
«ВС-экипаж-среда» неопределенность - это фун-
даментальная характеристика недостаточной обес-
печенности процесса принятия сложных групповых
решений, которые во многих случаях распределены
в пространстве и времени.
Неопределенность возникает в процессе фор-
мирования решения через информацию.
Эргатическая система «ВС экипаж-среда» со-
держит три основных составных элемента, кото-
рые являются нетрадиционными объектами управ-
ления [194].
Анализ данных об авиационных событиях и ин-
цидентах позволяет выделить несколько групп
главных факторов, являющихся источниками не-
определенности и в значительной степени препят-
ствующих реализации возможностей субъекта рис-
ка достичь установленной цели деятельности, со-
здавая внутрисистемный конфликт. Эти факторы,
в сущности, являются теми предпосылками (во
многих случаях скрытыми), которые приводят к
нарушению целесообразного взаимодействия эле-
ментов системы. Выявление этих предпосылок
способствует отысканию закономерностей их про-
явления и предусмотрению моментов их проявле-
ния, что будет соответствовать реализации прин-
ципа «предусматривать и предотвращать».
В процессе эксплуатации ЭС «ВС-экипаж-сре-
да» основными источниками неопределенности мо-
гут быть:
150 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА
взаимодействие пилота (экипажа) с высокотех-
нологичными средствами автоматизации пилот-
ской кабины;
взаимодействие пилота (экипажа) со старею-
щей техникой;
недостатки профессиональной подготовки лет-
ного состава;
недостатки информационного обеспечения
экипажа;
влияние окружающей среды;
ошибки и недостатки в работе служб обеспе-
чения (в частности, служб технического обслужи-
вания и ремонта, управления воздушным движе-
нием, метеорологического обеспечения и др.);
неоднозначность толкования регламентирую-
щих документов;
наличие конструкционных недостатков ВС;
преследование коммерческих целей;
энергоинформационные влияния;
угроза террористических и хулиганских акций
на земле и на борту ВС;
кибертерроризм.
В качестве примера можно привести проявление
аспекта конфликтности во взаимодействии таких ка-
тегорий, как «безопасность полета - прибыль», «на-
дежность техники - стоимость технического обслу-
живания и ремонта», «стеклянные кабины - эрга-
тическая обеспеченность экипажа», «перерыв в по-
летах - экономическое состояние авиакомпании -
стоимость топлива», «стареющая техника - склон-
ность к риску», «нежелательные факторы внешней
среды - склонность к стрессу» и др.
Неопределенность любого типа порождает
риск, связанный с эксплуатацией ЭС.
4.3. РИСКИ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕСЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
«ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА»
4. 3.1. Основные понятия
Значительное внимание в каждой сфере иссле-
дований отводится оценке риска. Но результаты
такой оценки, числовой эквивалент уровня риска
и методики оценки могут быть применены лишь
для решения отдельных задач, например, для оп-
ределения риска третьей стороны, риска попада-
ния ВС в неблагоприятные атмосферные условия
либо риска столкновений ВС в полете. Тем не
менее в исследовании процесса эксплуатации СТС
эти методики, как правило, неприемлемы. Поэтому
одной из важнейших задач является оценка риска
эксплуатации СТС, который порождается свой-
ствами и возможностями ее элементов, а также их
взаимодействием. В этом случае целесообразно
определять один тип риска риск потери челове-
ческой жизни, который является понятием, со-
держащим все частные составляющие.
Первым шагом в определении риска эксплуа-
тации ЭС «ВС экипаж-среда» является анализ по-
нятия «риск», его толкование и определение типов,
факторов и методов оценки, в частности, в техно-
генной области.
До недавнего времени риском считали дейст-
вия в условиях неопределенности, следствиями ко-
торых могут быть благоприятный и неблагопри-
ятный результаты. С развитием точных фундамен-
тальных наук возникли объективные предпосыл-
ки для создания методов определения опасности
на основе введения некоторой меры. Практичес-
кая потребность введения такой меры опасности
вызвана необходимостью иметь механизм управ-
ления опасностью в разных сферах человеческой
деятельности.
В начале 1960-х годов анализ безопасности ос-
новывался преимущественно на эмпирических
методах. Понятие «анализ риска» не применялось,
а термин «надежность» использовался преимущест-
венно в аэрокосмической и военной промышлен-
ности. По очевидным причинам начальный тол-
чок к разработке числовых методов оценки на-
дежности дала авиационная промышленность.
После Первой мировой войны в связи с ростом
интенсивности полетов и количества АС были раз-
работаны критерии надежности для самолетов и
установлены требования к уровню безопасности
полетов [580].
Сегодня имеется определенный опыт в области
исследований опасности и оценки рисков, кото-
рые проявляются в различных сферах человечес-
кой деятельности. Благодаря этому можно выде-
4.3. Риски, проявляющиеся в процессе эксплуатации эргатической системы «ВС-экипаж- среда»
151
лить основные подходы, общие концепции, теоре-
тические положения и методы оценки рисков в
финансовой, экологической и техногенной облас-
тях. Разработки общетеоретических вопросов пред-
ставлены в работах [122, 186, 189, 344], а результа-
ты исследования рисков в финансовой и экологи-
ческой сферах рассмотрены в [117, 299, 335].
В исследовании процесса эксплуатации ЭС
«ВС-экипаж-среда» наиболее интересным является
техногенный риск - объективно-субъективная ка-
тегория, характерная для процесса функциониро-
вания элементов сложной технической системы и
связанная с преодолением неблагоприятной ситуа-
ции при наличии факторов неопределенности. Тех-
ногенный риск проявляется, как правило, в про-
цессе принятия решения. Эта категория отобра-
жает степень отклонения фактического состояния
ЭС от цели функционирования (ожидаемого ре-
зультата) и уровень убытков в случае непреодоле-
ния неблагоприятной ситуации, а также учитыва-
ет влияние управляемых (неуправляемых) факто-
ров и разных типов связей между элементами СТС.
Такое определение базируется на системном под-
ходе к исследованию СТС и свидетельствует о
необходимости анализа влияния на процесс функ-
ционирования СТС множества внешних и внут-
ренних факторов риска и на отношение к риску
эргатических компонентов системы.
Определим основные составляющие, которые
рассматриваются при исследовании процесса экс-
плуатации ЭС «ВС-экипаж-среда». В контексте этих
исследований объектом риска является ВС, а субъек-
том риска небольшая группа лиц (экипаж), кото-
рая отличается высокой мотивацией для достиже-
ния системой цели функционирования, осущест-
вляет непосредственную процедуру управления и
имеет право принятия решения по формированию
такой процедуры. Источник риска - это факторы
(явления, процессы), которые служат причиной раз-
личных неопределенностей и, как следствие, конф-
ликтности элементов исследуемой системы.
Приведенные соображения позволяют устано-
вить цель исследований, которой является опреде-
ление множества всех факторов риска (риска поте-
ри жизни). Благодаря этому ЛПР может прогнози-
ровать и идентифицировать связанные с риском
опасные состояния исследуемой системы и фор-
мировать решение по избежанию таких состояний.
Достижение этой цели опирается на существу-
ющий опыт исследования и оценки рисков.
4. 3.2. Методы оценки рисков
Рассмотрим толкование и оценки риска, при-
нятые в некоторых сферах человеческой деятель-
ности [299].
Риск в теории принятия решений - это средние
потери, возникающие в случае принятия некор-
ректного решения. Их рассчитывают по формуле
р(Р, d) = J L(w, d)dP{w), (4.1)
где L(w, d) - известная функция потерь двух аргу-
ментов; w - результат принятия конкретного ре-
шения; d - принятое решение (de D; D - про-
странство возможных решений); Q - простран-
ство возможных реализаций решения w (we Q);
P(w) - функция распределения вероятности слу-
чайного события (параметра, фактора).
Риск распознавания в кибернетике - это мате-
матическое ожидание информационных потерь от
ошибок распознавания объекта (сигнала, изобра-
жения), которое определяется из выражения
'•(5) = £[Лk = 6(x)}P(i)p{x/i)dx , (4.2)
Х<=1
где X - пространство распознаваемых сигналов х,
z = 1, ..., I- номера классов сигналов; к = 1, ..., К-
номера вариантов распознавания 5(х); L(i, к) -
информационные потери при отнесении сигнала
класса i к классу к\ P(i) - известные априорные
вероятности классов; р(х / z) - известные априор-
ные плотности вероятности каждого класса.
Техногенный социально-экономический риск в
промышленной безопасности представляет собой
общее количество погибших на протяжении года
в расчете на 1000 человек. Он обусловлен недо-
статочным развитием экономики и снижением
жизненного уровня, т. е. хозяйственной деятель-
ностью государства. Этот вид риска является
функцией, зависящей от годового дохода на че-
ловека:
R = A/l}13 , (4.3)
где А = 280 нормативное количество человек; L -
годовой доход человека в долларах.
Абсолютный радиационный канцерогенный риск
определяется по данным абсолютного увеличения
смертности или количества раковых заболеваний на
104 человек, получивших дозу радиационного облу-
чения D.
152 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРРАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИПАЖ СРЕДА
Если облучение произошло в возрасте /0, то со-
ответствующий риск смерти в течение жизни
U(t0,D) = J v (ЛD) P(t0,D,t)dt, (4.4)
{о
где t0 - переменная интегрирования (возраст, верх-
ний предел которого составляет 100 лет); v(Z,Z>) -
абсолютная дополнительная смертность при дозе
облучения D в возрасте t лет; P(tn, D, t) - вероят-
ность дожить до возраста t у человека, который
выжил в возрасте /0 с учетом риска умереть от ра-
диационного рака или по любой другой причине.
Сейсмический риск — это вероятность гибели
людей в определенном населенном пункте в тече-
ние года после землетрясения. Определяется по
формуле
L J '
(4.5)
где продолжительность статистических наблю-
дений, лет; L - общее количество людей в насе-
ленном пункте; - вероятность нахождения лю-
дей в зоне риска.
Математическое ожидание потерь людей в на-
селенном пункте за период наблюдений
M[N] = J j" J" у,/)у(х, y)dldxdy , (4.6)
s ^tnn
где 5 - площадь населенного пункта; lmjn и /
соответственно минимальная и максимальная воз-
можная интенсивность землетрясения в баллах для
данного региона; р(Г) - параметрический закон
поражения людей; f (х, у, Г) - функция плотности
распределения интенсивности проявления земле-
трясения / в пределах элементарной площадки с
координатами (х, у); ф(х, у) густота населения
в пределах площадки.
Ицдивидуальный риск в теории предотвращения
и ликвидации чрезвычайных ситуаций является час-
тотой гибели людей по определенным причинам
или из-за совокупности причин в определенной
точке пространства:
RM = ЕЕ^-Ж)- (4.7)
тЕМ fe/
где М - множество индексов, соответствующих
рассматриваемым событиям; L - множество ин-
дексов, соответствующих всем поражающим фак-
торам; F0 (x, у) - вероятность влияния на челове-
ка в точке с координатами (х, у) Q-ro поражаю-
щего фактора с интенсивностью, соответствующей
гибели (поражению) человека (здорового мужчи-
ны в возрасте 40 лет) при условии реализации Лт-го
события (аварии, опасного естественного явления
и т. п.); /*(Лт) - частота возникновения Ли-го собы-
тия в течение года.
Социальный риск в теории предотвращения и
ликвидации чрезвычайных ситуаций является зави-
симостью частоты возникновения событий, вы-
зывающих поражение определенного числа людей,
от их количества:
RAN)= Е (4-8)
теМ teL
где P(N / Qm) - вероятность гибели N людей от
(2га-го поражающего фактора; P(Qm / А) - вероят-
ность возникновения Qm-ro поражающего факто-
ра при реализации события At; F(At) - частота воз-
никновения Л-го события.
Техногенный и экологический риски в техноген-
ной и экологической безопасности это мера воз-
никновения техногенных и естественных явлений,
которые сопровождаются формированием и дей-
ствием вредных факторов с нанесением ущерба:
R =RtR2 R}, (4.9)
где R - уровень риска, т. е. вероятность нанесе-
ния определенного ущерба человеку и окружа-
ющей среде; А, - вероятность (в ретроспективе
частота) возникновения события или явления,
вызывающего формирование и влияние вредных
(поражающих) факторов; R2 - вероятность фор-
мирования определенных уровней физических
полей, ударных нагрузок и т. п., влияющих на
людей и другие объекты биосферы; R3 - вероят-
ность того, что указанные уровни полей и на-
грузок приведут к нанесению ущерба.
В работе [262] представлен один из подходов к
оценке риска в авиационных системах. Некото-
рые модели риска приведены в [299, 344, 552].
Общие принципы анализа рисков в различных
сферах деятельности человека базируются на ис-
пользовании разных концептуальных подходов, ме-
тодов и методик [117, 122, 186, 189, 299, 335, 344,
499, 552, 580], которые позволяют классифициро-
вать риски.
4.3. Риски, проявляющиеся в процессе эксплуатации эргатической системы «ВС экипаж-среда»
4. 3.3. Общая классификация рисков
Сложность классификации рисков определя-
ется разнообразием и спецификой областей, в
которых они исследуются. Существуют риски,
возможные для всех объектов, но есть и специфи-
ческие, присущие лишь определенным видам че-
ловеческой деятельности.
Сформировавшаяся ныне классификационная
структура рисков довольно полно отображает все раз-
нообразие и сложность человеческой деятельности.
Целесообразно классифицировать риски в соот-
ветствии с теми критериями, которые выбирают-
ся для каждой сферы деятельности.
По обобщенным критериям риски делятся на
такие виды:
по иерархическому уровню процесса или объек-
та исследования - глобальные и локальные;
по проявлению во времени - кратковременные
и постоянные;
по степени правомерности - оправданные и
неоправданные (обоснованные и необоснованные);
по возможности оценки стоимости убытков -
оцениваемые и которые невозможно оценить;
по сфере проявления внешние и внутренние;
по источнику происхождения экологические,
природно-экологические, производственные, со-
циально-политические и др.;
по характеру проявления динамические и ста-
тические;
по аспектам проявления психологические,
социальные, юридические, финансовые и др.;
по мере объективности - объективные и субъ-
ективные;
по степени насыщенности - минимальные, сред-
ние, допустимые, критические, катастрофические;
по мере обоснованности - рациональные и не-
рациональные;
по срокам оценки и учета опережающие, свое-
временные и запоздалые;
по численности лиц, принимающих участие в
принятии решений, - индивидуальные, групповые
и коллективные;
по ситуационным классам источников - про-
являющиеся в условиях неопределенности, в ус-
ловиях конфликтности и т. п.;
по сфере происхождения социально-полити-
ческие, законодательные, административно-за-
конодательные, коммерческие и природно-эколо-
гические;
по степени системности - несистемные и сис-
темные;
по признаку реализации - реализуемые и не-
реализуемые;
по типу группы, которая реализует принятие ре-
шения, - индивидуального и группового решения;
по масштабам влияния - единоличные и мно-
голичные;
по возможности прогнозирования - прогнози-
руемые, частично прогнозируемые и непрогнози-
руемые;
по степени влияния на деятельность людей -
отрицательные, не влияющие и положительные.
Весомый опыт исследования рисков, которые
проявляются в различных сферах человеческой дея-
тельности, позволяет классифицировать факто-
ры риска, которые действуют в ЭС «ВС-экипаж-
среда». Но усложнение авиационной техники,
приближение технологий, которые используют-
ся в процессе выполнения полетов, к космичес-
ким, увеличение интенсивности воздушного дви-
жения, скоростей и высот полета, реорганизация
структуры авиационно-транспортной системы, а
также экономические, социальные и политичес-
кие факторы некоторых стран, в частности Ук-
раины, определяют выделение исследуемой сис-
темы в отдельную категорию. Основным для нее
является не риск финансовых и материальных
потерь, повреждения окружающей среды или
покрытия материальных ущербов, а риск потери
человеческой жизни - высочайшая и важнейшая
категория риска.
4. 3.4. Виды рисков, присущих составляющим
эргатической системы
Типы рисков, которые проявляются в процес-
се эксплуатации эргатической системы «ВС-эки-
паж среда», должны соотноситься с категориями
субъектов риска и с классификацией тех ситуа-
ций, в которых осуществляют свою деятельность
субъекты риска.
Опираясь на основные положения теории и
принципы исследования ЭС, выделим компонен-
ты исследуемой системы, которые могут выступать
источниками неопределенности и конфликтности,
а значит, риска:
1) основной эргатический компонент - экипаж,
который непосредственно руководит объектом
154 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА>
риска и имеет первостепенное право принятия
руководящего решения;
2) второстепенный эргатический компонент -
группы лиц, которые обеспечивают выполнение
полетов и опосредствованно касаются генерации
руководящего решения;
3) основной технический компонент - воздуш-
ное судно, которое выступает непосредственным
объектом риска;
4) второстепенный технический компонент -
технические и другие средства обеспечения поле-
тов, которые опосредствованно касаются функци-
онирования объекта риска;
5) внешняя среда - непосредственный источник
риска.
Рассмотрим категории риска, присущие каждому
из составных элементов ЭС «ВС экипаж-среда».
Понятно, что наибольший риск связан с собствен-
но процессом выполнения полета. Он объединяет
риск двух основных категорий - динамический, со-
относящийся с непредвиденными ситуациями, ко-
торые могут возникнуть в полете, и статический, свя-
занный с техническим состоянием технического ком-
понента. Этот риск целесообразно соотнести с таки-
ми типами полетных ситуаций, как нормальная
эксплуатация, усложнение условий полета, аварий-
ная и катастрофическая ситуации.
Согласно классификации полетных ситуаций,
можно выделить такие виды риска:
недопустимый, связанный с гибелью людей;
риск разрушения основного объекта, вызыва-
ющего значительный материальный ущерб;
риск повреждения основного объекта, нанося-
щего незначительный материальный ущерб.
Эти виды связаны непосредственно с выполне-
нием полета и касаются основного объекта риска.
Относительно других компонентов, которые так
или иначе принимают участие в процессе эксплу-
атации системы, целесообразно выделить:
риск повреждения окружающей среды;
риск условий качества выполнения полета;
коммерческий риск;
политический риск;
риск судебной ответственности;
маркетинговый риск;
транспортный риск;
риск выполнения предмета соглашения;
риск условий цены (тарифа);
риск условий снабжения;
риск валютно-финансовых условий деятельности
человека;
риск условий форс-мажорных обстоятельств;
риск определения условий рассмотрения арбит-
ража и др.
Наиболее интересен для данной темы недопу-
стимый риск - повреждение объекта риска и (или)
его разрушение, которое несет в себе угрозу жиз-
ни либо здоровью пассажиров и экипажа.
4.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ФАКТОРОВ РИСКА,
ПРОЯВЛЯЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
«ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА»
Структура ЭС «ВС экипаж среда» диктует на
первом этапе процедуры классификации выделить
три группы факторов риска, связанных:
1) с основным техническим компонентом - ВС;
2) с основным эргатическим компонентом -
экипажем;
3) с компонентом «внешняя среда».
На втором этапе необходимо сформировать мно-
жества факторов риска для каждого элемента ЭС.
Факторы риска, связанные с элементом «воздуш-
ное судно». Анализ данных об АП [22, 52, 145, 191,
231, 248, 289, 366, 392-394, 396, 438-440. 520. 535.
770, 794, 807, 831, 835, 842] позволяет сформиро-
вать множества основных причин, которые стали
источниками опасности эксплуатации ВС, т. е. были
факторами риска для экипажа и пассажиров ВС:
непредусмотренные отказы и неисправности
элементов конструкции ВС;
разрушения элементов конструкции в полете
из-за конструкционной усталости, деформации,
коррозии, непредусмотренного взаимодействия
материалов и т. п.;
разрушения элементов конструкции ВС в ре-
зультате взрывов, которые произошли в полете;
неточность работы элементов конструкции ВС;
непредусмотренное поведение ВС в полете из-
за невыясненной причины;
повышение влажности внутри ВС;
4.4. Классификация факторов риска, проявляющихся в процессе эксплуатации ЭС «ВС-экипаж-среда» 155
старая проводка;
перегрузка ВС;
климатические условия (несоответствие условий
места базирования ВС проектным ограничениям).
Факторы риска, связанные с элементом «экипаж».
Анализ данных об АП позволяет сформировать
множества основных причин, которые связаны со
свойствами экипажа и стали источниками опас-
ности. Факторы риска, соотнесенные с элемен-
том «экипаж», условно можно объединить в сле-
дующие группы:
недостаточный профессиональный опыт;
неоправданные рискованные действия (высо-
кая личная склонность к риску);
недостаточный уровень подготовки экипажа
(в частности, для полетов в соответствии с опре-
деленной категорией);
потеря ориентации;
утомленность;
небрежность (невыполнение инструкций);
неправильное взаимодействие с оборудовани-
ем кабины;
приобретенные прежде привычки;
значительная склонность к стрессу;
недостаточное умение распознавать опасную
ситуацию;
переоценка своих возможностей;
недоверие к приборам;
неблагоприятные климатические условия;
общее состояние здоровья;
проблема социальной защиты;
нормативное и правовое обеспечение опреде-
ления вины летных экипажей.
Отдельно следует отметить проблемы, связан-
ные с эксплуатацией малой авиации. По данным
результатов расследований [439], в этом случае
преобладающими причинами АП являются:
снижение практических навыков летного состава;
склонность пилотов высшей квалификации к
переоценке своих возможностей и нарушение по-
летных указаний;
снижение эффективности управления ВС на
малых скоростях полета во время захода на по-
садку и др.
Факторы риска, связанные с элементом «внешняя
среда». Факторы этого типа условно можно объе-
динить в следующие группы:
повышенная турбулентность;
облачность в момент захода на посадку и во
время полетов в горной местности;
туман;
обледенение;
сильный снег, отсутствие видимости;
сильный ливень;
удар молнии;
сложные метеорологические условия полета над
морем;
попадание в спутный след;
ночное время;
сильный порыв ветра во время посадки;
столкновение с птицами и животными.
Факторы риска, связанные с элементом «второ-
степенный эргатический компонент». К второсте-
пенному эргатическому компоненту относятся
группы лиц, которые принимают участие в про-
цессе функционирования ЭС, но не являются пер-
соналом, непосредственно управляющим воздуш-
ным судном (служба обеспечения полетов, управ-
ляющее звено и др.).
Факторы риска, связанные с элементом «вто-
ростепенный эргатический компонент», условно
можно объединить в следующие группы:
несанкционированная деятельность персонала
службы УВД;
несанкционированная деятельность персонала
службы ТОиР;
перевозка опасного груза;
конструкционные недостатки;
использование некачественного топлива;
организация полетов;
использование некачественного технического
обеспечения, в частности деталей, необходимых
для технического обслуживания и ремонта воздуш-
ного судна.
Факторы риска, связанные с элементом «второ-
степенный технический компонент». Таким компо-
нентом являются технические устройства, кото-
рые используются в процессе функционирования
комплекса, но непосредственно не касаются ВС.
Факторы риска, связанные с этим элементом, со-
относятся непосредственно с оборудованием аэро-
портов. Ими являются:
несоответствие категории оборудования аэро-
порта и категории условий посадки;
недостаточная освещенность взлетной полосы
и зоны приближения;
неудовлетворительное состояние искусственно-
го покрытия и грунтовых элементов аэродрома;
несоответствие геометрических размеров и ха-
рактеристик прочности элементов аэродрома;
отсутствие данных о высоте и расположении
препятствий в районе аэродрома;
156 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИПАЖ СРЕДА.
неудовлетворительное состояние подсистем и
элементов светосигнального оборудования;
неудовлетворительное состояние кабельных сетей;
неудовлетворительное состояние радиотехни-
ческого оборудования, электрообеспечения и элек-
троснабжения;
неудовлетворительное состояние аварийно-спа-
сательного оборудования;
отклонение параметров оборудования аэропор-
та от норм годности;
несоответствие категории аэропорта и уровня
обеспечения его средствами пожарной защиты;
прогрессирующее старение и износ пожарной
техники;
отсутствие необходимой связи и средств сроч-
ного информирования;
недостаточный состав метеооборудования взлет-
ной полосы;
отсутствие регистрации метеоинформации, пе-
редаваемой на средства отображения;
необеспеченность работы метеооборудования в
пределах допустимых погрешностей;
эксплуатация гражданской авиации на аэродро-
мах военной и экспериментальной авиации;
эксплуатация ВС высшего класса на аэродро-
мах, не предназначенных для этого.
Факторы риска, связанные с элементом «угроза
непредусмотренных событий». В последнее время
очень распространились следующие виды угроз
безопасности полетов:
вооруженный захват и похищение ВС;
несанкционированная перевозка опасных грузов;
нарушение правил поведения на борту неуправ-
ляемыми пассажирами-хулиганами;
поражение ВС с земли портативными ракетами;
полеты в радиоактивных зонах;
саботаж на основе экономической конкуренции;
кибертерроризм;
энергоинформационные влияния.
Факторы риска по результатам системного ана-
лиза. Опираясь на соображения, касающиеся сис-
темного подхода к исследованию процесса экс-
плуатации эргатической системы «ВС экипаж-сре-
да», а также на существующие подходы к иссле-
дованию рисков и приведенную классификацию
факторов риска, которые проявляются в процессе
функционирования исследуемой системы, целе-
сообразно все выявленные факторы риска клас-
сифицировать на внешние и внутренние.
Внешние факторы риска это условия, которые
субъект риска не может изменить, но должен их
прогнозировать и учитывать, поскольку они во
многих случаях имеют решающее влияние на без-
опасность полета. Внешние факторы риска созда-
ют возможности для успешной деятельности
субъекта риска - экипажа.
Внутренние факторы риска порождаются соб-
ственно субъектом риска в результате его не-
правильной и (или) несвоевременной деятель-
ности, в частности, из-за принятия неправиль-
ного решения. Внутренние факторы риска вызыва-
ются свойствами собственно субъекта риска, т. е.
экипажа.
Результаты системного анализа ЭС «ВС эки-
паж-среда» позволяют принять следующие согла-
шения:
исследуемая система имеет один субъект рис-
ка - экипаж, который сам создает факторы риска
(а именно - внутренние) из-за своих свойств как
группового оператора;
другие компоненты ЭС обеспечивают возмож-
ности для субъекта риска, т. е. такие условия, в
которых он должен принимать решение и осущест-
влять профессиональную деятельность, а также
создают внешние факторы риска;
у субъекта риска исследуемой системы очень
высокая мотивация к деятельности, поскольку он
несет ответственность не только за свою жизнь, но
и за жизнь многих людей; при этих условиях зна-
чительно возрастает цена ошибки субъекта риска;
субъект риска имеет специфическое отноше-
ние к риску, которое нельзя сравнивать с причаст-
ностью к риску других эргатических компонентов
системы, в связи с чем это его свойство заслужи-
вает отдельного исследования;
решая задачу обеспечения системной безопас-
ности ЭС «ВС-экипаж-среда», рассматривают
лишь один тип риска - риск потери человечес-
кой жизни.
В рамках предложенного подхода примем оп-
ределение риска, которое базируется на концеп-
ции свойств и возможностей СТС: риск это воз-
можности реализации системой своих фактических
свойств при конкретных, фактических условиях в
конкретный момент времени или в течение опреде-
ленного срока эксплуатации.
Приведенные соглашения позволяют формиро-
вать пространство свойств эргатической системы
«ВС экипаж-среда» как совокупность тех свойств
ее компонентов, неблагоприятное взаимодействие
которых приводит к угрозе жизни экипажа и пас-
сажиров.
4.5. Оценка рисков эксплуатации эргатической системы «ВС экипаж среда»
157
4.5. ОЦЕНКА РИСКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
«ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА»
С ПРИМЕНЕНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Исследование процесса эксплуатации СТС сопро-
вождается сложными информационными ситуация-
ми, которые характеризуются значительной априор-
ной неопределенностью знаний о свойствах объекта
исследования и влиянии внешней среды, а также
невозможностью непосредственного наблюдения
многих свойств, неточностью и неполнотой экспе-
риментальной информации о них. Для таких ситуа-
ций невозможно применить традиционные методо-
логии измерения, на основе которых результат изме-
рений можно представить лишь в числовой форме и
получить только на базе экспериментальной число-
вой информации. Также нет возможности использо-
вать принцип единства измерений.
Зги аспекты делают решение поставленной за-
дачи традиционными методами не только неэффек-
тивным, но и вообще практически невозможным
из-за низкого качества результата и высокого уров-
ня остаточной неопределенности, которую невоз-
можно контролировать. Отсюда вытекает потреб-
ность совершенствования методической базы сис-
тем измерения для усиления их познавательной функ-
ции. Необходимо получить результаты обобщенных
измерений в форме знаний (аналитических выра-
жений для моделей, а также выводов и рекоменда-
ций с их полным метрологическим обоснованием в
виде комплексов показателей качества) на основе
учета всего объема информации - априорной и той,
которая поступает в результате проведения экспе-
римента, в частности нечисловой [2, 381].
Такие требования обусловили привлечение в сре-
ду измерений аппарата теории оптимальных реше-
ний, искусственного интеллекта и нечетких сис-
тем. Потребность измерения неколичественных
свойств объектов способствует созданию общей
(репрезентационной) теории измерений [2]. В част-
ности, получено успешное сочетание теорий меры,
шкал и нечетких множеств [197, 888]. В настоящее
время понятие «измерение» используется в опре-
делении функции принадлежности и степени не-
четкости. Определяются также типы шкал измере-
ния, которые наиболее эффективны для реализа-
ции логического умозаключения в системах при-
нятия решений.
В результате такой интеграции теорий возник-
ла концепция интеллектуальных измерений [2, 381].
Понятия вычислительного интеллекта и «мягких»
вычислений введены Л. Заде в 1994 г. Тогда он сфор-
мулировал основной принцип «мягких» вычисле-
ний, а именно - толерантность к неточности и
частичной истинности для возможности интерпре-
тации, а также гибкости и низкой стоимости по-
лучения результата.
«Жесткие» вычисления базируются на точных
моделях, содержащих соображения, в основе ко-
торых лежат символьная логика и классические
методы вычислений и поиска информации.
Для «мягких» вычислений используют прибли-
зительные модели, к которым относятся методы
приблизительных умозаключений и вычисли-
тельные методы, базирующиеся на функциональ-
ной аппроксимации, случайном поиске и опти-
мизации.
Методы приблизительных умозаключений, вхо-
дящие в процедуры «мягких» вычислений, осно-
вываются на двух механизмах умозаключения -
условному и правилу «modus ponens». К условно-
му механизму относятся вероятностные модели
Нельсона, нечеткая вероятностная логика Нгуена
[380], вероятностные умозаключения на бейесо-
вых сетях, субъективные бейесовы методы, мето-
ды, базирующиеся на функциях доверия (теория
Демстера Шейфера), функции доверия Сметца,
верхние и нижние вероятности Фагина-Гальпери-
на. Второй механизм («modus ponens») составля-
ют многозначные логики (алгебры), нечеткая ло-
гика и теория возможностей.
Вычислительные методы, которые входят в «мяг-
кие» вычисления и основываются на функциональ-
ной аппроксимации, случайном поиске и опти-
мизации, делятся на механизмы локального (ней-
ронные сети) и глобального (эволюционное про-
граммирование) поисков.
Многие подходы, составляющие направление
«мягких» вычислений, являются универсальными,
тем не менее они хорошо дополняют друг друга и
используются в разных комбинациях для создания
гибридных интеллектуальных моделей и систем.
158 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ СРЕДА
Гибридные интеллектуальные системы по назна-
чению и аппарату реализации условно классифи-
цируются на следующие виды:
гибридные системы с функциональным замеще-
нием, где используется одна модель, в которой один
из элементов замещается другой моделью;
гибридные системы со взаимодействием, состоя-
щие из независимых модулей, которые обменива-
ются информацией и выполняют различные функ-
ции для получения единого решения; такие сис-
темы используют в случаях, когда задача разбива-
ется на ряд субзадач - распознавание образов,
логическое умозаключение, оптимизация и др.;
полиморфные гибридные системы, в которых одна
модель используется для имитации функциони-
рования других моделей.
В 1990-х годах в рамках концепции интеллекту-
альных измерений разработана методология бейесо-
вых интеллектуальных измерений, которые базируют-
ся на регуляризационном бейесовом подходе [2]. Та-
кой подход является модификацией бейесового ме-
тода получения оптимальных решений в условиях
значительной априорной неопределенности с выпол-
нением требований единства измерений в процессе
формирования решения. Методология интеллекту-
альных измерений позволяет синтезировать шкалы
нового типа, предназначенные для реализации обоб-
щенных измерений. Ее целью является достижение
качественного решения прикладной задачи на осно-
ве всестороннего исследования свойств СТС и среды
ее функционирования (эксплуатации).
Шкалы нового типа [2, 381] реализуются в мет-
рических пространствах динамических комплек-
сов их носителей и называются шкалами с динами-
ческими ограничениями. Они способны изменять
свою структуру, адаптируясь к изменению свойств
СТС в процессе ее развития с учетом изменения
свойств среды.
Таким образом, решение прикладной задачи на
основе методологии интеллектуальных измерений
является процессом целенаправленного преобразова-
ния иерархической структуры шкалы с динамичес-
кими ограничениями, которая адекватно отобража-
ет свойства эволюционной СТС.
Результатами интеллектуальных измерений, кото-
рые фактически являются обобщающими, могул быть:
числовые значения параметра;
аналитический вид функциональной зависимости;
системы аналитических зависимостей, которые
определяют состояние СТС;
лингвистические значения и выражения, оп-
ределяющие выводы и решения относительно
свойств СТС;
рекомендации по обеспечению устойчивости и
безопасности функционирования СТС.
Основными принципиальными преимущества-
ми интеллектуальных измерений являются:
интеграция информации, разнообразной по
форме отображения, для повышения или дости-
жения необходимого качества решения;
метрологическое обоснование полученных ре-
шений в виде количественных показателей меры
апостериорной (остаточной) неопределенности
(например, показателей точности, надежности,
долговечности);
реализация принципа саморазвития моделей
объектов измерений и среды их функционирова-
ния (эксплуатации) на основе адаптации структур
шкал с динамическими ограничениями к факти-
ческим свойствам СТС.
В процессе эксплуатации ЭС «ВС-экипаж-сре-
да» системную безопасность оценивают, разраба-
тывая технологию оценки риска эксплуатации
системы в конкретных условиях, т. е. при нали-
чии конкретных (фактических) свойств и возмож-
ностей ее компонентов.
Приведенные соображения позволяют сформу-
лировать обеспечение системной безопасности ЭС
«ВС экипаж среда» как задачу принятия многоша-
гового решения, распределенного во времени и про-
странстве. Задача ПР состоит в нахождении такой
комбинации входных параметров (оценок свойств и
возможностей ЭС), для которых значение исходной
величины (риска) будет минимальным.
В пределах существующих подходов к анализу
и моделированию риска (см. п. 4.3.2) применяют
преимущественно подходы, которые опираются на
базовые положения теории вероятностей и мате-
матической статистики. Эти подходы предусмат-
ривают наличие статистических данных, которые
по своему типу должны быть числовыми. Тем не
менее следует отметить, что пространство свойств
эргатической системы «ВС-экипаж-среда» имеет
анизотропную структуру и содержит данные раз-
ных информационных типов, значительную часть
которых составляют качественные данные, в част-
ности, экспертные оценки. Это требует приме-
нения аппарата интеллектуальных измерений, ко-
торым может быть формирование информаци-
онного пространства свойств ЭС «ВС экипаж-сре-
4.5. Оценка рисков эксплуатации эргатической системы «ВС-экипаж-среда»
159
да» и шкалы риска как шкалы с динамическими
ограничениями.
Риск - категория качественная, и ее нельзя
определять количественно с помощью непосред-
ственных измерений. Это значит, что риск нужно
оценивать по некоторым качественным призна-
кам состояния исследуемой системы (использо-
вание количественных показателей не исключа-
ется) и на основе качественного показателя нахо-
дить количественный эквивалент, чтобы опреде-
лить уровень риска для некоторой комбинации
признаков состояния системы (ее фактических
свойств и возможностей).
Качественные показатели формируются на ос-
нове экспертной информации. Одним из способов
изображения экспертной информации является
применение лингвистических переменных (ЛП)
[197] и нечетких чисел [288]. В общем случае ЛП
описывается так:
£= {N, T(N), U, G, М}, (4.10)
где ДТ-название ЛП; T(N) - терм-множество; U-
универсальное множество понятий ЛП; G - син-
Изобразим понятие «риск» через ЛП, структу-
ра которой показана на рис. 4.1.
Оценка экспертом-специалистом состояния
элемента (системы) и соотнесение с этим состоя-
нием определенного риска является задачей ПР
относительно выбора одной альтернативы из за-
данного множества. Множествами альтернатив
(вариантов выбора) в данном случае являются тер-
мы-множества ЛП, которыми изображаются свой-
ства ЭС.
Следует отметить, что в использовании эксперт-
ной информации имеются некоторые сложности.
Что касается контингента экспертов, которые при-
влекаются к исследованию ЭС «ВС экипаж-сре-
да», то это, как правило, представители летного
состава - первые и вторые пилоты, командиры
авиаэскадрилий, бортмеханики, штурманы, инст-
рукторы комплексных тренажеров. Оценку ситуа-
ции каждый эксперт формирует в зависимости от
его личных качеств (рис. 4.2), среди которых осо-
бое значение имеют склонности экипажа к стрес-
су [332, 472] и принятию рискованных решений.
Очевидно, что они являются качественными по-
Рис. 4.1. Иерархическая структура лингвистической переменной «риск»
160 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ СРЕДА
КАЧЕСТВА ЭЛЕМЕНТА «ЭКИПАЖ»
Рис. 4.2. Классификация
Профессиональные характеристики
авиационного специалиста:
уровень общетеоретической подготовки;
комплекс профессиональных знаний;
комплекс профессиональных навыков;
степень развития профессиональной способности мыш-
ления;
способность к принятию управляющего решения;
способность к принятию решения в условиях чрезвычайной
ситуации;
способность к принятию группового решения;
уровень мотивации;
способность к распознаванию степени опасности;
способность к принятию решения в условиях неопределен-
ности;
налет часов;
склонность к риску;
склонность к стрессу;
способность к выполнению функций эргатического резерва в
контуре ЭС;
перерывы в полетах и др.
качеств элемента «экипаж»
нятиями и их нельзя оценить количественным
способом непосредственных измерений.
Склонность к риску каждого эксперта можно
выявить в процессе формирования группового ре-
шения по оценке разными экспертами одина-
ковой ситуации, анализируя тенденции тех оце-
нок, которые представляют эксперты. В част-
ности, в процессе опроса 86 экспертов, среди ко-
торых были первые и вторые пилоты, командиры
авиаэскадрилий, бортмеханики и инструкторы
комплексных тренажеров, стало очевидным, что
оценки экспертов имеют очень большой разброс
и практически неприемлемы для непосредствен-
ного использования в оценке риска. Применяя
метод формирования группового решения [47],
определяют поправки к оценкам, показывающим
склонность каждого эксперта к завышению или
занижению оценки, которая в сочетании с дан-
ными о налете часов, опыте работы и статусе в
экипаже может служить характеристикой склон-
ности эксперта к риску.
В качестве примера рассмотрим оценку риска
эксплуатации функциональной системы (ФС) топ-
ливной системы самолета Ан-24 - в среде нечет-
кой модели. Выбор типа самолета обосновывает-
ся такими соображениями:
самолет Ан-24 - это тип ВС, который относит-
ся к категории стареющей техники, т. е. его экс-
плуатация связана со значительным риском;
опыт эксплуатации АН-24 в Украине представ-
лен богатым информационным материалом коли-
чественного и качественного характера;
продолжительный срок эксплуатации этого са-
молета создал большой контингент экспертов,
мнения которых могут быть использованы в про-
цессе решения поставленной задачи.
Задача моделирования формулируется таким
образом. Пусть имеем три категории входных дан-
ных X, Y и Z, которые существенно влияют на ис-
ходный параметр R. Первую категорию данных (X)
составляют функциональные параметры ФС. Во
вторую категорию (У) входят свойства ФС ВС,
связанные с ее приспособленностью к мониторин-
гу, диагностированию, техническому обслужива-
нию и ремонту, т. е. с деятельностью представи-
телей службы технического обслуживания. Тре-
тья категория (Z) содержит эргономические свой-
ства ФС ВС, связанные с ее летной эксплуатацией
экипажем.
Данные первой категории (%) можно изобра-
зить количественной мерой в числовой форме.
Данные второй категории (У) частично имеют ко-
4.5. Оценка рисков эксплуатации эргатической системы «ВС-экипаж среда»
161
личественный эквивалент, частично - лингвисти-
ческий. Данные третьей категории (Z) также носят
смешанный характер. Это означает, что для фор-
мирования входных данных модели предполагает-
ся использование нечисловой (качественной) ин-
формации. Для синтеза модели (качественной, или
лингвистической) нужно представить все три кате-
гории данных лингвистическими переменными.
Множества указанных категорий входных дан-
ных формируются на основе инженерного и экс-
пертного анализов.
По результатам инженерного анализа топлив-
ной системы выделяются четыре критических
(с точки зрения безопасности эксплуатации) блока
топливной системы: топливные баки и клапаны,
подсистема дренажа топливных баков, подсисте-
ма подачи топлива к двигателям и подсистема
получения топлива. Инженерный анализ позво-
ляет выявить основные типы отказов в этих бло-
ках и соотнести их с типом полетной ситуации и
соответствующим уровнем риска (табл. 4.1).
Анализ данных эксплуатации самолета Ан-24
[263] свидетельствует о том, что у некоторых агре-
гатов топливной системы значительное количество
отказов выявлено непосредственно в полете. Это
говорит о недостаточном качестве диагностирова-
ния их технического состояния и обслуживания.
По данным расследований, до 35 % АП и инци-
дентов в гражданской авиации происходят вслед-
ствие некачественного технического обслуживания
[119]. Детальный анализ АП, которые произошли
из-за некачественной работы представителей ин-
женерно-технической службы (ИТС) [194], позво-
ляет сформировать перечень ее качеств (рис. 4.3).
Таблица 4.1. Результаты инженерного анализа свойств топливной системы самолета Ан-24
Элемент системы Тип отказа Условия работоспособности элемента Тип полетной ситуации Уровень риска
Основной сборник дренажа левых (правых) групп баков Закупорка Давление в баке А < 0,085 МПа УУП Я,
Вакуумный клапан дополнительного сборника дренажа левых (правых) групп баков Отказ в закрытом положении Не влияет УУП Я,
Дренажная мачта левых (правых) групп топливных баков Забивание льдом Давление в баке А = 0 АС Я2
Топливный бак Истечение топлива Показания топливомера АС Я2
Подкачивающий насос ЗНЦ-14А левой (правой) первой группы топливных баков Не функционирует Давление топлива Ят < 0,035 МПа УУП Яг
Обратный клапан за насосом ЗНЦ-14А левой (правой) группы топливных баков Отказ в открытом положении Нарушение последовательности приготовления топлива УУП Яг
Передний (задний) подкачивающий насос агре- гата 463 левой (правой) группы топливных баков Отказ в работе Давление топлива ниже необходимого АС я2
Обратный клапан за передним насосом левой (правой) второй группы топливных баков Отказ в открытом положении Нарушение последовательности приготовления топлива УУП Яг
Обратный клапан за задним насосом левой (правой) второй группы топливных баков То же То же УУП Яг
Отказ в закрытом положении Не влияет нэ Яо
Кран кольцевания То же Неравномерное приготовление топлива УУП Я,
Отказ в открытом положении То же УУП Я,
Пожарный кран левого (правого) двигателя Самовольное за- крытие в полете Остановка двигателя АС я2
Топливный фильтр грубой очистки левого (правого) двигателя Засорение фильтрующего пакета Не влияет нэ Яо
Перепускной клапан фильтра грубой очистки топлива левого (правого) двигателя Отказ в закрытом положении То же нэ Яо
11 8-470
1 62 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГА ТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА
Продолжение табл. 4.1
Элемент системы Тип отказа Условия работоспособности элемента Тип полетной ситуации Уровень риска
Топливный фильтр тонкой очистки левого (правого) двигателя Засорение фильтрующего пакета Давление топлива Рт > 0,04 МПа УУП Л>
Перепускной клапан фильтра тонкой очистки левого (правого) двигателя Отказ в закрытом положении Не влияет НЭ До
Воздухоотделитель левого (правого) двигателя Отказ в работе Плотность топлива ниже необходимой АС Дг
Трубопроводы магистрали питания топливом левого (правого) двигателя Разрушение (повреждение) Давление топлива ниже необходимого АС Аз
Примечания: 1. Сокращения в таблице: УУП усложнение условий полета; АС - аварийная ситуация; НЭ - нормальная эксплуатация.
2. R,. - низкий уровень риска, А, - средний, R2 - высокий, R} - очень высокий.
Следующим шагом является оценка эргономич-
ного качества топливной системы с точки зрения
эксплуатации ее экипажем.
Работой топливной системы в полете управля-
ют через систему контроля и управления. Основ-
ными параметрами, которые можно контролиро-
вать и по которым можно оценить техническое со-
стояние агрегатов, участков и топливной системы
в целом, выступают обшая масса топлива, процесс
его приготовления и давление топлива за подкачи-
вающими насосами баков и двигателя. Но борто-
вые средства контроля за работой топливной сис-
темы практически обеспечивают получение эки-
пажем лишь аварийных сигналов, т. е. сигналов о
потере отдельными агрегатами работоспособности.
Анализ эргономичного качества средств пилот-
ской кабины [263] позволяет сделать вывод о том,
что в полете возможны ситуации, когда определить
причину отказа топливной системы лишь по данным
бортовой системы контроля очень сложно. В таких
случаях благополучное завершение полета в значи-
тельной степени зависит от опытности пилотов, их
глубокого знания принципов функционирования топ-
ливной системы и таких профессиональных качеств,
как склонность к стрессу, умение распознавать сте-
пень опасности ситуации в условиях неопределенно-
сти и др.
Результатом инженерного, экспертного и эрго-
номичного анализов является множество опреде-
ляющих характеристик ФС (топливной системы),
Рис. 4.3. Классификация качеств инженерно-технической службы
4.6. Комплексный анализ рисков столкновения воздушного судна с наземным объектом
163
Рис. 4.4. Экспериментальная зависимость (обозна-
чена точками) и аппроксимирующая кривая за-
висимости уровня риска от экспертной оценки
экипажа и службы технического обслуживания, ко-
торые представляют собой отдельный случай
комбинации свойств элементов ЭС «ВС-экипаж-
среда». Отображение всех свойств множества че-
рез лингвистические переменные позволяет фор-
мировать входные данные в виде функций принад-
лежности и строить нечеткую модель оценки рис-
ка эксплуатации ФС ВС. В среде нечеткой системы
риск оценивают согласно технологии моделирова-
ния в этой среде [638, 697, 718, 721, 754, 756].
При моделировании выявляются неблагопри-
ятные комбинации входных свойств, которые со-
ответствуют разным уровням риска. Полученные
результаты дают возможность формировать и ре-
шать задачи оптимизации свойств ЭС «ВС эки-
паж среда» с целью снижения риска ее эксплуа-
тации, а также определять основные процедуры
формирования шкалы риска.
Формально шкала измерений - это упорядо-
ченная тройка <U, N,f>, где U- эмпирическая
система с отношениями; N- полная числовая си-
стема с отношениями;/- функция, которая гомо-
морфно отображает U в подсистеме N.
Для случая, когда формальной системой Uяв-
ляется множество экспертных оценок, шкала риска
формируется как шкала натуральных чисел: Sw =
= (U; Ry;f), где/— функция, которая формали-
зует операцию отображения каждого элемента но-
сителя в множество натуральных чисел. Кривую,
построенную на основе экспериментальных дан-
ных, где аргументом является экспертная оценка,
а функцией — числовой эквивалент уровня риска
при работе нечеткой модели, показано на рис. 4.4.
В результате аппроксимации она описывается
функцией /(х) = ае',х + сеА, где о = 21,9; 6 = — 0,19;
с = -47,53; d = -1,005.
Выполнив системный анализ ЭС «ВС-экипаж-
среда» и проведя исследования, в частности, оце-
нив риск в нечетком логическом базисе, можно
сделать некоторые выводы.
1. Стремительное развитие авиационной тех-
ники нуждается во внедрении новых подходов и
исследовательских приемов при ее эксплуатации,
в частности, системного подхода, разработки но-
вейших теорий и таких информационных техно-
логий, как «мягкие» измерения, «мягкие» вычис-
ления, средства искусственного и вычислительного
интеллекта.
2. Авиационные происшествия, которых нема-
ло зафиксировано в разных странах мира, застав-
ляют вводить в практику новые понятия и меры
(системная безопасность, риск и т. п.).
3. Системный анализ ЭС «ВС экипаж-среда»
выявляет центральную роль экипажа как субъек-
та риска, качества и возможности которого тре-
буют новых подходов к его формированию и под-
держанию.
4.6. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ РИСКОВ СТОЛКНОВЕНИЯ
ВОЗДУШНОГО СУДНА С НАЗЕМНЫМ ОБЪЕКТОМ
Традиционные исследования в области безопас-
ности авиации, в соответствии с идеологией ICAO,
посвящены решению проблем, возникающих до
возможной катастрофы ВС. Окружающая среда
при этом рассматривается как источник опаснос-
тей для выполнения полетов ГА.
Оценка рисков влияния гражданской авиации
на «третью сторону» ставит своей целью в основ-
ном уменьшение негативного влияния транспорт-
ных авиационных процессов на состояние окру-
жающей среды [193, 348, 378, 397, 481, 482, 485,
498, 535].
164 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ СРЕДА'
Поэтому, с точки зрения безопасности поле-
тов, ВС, потерпевшее катастрофу, перестает быть
объектом дальнейших исследований. Результаты
анализа аварий или катастроф являются основой
для усовершенствования конструкций ВС, орга-
низации выполнения полетов, тренинговых меро-
приятий и других аспектов деятельности ГА.
Однако рост объема авиационных перевозок, а
также урбанизация и интенсификация человечес-
кой деятельности с ростом опасных технологичес-
ких производств приводят к существенному уве-
личению количества тяжелых авиационных про-
исшествий, имеющих негативные социальные эф-
фекты. Среди авиационных происшествий следует
отметить: столкновение бомбардировщика В-25
ВВС США с небоскребом «Эмпайр Стейт Бил-
динг» 28 июля 1945 г.; падение советского пасса-
жирского лайнера Ту-144 на авиаполе Ле Бурже в
1973 г.; падение Боинга-747 на два многоэтажных
жилых здания недалеко от Амстердама в 1992 г.;
падение самолета Ан-124-100 «Руслан» на приго-
род Иркутска в 1997 г.; столкновение спортивно-
го самолета с 30-этажным зданием «Пирелли»
(Италия) в 2002 г. и др.
Риск столкновения ВС с наземными объектами
оценивают в первую очередь в тех случаях, когда,
согласно заданному уровню ответственности,
предъявляются исключительно высокие требования
к надежности функционирования объектов и вы-
полнение анализа падения ВС регламентируется
нормативно. К таким наземным объектам относятся
сооружения энергетического назначения, а также
объекты химической и других отраслей промыш-
ленности, где в результате столкновения или паде-
ния ВС могут возникнуть чрезвычайные ситуации,
вызывающие значительные экономические и со-
циальные потери [63, 108, 109, 198, 353, 355-357.
405, 451, 523, 554, 555, 796, 867].
Особую опасность такие события стали пред-
ставлять в последние годы, когда они реализуют-
ся как акты скоординированного терроризма, ис-
пользующего эффективные технические средства
и новейшие технологии. Реакцией на существен-
ное усложнение условий выполнения безопасных
полетов стало изменение законодательства в ряде
стран и разработка новых регламентирующих тре-
бований не только в авиационной, но и в других
отраслях хозяйственной деятельности.
Анализ безопасности полетов в существующих
условиях показывает, что на практически повсе-
местное усложнение воздушной обстановки и уве-
личение рисков столкновения ВС с препятствия-
ми оказывают влияние следующие факторы:
уплотнение сети воздушных трасс и коридоров;
уменьшение свободного пространства на зем-
ле для строительства зданий и сооружений, что
приводит к повышению их этажности (например,
в Объединенных Арабских Эмиратах, г. Дубай,
интенсивно возводится жилой дом высотой 800 м,
в Японии - здание высотой 1000 м);
совершенствование парка ВС; повышение гру-
зоподъемности, пассажировместимости, дальности
и скорости полета судов;
развитие коммерческой, частной и военной
авиации;
интенсификация эксплуатации существующих
трасс, в результате чего авиалинии, которые еще де-
сять лет назад были практически безопасными, ста-
ли источником потенциальной опасности столкно-
вения ВС с высотными зданиями и сооружениями.
В нормативных источниках эти условия учи-
тываются на основе системного анализа и пред-
ставляются в виде комплекса нормативных тре-
бований. Наиболее значительные разработки вы-
полняются МАГАТЭ (Международным агент-
ством по атомной энергии), которое использует
методы детерминистического и вероятностного
анализа, имеющие много общего с аналогичны-
ми научными разделами авиационной отрасли [63,
198, 355-357, 405, 523, 554, 555, 796]. Основные
положения, сформулированные в регламентах
МАГАТЭ и ICAO, распространяются на нормы
строительства и эксплуатации зданий и сооруже-
ний в других отраслях, которые характеризуются
высокой потенциальной опасностью при падении
на них ВС.
В этих документах и проектах катастрофа ВС
является лишь начальным событием, определяю-
щим необходимость достаточно глубокого моде-
лирования и анализа сценариев развития и нега-
тивного влияния авиационного происшествия на
объекты и процессы человеческой деятельности.
Рассмотрим основные этапы оценки рисков и
управления ими при взаимодействии ВС, потер-
певшего катастрофу, со строительными и други-
ми наземными объектами.
Методология оценки рисков возможного нега-
тивного влияния на персонал, население и окру-
жающую среду при комбинированных постулиру-
емых исходных событиях основана на синтезе ап-
4.7. Исходные данные о воздушной обстановке в районе расположения наземного объекта
165
парата численного моделирования и натурных об-
следований. В ней учтен опыт анализа развития
запроектных аварий для ряда наземных объектов,
которыми, в частности, являются:
объект «Укрытие» (ОУк) Чернобыльской атомной
электростанции;
некоторые действующие и проектируемые атом-
ные электростанции Украины;
высотные препятствия и опасные объекты в
аэропортах;
объекты повышенной техногенной опасности
вне аэропортов.
Цель оценки рисков R заключается в опреде-
лении произведения двух сомножителей:
R = PrMr, (4.11)
где Рк - вероятность возникновения ущерба, выз-
ванного столкновением ВС с объектом; MR -
ущерб, полученный в результате реализации этой
вероятности.
Основными этапами анализа рисков являются:
сбор сведений об авиационных трассах и кори-
дорах, которые могут служить источником столк-
новения ВС и исследуемого объекта;
определение типов ВС, эксплуатирующих эти
авиационные трассы;
определение величины дистанции отбора (ВДО)
области падения ВС, представляющей собой опас-
ность для исследуемого объекта;
построение сценария развития негативных по-
следствий при падении ВС в пределах ВДО и комп-
лексная оценка риска реализации этого события;
оценка вероятности PR столкновения ВС с пре-
пятствием;
построение сценария развития негативных по-
следствий столкновения ВС с объектом;
определение типов и параметров нагрузок, мо-
делирующих воздействие ВС на объект;
разработка расчетной модели и выбор метода
анализа результатов первичного динамического
контакта ВС и объекта;
решение контактной динамической задачи столк-
новения ВС и объекта;
комплексная оценка ущерба MR, вызванного
столкновением ВС и объекта;
разработка мероприятий управления рисками.
Высокий уровень неопределенности ряда исход-
ных данных при вычислении годовой вероятности
столкновения ВС с объектом и определении дру-
гих характерных параметров рисков заставляет ис-
пользовать принцип консервативных оценок [405, 523,
554, 555, 796]. Он базируется на ограничении при-
менения гипотез и упрощений в расчетах, которые
допускаются только в тех случаях, когда оконча-
тельная оценка заведомо не смещается в сторону
более благоприятного с точки зрения безопаснос-
ти итогового результата. Тогда уровень реального
риска будет принят в «запас» безопасности.
4.7. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ О ВОЗДУШНОЙ ОБСТАНОВКЕ
В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА
Для вероятностной оценки риска PR столкно-
вения ВС с наземным объектом необходимы сле-
дующие сведения:
общие характеристики и параметры авиацион-
ных трасс и коридоров;
описание типов воздушных судов, эксплуатирую-
щих эти трассы;
статистические данные об интенсивности движе-
ния воздушных судов;
статистические данные об авиационных про-
исшествиях и результатах их проявления по кате-
гориям ГА.
Общие сведения об авиационных трассах, кото-
рые представляют опасность для объекта, можно
получить из авиационных штурманских справоч-
ников (атласов авиационных трасс, каталогов аэро-
навигационных и полетных карт и других доку-
ментов). Размеры окрестности наземного объек-
та, которые необходимо учитывать при выборке
трасс и коридоров, определяются типами ВС и
функциональным назначением (опасностью) объек-
та [198, 357, 555].
Характеристики объекта и необходимость уче-
та рисков столкновения с ним воздушного судна
регламентируются соответствующими отраслевы-
ми требованиями. Например, в соответствии с
нормами МАГАТЭ для большинства типов само-
летов следует учитывать трассы, расположенные
в радиусе 25 миль (46,3 км) от центра реактора АЭС
(консервативная оценка) [555].
1 66 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ СРЕДА-
Необходимость детального анализа воздушной
обстановки в районе АЭС для определения веро-
ятности падения на нее ВС регламентируется сле-
дующими условиями:
в радиусе 4 км от АЭС могут располагаться
транзитные авиатрассы или зоны для выполнения
взлетно-посадочных операций;
в радиусе 10 км от АЭС могут функциониро-
вать аэропорты с неограниченным количеством
взлетно-посадочных операций, в радиусе 10 16 км -
аэропорты с количеством таких операций более
500г/2 в год, а в радиусе более 16 км - зоны с ко-
личеством взлетно-посадочных операций более
1000J2 в год, где d - расстояние, км, от рассмат-
риваемой площадки до ВС;
в радиусе 30 км от АЭС может быть воздуш-
ное пространство, используемое для полетов во-
енных ВС.
С точки зрения сложности обеспечения безопас-
ности объекта от падения ВС, расположения авиа-
ционных трасс могут весьма существенно отличать-
ся. Например, в воздушном расчетном простран-
стве одной из АЭС Украины проходит десять авиа-
ционных трасс различного назначения, которые
используются как гражданскими, так и военными
самолетами. Однако их расположение значительно
безопаснее, чем воздушная обстановка в районе дру-
гой АЭС, где в расчет принимается только одна трас-
са, расположенная непосредственно над зоной АЭС.
В анализе трасс учитываются их параметры по
международной классификации (высокая или низ-
кая трасса, переход с одной трассы на другую,
изменение направления движения и др.) 1109].
Поскольку наибольшую опасность столкнове-
ния ВС с объектом составляют операции взлетов
и посадок, необходимо учитывать данные о близ-
лежащих аэродромах и районах ответственности
диспетчерских узлов. Аэропорты, расположенные
на расстоянии более 40 км, опасности для АЭС не
представляют [555].
Описание ВС, эксплуатирующих авиационные
трассы, должно содержать данные об основных
видах авиаперевозок и авиаработ, типах самоле-
тов и видах рейсов. Это позволяет выделять клас-
сы доминирующих ВС, определяющих риск столк-
новения ВС с объектом.
В анализе рисков деятельность ГА в Украине
можно разделить на следующие основные виды:
регулярные перевозки пассажиров на тяжелых
транспортных самолетах (1 3-го классов);
нерегулярные (чартерные) перевозки пассажи-
ров на тяжелых транспортных самолетах;
грузовые перевозки на тяжелых транспортных
самолетах;
авиационные перевозки и работы на вертоле-
тах и легких самолетах.
Основная доля работ - около 60 % их общего
объема - приходится на сферу пассажирских пе-
ревозок на тяжелых транспортных самолетах.
В странах СНГ в настоящее время эксплуати-
руются:
магистральные широкофюзеляжные самолеты
фирм «Эрбас Индастр» и «Боинг» (В-777 Classic,
DC-10, L-1011, А-300В2/В4), а также Ил-86 и Ил-96;
магистральные узкофюзеляжные самолеты типа
Ил-62(М), Ил-76, DC-8 и В-707;
средне магистральные самолеты большой пас-
сажирской вместимости Ту-154, В-737 и DC-9;
самолеты малой дальности полетов Ту-134.
Як-42, Як-40, Ан-24, F-50 и ВАС-1.
Воздушное пространство Украины используется
для полетов по трассам местных авиалиний в пре-
делах Украины и для транзитных авиарейсов. Ана-
лиз расписаний движения самолетов из основных
аэропортов стран СНГ показывает, что авиарейсы
на большие расстояния осуществляются в основ-
ном широкофюзеляжными самолетами. Доля уча-
стия в этих работах узкофюзеляжных самолетов
незначительна. Из практики выполнения полетов
среднемагистральными самолетами большой пас-
сажировместимости можно сделать вывод о том,
что для этого используются самолеты Ту-154 и
Боинг-737. Авиационный парк авиакомпаний
стран СНГ, выполняющих рейсы на самолетах
малой дальности, состоит главным образом из са-
молетов Ан-24, Як-40 и Ту-134. Грузовые пере-
возки по воздушным трассам Украины осущест-
вляются обычно пассажирскими ВС. Для перевоз-
ки крупногабаритных грузов используются само-
леты Ил-76, а на трассах местных авиалиний
Ан-24, реже - Ан-12. Доля грузовых перевозок
составляет приблизительно 10 % всех авиаперево-
зок и работ. Легкими самолетами 4-го класса осу-
ществляется около 5 % общего объема авиапере-
возок и работ (в основном при выполнении авиа
химработ).
В последние годы резко уменьшился объем авиа
работ. Происходит также дробление крупных авиа-
предприятий на мелкие авиакомпании, что снижа-
ет их эксплуатационные возможности. Поэтому при
4.8. Методика определения вероятности падения воздушного судна
167
вероятностной оценке риска следует использовать
показатели последнего времени, поскольку увели-
чение выборки за счет использования данных прош-
лых лет (в том числе показателей времен суще-
ствования СССР) значительно искажает картину
статистического анализа.
Важную часть вероятностной оценки риска PR
столкновения ВС с наземными объектами состав-
ляют статистические данные об авиационных проис-
шествиях и результатах их проявления по категори-
ям, принятым в гражданской авиации. Анализируя
эти показатели, можно отметить, что период с
1992 г. (начало существования объединения СНГ)
является переходным. Он характеризируется сни-
жением объема авиаработ и появлением новой
структуры экономической деятельности - авиацион-
но-транспортной системы (АТС), что привело к дез-
организации существовавшей ранее системы го-
сударственного регулирования авиационной де-
ятельности.
Этот период характеризуется значительным
всплеском аварийности. Увеличились относительные
показатели, учитываемые в оценке рисков: КМ] ко-
личество авиационных происшествий на 100 тыс. ч
налета и К. аналогичный показатель количества
катастроф. Усложнилась статистическая выборка
показателей, поэтому требуются особые методичес-
кие подходы к достижению достоверности анализа.
В ряде стран СНГ из-за малых показателей налета
(менее необходимых 2,5 млн ч) эти результаты не-
устойчивы. Например, в группе стран Закавказья сум-
марный налет примерно в 3 раза меньше статисти-
чески требуемого.
Оценка аварийности столкновения ВС с назем-
ными объектами зависит от условий эксплуата-
ции и структуры парка воздушных судов.
Регулярные пассажирские перевозки характе-
ризуются показателями аварийности, которые
практически не изменились со времен СССР и в
Украине соответствуют мировому уровню. Это
сравнительное благополучие объясняется регуляр-
ностью перевозок, осуществляемых тяжелыми
транспортными самолетами с большой пассажи-
ровместимостью, которые эксплуатируются круп-
ными авиакомпаниями с хорошо подготовленным
персоналом и требуемой материально-техничес-
кой базой.
Во всех остальных группах авиаработ и пере-
возок эти показатели значительно хуже. Так, доля
чартерных рейсов на тяжелых транспортных са-
молетах в последние годы достигла 15 % общего
объема пассажирооборота. Однако они выполня-
ются в основном небольшими авиакомпаниями,
не имеющими необходимого опыта и базы. Здесь
для выполнения пассажирских авиарейсов исполь-
зуются даже практически не переоборудованные
грузовые самолеты. Поскольку переходный пери-
од характеризуется также резким снижением жест-
кости и эффективности системы контроля, то по-
казатели безопасности чартерных рейсов суще-
ственно ниже, чем регулярных перевозок самоле-
тами 1-3-го классов.
Аналогично ухудшилось состояние грузовых
перевозок на тяжелых транспортных самолетах,
а также авиаработ на вертолетах и легких само-
летах 4-го класса.
4.8. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ
ПАДЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА
Оценивая риск R [см. формулу (4.11)], столкно-
вение ВС с наземным объектом рассматривают как
весьма редкое событие, для расчета которого обыч-
ные статистические методы не могут обеспечить
необходимую достоверность. Поэтому вероятност-
ный анализ риска дает весьма приближенные ре-
зультаты и оптимистические выводы входят в про-
тиворечие с весомостью второго сомножителя -
возможного ущерба от реализации события.
Оценка рисков столкновения ВС с высотным объек-
том принципиально отличается для приаэродром-
ной зоны и для территории за ее пределами. Без-
опасность полетов в приаэродромных зонах опреде-
ляется документами ICAO и в значительной степе-
ни зависит от наличия и расположения высотных
препятствий [193, 348, 378, 397, 481, 482, 485].
Статистика авиационных катастроф ВС свиде-
тельствует о том, что наибольшая вероятность па-
дения ВС или его столкновения с препятствием
возникает во время посадок и взлетов, т. е. в рай-
оне расположения аэропортов. Особую опасность
представляют собой военные самолеты, полеты
1 68 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИНАЖ СРЕДА*
которых могут осуществляться на низких высо-
тах, в плохих метеоусловиях и без использования
четких авиационных трасс. Поэтому точное удов-
летворение регламентных требований ICAO к стро-
ительству объектов в приаэродромной зоне рас-
сматривается как условие практического исклю-
чения риска столкновения ВС с препятствием.
Однако такая оптимистическая оценка является
недостаточно оправданной для многих существу-
ющих аэропортов (в частности, в Украине).
В соответствии с регламентными требования-
ми необходимо определять положение высотных
препятствий и в дальнейшем вести их мониторинг
с требуемой точностью. Это входит в состав сис-
темного обеспечения полетов - штурманского,
аэродромного, радиотехнического и др. Должна
быть выполнена сертификация всех аэродромов,
элементом которой является определение с рег-
ламентированной точностью координат препят-
ствий в системе WES-84 [482]. Требуемую высо-
кую точность нахождения пространственных ко-
ординат (например, в зоне, прилегающей к ВПП, -
50 см в плане и 30 см по высоте) можно достиг-
нуть, используя технологии геоинформационных
систем (ГИС) и совершенные измерительные при-
боры (электронные тахеометры и т. п.).
В настоящее время в Украине нет еще единой
информационной системы мониторинга высотных
объектов на аэродромных и приаэродромных тер-
риториях, а также средств пространственного мо-
делирования реальной полетной ситуации. Поэто-
му риски следует рассчитывать на основе исполь-
зования консервативных оценок, т. е. вводить ги-
потезы о координатах точек препятствий таким
образом, чтобы свести окончательную оценку к
наименее благоприятному результату. Это являет-
ся гарантией того, что оценка вероятностного столк-
новения ВС с высотным препятствием будет выше,
чем она есть в реальности.
Методика выполнения такой оценки для высот-
ных аэропортовых препятствий не отличается от ме-
тодики моделирования столкновения ВС с высотны-
ми зданиями и сооружениями общего назначения.
Оценка рисков столкновения ВС с высотными
объектами вне приаэродромной территории (во мно-
гих случаях - с весьма ответственными сооружени-
ями) определяется директивно задаваемой ситуаци-
ей. При этом регламентируется аварийный сцена-
рий, а вероятность воздействия ВС на объект счита-
ется абсолютной, т. е. PR = 1 (достоверное событие).
В остальных случаях вероятностный компонент
риска определяется как годовая величина вероят-
ности Рк , год1, падения ВС на заданную площадь
. При этом используются статистические дан-
ные о катастрофах:
(4.12)
i=i
где Р, год-1, - вероятность падения ВС на пло-
щадку из-за i -го характерного признака движе-
ния в аварийных местах; п - количество учитыва-
емых аварийных мест.
Расчетное значение вероятности PR сравнива-
ется с нормативным, регламентированным соответ-
ствующими отраслевыми нормами. В ряде случаев
этот критерий составляет КЕМО-7 год-1. Хотя нор-
мативные критерии назначаются на основе анали-
за статистических данных, рассматриваемые ред-
кие события не поддаются прямым статистичес-
ким обобщениям. Критерии формулируются при
достижении устойчивого среднего значения (5 млн ч
полета) применительно ко всему парку и отдель-
ным типам ВС. Поскольку такой уровень статис-
тики недостижим, то используются альтернатив-
ные подходы: вероятностные методы моделирова-
ния аварийных ситуаций, экспертные оценки, ана-
логи событий в других отраслях и регионах и др.
Научный поиск эффективных методик оценки
вероятности столкновения ВС с наземным объек-
том привел к формированию двух основных под-
ходов [109, 405]:
первый строится на основе использования ма-
тематического аппарата обеспечения безопаснос-
ти полетов, где развитие сценариев возможной
аварии анализируется для рассматриваемой авиа-
транспортной системы (АТС) в виде деревьев со-
бытий и отказов;
второй базируется на статистических данных о ка-
тастрофах ВС, что позволяет определить условную
вероятность падения ВС на заданную площадку.
Вероятность PR падения ВС на объект представ-
ляется в виде произведения двух сомножителей.
Первый из них является некоторой вероятностью
падения ВС на область S, в которой находится объект
исследования. Второй сомножитель представляет со-
бой вероятность падения ВС на заданный для анализа
наиболее опасный элемент объекта (для АЭС - это
энергоблок или другие технологически опасные функ-
циональные части).
4.8. Методика определения вероятности падения воздушного судна
169
Методика оценки вероятности столкновения ВС
с наземным объектом на основе моделирования пове-
дения АТС сводится к анализу переходных процес-
сов при выходе параметров полета за пределы об-
ласти регламентированных режимов - возникно-
вения и развития особых ситуаций (ОС) [357, 405].
По степени опасности ОС характеризуются часто-
той их проявления Р в течение 1 ч полета [109,
355-357, 462]. Различают следующие виды ОС:
усложнение условий полета (УУП; 10 5 < р <10“3);
сложную ситуацию (СС; 10"7 < р < 10“5); аварий-
ную ситуацию (АС; 10 9 < р< 10 7); катастрофичес-
кую ситуацию (КС; р > Ю9).
Статистические показатели проявления ОС
являются основой для оценки уровня безопаснос-
ти полета (УБП) - характеристики АТС, опреде-
ляющей вероятность невозникновения КС. В оцен-
ке риска падения ВС на объект используются ста-
тистические и вероятностные критерии.
Вероятностные (аналитические) критерии УБП
определяют вероятность Д,БП(/) благополучного
завершения полета при введении таких частных
аналитических критериев вероятности независи-
мых событий, как (/) - отказ техники; Рп (1) -
ошибки летного персонала; Р(Р)- воздействия
внешних неблагоприятных условий:
РУБП(0 = Рт(0Рп(0Ру(0. (4.13)
Применение вероятностного моделирования
падения ВС, в отличие от использования статис-
тических критериев, позволяет не только конста-
тировать УБП, но и управлять рисками, указывая
путь повышения УБП. Здесь реализуется систем-
ный анализ итеративного процесса состояний ВС,
исходными данными для которого служат аварий-
ные факторы (АФ), обычно возникающие как комп-
лексные ситуации.
Вероятностная модель состояний АТС - это слу-
чайная непрерывная функция (процесс), характе-
ризующаяся многомерным распределением веро-
ятностей для фиксированных моментов времени.
Практика анализа УБП показывает, что достовер-
ных результатов можно достигнуть, упрощая гро-
моздкую исходную функцию вероятности путем
замены ее частными типами случайных процессов.
Вычисления упрощает использование марковского
случайного процесса, в котором вероятность любо-
го состояния системы в будущем зависит только от
ее состояния в настоящее время [462]. Его распре-
деление в момент tj выражается через распределе-
ние в предшествующий момент (ly.) < tj J неза-
висимо от истории развития процесса.
На основе математического аппарата анализа
марковского процесса с дискретным числом состоя-
ний и непрерывным временем разработана вероят-
ностная модель процесса изменения УБП, который
может завершиться катастрофической ситуацией
[109]. Рассматривается конечное число дискретных
состояний некоторой системы и (и0, и2,..., ип )
и указываются возможные пути перехода между со-
стояниями [462].
Соблюдается следующая закономерность: если в
какой-либо момент времени tQ система находилась
в состоянии и;, то, независимо от своего поведения
до этого момента, она через время t с вероятностью
/’ (г) переходит в состояние w;. Обозначим через
/’(г) вероятность того, что в момент времени t сис-
тема и будет находиться в состоянии uj, последова-
тельно изменяясь, начиная с исходного (заданного)
состояния. Для любого момента времени сумма ве-
роятностей состояний равна единице:
1=0
(4.14)
Задача состоит в определении для любого г,
вероятности состояний P0(t), Р}(Р), ..., P„(t).
Для однородного марковского процесса ин-
тенсивности переходов не зависят от време-
ни, а вероятности состояний /’(г) удовлетворя-
ют системе дифференциальных уравнений Кол-
могорова, описывающих рассматриваемую сис-
тему [109].
Процесс «чистого размножения» возникает
только в том случае, если возможные переходы си-
стемы с некоторым числом состояний представля-
ются в виде последовательности и0 —» их —> и2 —>
и; -4 и|+| —4... и переход из состояния
и( возможен только в состояние и, + 1 . Если обо-
значить \ ,+1 через , то систему дифференци-
альных уравнений для вероятностей состояний мож-
но записать в виде
dt ° °’
dP
-1=Х0Д-Х,/];
dt
at
(4.15)
170 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГА ТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ < ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА
Другим распространенным типом марковско-
го процесса является процесс «гибели и размно-
жения». В этом случае
X, при
\ =1М, при
О при
У=«+1;
j='-1;
j-i + l, г-1.
(4.16)
Если система из состояния w, может перейти либо
в состояние с номером на единицу больше, либо в
состояние с номером на единицу меньше, то этот
процесс описывается системой уравнений
. й0+Ц| Pt;
at
, +ЦЛ+|/)+1
at
Начальные условия: t = 0; Ро = 1; Р} = Р2 = ... =
=Л = о-
В соответствии с приведенной общей методикой
разработан граф состояний АТС, в котором указыва-
ются все возможные состояния и их взаимные пере-
ходы (рис. 4.5). Построенное разрешающее уравне-
ние Колмогорова в левой части содержит производ-
ные вероятности состояния АТС, а в правой - столько
членов, сколько стрелок связано с ее состоянием [109].
Рис. 4.5. Граф состояний АТС
Функционирование АТС моделируется марков-
ским процессом типа «гибель и размножение» с
максимальным числом возможных состояний в
виде вершин графа состояний и их переходов (см.
рис. 4.5): рекомендуемый режим полета — состоя-
ние Ро (0; УС - Рх (t); СС - Р2 (t); АС - Р3 (г);
КС — Рл (t). Количественные значения условных
вероятностей перехода оцениваются коэффициен-
тами и соответственно для «размноже-
ния» (повышения состояния) и «гибели» (пони-
жения ранга).
Полученная замкнутая система АТС позволяет
анализировать УБП при проявлении АФ или их
комплексов на любом этапе процесса. Результа-
том вычислений является количественное значе-
ние вероятности пребывания АТС в рассматрива-
емом состоянии. Рекомендуемый режим полета
принимается за начальный уровень оценки УБП,
который при необходимости можно совместить с
более высоким по рангу состоянием.
Система дифференциальных уравнений Кол-
могорова для графа состояний АТС имеет вид [ 109]:
( V + V + V оз + V.«) Р. (>) + Р, (') +
+ МьЛ (')+х..1чЛ (')+Х,кЛ (') = Р. (');
(')-(ho + V12 +Х/.3 +KrJP(,') +
+ Х1р,1Р,(г) + Х,р3,Р3(г) + Х|р41/’4(г) = Pt(t):
K<rir.P(t) + \rnP,(,)-(P<P20 + Х2^23 +
+ (?) + Х2ц3,Р( (;) + Х2ц4,Р4 (г) = Р, (г);
.(4.18)
К, г,„ Р, (t) + X, г,3Р} (г) + X, к, Р (г) - (Х„р+ Х,р3, +
+ Х2р32 + Х,р34) 1\ (г) + Х3р4,/'4 (г) = Р} (г):
МЛ (О + ^з^Р, (O+VjZ (')“
- (\.И» + А,и4, + Х,Ц42 + Х3Р42)Р4(П = Рй).
Для решения системы дифференциальных урав-
нений (4.18) зададим начальные условия: Ро =1;
^=Р2 = Р3 = Р4=0.
Чтобы получить значения вероятностей пребы-
вания АТС в принятых состояниях, воспользуем-
ся численным методом Рунге-Кутта, который по-
зволяет получить решение системы уравнений для
фиксированных моментов времени t.
Предположим, что анализ осуществляется в те-
чение одного производственного цикла - полета
ВС, а начальные условия соответствуют допуше-
4.8. Методика определения вероятности падения воздушного судна
171
нию о выполнении полета в ожидаемых условиях
эксплуатации.
Основными характеристиками, описывающи-
ми переходы между состояниями, являются пара-
метры и .
Условная вероятность перехода состоит
из двух компонентов. Параметр Х; - количествен-
ное значение частоты проявления отказов различ-
ной природы основных элементов АТС. Параметр
т - вероятность перехода АТС в состояния УС,
СС, АС, КС по возрастанию ранга опасности. Па-
раметр Х^у является количественной оценкой ве-
роятности развития ситуации в направлении воз-
растания степени опасности. Параметр Цу, - ко-
личественная характеристика вероятности перехода
АТС в состояния в направлении снижения ранга
опасности. Определение количественных значений
и Х;Цу(. является предварительным этапом
расчета распределения вероятности при проявле-
нии АФ с помощью системы дифференциальных
уравнений (4.18).
Вероятность падения / -го ВС определяется с
использованием зависимости
^ = л(л)‘Л(4/С), (4.19)
где р,(Д) - вероятность катастрофы ВС при по-
лете по авиатрассе в воздушной обстановке рас-
сматриваемого объекта; /?,(А/С) — условная ве-
роятность падения ВС на объект с некоторой за-
данной площадью в результате катастрофы при
полете по авиатрассе.
Вероятность р, (А) определяется по формуле
р,.(А) = 1-ехр(-А,р,"), (4.20)
где А, интенсивность полетов ВС по авиатрассе
в воздушной обстановке объекта; р" - вероятность
возникновения катастрофы в полете.
Расчетная вероятность падения ВС определя-
ется с использованием численных и статистичес-
ких методов, принятых в ГА [193].
Совместное использование статистических и
численно-аналитических методов расчета вероят-
ности падения ВС имеет некоторые особенности,
в частности:
к рассмотрению принимается конкретное ВС
и реальное состояние основных компонентов АТС
с учетом ожидаемых условий эксплуатации в рай-
оне расположения объекта;
вероятность падения определяется вероятнос-
тью пребывания ВС в состоянии Кс.
Значения коэффициентов Х; вычисляются на
основании статистической обработки отказов ос-
новных компонентов АТС (проявлений АФ), ре-
зультатом которых стало возникновение на борту
воздушного судна ОС. Переходные коэффициен-
ты графа состояний АТС Х( /г характеризуют воз-
можность развития ОС.
Для анализа отказов основных компонентов
АТС за период 1 год принимаются статистичес-
кие данные.
Исходные данные относятся к периоду экс-
плуатации компонентов АТС, для которого спра-
ведлив нормальный закон распределения отказов.
Принятый для рассмотрения период времени пред-
полагает использование единицы измерения год1,
однако при описании коэффициента Х( целесо-
образно использовать единицу измерения ч1.
Успешные действия экипажа и функциональ-
ных защитных систем характеризуют возможность
парирования ОС за расчетный период времени.
По полученным данным определяется веро-
ятность парирования особых ситуаций, которая
описывается значениями переходных коэффици-
ентов ЦуУ. Количественная оценка вероятности
падения ВС определяется графом состояний АТС
(см. рис. 4.5) и системой дифференциальных урав-
нений (4.18) при вычислении переходных коэф-
фициентов \ rtj и . Это позволяет вычис-
лить распределение вероятности P4(t) пребывания
ВС в состоянии КС для фиксированных момен-
тов времени t.
Результаты расчета приводятся для самого не-
благоприятного [максимального значения Р4(г)]
момента времени нахождения ВС в воздушном
районе объекта.
Методика определения условной вероятности
падения ВС на заданную, нежелательную для это-
го, площадь основывается на предположении, что
падение происходит в области 5 объекта.
При полете по прямолинейной трассе и паде-
нии ВС случайная величина, представляющая со-
бой отклонение точки падения от трассы ВС, яв-
ляется распределенной по некоторому закону, где
математическое ожидание соответствует точке про-
хождения трассы.
В случае различной интенсивности движения
по двум трассам суммарная плотность распреде-
ления вероятности расположения точки падения
определяется суммированием двух функций рас-
пределения с весовыми коэффициентами, пропор-
циональными интенсивности.
1 72 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ -СРЕДА
Аналогичным образом можно построить функ-
цию плотности распределения вероятности рас-
положения точки падения для двухмерной облас-
ти, представляющей собой область объекта 5.
Поскольку вероятность попадания точки в неко-
торую зону определяется интегралом по этой зоне
от функции f плотности распределения вероятнос-
ти, то отношение
является отноше-
нием вероятности попадания точки падения в опас-
ную зону к вероятности попадания точки падения в
выделенную вокруг АЭС область S.
Пронормировав плотность вероятности f как
jfdS = 1, получим условную вероятность паде-
5
ния ВС в опасную зону АЭС Д=] fdS .
е
Область вокруг АЭС слишком мала, чтобы по
статистическим данным для нее можно было пред-
сказать вероятность падения ВС. Поэтому для на-
копления авиационной статистики используются
данные об Украине, с которой объединены в одну
группу Молдова и Беларусь.
Вероятность падения ВС в окрестностях объекта
можно определить на основе имеющихся статис-
тических данных о катастрофах для зоны с на-
копленной статистикой. Интегральное соотнесе-
ние этих двух зон выполняется по показателю ин-
тенсивности воздушного движения, т. е. по обще-
му налету воздушных судов над той или иной тер-
риторией за один и тот же промежуток времени,
например, за год или за месяц.
На следующих этапах определения условной
вероятности падения ВС в нежелательную область
при условии падения самолета в области объекта S
выполняются такие задачи:
в пределах окрестностей объекта строится за-
кон распределения вероятностей для каждого из
маршрутов (если неизвестный заранее масштабный
множитель по сравнению с каноническим законом
распределения несуществен, важно соблюдать пра-
вило: множитель пропорционален интенсивности
движения по трассе);
определяется суммарная плотность распреде-
ления;
вычисляется интеграл от полученной суммар-
ной плотности распределения по выделенной об-
ласти 5 объекта;
нормируется плотность распределения так, что-
бы интеграл по выделенной области 5 стал рав-
ным единице;
вычисляется интеграл от полученной функции
по области опасной зоны, нежелательной для па-
дения самолета; его значение является исходной
условной вероятностью.
4.9. НАГРУЗКИ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ
ВОЗДУШНЫХ СУДОВ С НАЗЕМНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
Назначение типа и интенсивности нагрузок при
столкновении ВС с наземными объектами, которые
характеризуются высоким уровнем ответственности,
регламентируется основным требованием консерва-
тивности результатов. В соответствии с отраслевыми
нормами расчета, динамические и эквивалентные им
статические нагрузки задаются большей интенсив-
ности, чем реальные, для компенсации уровня не-
знания сути этих редких событий [108]. Такая осто-
рожность диктуется значительной величиной ком
понента Мк [см. формулу (4.11)]. Она способствует
существенному повышению уровня защитных меро-
приятий и приводит к увеличению экономических
затрат на строительство и эксплуатацию сооружения.
Возможное столкновение ВС с наземным объек-
том представляется в двух основных вариантах.
В первом рассматривается падение ВС на объекте
результате КС, что чаще всего регламентируется
отраслевыми нормами. Во втором варианте веро-
ятностная часть сценария столкновения ВС с объек-
том исключается, событие считается достоверным
(PR = 1) и моделируется экстремальное воздействие
ВС в результате террористического акта или воен-
ных действий.
В определении уровнй риска расчетные критерии
во многих отраслях регламентируются в зависимости
от расположения потенциальных источников опас-
ности объекта [109]. В расчеты вводится понятие ве-
личины дистанции отбора (ВДО), определяющее об-
ласть, в пределах которой интенсивность нагрузки
(опасности) уменьшается от максимального значе-
ния в центре воздействия до нуля на его границе.
4.10. Методы вероятностно-детерминистического моделирования разрушения наземного объекта
Основным параметром в вероятностном анализе
является уровень отбора по вероятности (УОВ), кото-
рый сравнивается с нормативным значением и не
учитывается, если оказывается меньше его. Исполь-
зуется также величина вероятности, закладываемой в
проект (ВВЗП), которая является граничным крите-
рием вероятности, обязательной для рассмотрения.
Моделирование столкновения ВС с препятстви-
ем на первом этапе требует представления конст-
рукции ВС в виде динамической нагрузки большой
интенсивности, которая задается рядом параметров,
зависящих от вида предполагаемого анализа. В боль-
шинстве случаев детерминистического моделирова-
ния основными исходными данными являются масса
самолета т и его скорость и. В СССР требовалось
учитывать т = 20 т, г> = 200 м/с; в Германии - для
военного самолета т=20 т, и = 200 м/с; в Швеции -
для легкого самолета т = 5,7 т, v = 45—130 м/с; в
Швейцарии - для тяжелого самолета т = 90 100 т,
v=85-100 м/с.
При расчете строительных конструкций само-
летную нагрузку в зависимости от принимаемой
модели КС можно представить в виде:
воздействия всей массы ВС, располагаемого
наиболее опасным способом на площади объекта
(экстремальный вариант);
воздействия отдельных частей ВС, в том числе
осколков (при фрагментации самолета);
дополнительных эффектов воздействия на объект
в пределах ВДО (взрывы и возгорание аэропорто-
вых складов или транспортных средств; вибрация
основания и др.).
Моделирование нагрузок обычно носит кон-
сервативный характер, поскольку реальный про-
цесс соударения различных типов ВС с наземны-
ми объектами имеет много особенностей. Пара-
метры нагрузки зависят от углов атаки ВС, скоро-
сти соударений, распределения масс и других
факторов. Конструкции ВС и наземной преграды
могут представляться жесткой или деформирую-
щейся системой, элементы которой перемещают-
ся с разными ускорениями. Это приводит к обра-
зованию различных вариантов динамики, интен-
сивности и положения сил, распределения масс и
энергии деформирования, к возникновению виб-
рационной, температурной нагрузок и т. д.
Постановки динамической контактной задачи
последовательно усложняются. Нагрузки изменяются
от простейших вариантов штампового статического
давления до динамического ударного воздействия
жесткого ударника на препятствие или жестко-
пластического стержня с распределенной по длине
массой. На заключительном этапе самолет представ-
ляется минимально упрощенной сминающейся обо-
лочечной конструкцией. Составная система соударя-
ющихся объектов моделируется с учетом гео-
метрической и физической нелинейностей, а также
этапов разрушения конструктивных элементов.
Необходимо моделировать фазы и области взаимо-
действия, пиковые и плавные нагружения и другие
особенности контактной задачи. Для этого следует
использовать простые графики и эмпирические
формулы на начальном этапе и развитые простран-
ственные схемы - при завершении процесса.
На начальном этапе определения нагрузок на
объект рассматриваются фазы движения самоле-
та, которые описываются физической и матема-
тической моделями масс в траекторной системе
координат. При развитии процесса КС возника-
ют воздействия, которые вызываются взрывом топ-
лива на поверхности объекта или внутри его кон-
структивной структуры, а также пожарами. Отказ
(частичный или полный) строительной системы
является исходным негативным фактором форми-
рования задач моделирования вторичных фаз сце-
нариев, вызванных нагрузками от летящих пред-
метов, падающих масс, высоких температур, выб-
росов опасных материалов и др.
4.10. МЕТОДЫ ВЕРОЯТНОСТНО-ДЕТЕРМИНИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
РАЗРУШЕНИЯ НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА
Основным способом получения достоверных
результатов определения ущерба М/; в оценке
рисков является моделирование негативного сцена-
рия разрушения наземного объекта при последова-
тельном изменении расчетных схем конструктив-
ной структуры. При этом обычно реализуются два
параллельных процесса анализа:
последовательное усложнение расчетных схем
от получения начальных весьма приближенных
оценок до использования достаточно развитых
174 4 АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНОЭКИНАЖСРЕДГ
физических и математических моделей, позволя-
ющих определять ущерб Мк с высокой степенью
достоверности;
итерационное моделирование процесса нега-
тивных воздействий в сценарии разрушения струк-
туры наземного объекта при прохождении всех
характерных промежуточных этапов (отказов).
Для решения этих задач могут использоваться
многочисленные разветвления весьма развитой
современной методологической базы различных
научных дисциплин, среди которых в данном слу-
чае ведущую роль играет прикладная механика и
методы анализа надежности конструктивных сис-
тем. Однако все существующие научные подходы
страдают общим недостатком: они, как правило,
разрабатывались для обеспечения допредельной
надежной эксплуатации объектов и с помощью
соответствующих критериев их работа в расчетах
не доводилась до этапа разрушения и других экст-
ремальных запредельных состояний. Однако при
использовании прикладных теорий рисков необ-
ходимость оценки ущерба М р требует реализации
именно такой постановки исследований.
Особенно усложняются задачи при анализе объек-
тов повышенной опасности [198]. Экстремальные и
другие ответственные объекты, относящиеся к этому
классу, отличаются настолько высокой сложностью,
что регламентированные методики [357] оказыва-
ются неприемлемыми. Для оценки рисков негатив-
ных последствий воздействия ВС на сложный объ-
ект повышенной опасности требуется выполнение
интенсивных разработок наукоемких средств ком-
плексного анализа, позволяющих с достаточной
точностью решать поставленную задачу [63, 108,
109, 353, 355. 356, 405. 447. 451. 867].
Вероятностные методы рассматриваются как наи-
более перспективная основа таких исследований,
поскольку они стали обобщающим межотраслевым
направлением в определении количественной оцен-
ки риска негативных последствий [378, 397, 485].
Критериальные величины представляются в виде
произведения вероятности проявления аварийных
процессов и уровня опасностей, оцениваемых по
параметрам выбросов и загрязнений, мощностям
экспозиционных доз и другим основным негатив-
ным показателям. Эти показатели затем приводят-
ся к экономическому масштабу прямых и косвен-
ных затрат на гипотетическое полное восстановле-
ние доаварийного состояния или на реальную лик-
видацию последствий аварии.
Возможности вероятностного аппарата ограни-
чиваются по трем основным причинам.
Во-первых, такая методология базируется на по-
ложениях классической теории надежности, пред-
назначенной для исследований однотипных объек-
тов. Все ее рекомендации по обеспечению эксплуа-
тационных технологий и созданию необходимых
ресурсов резервирования и восстановления стро-
ятся с помощью сбора данных об отказах, испыта-
ниях, контроле работоспособности, статистических
обобщениях и прогнозах на представительном мно-
жестве стандартных элементов. При таком подходе
получаются характеристики, усредненно отражаю-
щие качества совокупности объектов. Однако прог-
нозирование индивидуальной надежности экстре-
мального объекта приводит к существенной погреш-
ности результатов.
Вторая причина, препятствующая реализации
отраслевых методик, обусловлена тем, что они
сформированы для анализа действующих блоков
(например, АЭС), где технологические операции
принципиально отличаются от процессов на объек-
те, находящемся в запредельном состоянии.
Анализ истории формирования методологии
оценки возможного риска промышленных реакто-
ров и нормативной базы исследований других объек-
тов повышенной опасности позволяет установить
третью причину. Она состоит в том, что регламен-
тированные методики существенно устарели и на-
ходятся на уровне отживших идей максимально воз-
можных событий, глубокоэшелонированной оборо-
ны и других неэффективных концепций.
Детерминистические методы являются альтерна-
тивным направлением, потенциально пригодным
для исследования риска. Этот подход приводит к
однозначным оценкам многочисленных вариан-
тов развития негативных механизмов. Стохасти-
ческая природа исходных данных учитывается при
формировании нормативных критериев и проект-
ных параметров, но вероятностные характеристи-
ки в вычислениях отсутствуют, и математические
модели считаются адекватными исследуемым про-
цессам. Однако попытки строгой реализации де-
терминистических методик также заканчиваются
неудачей, поскольку невозможность преодоления
неполноты и некорректности постановок гранич-
ных задач на существующем уровне базы данных
объекта исключает применение стандартных рас-
четных схем и средств реализации дискретных и
функциональных аналитических аппаратов.
4.10. Методы вероятностно-детерминистического моделирования разрушения наземного объекта
Гибридные методы часто становятся выходом из
ситуации, когда отдельные компоненты системно-
го анализа оказываются недостаточно универсаль-
ными. В наиболее эффективных вариантах иссле-
дований динамическая система рассматривается в
развитии причинно-следственного процесса фраг-
ментами детерминистического и стохастического
моделирования. Согласование этих взаимодопол-
няющих подструктур в общем алгоритме позволя-
ет решать локальные задачи как связанные разде-
лы проблемы.
Комплексные подходы в настоящее время реа-
лизованы лишь в исследованиях объектов и произ-
водственных процессов, где сравнительно просто
учитываются требования дефектности, четкости,
корректности и полноты математической постанов-
ки задачи. Такие упрощенные аналоги могут толь-
ко указывать на принципиальную возможность ре-
ализации гибридных подходов, но их осуществле-
ние требует преодоления значительных трудностей.
Методы экспертных оценок в практике иссле-
дований экстремальных объектов являются ско-
рее доминирующей альтернативой, чем дополне-
нием к численным методам [108, 451]. Такому
положению способствует наличие развитой базы
теоретико-множественных экспертных подходов,
различных относительно чувствительности упоря-
дочения объектов по предпочтению (приведение
к единому масштабу, введение весовых коэффи-
циентов для субъективных оценок в зависимости
от квалификации и информированности каждого
эксперта и для оценки в ранговых или балльных
шкалах, попарные сравнения с применением би-
нарных соотношений, агрегирование количествен-
ных или качественных показателей с учетом кар-
динальных предпочтений и правила большинства
и др.). Хотя выполнение процедурных условий и
не вызывает сложностей, но основным требова-
ниям формирования состава экспертной группы
при существующем уровне индивидуальных и об-
щих знаний об экстремальном объекте (например,
об объекте «Укрытие» Чернобыльской АЭС) удов-
летворить практически невозможно.
Поэтому этап преобразования «внешних» про-
явлений в «глубинные» показатели в варианте экс-
пертных оценок может привести к существенным
ошибкам, когда усредненные выводы оказывают-
ся хуже индивидуального прогноза. «Богатство»
методов обобщения отдельных заключений может
только завуалировать, но не исправить сравнитель-
ную «бедность» этого подхода: точность варианта
экспертных оценок может лишь приблизиться к
точности численного моделирования.
Метод ретроспективного анализа используется
в качестве базового при разработке расчетной мо-
дели объекта с учетом истории его существования
и последовательного изменения конструктивной
структуры [108, 451]. Реализация методики позво-
ляет получить не только точечные, но и множест-
венные оценки вектора состояния системы, раз-
мерность которого может превосходить количе-
ство непосредственно измеряемых выходных пе-
ременных систем.
Сертифицированные программные средства, реа-
лизующие методы системного анализа, использу-
ются практически во всех разделах исследований
экстремальных объектов. Применяются эффектив-
ные компьютерные технологии и наиболее совер-
шенные версии программных комплексов, регла-
ментированных во многих странах не только как
стандартные средства производственного назначе-
ния, но и как многоцелевые разработки научного
сопровождения решения проблем экстремальных
объектов атомной энергетики и других отраслей.
Однако применение даже такого мощного ар-
сенала показывает, что реальные возможности
программ существенно ограничиваются при учете
специфики поставленной задачи. Серьезные за-
труднения возникают на каждом этапе анализа.
Например, подключение к системе мировых метео-
центров позволяет составить аргументированный
прогноз движения и осаждения пылевого облака
после выброса из объекта «Укрытие» (ОУк), но
при этом оказывается, что моделирование ключе-
вой фазы формирования облака внутри и вблизи
ОУк не имеет необходимого методического обес-
печения.
Анализ существующих программных средств
показывает, что только в некоторых из них есть
зачаточные подструктуры алгоритмов оценки риска
(в частности, этапа определения обобщенной ре-
акции объекта на деградационные и экстремаль-
ные воздействия). В специализированных програм-
мах детерминистического расчета конструктивных
систем развиты ветви нелинейного анализа дефор-
мирования элементов до их нормативных предель-
ных состояний. Но, несмотря на существование
фундаментальной базы механики разрушения кон-
струкций, эти комплексы не ориентированы на
моделирование следующих запредельных стадий
176 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА
накопления повреждений, обрывов связей, боль-
ших перемещений и падений фрагментов с пре-
вращением их в источники импульсного нагруже-
ния изменяющейся структуры. Соответственно в
средствах реализации вероятностных методов не-
достаточно проработаны аналогичные алгоритмы
переходных процессов и логических деревьев со-
бытий (отказов).
Оценка методов системного анализа, приме-
няемых для исследований безопасности, пока-
зывает, что достижение достоверности резуль-
татов требует не столько строгого следования
действующим нормативным документам, сколь-
ко проблемного развития общих принципов и
наукоемких методов, представленных в настоя-
щее время только на уровне отраслевых реко-
мендаций. Необходим последовательный пере-
смотр отраслевой нормативно-технической и
методологической базы, что должно быть одним
из ключевых моментов выполнения экспертиз
текущего и прогнозируемых состояний объек-
тов повышенной опасности.
На каждом этапе анализа система может пред-
ставляться моделями различной сложности, но в
связи с высокой неопределенностью ее характерис-
тик уровень абстрагирования должен тщательно
обосновываться. Получение требуемой точности
результатов анализа обусловливается дифферен-
цированной минимизацией погрешностей отдель-
ных групп исходных параметров и корректностью
математической постановки задачи, а также за-
висит от качества всех разделов проводимых ис-
следований.
На основе анализа существующих средств оцен-
ки рисков сформулирован вывод о том, что для
исследования объекта при воздействии на него ВС
целесообразно использовать рациональное соче-
тание методов [193, 482, 498]:
проблемно-ориентированного, инструменталь-
ного, экспериментального и обследовательского
формирования базы данных;
корректного численно-модельного (вероятност-
ного и детерминистического) анализа риска при
максимально возможном расширении области его
применения;
экспертных оценок исходных, промежуточных
и результирующих данных при минимизации этой
части анализа.
В результате определяется обобщенная реак-
ция объекта как метод моделирования развития
штатных и экстремальных ситуаций в аварийные
процессы с негативными последствиями.
Основным средством анализа является метод
конечных элементов, который в наибольшей сте-
пени приспособлен для определения сложных
процессов деформирования. Для исследования
массивных элементов и концентрации напряже-
ний используется численно-аналитический ме-
тод потенциала, позволяющий принципиально
уменьшить размерность разрешающих уравнений
по сравнению с другими методами, требующи-
ми дискретизации всей расчетной области. Не-
стационарное взаимодействие твердых тел с
жидкостью или газом под влиянием быстро из-
меняющихся нагрузок описывается разностны-
ми методами численного моделирования полиаг-
регатных сред.
Оценка возможных негативных последствий и
выработка управляющих решений завершают про-
цесс анализа риска. Для этого моделируются ха-
рактерные варианты реализации исходных собы-
тий с развитием процессов, приводящих к ава-
рийным отказам компонентов системы.
Основным разделом является определение по-
следствий обрушения конструктивной структуры
(например, выброс радионуклидов в окружающую
среду). При этом:
рассматриваются наиболее вероятные сценарии
разрушения несущих и ограждающих конструкций;
из этих сценариев выделяются варианты, пред-
ставляющие собой особую опасность;
анализируется динамическое напряженно-дефор-
мированное состояние объекта при развитии аварии;
определяются критические участки структуры
и параметры переходных процессов, которые сле-
дует учитывать при организации мониторинга
объекта;
учитываются опасные последствия (например,
исследуются фазы подъема пыли при обруше-
нии конструкций, формирования токсического
или радионуклидного облака, его перемещения
и оседания).
В условиях мегаполисов особое значение при-
обретает оценка влияния расположения высот-
ного сооружения, разрушение которого может
вызвать аварийные ситуации на соседних объек-
тах. Эти предпосылки требуют организации на-
дежных систем предупреждения столкновения ВС
со зданиями и сооружениями на основе монито-
ринга и непрерывного прогнозирования.
4.1 /. Оценка риска падения воздушного судна на атомную электростанцию
177
4.11. ОЦЕНКА РИСКА ПАДЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА
НА АТОМНУЮ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЮ
Необходимо определить уровень риска, как го-
довую вероятность падения ВС на энергоблок АЭС
на основе консервативных оценок 1109].
Исходные данные о воздушной обстановке в райо-
не расположения АЭС. Общие сведения об авиацион-
ных трассах, которые проходят над АЭС, необходи-
мо брать из каталогов аэронавигационных и полет-
ных карт, где указываются основные характеристики
трасс и их координаты. При этом следует учиты-
вать трассы, проходящие на расстоянии до 25 миль
(46,3 км) от АЭС. Для основной части самолетов
это расстояние не превышает 25 км 1193, 405].
При решении задачи определения радиуса зоны
падения самолета, летящего по трассе, не прохо-
дящей через объект, следует учитывать:
планирующие свойства самолета, определяемые
качеством крыла;
возможное боковое отклонение от оси трассы
планирующего самолета, частично утратившего
свои аэродинамические свойства.
В расчет принимается вертикальная составля-
ющая скорости падения самолета 80 м/с, что со-
ответствует максимальной скорости снижения са-
молета, при которой он сохраняет свои аэроди-
намические свойства. Будем считать, что паде-
ние происходит с высоты 10 000 м. Время падения
составит 10 000 / 80 = 125 с. Консервативно при-
нимаем горизонтальную составляющую скорос-
ти 200 м/с. Тогда расстояние падения составит
200 • 125 = 25 000 м.
В районе АЭС падение самолета в зону атомных
реакторов возможно только при совпадении одного
из факторов, вызывающих непарируемое изменение
направления полета (например, отказ одного из дви-
гателей) с дальнейшим его падением. С учетом того,
чтоу падающего самолета сохраняются несущие свой-
ства крыла и фюзеляжа, вертикальная скорость па-
дения гражданского ВС не будет превышать 80 м/с.
В этом случае при крейсерских скоростях полета
самолетов ГА (от 500 км/ч - самолетов типа Як-40
до 800 900 км/ч - самолетов типа Як-42, Ил-86) су-
ществует вероятность падения с боковым отклоне-
нием от трассы 15-25 км в зависимости от высоты
полета (с учетом допускаемой навигационной ошиб-
ки при полете по трассе ±5 км).
В зоне ±25 миль от центра одной из АЭС, вве-
денной в наш анализ в качестве примера, прохо-
дит ряд авиационных трасс, характеристики кото-
рых приведены в [378].
В исходные данные для анализа входят еще
некоторые параметры. В частности, расстояние от
аэропорта (центра ВПП) до центра АЭС состав-
ляет около 60 км. Зона АЭС располагается на гра-
нице района ответственности заданного диспет-
черского узла. Направление взлета и посадки в
этом аэропорту строго противоположно направ-
лению на АЭС. Поскольку ближайший городской
аэропорт находится на расстоянии более 40 км, то
анализировать влияние возможных авиационных
событий, связанных со взлетно-посадочными опе-
рациями в аэропорту, на безопасность энергобло-
ка АЭС нет необходимости [405, 555].
Типы воздушных судов, эксплуатирующих авиа-
ционные трассы, соответствуют общей классифи-
кации основных видов авиаперевозок и работ.
Движение самолетов из основных аэропортов
СНГ и трасс регулярных пассажирских перево-
зок, осуществляемых магистральными широко-
и узкофюзеляжными самолетами, не затрагивает
воздушное пространство над районом АЭС. Все
трассы, которые могут служить источником опас-
ности падения самолета на АЭС, являются трас-
сами местных авиалиний. По наиболее оживлен-
ным трассам выполняются регулярные и чартер-
ные рейсы.
Высокие трассы над районом атомной элект-
ростанции используются как транзитные, по ко-
торым могут осуществляться полеты в Италию,
Грецию, Турцию, в страны Ближнего Востока и
Африки из Белоруси, Прибалтики, Санкт-Петер-
бурга, некоторых городов севера России и т. д.
Наиболее оживленные высокие трассы могут ис-
пользоваться для полетов в страны Западной Ев-
ропы из Киева и аэропортов центральной зоны
России, а также из стран Центральной Азии и
Дальнего Востока.
Анализ маршрутов, проходящих в районе АЭС,
показывает, что при оценке ее безопасности от воз-
можного падения пассажирского ВС необходимо
ориентироваться на среднемагистральные самоле-
ты большой пассажировместимости Ту-154 и Бо-
инг-737 (15-20 %) и на самолеты малой дальности
полета Ан-24, Як-40 (60-65 %) и Ту-134 (5-10 %).
Необходимо учитывать также самолеты Як-42, F-50,
12 8-470
178 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ СРЕДА
RJ-145, L-410, хотя их доля в интенсивности поле-
тов пассажирских самолетов в районе АЭС не пре-
вышает 3-5 %.
Грузовые перевозки по воздушным трассам,
проходящим в районе АЭС, реализуются пассажир-
скими ВС, но для перевозки крупногабаритных
грузов привлекаются самолеты Ил-76. По трассам
местных авиалиний курсируют самолеты Ан-24,
реже - Ан-12. Доля грузовых перевозок составляет
около 10 % всех авиаперевозок и авиаработ.
На основе информации Государственного де-
партамента авиационного транспорта об интенсив-
ности полетов по трассам, расположенным в рай-
оне АЭС [378], рассчитаны ежемесячная и еже-
годная интенсивности движения по каждой трас-
се. Анализ интенсивности движения определяет
наиболее и наименее загруженные трассы.
Данные об интенсивности движения приведе-
ны за семимесячный период - с марта по октябрь
2003 г. Расширять период сбора данных с учетом
предшествующих лет нет смысла, поскольку эти годы
характеризовались существенным непостоянством.
Например, данные, полученные в период с 17 марта
по 11 октября 2003 г., соответствуют постоянной
интенсивности движения за 2003 г. Интенсивность
полетов может резко изменяться, поэтому учет дан-
ных за слишком большой период времени привел
бы к влиянию на окончательный результат той ста-
тистики, которая уже не действует.
Для оценки риска негативных последствий па-
дения ВС, выполняющих полеты над районом
АЭС, используются динамические и весовые ха-
рактеристики самолетов, а также данные об их
аварийности при выполнении полетов [109].
Расчет вероятности падения воздушного судна на
энергоблок. В соответствии с методикой, изложен-
ной в п. 4.8, выполняем два варианта определения
вероятности падения ВС, эксплуатирующих воз-
душное пространство над АЭС [109]. Для сокра-
щения объема выкладок ограничим их двумя наи-
более весомыми группами: регулярными рейсами
среднемагистральных самолетов большой пасса-
жировместимости Ту-154 и В-737 (группа I) и чар-
терными рейсами дальне- и среднемагистральных
самолетов большой грузоподъемности Ан-124 и
Ил-76 (группа 2).
Исходные данные об интенсивности отказов
АТС относятся к периоду эксплуатации ВС, для
которого справедлив нормальный закон распре-
деления отказов.
В общем налете за 10 лет 6,6 млн. ч доля само-
летов первой группы составляет 1,254, а самоле-
тов второй группы - 1,980 млн ч.
Вероятность падения ВС в районе расположе-
ния АЭС определяется средним временем полета
по расчетным участкам авиатрассы в зависимости
от воздушной обстановки и технических характери-
стик ВС. Самолеты первой группы будут находить-
ся на расчетном участке в среднем 11 мин, а второй
группы - 16 мин. Количественная оценка вероятно-
сти падения ВС определяется временем пребыва-
ния его в катас трофической ситуации Р4(/) для фик-
сированных моментов времени t. Расчетная вероят-
ность катастрофы ВС в одном полете определяется
на основании среднегодовой интенсивности движе-
ния по авиатрассам в районе АЭС и составляет для
самолетов первой группы 1,764 10-7, второй группы-
3,47 КГ7 [109].
Статистический подход к определению вероят-
ности падения ВС на АЭС дает возможность полу-
чить альтернативные данные. Поскольку определе-
но, что диаметр круга в окрестностях АЭС для ос-
новной части самолетов составляет 25 миль (46,3 км),
а расчетное отклонение от трассы при падении ВС -
25 км, то рассматриваются четыре варианта: в пре-
делах полосы шириной 50 км (±25 км от трассы)
падает 90, 95, 97 и 99 % самолетов. Расчеты прово-
дятся для всех этих случаев и выбирается наиболее
неблагоприятный вариант.
Для высоких трасс этим случаям соответствуют
следующие значения среднеквадратичного откло-
нения о в законе распределения отклонения: 15,1;
12,7; 11,2 и 10,3 км. Для самолетов на низких трас-
сах это отклонение в полтора раза меньше.
Общая годовая вероятность падения самолета в
наиболее опасную зону АЭС площадью 10 000 м2
является произведением условной вероятности па-
дения на эту площадь (при падении в выделенном
круге 5 радиусом 46,3 км) и вероятности падения в
таком круге в целом. По статистике, на 250 тыс. ч
налета приходится две катастрофы (для Украины,
Молдовы, Беларуси).
Налет самолетов в пределах круга вычисляется
по известным координатам точки входа в круг и
точки выхода из него, а также по известным ин-
тенсивностям и скоростям движения на трассах.
Исходя из консервативности оценок, скорости
движения принимаются ниже реальных в среднем
по трассам. Для низких трасс принята скорость
450, для высоких - 800 км/ч. Это приводит к уве-
4.12. Оценка риска разрушения защитной оболочки реактора АЭС при директивном воздействии ВС
личению налета в пределах круга, а впоследствии -
к завышению оценок вероятности.
Для высоких трасс налеты составляют 133,1 ч в
месяц, или 1597 ч в год, для низких - 88,3 ч в ме-
сяц, или 1059 ч в год. С учетом того, что 59 % ката-
строф происходят в окрестностях аэропортов [378])
и такие случаи выпадают из рассмотрения, то ус-
ловную вероятность падения следует умножать на
коэффициенты, определяющие вероятность паде-
ния в выделенный круг радиусом 46,3 км:
1597
для высоких трасс к= 0,41-2-----= 5,238-Ю"3;
250000
для низких - к - 0,41-2—- 3,473.ю-3.
250 000
Исходя из принципа консервативности оценок,
выбираем наихудший вариант годовой вероятности
3,99-Ю-9 для самолетов на высоких трассах и
1,26 10“’ - для самолетов на низких трассах. Чтобы
обосновать достаточность выделения круга радиу-
сом 46,3 км для четырех указанных значений сред-
неквадратичного отклонения, следует рассмотреть
значения вероятности, которую можно не учиты-
вать, «отрубив» в законе распределения «хвост» для
отклонений более 46,3 км. Неучет составляет менее
0,001, что свидетельствует о незначительном вкла-
де этих трасс в основной результат по сравнению с
трассами, находящимися ближе к АЭС. Значение
вероятности, полученное как произведение двух
компонентов вероятности падения ВС, составляет
7,61 • IO-7 для высоких трасс и 3,64 - 10 7 для низких.
В соответствии с принципом консервативности
оценок, принимаем годовую вероятность падения ВС
на площадь 10 000 м2 равной 1,93 • 10s год-1 (с учетом
военной авиации).
Кроме реакторного отделения, на площадке энер-
гоблока АЭС находятся сооружения, повреждение
которых вследствие падения самолета может приве-
сти к отказу систем, важных для безопасной оста-
новки атомной электростанции. Наиболее опасным
событием является падение самолета на машинный
зал. Для расчета условной вероятности поврежде-
ния активной зоны в этом случае следует использо-
вать вероятностную модель аварии на блоке [109|.
Условная вероятность повреждения активной
зоны составляет 0,0207. Площадь машинного за-
ла с деаэраторной этажеркой равна 127-45 +
+ 127-12 = 7240 м2. Тогда искомая вероятность
7240
может увеличиться пропорционально: ^^-0,0207 =
= 0,015 = 1,5%.
Можно сделать вывод о том, что учет падения
самолета на сооружения, отличные от реакторно-
го отделения, не приводит к существенному из-
менению результатов.
Установлено, что суммарная вероятность падения
ВС на энергоблок АЭС не превышает 2 10~8 год-1.
Эго меньше критерия 10-7 год1, и, согласно [356,
554, 555], такое техногенное экстремальное воздей-
ствие не требует анализа последствий.
Однако при необходимости управления риска-
ми следует учитывать, что на полученное значе-
ние вероятности падения влияют некоторые фак-
торы, в частности:
летная обстановка в окрестностях АЭС, учи-
тывающая характеристики трасс и интенсивность
движения по ним;
техническое состояние авиационной техники;
эффективность работы летного состава и на-
земных служб.
4.12. ОЦЕНКА РИСКА РАЗРУШЕНИЯ ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКИ РЕАКТОРА АЭС
ПРИ ДИРЕКТИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ВОЗДУШНОГО СУДНА
Необходимо оценить уровень удовлетворения
нормативных требований к прочности защитной
оболочки реактора АЭС при ударе вертикально
пикирующего ВС в центр крышки [108].
Исходные данные содержат сведения о конструк-
ции защитной оболочки, а также о нормативных и
расчетных нагрузках, среди которых директивно за-
дано осесимметричное вертикальное воздействие,
имитирующее результат попадания в нее ВС.
Особенностью конструкции является наличие
в ней большого количества предварительно напря-
женных канатов. Сложность расположения сис-
темы канатов и необходимость нелинейного учета
сил трения и релаксации напряжений обусловли-
180 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИНАЖ СРЕДА
вают использование развитых расчетных схем при
моделировании состояния объекта.
С конструктивной точки зрения защитная обо-
лочка представляет собой.пространственную ком-
бинированную систему, состоящую из разнород-
ных по своим параметрам фрагментов. Основной
ее элемент - вертикальный цилиндр с пологим
сферическим куполом (рис. 4.6). Диаметр цилин-
дра по срединной поверхности - 46,2 м. Купол
описан по сферической поверхности радиусом
35 м. Толщина цилиндрической части - 1,2, сфе-
рической - 1,1 м. Сопряжение купола с цилинд-
ром выполнено при помощи жесткого кольцевого
карниза. Внутренняя поверхность оболочки име-
ет стальную герметизирующую облицовку толщи-
ной 8 мм, прикрепленную к телу оболочки анкер-
ными уголками, ориентированными в цилиндри-
ческой части только в кольцевом направлении, а
в сферической - в кольцевом и меридиональном
направлениях.
Рис. 4.6. Деформированная схема защитной оболочки
реактора АЭС
Предварительное напряжение оболочки обес-
печивается системами геликоидально-петлевого
(в цилиндрической части) и ортогонально-петле-
вого (в куполе) армирования. Арматурные канаты
из высокопрочной проволоки размещаются в ка-
налообразователях, заполненных антифрикцион-
ной средой. В цилиндрической части располага-
ется 96 канатов, каждый из которых состоит из
восходящей и нисходящей ветвей. В верхней зоне
цилиндра канаты отгибаются внутрь оболочки, а
в нижней они переходят в опорную плиту пере-
крытия (стилобат), где сопрягаются восходящая и
нисходящая ветви каналообразователя. Арматура
купольной части (36 канатов) располагается в на-
клонных плоскостях, проходящих через центр кри-
визны купола. Выводы натяжных устройств раз-
мещаются на верхней и наружной боковой гранях
карниза. Натяжение канатов выполняется поэтап-
но до достижения расчетного усилия, которое при-
нимается из условия обеспечения восприятия обо-
лочкой меридиональных и кольцевых напряжений
от действия избыточного предпускового испыта-
тельного давления.
С течением времени под воздействием различ-
ных факторов (релаксация напряжений в армату-
ре, усадка и ползучесть бетона и т. д.) усилия натя-
жения отдельных канатов уменьшаются и стано-
вятся разными. Кроме того, существует вероятность
выхода из строя (отказа) одного или нескольких
пучков арматуры и, следовательно, возникновения
в оболочке сложного пространственного напряжен-
но-деформированного состояния. Вместе с тем,
конструкция должна сохранять свою целостность
при всех регламентируемых нормативными доку-
ментами внутренних и внешних воздействиях, а
также их сочетаниях, в том числе при падении ВС
на оболочку.
Методика расчета основана на специально по-
строенных для указанных систем нелинейных со-
отношениях метода конечных элементов (МКЭ),
позволяющего наиболее полно отразить в расчет-
ной схеме присущие данным конструкциям осо-
бенности. Методика реализует декомпозиционный
подход к исследованию нелинейных простран-
ственных конструкций, в основу которого поло-
жены идеи фрагментации и квазирегулярности
расчетной схемы, развитые в МКЭ для решения
линейных задач [353].
Для получения разрешающих соотношений в
качестве исходного используется вариационное
уравнение движения комбинированной системы,
которое дополняется начальными условиями в
момент t = t0 и функциями, зависящими от вре-
мени и граничных условий. Параметр времени
продолжает решение и может трактоваться, в за-
4.12. Оценка риска разрушения защитной оболочки реактора АЭС при директивном воздействии ВС
висимости от постановки задачи, реальным вре-
менем или ведущим параметром взаимодействия.
В качестве исходных приняты соотношения
МКЭ, полученные из уравнений трехмерной не-
линейной теории упругости [353]. Вариации по-
тенциальной энергии деформации в терминах при-
ращения перемещений имеют вид
8W = j(o'J + с,7‘'у„ )(8‘ + G"VA )5ViMlJV, (4.21)
V
гае V - область, занимаемая телом; о9 - компо-
ненты тензора начальных напряжений; с'1к> - ком-
поненты тензора упругих констант; - компо-
ненты тензора приращений конечных деформа-
ций; 8* символ Кронекера; Gu - компоненты
метрического тензора; V ъ, _ компоненты гради-
ента вектора приращения перемещений.
С целью аппроксимации в качестве базовых
приняты следующие конечные элементы: изопара-
метрический шестигранный восьмиугольный - для
оболочек; ортотропный четырехугольный и криво-
линейный для мембран; двухузловой криволиней-
ный для сжато-растянуто-изогнутых стержней;
двухузловой прямолинейный для сжато-растяну-
тых стержней. Используются также конечные эле-
менты, моделирующие условия взаимодействия
фрагментов в виде односторонних связей и фрик-
ционных сред.
Решение задачи статики сведено к отысканию
равновесных состояний динамической конечно-
элементной модели комбинированной системы из
дифференциального уравнения движения
(4.22)
где [М| и [С] матрицы соответственно масс и
вязкого демпфирования дискретной модели;
и {и| - векторы соответственно ускорений, скорос-
тей и перемещений узлов; {/?{«}} и - векто-
ры обобщенных внутренних и внешних сил.
Неизвестные компоненты вектора перемеще-
ний определяются в процессе численного ин-
тегрирования уравнения по неявной разностной
схеме во времени с использованием централь-
ных разностей. Решение считается полученным,
когда конечноэлементная модель находится в
равновесном состоянии, соответствующем ново-
му уровню внешних воздействий. При этом дол-
жны соблюдаться условия равновесия, а вектор
скорости должен быть тождественно равен нулю.
Матрицы масс и вязкого демпфирования дис-
кретной модели представляются пропорциональ-
но коэффициентам матрицы жесткости систе-
мы линеаризованных уравнений равновесия с вы-
делением коэффициентов фиктивной плотности
и вязкого сопротивления материала конструк-
ции. Окончательное решение нелинейной зада-
чи достигается поэтапно на основе ряда последо-
вательных приближений.
Принята двухступенчатая схема алгоритма ре-
шения задачи:
применение метода последовательных нагруже-
ний на все виды внешних статических нагрузок и
воздействий;
уточнение предыдущего решения методом Нью-
тона Канторовича с блочной релаксацией в соче-
тании с методом редуцирования.
Расчеты комбинированной оболочечно-стерж-
невой системы выполнялись при сочетании на-
грузок от собственного веса, обжатия предвари-
тельно напряженными армоканатами, трения ка-
натов о стенки каналообразователя, избыточного
давления и директивного воздействия ВС. Напря-
женно-деформированные состояния моделирова-
ли с использованием специализированного комп-
лекса программ, предназначенного для исследо-
вания статики и динамики пространственных си-
стем данного типа [353]. Решение реализовывалось
при глобальной редукции исходных уравнений
равновесия конечноэлементных моделей с помо-
щью энергетических методов и декомпозиции
(фрагментации).
Декомпозиция расчетной модели позволяет
использовать конечные элементы различной мер-
ности и жесткости, локальные сгущения расчет-
ной сети, а также различные шаги ведущего пара-
метра алгоритма в пределах каждого фрагмента.
На самом высоком уровне декомпозиции выделя-
ются взаимодействующие объекты. Последующие
уровни реализуются по таким признакам, как раз-
мерность задачи, структура объекта, физико-ме-
ханические свойства неоднородных материалов,
условия работы отдельных элементов, топологи-
ческие признаки дискретной модели и др.
В результате расчетов получены деформирован-
ная схема защитной оболочки (см. рис. 4.6) и на-
бор компонентов, описывающих ее напряженное
182 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА
состояние. Основные результаты моделирования
позволяют сделать следующие выводы:
при различных схемах нагружения защитной обо-
лочки характер распределения параметров напряжен-
но-деформированного состояния по ее наружной и
внутренней поверхностям качественно однороден;
при эксплуатационных режимах работы внут-
ренняя поверхность частей оболочки реактора в
целом сжата;
в местах расположения технологических отвер-
стий в оболочке наблюдаются локальные области
значительной концентрации растягивающих и
сжимающих напряжений, что в некоторых случа-
ях может привести к появлению не только поверх-
ностных, но и сквозных трещин;
металлическая облицовка несколько уменьша-
ет перемещения, претерпеваемые оболочкой, в
результате повышения ее общей жесткости;
после падения ВС на АЭС целостность обо-
лочки будет обеспечена, что позволит ограничиться
лишь регламентными ремонтными работами;
ввиду консервативности директивной нагруз-
ки необходимость оценки дополнительного риска
MR отпадает.
4.13. АНАЛИЗ НЕГАТИВНЫХ ПОСЛЕДСТВИИ
ПАДЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА НА АЭС И ПОЯВЛЕНИЯ ЛЕТЯЩИХ ПРЕДМЕТОВ
Необходимо оценить прочность и жесткость
строительных и технологических конструкций тур-
бинного отделения и этажерки электроустройств
АЭС при проявлении вторичного эффекта от па-
дения ВС - удара оторвавшегося фрагмента тур-
бинного ротора.
Исходные данные содержат полные сведения о
конструктивной структуре объекта и ее элементах.
Директивно задается вес ударяющего тела - 1500 кг.
По конфигурации - это тело с острыми кромками,
которое вылетает из турбины со скоростью 140 м/с.
Турбина находится на расстоянии 20 м от первой
преграды. Из архитектурно-строительных чертежей
следует, что в разрушительных вариантах аварийно-
го сценария предмет ударяет в металлическую колон-
ну двутаврового сечения, защитную железобетонную
стену, а затем в трубопровод реактора.
Расчет результатов удара производится в соот-
ветствии с приведенным аварийным сценарием.
На первом этапе анализируется полет предме-
та в воздухе и удар по колонне.
В расчет вводится ряд упрощений консерва-
тивного характера:
тело рассматривается как материальная точка;
вращение относительно центра масс исключается;
для определения гидродинамических сил исполь-
зуются коэффициенты сопротивления.
Аналитическое моделирование движения летя-
щего предмета в воздухе приводит к выводу, что
исходная скорость во время полета его до первой
преграды замедляется сопротивлением воздуха
незначительно и составляет 138,8 м/с [108].
Ввиду ответственности задачи прочность колон-
ны при ударе оцениваем на основе технической
теории удара и по методу конечных элементов.
Удар по колонне носит локальный характер, по-
этому можно задать расчетную схему в виде одно-
пролетной балки. Потенциальная энергия балки при
изгибе сосредоточенной силой в середине пролета
А = Р2/3/(96Е/). Она эквивалентна энергии пружи-
ны с жесткостью С = . Кинетическая энергия
ударяющего тела Т = 0.5 • 1500 • 1402 = 1.147 • 107 Дж.
Предполагая, что вся кинетическая энергия перехо-
дит при ударе в потенциальную (А = Т), находим мак-
симальный прогиб t/nux =0,15м, соответствующий
силе Р = 1,91-10® Н. Максимальный изгибающий мо-
мент м =0,25Р/ = 2,57 108Н м, максимальное напря-
жение о=М/1|ш/7=8790МПа. Полученное значение
напряжения значительно превышает критерии
прочности.
Таким образом, колонна при ударе заданным
предметом будет разрушена.
Для проверки результата динамический расчет
прочности колонны выполняли также по лицензи-
онной для атомной энергетики программе ANSYS
[108]. Моделируя напряженно-деформированное
состояние системы в различные моменты времени
при воздействии импульсного нагружения, в ре-
зультате решения нестационарной задачи изгиба
балки получили опшх =8360 МПа. Это подтверждает
сделанный выше вывод о необходимости расчета
конструктивной системы здания АЭС в предпо-
ложении, что рассматриваемая колонна выведена
из строя.
4.13. Анализ негативных последствий падения воздушного судна на АЭС
183
На втором этапе оценивается прочность и жест-
кость заданной конструктивной структуры при
перераспределении нагрузок и усилий, вызванных
разрушением колонны.
Система несущих конструкций АЭС представ-
ляет собой многопролетную пространственную раму,
состоящую из тонких листовых металлических эле-
ментов. Дискретная модель включает оболочечные
и стержневые конечные элементы (рис. 4.7). С уче-
том того, что рама имеет много пролетов, расчет-
ная схема построена для фрагмента между осями
4 и 6. Колонны считаются жестко защемленны-
ми, влияние остальных конструкций учтено нало-
женными граничными условиями.
Рис. 4.7. Расчетный фрагмент конечноэлементной модели
Для строительных конструкций использовалась
сталь 10Г2С1 с модулем упругости Е = 2,12 16’ т/м2.
Расчет производили на собственный вес кон-
струкции, который составляет 60 % всей полез-
ной нагрузки. Рассматривались два варианта рас-
четной схемы: первый предусматривает пробива-
ние колонны выше отметки 9,6 м по осям 5-Б; во
втором предполагалось, что снаряд выводит из
строя две колонны выше отметки 9,6 м по осям
5Б и 5-В.
Конечноэлементная модель построена при по-
мощи проектно-вычислительного комплекса SCAD
for Windows с использованием комплекта черте-
жей АЭС. Ввиду сложности конструктивной схе-
мы были применены принципы декомпозиции и
синтеза. Модель составляли для отдельных фраг-
ментов, которые затем объединяли в единую про-
странственную систему. Входящие в модель стерж-
невые элементы и континуальные конструкции
аппроксимировали плоскими оболочечными ко-
нечными элементами.
Расчет производили на комбинации четырех
загружений: собственного веса конструкций с де-
аэраторной этажеркой; вертикальных и горизонталь-
ных технологических нагрузок; ветровой нагрузки.
Расчет напряженно-деформированного состо-
яния несущих элементов при разрушенной колон-
не по оси 5-Б выше отметки 9,6 м показывает, что
дальнейшее разрушение начинается с перенапря-
жения в связях. При анализе усилий в стержнях
определяется тот из них, в котором напряжения
максимальны. Если эти напряжения превышают
предел текучести, считается, что стержень будет
разрушен. Расчет повторяется, но уже при отсут-
ствии рассмотренного стержня. Эти этапы расче-
та повторяются до тех пор, пока не начинают ру-
шиться основные опорные колонны и происхо-
дит разрушение всего сооружения либо возникает
итоговая ситуация, когда в оставшихся неразру-
шенных стержнях напряжение меньше предела
текучести.
В результате проведенного расчета максималь-
ные напряжения составили 222 МПа, что не превы-
шает предела текучести. Следовательно, можно сде-
лать вывод, что при ударе летящего предмета по
опорной металлоконструкции двутаврового попереч-
ного сечения и последующем перераспределении
нагрузок на оставшиеся элементы в некоторых рас-
косах возникнут напряжения, превышающие пре-
дел текучести, и они будут разрушены. Однако воз-
никающие после этого напряжения в основных опор-
ных элементах не превышают предела текучести, хотя
и соизмеримы с ним. Поэтому в результате удара
летящего предмета немедленного обрушения всего
сооружения не произойдет.
На третьем этапе рассматривается вариант сце-
нария, в котором летящий предмет, минуя колон-
ны, ударяет в защитную стену. Возможный нега-
тивный эффект определяется решением задачи
пробивания снарядом железобетонной преграды.
В соответствии с методикой используется мо-
дель идеально упруго-пластического тела при ре-
ализации конечно-разностного подхода (схема
М. Уилкинса) [108]. На каждом шаге по времени
анализируются эквивалентные, согласно Мизесу,
184 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИПАЖ СРЕДА
напряжения и сравниваются с пределом текучес-
ти. Если критерий не превышен, то используются
соотношения теории упругости, а при более вы-
соком уровне напряжений - теории идеально плас-
тического тела.
Задача решается в лагранжевой системе коор-
динат, которая перемещается и деформируется
вместе с перемещением и деформацией материа-
ла стены. Поля деформаций и скоростей опреде-
лены в вершинах ячеек-четырехугольников узлов
разностной сетки, а поля напряжений - в середи-
нах сторон ячеек.
Начальными условиями для материала преграды
является равенство нулю перемещений и скоростей
точек стены, для материала ударника - равенство
скоростей узлов заданному значению - 140 м/с.
При моделировании напряженно-деформирован-
ного состояния от удара вместо реальной железобе-
тонной конструкции, с учетом ее размеров, распо-
ложения и ориентации каждого отдельного прута
арматуры, используется упрощенная схема, в кото-
рой единственным показателем, который следует
задавать для решения задачи, является объем арма-
туры в материале железобетона. Реальный матери-
ал, состоящий из массива бетона и находящейся в
нем арматуры, заменяется некоторым осредненным
материалом, характеристики которого определяют-
ся путем подсчета средневзвешенных показателей
пропорционально доле каждого компонента.
Непосредственно возле каждой из двух поверхно-
стей стены расположена арматура диаметром 40 мм.
Она размешается в двух взаимно перпендикулярных
направлениях с шагами 150 и 300 мм. Рассматрива-
ется расчетный фрагмент стены размерами 1 х 1 м
при ее толщине 1,5 м. Объем арматуры в фрагменте
составляет 0,03 м3. Учитывая соотношение объемов
арматуры и бетона как 0,02:0,98, получим показа-
тели осредненного материала: Е = 0,27 10" Па; ов =
= 39,4 МПа; р = 2263 кг/м3.
Поскольку основная масса арматуры располо-
жена вблизи каждой поверхности стены, то это учи-
тывается в сеточной дискретизации: толщину сте-
ны разбивают на 30 шагов и выделяют зоны высо-
кого армирования. В них на основе процента ар-
мирования определяются параметры: Е = 0,7-10" Па;
ов = 172 МПа; р = 3560 кг/м3.
В зоне пробивания задают шаг сетки в матери-
але стены: в радиальном направлении - 10, в осе-
вом - 5 см. В материале ударника шаг в осевом и
радиальном направлениях равен 13 см.
В результате определяется деформированное
положение стены в различные моменты време-
ни [108]. Следует отметить возникновение зоны,
где происходят волновые процессы. Волны на-
пряжений в ударнике и в стене отражаются от
свободных поверхностей и мест закрепления.
Скорость ударника снижается до нуля пример-
но за 2,1-10 3 с .
Для решения задач, в которых может происхо-
дить разрушение материала, обычно используют-
ся два основных подхода: в первом применяется
деформационный критерий, во втором - предел
прочности.
Решая поставленную динамическую задачу,
можно воспользоваться критерием, который оп-
ределяет начало процесса разрушения и задает
предельные деформации. Поведение бетона и ар-
матуры рассматривается отдельно. Предельная
относительная деформация бетона е6=2,5-103 при-
равнивается к общему относительному удлинению
арматуры при разрыве, умноженному на 0,6.
Для оценки общего относительного удлинения
арматуры при разрыве воспользуемся графиком за-
висимости о - е в виде ломаной линии (рис. 4.8). Для
стали наклон на пластическом участке графика g-e
в 8 10 раз меньше, чем на упругом. Тогда по извест-
ным модулю упругости Е, пределу текучести
от = 300 МПа и пределу прочности ов = 500 МПа
приближенно определим предельную относительную
деформацию: г = 1,05 % .
Рис. 4.8. График зависимости о-е для ме-
талла
Чтобы оценить относительное удлинение ар-
матуры в процессе удара, по результатам расчета
построены графики относительного удлинения
линий, расположенных на расстоянии одного
шага разностной сетки от поверхности удара с
4.14. Комплексный анализ негативных последствий падения ВС на экологически опасный объект
тыльной стороны стены. В результате расчета
установлено, что непосредственно под пятном
удара арматура будет разорвана. На тыльной сто-
роне стены она испытает пластические деформа-
ции, но не разорвется. Бетон разрушится, рас-
трескавшись по всей толщине стены под пятном
удара на расстоянии по оси симметрии, равном
1,5-2 радиуса пятна.
Такой результат с физической точки зрения
объясняется очень большой массивностью железо-
бетонной стены. Масса материала стены, приходя-
щаяся на 1 м2 ее поверхности, составляет 3,39 т, а
масса всей стены - 95 т. Материал стены в процес-
се удара воспринимает начальное количество энер-
гии ударяющего тела, но возникающие скорости и
перемещения находятся в таком диапазоне значе-
ний, в котором стена не пробивается.
Естественно, массивность стены не имела бы
такого значения, если бы в данной задаче произош-
ло локальное пробивание стены. Однако в процес-
се пошагового анализа деформированного положе-
ния стены в различные моменты времени опреде-
лено, что начальная скорость удара 140 м/с недо-
статочна для локального пробивания преграды.
Отсюда следует вывод о том, что при разрушении
турбины и вылете из нее массивного обломка трубо-
проводы будут достаточно защищены, поскольку не
возникает значительных разрушений конструкций.
Поэтому ущерб Мр (при отсутствии человеческих
жертв) не выйдет за пределы ремонтных ресурсов.
4.14. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ НЕГАТИВНЫХ ПОСЛЕДСТВИИ
ПАДЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА НА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫЙ ОБЪЕКТ
4.14.1. Данные об экологически опасном объекте
Необходимо оценить уровень риска падения на
экологически опасный объект вертолета Ми-8,
осуществляющего наблюдение за территорией
зоны отчуждения Чернобыльской АЭС, а также
негативные последствия реализации директивно-
го сценария по разрушению конструкций покры-
тия экологически опасного объекта в результате
падения ВС.
Экологически опасным является объект, в ре-
зультате аварии на котором при его эксплуатации
существует риск загрязнения окружающей среды.
К таким относятся объекты химической промыш-
ленности. радиационно опасные объекты и др.
В комплексном анализе негативных последствий па-
дения ВС на экологически опасный объект рассмот-
рим объект «Укрытие» (ОУк) Чернобыльской АЭС.
Значительная часть ОУк (рис. 4.9) состоит из
элементов разрушенного 4-го энергоблока ЧАЭС.
Безопасность системы во многом определяется
надежностью ее конструкций, обрушение кото
рых может привести к изменению конфигурации
опасных в радиационном отношении материалов,
к выбросу радионуклидов в окружающую среду и
к другим негативным последствиям. ОУк не со-
ответствует требованиям нормативных докумен-
тов атомной энергетики. Методы прямых обсле-
дований и измерений, проводимых на большин-
стве участков ОУк, малоэффективны из-за высо-
кого уровня излучения и загромождения путей
доступа.
В соответствии с регламентными требования-
ми норм МАГАТЭ разработан отчет о безопасности
(оценке рисков) существования ОУк, составной ча-
стью которого является анализ негативных послед-
ствий постулируемого события - падения летатель-
ного аппарата [451].
Риск существования ОУк является многофак-
торной величиной и обозначает угрозу нанесения
дополнительного радиационного ущерба персона-
лу, природной среде и населению в случае, если
часть радиоактивных веществ, локализованных в
настоящее время внутри ОУк и на примыкающей
к нему промышленной площадке, потеряет инже-
нерные и природные барьеры безопасности. По-
нятие риска включает в себя характер событий и
их вероятность, а также природу и степень тяжес-
ти вредных последствий.
В постановке задачи учтены характерные осо-
бенности ОУк. Предметом исследований явились:
потенциально ненадежная и разносторонне
уязвимая сложная система, состоящая из качест-
венно различных компонентов;
динамические переходные бифуркационные
процессы с нечеткими критериями потери устой-
чивости на участках траектории;
разнохарактерные исходные события и отказы;
186 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИПАЖ-СРЕДА>
существенно неполные и некорректные ком-
поненты баз данных;
технические и технологические средства мони-
торинга;
система выработки управляющих решений и
реагирования в аварийных ситуациях.
Основное препятствие в решении проблемы
объекта «Укрытие» - неопределенность данных о
факторах риска. Ключевыми данными являются
параметры источников ядерной, радиационной и
других опасностей, а также характеристики по-
вреждений конструкций. Чтобы получить требуе-
мую информацию за прошедшие годы, на объекте
выполнен значительный объем работ. В результа-
те преодоления чрезвычайных трудностей накоп-
лены разнообразные данные о компонентах сис-
темы ОУк. Часть этих характеристик можно ис-
пользовать для построения фрагментов адекват-
ных моделей ОУк и верификации результатов
косвенных исследований.
Достоверность исходной информации обеспе-
чена лишь для части поврежденных конструкций
ОУк. Для вновь установленных или мало постра-
давших фрагментов используются нормативные
методики: полностью разрушенные зоны исклю-
чаются. Повреждения различной тяжести осталь-
ных конструкций 4-го энергоблока, вошедших в
состав ОУк, находятся в плохо обусловленном
диапазоне их характеристик между этими двумя
полюсами. В зависимости от выбора предпосы-
лок формирования исходной информации при
стандартных методах расчета могут быть получе-
ны значительно отличающиеся результаты.
В процессе анализа риска существования ОУк
показана несостоятельность использования кон-
сервативного подхода. Так, при учете эффекта
радиационного воздействия, коррозии, эрозии,
старения, усталости и других длительных процес-
сов чрезмерное снижение жесткостных, прочност-
ных и других основных характеристик приводит
к неоправданно пессимистическим выводам. По-
этому решение поставленной задачи потребовало
специальных наукоемких исследований, в кото-
рых динамическую систему ОУк рассматривали в
4.14. Комплексный анализ негативных последствий падения ВС на экологически опасный объект
развитии причинно-следственного процесса как
фрагменты стохастического и детерминистическо-
го моделирования связанных локальных подструк-
тур. При последовательном согласовании взаимо-
дополняющих алгоритмических разделов с натур-
ными обследованиями особую актуальность пред-
ставляли процедура моделирования, а также анализ
устойчивости и корректности числовых моделей.
Падение ВС, как возможное воздействие на
ОУк, выделяли среди нормируемых внешних со-
бытий из-за его очевидной малой вероятности и
неопределенности, но регламентируемой значи-
тельности. В соответствии с действующими нор-
мами учитывали, что такие разрушительные воз-
действия могут оказать большое влияние на фор-
мирование требований, предъявляемых к процес-
сам стабилизации и дальнейшего преобразования
ОУк при жестком учете существующих норматив-
ных положений.
Однако обобщенная постановка задачи, сфор-
мулированная на основе статистического анализа
авиакатастроф и условий безопасности полетов ГА
за последние годы поданным ICAO, не учитывает
конкретных реалий расположения ОУк, поэтому
корректность ее применения вызывала обоснован-
ные сомнения. Низкая нормативная частотная
вероятность этого события позволяла вносить
предложения об его исключении при формирова-
нии смягченных критериев безопасности ОУк. Но
недостаточность аргументации, основанной на
анализе одной лишь частотной компоненты функ-
ции риска, была очевидной.
Выработка аргументированного управляющего
решения о порядке учета данного события требу-
ет реализации всех характерных этапов. Конкре-
тизируя постановку задачи, расчетную частоту
событий и степень их воздействия на систему ОУк
следует определять, исходя из анализа полетной
обстановки в зоне ЧАЭС.
4.14.2. Глобальная модель,
программно-технический комплекс
и база данных для исследования
экологически опасного объекта
Неопределенность и неполнота многих исход-
ных данных вызваны недостаточной и часто про-
тиворечивой информацией о процессе протекания
аварии 1986 г. В связи с недоступностью для на-
турных измерений и обследований многих поме-
щений ОУк, а также из-за отсутствия ряда необ-
ходимых архивных материалов разработан про-
граммно-технический комплекс (ПТК) ОУк, позво-
ляющий решать поставленные задачи, исходя из
двух взаимодополняющих подходов, основой ко-
торых являются:
база данных (БД) ОУк, в которой отражена
разнообразная архивная и оперативная информа-
ция, дающая возможность составить представле-
ние о соответствующем состоянии ОУк;
результаты численного моделирования началь-
ного разрушения и последующих этапов преобра-
зования 4-го энергоблока в объект «Укрытие»,
выполняемого на основе достоверной и полной
исходной информации исполнительного типа для
4-го энергоблока и подтверждаемого результата-
ми сравнения расчетных параметров с данными
натурных обследований доступных конструкций
ОУк [451].
Анализ представленных задач показывает, что
в их состав входит этап расчета конструкций на
прочность, т. е. определение напряженно-дефор-
мированного состояния (НДС) сооружения при
моделировании объекта.
В настоящее время существует большое коли-
чество промышленных программных комплексов,
способных выполнить этап высокоточных иссле-
дований конструкций при достаточно полной ис-
ходной информации, которая регламентируется
существующими нормами расчета стандартных
объектов. Однако в них отсутствует ряд серьезных
компонентов, необходимых при решении постав-
ленных задач для ОУк. Поэтому требуется серьез-
ная доработка этих универсальных ПТК (в случае
их наличия в исходных текстах) или разработка
собственного ПТК. Выбран второй путь, как бо-
лее дешевый и позволяющий полнее учитывать
специфику ОУк. В нем ПТК разрабатывается на
базе собственных программных продуктов, имею-
щих многолетнюю историю, и ряда других, полу-
чивших наибольшее распространение комплексов.
Основное средство численного моделирования
конструкций ОУк - метод конечных элементов
(МКЭ). Поскольку основой построения числен-
ной модели ОУк является разделение сложного
объема на взаимодействующие составные части,
то в изучении локальных эффектов работы конст-
рукций или в случае необходимости рациональ-
ного учета больших массивных объектов хорошим
188 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА.
дополнением к МКЭ будет численно-аналитичес-
кий метод потенциала (ЧАМП). Поэтому наибо-
лее эффективным аппаратом исследований и ана-
лиза предложенных конструкций представляется
синтез этих двух методов расчета.
На основе выбранных методов расчета в ПТК
решаются задачи теплопроводности, прочности,
устойчивости, термоупругости, термопластичнос-
ти, надежности и долговечности, как компонентов
исследований стационарных и нестационарных
процессов с учетом различных массовых нагрузок.
В качестве алгоритма реализации использует-
ся суперэлементный подход, при котором объект
разбивается на отдельные суперэлементы (СЭ) -
одномерные, плоские и трехмерные. Для каждого
СЭ по выбранному методу расчета формируется
система уравнений, которая затем преобразуется
в систему меньшего размера, соответствующую
зонам контакта данного СЭ.
Для нестационарных задач в ЧАМП использу-
ются фундаментальные, зависящие от времени
решения и выполняется дискретизация по про-
странству и времени. В МКЭ применяются извест-
ные алгоритмы прямого и непрямого интегриро-
вания. В суперэлементном подходе ЧАМП и МКЭ
сочетаются на уровне матриц податливости и жест-
кости. Для их формирования в ЧАМП рассматри-
ваются СЭ, в заранее намеченном количестве то-
чек которых прикладываются единичные нагруз-
ки. Формируется статическая система уравнений
с количеством правых частей, равным количеству
точек, умноженному на количество функций. За-
тем определяются граничные условия для каждо-
го единичного загружения, а также коэффициен-
ты матриц податливости и жесткости в точках как
функции полных граничных условий и единично-
го загружения. Далее используются конечноэле-
ментные алгоритмы расчета.
Неопределенность многих исходных данных
обусловила создание и реализацию в ПТК мето-
дики численного моделирования строительных объек-
тов на основе статистических обобщений (451].
Основные особенности методики:
исходные параметры, в том числе геометричес-
кие характеристики (моменты инерции сечений,
модули упругости материала, коэффициенты Пу-
ассона и внешние нагрузки) рассматриваются как
случайные величины, законы распределения ко-
торых и функции плотности вероятностей счита-
ются заданными;
функции плотности вероятностей непрерывных
случайных величин преобразуются в ряды распре-
деления при заранее оговоренном количестве их
возможных значений;
коэффициенты при неизвестных и свободные
члены разрешающей системы уравнений в обшем
случае являются случайными величинами, выра-
женными рядами распределения;
выходные данные рассматриваются как случай-
ные величины.
При численной реализации детерминирован-
ные характеристики исследуемых объектов заме-
няются статистическими рядами, в которых ука-
зываются значения величин и соответствующие
вероятности. Это приводит к увеличению ариф-
метических операций и требуемого объема опера-
тивной памяти ЭВМ. Поскольку элементами раз-
решающей системы линейных алгебраических
уравнений являются дискретные случайные вели-
чины (ДСВ), то обычные арифметические опера-
ции с коэффициентами системы заменяются опе-
рациями над массивами, описывающими ДСВ.
Для полного описания ДСВ задаются масси-
вы, содержащие ряд значений вероятностей и ска-
ляров исходных величин. Чтобы избежать чрез-
мерного увеличения времени счета и требуемой
оперативной памяти, при выполнении арифмети-
ческих операций скаляры ограничиваются задан-
ным пределом.
Одним из основных факторов анализа, зало-
женного в ПТК, является расчет на разрушение.
Оценка напряженно-деформированного состояния
конструкции по теориям прочности, разработан-
ным для различных материалов, позволяет не толь-
ко выявить наиболее опасные места в конструк-
ции, но и промоделировать последовательный
процесс ее разрушения. В последнем случае реа-
лизуется итерационный процесс моделирования
запроектной аварии и определения состояния стро-
ительных конструкций 4-го энергоблока. Резуль-
таты расчета служат теми недостающими исход-
ными данными, которые необходимы для проек-
тирования новых и оценки работоспособности
существующих элементов ОУк.
Такая постановка задачи нетрадиционна для
существующих программных комплексов анализа
конструкций, в которых расчет ведется до момен-
та разрушения без получения полной картины
состояния объекта после аварии. Поэтому в ПТК
заложена методика расчета на разрушение.
4.14. Комплексный анализ негативных последствий падения ВС на экологически опасный объект
Основными в этой методике являются следую-
щие особенности:
задача решается итерационным способом;
на каждом шаге итерации определяется НДС
объекта с определенными граничными условиями;
выделяются элементы, наиболее опасные с точ-
ки зрения разрушения;
по критериям прочности, которые определены
пользователем, проверяются выделенные элементы;
элементы, не удовлетворяющие предъявляемым
к ним критериям, исключаются из расчетной схемы,
а нагрузки, которые воспринимали эти элементы,
в зависимости от их рода и причин возникнове-
ния, либо перераспределяются по оставшимся
элементам и дополняются новыми динамически-
ми воздействиями, либо убираются из граничных
условий объекта;
после корректировки расчетной схемы объек-
та переходят к следующей итерации;
процесс выполняется до стабилизации изме-
няющейся расчетной модели, т. е. до тех пор, ког-
да будет достигнуто НДС элементов, удовлетво-
ряющее предъявляемым к ним критериям проч-
ности, или элементы объекта будут разрушены.
Разрушение элементов оценивают по извест-
ным методикам, разработанным для различных
видов материалов и конструкций. Кроме того,
предусматривается незамкнутость ПТК к допол-
нительным модулям оценки НДС, в которых мо-
iyr быть реализованы новые критерии прочности.
При расчетах строительных конструкций из
железобетона на разрушающие нагрузки в ПТК
реализуется известная методика расчета по пре-
дельным состояниям и предоставляется возмож-
ность варьирования теории прочности, критериев
оценки разрушения конструкции и расчетных ко-
эффициентов для нагрузок, свойств материала и
других параметров, которые можно определить в
специальных экспериментах.
Ввиду характерных особенностей ОУк (в частно-
сти, наличия ядерной и радиационной опасности)
ПТК не может ограничиваться задачами, традици-
онными для расчета и проектирования промышлен-
ных сооружений. В ПТК существует завершающий
этап расчетов, который логически объединяет от-
дельные инженерные задачи по расчету строитель-
ных конструкций, моделированию аварии 1986 г.,
анализу поведения радиоактивной пыли в ОУк и др.
Таким этапом является определение значений функ-
ции риска - функционалов текущего состояния объек-
та, которые отражают усредненное негативное влия-
ние ОУк на окружающую среду. Рассматриваемый
ПТК включает в себя реализацию методики расчета
показателей риска.
Для определения детерминированного множи-
теля Мк, входящего в функции риска потенци-
альных исходных событий, используются все мо-
дули данного ПТК, предназначенные для реше-
ния детерминированных задач расчета строитель-
ных конструкций на прочность и разрушение,
подъема радиоактивной пыли и т. д. Решение дан-
ной задачи состоит в детерминистической оценке
негативных последствий гипотетической аварий-
ной ситуации. В расчет вводится также челове-
ческий фактор, который оценивается путем со-
знательного, а не автоматического объединения
численных результатов математического расчета.
Природа вероятностной составляющей функции
риска определяет вероятность падения ВС и оценку
обусловленности стохастического оператора эволю-
ционной модели разрушения ОУк. Вторая группа
переходных вероятностей обусловливает возможность
развития аварийной ситуации как следствия исход-
ного события. Такая возможность зависит от показа-
теля прочности объекта, как способности сопротив-
ляться воздействиям разного происхождения. Неде-
терминированность этой группы событий связана
либо с неполнотой информации об объекте, либо с
математической неустойчивостью рассматриваемого
явления. Переходные вероятности оцениваются на
основе ряда детерминированных моделей по сцена-
риям развития аварии с варьируемыми параметрами,
что фактически не требует дополнений к существу-
ющим модулям ПТК. Данный вид неопределеннос-
ти и связанные с ним существующие переходные
вероятности исчезают с уточнением информации об
объекте (заполнением баз данных) и с увеличением
точности численного моделирования.
Третья группа переходных вероятностей задает
аспект вмешательства - управления аварийной
ситуацией либо ликвидацией последствий. Она
является интегральной вероятностной характери-
стикой эффективности защитных систем и барье-
ров безопасности. Проектирование таких систем,
тем более регламентирование действий человека,
редко позволяет осуществить конструктивную ве-
роятностную оценку, поэтому вероятности этой
группы носят экспертный характер.
Такая дополнительная возможность, как учет
эволюционирования свойств системы в ПТК, при-
190 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА
водящий к нестационарному характеру марковской
цепи, вносится путем задания зависимости некото-
рых переходных вероятностей от шагов по времени.
В стационарном и нестационарном случаях прогноз
вероятностных показателей на некоторый срок впе-
ред технически не усложняет задачу.
В ПТК анализируется также эффективность
профилактических мероприятий путем изменения
переходных вероятностей, пересчета цепи с но-
выми свойствами и сравнения показателей риска
с предыдущими.
Центральной информационной частью методи-
ки исследования конструкций объекта «Укрытие» и
доаварийного состояния 4-го энергоблока является
база данных (БД) ОУк, в которой в формализован-
ном виде хранится и накапливается динамическая
информация об объекте. На содержательном уров-
не эта информация делится на следующие группы:
общая информация; конструкторско-технологичес-
кая документация; нормативные и эксперименталь-
ные нагрузки; механическая модель несущих кон-
струкций; дискретное отображение НДС механичес-
кой модели; данные для оценки надежности ОУк.
Нагрузки и воздействия формализуются и за-
носятся в базу данных для определения этапов
развития всех исследуемых процессов. В их со-
став входят действующие нормативные нагрузки
и диапазоны их изменения, экстремальные ди-
намические нагрузки и способы их передачи на
несущие конструкции объекта, расчетные соче-
тания нагрузок.
Механическая модель несущих конструкций пред-
ставляется описанием подсистем разных уровней,
в которых выделяются базовые элементы. За та-
кие элементы принимаются панель, колонна, ри-
гель, массив бетона и др., которые характеризу-
ются регулярностью геометрических и физико-
механических характеристик. В качестве подсис-
тем первого уровня приняты стеновая панель с
колонной, плиты перекрытия помещения с ри-
гелями и другие элементы. Перекрытия и стены
этажа являются подсистемами следующего уров-
ня. Кроме принципа укрупнения, информацион-
ная модель содержит принцип детализации. Так,
если в бетоне панели появились сквозные тре-
щины, а арматура еще не разрушена, то панель
является подсистемой, состоящей из неразрушен-
ных частей, для которых определяются условия
соединения. Аналогично железобетонный элемент
может быть представлен подсистемой, состоящей
из таких элементов, как арматурные стержни и
бетон. Уровень детализации зависит от необхо-
димой степени подробности описания наиболее
ответственных конструктивных узлов и элемен-
тов и может изменяться в процессе наполнения
базы данных.
В процессе формирования механической мо-
дели объекта описываются геометрия элементов
конструкции, физико-механические характеристи-
ки материалов, подсистемы, определяющие поло-
жение элементов конструкции в пространстве и
условия их соединения. Кроме того, задаются ин-
струкции по дискретизации элементов конструк-
ции, сборке элементов подсистемы и укрупнению
подсистем путем включения новых элементов и
формирования глобальной расчетной модели.
Дискретное отображение НДС модели содержит:
критерии оценки напряженного и деформирован-
ного состояний элементов конструкции; форма-
лизованные методики прогноза поведения (воз-
можные степень и характер разрушений) элемен-
тов конструкции при достигнутом уровне и ха-
рактере распределения напряжений и деформаций;
информацию об НДС объекта исследования; ре-
зультаты оценки НДС и прогноза поведения эле-
ментов конструкции в виде полученных возмож-
ных сценариев развития разрушений.
Базовыми исходными данными для оценки рисков
ОУк служат:
нормативные документы, в которых постули-
рованы частоты (вероятности) потенциальных ис-
ходных событий и нормированы интенсивности
их воздействий;
статистические данные о внешних событиях
(климатических, сейсмических) в районе ОУк;
информация детерминированного характера о
физико-механических свойствах структурных эле-
ментов ОУк;
оценки надежности отдельных структурных
элементов ОУк;
статистика инцидентов, классифицируемых как
постулируемые исходные события, которые про-
изошли за время существования ОУк;
данные о максимальных воздействиях, которые
выдержал ОУк.
Имеющиеся сведения позволяют выполнить
первичную оценку уровня риска и показателей
надежности ОУк, хотя и со значительным разбро-
сом между наиболее консервативными и наибо-
лее оптимистическими оценками.
4.14. Комплексный анализ негативных последствий падения ВС на экологически опасный объект
4.14.3. Оценка риска возникновения
негативных последствий
при падении воздушного судна
на экологически опасный объект
Общие сведения об источнике опасности в рас-
сматриваемом варианте анализа содержат данные
об условиях выполнения полета.
Облет производится по окружности радиусом
150 м с центром, расположенным южнее ОУк, от-
чего удаление вертолета составляет от 90 до 210 м.
Высота полета - 200 м, отметка верха кровельного
щита - 74 м. Нагрузка от падающего ВС формиру-
ется на основе технических параметров и динами-
ческих характеристик вертолета [109, 451].
Рассматриваются три сценария падения ВС:
на поверхность земли вблизи ОУк;
на строительные конструкции 3-го энергобло-
ка, связанного с разрушенным 4-м блоком;
на конструкции покрытия ОУк.
Падение на поверхность земли вызывает коле-
бания грунта и формирование ударной волны от
взрыва топлива, находящегося на борту ВС. Учи-
тывается также возможность возникновения ком-
бинированного взрыва и пожара при падении вер-
толета на автомобиль с газовыми баллонами, на
бензовоз или другие эксплуатационные объекты.
Анализ поведения строительных конструкций
при падении ВС на смежный, 3-й энергоблок по-
требовал усложнения глобальной пространствен-
ной расчетной модели для адекватного описания
многочисленных конструктивных связей с сосед-
ним блоком. В результате расчетов по указанным
сценариям выявлено, что они менее опасны, чем
вариант падения вертолета непосредственно на
покрытие ОУк.
Для определения вида и размера расчетной на-
грузки при падении вертолета на покрытие ОУк рас-
сматривалась динамика движения ВС в аварийной си-
туации. Исходя из системы уравнений, описываю-
щих движение вертолета по наклонной траектории
с учетом угла атаки 0 при возникновении режима
самовращения несущего винта, определялись аэро-
динамические компоненты, позволяющие вычислить
расчетную нагрузку.
Нагрузка от падения воздушного судна, состав-
ляющая 0,918 • 106 Н, определяется по формуле
F = k^-y, (4.23)
gt
где к -2- коэффициент, учитывающий динами-
ческий эффект при ударе; G - вес вертолета при
массе 12 000 кг; =zrsin0=16,67-sinl2,8°=3,7M/c -
вертикальная составляющая скорости падения;
v- скорость в момент контакта; t = 0,08 с -
продолжительность приложения нагрузки; у =
- cos0 = 0,812 при движении вертолета по наклон-
ной траектории.
Напряженно-деформированное состояние элемен-
тов покрытия оценивается, исходя из консерва-
тивных соображений. Характер нагрузки и геомет-
рические размеры пятна принимаются для фрон-
тальной проекции ВС 8,1 м2. Блоки балок Б1 и Б2
воспринимают нагрузку от щитов покрытия и труб-
ного наката, что представляется расчетной ком-
пьютерной моделью конструктивной системы,
состоящей из пластинчатых и стержневых конеч-
ных элементов [451].
Для определения места приложения нагрузки
вся поверхность кровли в вероятностном анализе
разбивается на девять равновеликих расчетных зон.
Расчеты показывают, что при любом из возмож-
ных вариантов расположения нагрузок пределы
прочности в несущих элементах покрытия не до-
стигаются.
В анализе напряженно-деформированного со-
стояния опорных конструкций покрытия исполь-
зуется глобальная конечноэлементная модель ОУк.
В результате исследований определено, что наи-
более уязвим юго-западный опорный узел, где
расположена стена по оси 5-0, которая значительно
смещена от своего проектного положения и име-
ет многочисленные разрушения. Система представ-
ляет собой весьма сложную комбинацию повреж-
денных элементов конструкций, технологическо-
го оборудования и завалов из обломков. Используя
обобщенные характеристики бетона и арматуры,
консервативно определяются критерии разруше-
ния конструкций нормальными напряжениями
°„1ах=98 кг/см2.
Допустимая вероятность проявления динамичес-
кой нагрузки определяется в соответствии с нор-
мативными документами по оценке результатов
падения ВС на стандартную площадь Со=1О4м2.
Допустимая вероятность падения на Fo составля-
ет 1,66-10 8 год 1, а на фрагмент расчетной зоны
покрытия - 0,11-Ю-7 год1.
Расчетная вероятность падения ВС определяет-
ся на основе численных и статистических мето-
дов по методике, представленной в п. 4.8, для кон-
192 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО ЭКИПАЖ СРЕДА
кретного ВС (вертолета Ми-8) и воздушной об-
становки в районе расположения ОУк. Анализ
возможности возникновения аварийной ситуации
при выполнении полета позволяет определить
количественные значения вероятности наступле-
ния катастрофической ситуации. Для выделенной
зоны покрытия площадью 126,6 м2 вычисляются
расчетные вероятности отказа строительных кон-
струкций покрытия в глобальной конечноэлемент-
ной модели ОУк.
Установлено, что уровень риска при пессимис-
тической оценке консервативного подхода к веро-
ятности проявления одного возможного аварийно-
го фактора на борту ВС может превысить допусти-
мое значение. Это повлечет необходимость создания
условий снижения расчетного риска - уменьшения
взлетного веса за счет демонтажа второстепенного
оборудования и снижения запаса топлива; измене-
ния условий и параметров полета; комплексного
изменения расчетных характеристик; совершенство-
вания тренинговых мероприятий [109].
4.14.4. Анализ риска негативных последствий
разрушения экологически опасного объекта
Хотя основную опасность сценария падения ВС
на ОУк представляют вертолеты Ми-8, осущест-
вляющие наблюдение за зоной отчуждения ЧАЭС,
в анализе безопасности ОУк необходимо учиты-
вать также то, что в Украине эксплуатируются са-
молеты и вертолеты с широким диапазоном изме-
нения расчетных параметров - от Ан-225 «Мрия» и
Ан-124 «Руслан» до Як-40 и Ан-2. Вероятность пе-
ресечения маршрутом полета зоны ЧАЭС для раз-
ных типов самолетов существенно отличается. Для
большинства из них определенная вероятность па-
дения непосредственно на ОУк или в опасной бли-
зости от него оказывается существенно ниже нор-
мативной и только для некоторых классов прибли-
жается к ней.
Моделирование таких постановок анализа рис-
ков осуществляется в несколько этапов. Сначала
определяется авиакатастрофа с падением этого ап-
парата в зону, опасную для ОУк, в соответствии с
методикой безопасности полетов и учетом курсов,
режимов и других характеристик (см. п. 4.8).
В этом случае обобщенную реакцию системы ОУк
на падение ВС определяли с использованием конеч-
ноэлементных и граничноэлементных моделей струк-
туры ОУк и оболочечных расчетных схем самолетов.
Для определения эффекта воздействия на конструк-
цию ОУк разработана модель соударения при упру-
гопластической деформации конструкций ВС.
Чтобы оценить реакцию ОУк, параметры ме-
ханических воздействий (импульсное приложение
нагрузки к конструкции ОУк, давление в момент
удара, скорость падения перед соударением, виб-
рация грунта при падении самолета на промыш-
ленную площадку в пределах дистанции отбора и
др.) рассматриваются как данные для решения
основной задачи. Но кроме этого, учитывается
также вероятность других возможных комплекс-
ных последствий, моделируются сценарии разви-
тия возможного пожара и взрывов, оценивается
сопротивляемость защитных барьеров [451].
Определение ВДО показало, что падение ап-
парата на промышленную площадку в нескольких
десятках метров от ОУк не вызовет обрушения
конструкций. Однако расчет напряженного состо-
яния ОУк при добавлении к массовым нагрузкам
импульсного воздействия в каком-либо месте ОУк
приводит к выводу, что несущие конструкции ОУк
не выдержат такого удара и объект обрушится.
На следующем этапе моделируется процесс пы-
левого выброса из объекта «Укрытие» и распростра-
нения образуемого облака за пределы объекта, что
является основой для оценки уровня негативных
последствий. Завершает исследование построение
функции риска для разных классов самолетов (вер-
толетов) и вариантов развития аварийных процес-
сов. Риск представляется как произведение веро-
ятности падения воздушного судна и суммарной
активности радиоактивных веществ, покидающих
объект.
В результате обрушения покрытия ОУк основ-
ная наиболее вероятная опасность негативных
последствий связана с образованием радиоактив-
ного пылевого облака и выхода его за пределы объекта.
Для анализа рисков реализации этого сценария
рассматриваются следующие характерные фазы
процесса:
движение пыли во внутреннем пространстве
ОУк и формирование облака при разрушении стро-
ительных конструкций;
перемещение облака под воздействием ветра;
распространение облака по территории Украины
и Беларуси с учетом макроструктуры атмосферы.
На первом этапе рассматривается падение кров-
ли ОУк как единого целого, что приводит к наи-
4.14. Комплексный анализ негативных последствий падения ВС на экологически опасный объект
49,800
27,000
24,000
39,500
1
35,800
1
31,500
12,500
Рис. 4.10. Модель разрушения объекта «Укрытие»
43,000
19,500
6,000
0,000
Барабан-сепаратор
более интенсивному процессу пылеобразования.
Разрушение ОУк начинается с падения западных
концов балок Б1 и 52 ряда Ж в результате возник-
новения в стойках поперечных рам опалубки на-
пряжений, превышающих временное сопротивле-
ние материала стоек. Восточные концы балок Б1
и Б2, соскользнув с опорной поверхности венти-
ляционной шахты, падают на завал, расположен-
ный на отметке 43,0 м (рис. 4.10).
Обрушение кровли приводит в действие следу-
ющий механизм (рис. 4.11). Падающая кровля EF
возмущает воздух в пространстве центрального зала
ABCD, что приводит к вовлечению в движение 5 т
пыли и обусловливает образование неоднородной
среды, усредненная начальная плотность которой
у = 1,34 т/м3. Математическая модель процесса
включает в себя эйлеровы уравнения в векторной
форме:
Эу + V(yv) = 0;
+ V(yv • v) = -Vp;
— + Vp-v + V(Ev) = 0;
E = E(p,y),
(4.24)
где у - усредненная плотность среды; t время;
v вектор скорости; е ~ полная энергия элемен-
тарного объема газа; р - внутреннее давление.
13 8-470
194 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНОЭКИ ПАЖ-СРЕДА»
Рис. 4.11. Стадии образования пылевого облака
На свободной границе неизвестные задаются пу-
тем линейной экстраполяции. В результате реше-
ния задачи найдены поля скоростей и перемеще-
ний частиц среды в различные последовательные
моменты времени tk = k-At, где к - коэффициент
масштабирования; At = 6 -10 4 с. Скорость подъема
частиц среды не превышает 12,5 м/с. Следует от-
метить, что после падения кровли движение среды
быстро затухает (см. рис. 4.11). При этом указан-
ные позиции соответствуют моментам времени с
коэффициентом к, равным 1600, 2000, 3000, 4000.
В целом высота подъема облака не превышает 13 м
за время падения покрытия. Влияние ветра на дви-
жение облака не учитывается.
Следующий этап анализа негативных последствий
падения ВС и обрушения кровли ОУк состоит в по-
строении комплексной оперативной гидродинамичес-
кой мезомасштабной модели распространения радио-
активного облака с учетом полей скорости ветра,
температуры, давления, облачности, осадков при
реальных погодных условиях в области с произволь-
ными граничными размерами. В мезомасштабной
модели сетка с высоким пространственным разре-
шением вкладывается в сетку с грубым разрешени-
ем численной модели прогноза погоды [451].
В качестве исходной информации для метео-
рологической задачи использовали прогностичес-
кие значения метеопараметров, передаваемые по
Рис. 4.12. Приземная карта прогноза распространения радиоактивного облака
4.15. Анализ сценария столкновения воздушного судна с высотным объектом
195
каналам ГМЦ Украины из Лондонского Зональ-
ного Центра BREKNELL в коде GRID на срок до
шести суток через каждых 12 ч.
Расчетная область с размерами 1500 х 1000 км,
включающая территорию Украины, была покры-
та горизонтальной сеткой, содержащей 26 х 26 уз-
лов с шагами 60 км с запада на восток и 40 км - с
юга на север. Рельеф местности задавали на более
подробной сетке и затем интерполировали со вто-
рым порядком гладкости в узлы расчетной сетки.
При моделировании формирования полей кон-
центрации от точечного источника выброса зада-
вали координаты и физические параметры пер-
вичного источника.
Расчетную область определяли в зависимости
от постановки частных экологических задач - про-
гноза рассеяния примеси в атмосфере в случае ава-
рийных ситуаций и прогноза загрязнения атмос-
феры от промышленных источников.
В процессе анализа произведен расчет распрост-
ранения возможного выброса из ОУк в атмосфере, а
также прогноз трансграничного переноса загрязне-
ния в атмосфере и поверхностного загрязнения от
выпадания пылевых частиц по ходу его движения.
По своей природе частицы выброса условно
делятся на два вида. К первому относятся доста-
точно крупные истинно-топливные частицы со
средним медианным диаметром 30 мкм, ко второ-
му-мелкодисперсные частицы, идентичные аэро-
золям, формирующим загрязнение воздуха в по-
мещениях ОУк. Частицы второго вида имеют сле-
дующие характеристики: средний медианный ди-
аметр - 5 мкм; средняя плотность - 6 г/см3. Высота
выброса принята 62 м от уровня земли.
Результаты расчетов по оценке распростране-
ния выброса через 5 дней после гипотетической
аварии с учетом реальных метеорологических ус-
ловий приведены на рис. 4.12. Они свидетель-
ствуют о том, что истинно-топливные частицы
выброса оседают в существующей тридцатики-
лометровой зоне, а мелкодисперсные (аэрозоль-
ные) частицы распространяются на расстояние
до 150 км от ОУк. Причем область их распрост-
ранения и вызванное ими поверхностное загряз-
нение местности носит ярко выраженный нере-
гулярный характер: в направлении Чернобыль
Киев - до ПО км, а в направлении Житомир
Чернигов - до 180 км.
4.15. АНАЛИЗ СЦЕНАРИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ
ВОЗДУШНОГО СУДНА С ВЫСОТНЫМ ОБЪЕКТОМ
Рассмотрим особенности сценариев и негатив-
ных последствий столкновения ВС с ответствен-
ным высотным сооружением.
Особенности работы высотных зданий при комби-
нированных воздействиях, исходным событием для
которых является удар ВС. Террористические акты
11 сентября 2001 г. явились причиной проведения
дополнительных исследований существующих и
проектируемых высотных объектов. Цель исследо-
ваний - обеспечение возможности сохранения со-
оружением устойчивости и локализация комплекса
негативных последствий от удара ВС по объекту.
Особое внимание уделялось зданиям высотой
более 30 этажей, которые после удара ВС должны
сохранять устойчивость в течение времени, необ-
ходимого для эвакуации людей в экстремальных
условиях пожара. Такие сооружения обычно яв-
ляются доминантами городов и аварии на них
вызывают весьма сильную общественную реакцию.
Основной характеристикой высотного здания,
обеспечивающей его стойкость к воздействиям та-
ранящего воздушного судна, является кратковремен-
ная и длительная прочность каркаса в условиях ди-
намических нагрузок и значительного повышения
температуры.
Механизм разрушения высотного здания зави-
сит от особенностей и результатов завершения каж-
дого этапа сценария, который выявляет необхо-
димость соответствующей корректировки расчет-
ной конструктивной модели. Первичный удар ВС
по конструкции может вызвать или не вызвать про-
бивание ограждающей системы, что определяет
место и характер взрыва топливных баков и вы-
бросов топлива. Вторичное динамическое воздей-
ствие от взрыва сопровождается возгоранием.
Процесс горения может быть весьма интенсивным
и продолжительным. Повышение температуры (до
1000 °C) приводит к анизотропному изменению
196 4. АНАЛИЗ РИСКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВОЗДУШНОЕ СУДНО-ЭКИПАЖ-СРЕДА>
механических свойств материалов конструкции и
уменьшению ее несущей способности.
Утрата стойкости определенной группой базовых
конструктивных элементов здания приводит к пе-
рераспределению рабочих нагрузок на уцелевшие
группы элементов. Это увеличивает нагрузки на уце-
левшие конструкции, ухудшает условия их работы
(уменьшает запас прочности конструкции и крити-
ческую температуру нагревр при пожаре) и снижает
стойкость конструктивной структуры объекта. По-
этому оценка ущерба MR сводится к последователь-
ному моделированию характерных расчетных ста-
дий преобразования несущей схемы объекта в про-
цессе прогрессирующего разрушения. Характер по-
вреждений зависит от свойств конструктивной
структуры (например, возникновение волн сжатия
и растяжения приводит к появлению сколов, плас-
тическому изгибу элементов каркаса, обрушению
вышерасположенных этажей и т. п.).
Компьютерный анализ характера разрушений
высотных зданий. Национальный совет ассоциа-
ции гражданских инженеров США и ряд других
организаций [478, 847] исследовали поведение
стальных несущих конструкций башен Всемирного
торгового центра (ВТЦ) в критических условиях,
вызванных террористическим актом 11.09.2001 г.
Исследования проводились на уцелевших фраг-
ментах решетки наружных стен. В рамках иссле-
дований выполнен компьютерный анализ, пред-
ставляющий собой моделирование для оценки
рисков возможного ущерба MR при реализации
сценария столкновения ВС со зданиями. Рассмат-
ривалось поведение несущих конструкций от мо-
мента первичного удара ВС вплоть до обрушения
зданий ВТЦ-1 и ВТЦ-2.
На основе исследований получено наглядное
представление о том, что разрушение здания ВТЦ-1
явилось результатом прогрессирующего разруше-
ния базовых конструктивных элементов двух про-
странственных систем - внутреннего ствола и на-
ружной оболочки здания. Башня ВТЦ-1 испытала
удар самолета в уровне 101-го этажа приблизи-
тельно по оси здания. Было разрушено 33 из 59
периметральных колонн наружной решетки кар-
каса северного фасада. При дальнейшем продви-
жении самолета вглубь здания было разрушено 20
из 47 колонн центрального ствола жесткости. От
возгорания авиационного топлива и развития по-
жара через 1ч 43 мин здание обрушилось.
В башне ВТЦ-2 при ударе самолета в уровне
86-го этажа сначала были разрушены 29 из 59 ко-
лонн южного фасада здания, затем 5 из 47 колонн
вблизи южного угла центрального ствола башни.
Несмотря на некоторые отличия в протекании
негативных сценариев, здание ВТЦ-2 также раз-
рушилось в результате пожара.
Из этого примера следует, что общий подход и
метод оценки стойкости зданий против прогрес-
сирующего обрушения позволяют учесть комби-
нированный характер особых воздействий в чрез-
вычайных ситуациях и определить стойкость (вре-
мя сопротивления) объектов:
при оценке стойкости зданий с учетом разных
конструктивно-планировочных схем объектов и
различных сценариев;
при разработке технических решений по регу-
лированию стойкости высотных и иных зданий
против прогрессирующего обрушения;
при разработке практических руководств и спе-
циальных технических регламентов на проекти-
рование систем обеспечения безопасности высот-
ных и иных зданий и сооружений;
при подготовке документов об обязательном
или добровольном подтверждении соответствия
объекта общим и специальным техническим рег-
ламентам.
Глава 5
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
В условиях происходящих в мире процессов
глобализации, стремительных экономических
трансформаций, нарастающего темпа жизни че-
ловечества, все более свободного перемещения
трудовых ресурсов, интенсивной коммуникации
и делового взаимодействия становится востребо-
ванной возможность значительной массы людей
быстро перемещаться на огромные расстояния за
короткое время. Неудивительно, что интенсив-
ность воздушного движения и объемы авиацион-
ных перевозок неуклонно растут, и тем большее
значение приобретают вопросы безопасности по-
летов. Странами, авиакомпаниями, международ-
ным сообществом в целом сделано много для
уменьшения потерь, связанных с использованием
авиации, но тем не менее количество авиацион-
ных происшествий (АП), наносящих материаль
ный ущерб или даже забирающих жизни людей,
остается на высоком уровне. По данным Aviation
Safety Network (рис. 5.1. 5.2), количество АП
не является постоянным из года в год и за
1996-2006 гг. уменьшилось, но число жертв по-
прежнему велико.
Статистика демонстрирует, насколько актуаль-
ны усилия всех специалистов, связанных с авиа-
цией, направленные на то, чтобы определить, ус-
транить или предельно уменьшить влияние при-
чин, вызывающих авиационные происшествия.
Повышаются требования к безотказности техни-
ки, аппаратуры, агрегатов и авиационных систем,
создаются, внедряются и используются новейшие
авиационные материалы и технологии, совершен-
ствуется информационное обеспечение работы
летчика и авиадиспетчера, их профессиональный
отбор и обучение. Но уменьшение количества АП
происходит не так быстро, а доля АП по причине
ошибки человека растет. Если в 1996 г. она со-
ставляла 70-75 %, то, согласно последним доку-
ментам ICAO, 85 % авиационных происшествий
являются следствием человеческого фактора.
5.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Понятие «человеческий фактор» прочно вош-
ло в авиационный лексикон, и, к сожалению,
именно в связи с негативными моментами, со-
провождающими научно-технический прогресс.
Прежде всего, о нем вспоминают в связи с ант-
ропогенными авариями и катастрофами. В свое
время под этим фактором понимали психичес-
кие процессы, состояния, свойства и качества че-
ловека, которые определяют эффективность его
деятельности как оператора. В авиации под че-
ловеческим фактором обычно понимают совокуп-
ность личностных, медицинских и биологичес-
ких факторов, которые определяют оптимальные
условия эксплуатации воздушных суден и управ-
ления воздушным движением. На современном
этапе развития науки это понятие рассматрива-
ется в рамках эргономического подхода систем-
но и междисциплинарно. Таким образом, чело-
веческий фактор и эргономика - комплементар-
ные понятия, первое из которых ставит проблему,
а второе предлагает адекватные пути ее решения.
Данная позиция широко отражена в международ-
ных методических материалах, посвященных че-
ловеческому фактору.
Нужно отметить, что хотя человеческий фак-
тор является для современной авиации сложной
проблемой, но в то же время это источник на-
дежд и неиспользованных резервов. Как отметил
Гунар К. Фалгрен, представитель рабочей группы
IATA, выступая на Симпозиуме ICAO по пробле-
мам безопасности полетов: «Мы часто слышим и
считаем, что 75 % авиационных происшествий свя-
198
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
заны с человеческим фактором, но можно также
считать, что благодаря именно человеческому фак-
тору другие причины авиационных происшествий
сейчас составляют лишь 25 %».
Многоаспектность этого понятия требует рас-
сматривать его на основании научных знаний, при-
нимая во внимание условия, в которых люди жи-
вут и работают, особенности их взаимодействия с
летательным аппаратом, нормативами, правила-
ми, окружающей средой, а также между собой в
совместной деятельности. Под человеческим фак-
тором в авиации можно понимать совокупность
социальных, личностных, психофизиологических
и медико-биологических факторов, влияющих
на показатели эксплуатации воздушных судов (ВС)
и управления воздушным движением.
При более глубоком анализе, как правило, по-
нятием «человеческий фактор» охватывается весь
комплекс факторов, связанных с материальными
и духовными условиями жизнедеятельности лю-
дей и влияющих на эффективность производства.
В частности, рассматриваются:
мотивации и ценности персонала;
детерминанты работоспособности;
поведенческие особенности;
особенности принятия решений и других по-
знавательных психических процессов;
используемые информационные технологии
(средства связи, программное обеспечение);
документация;
особенности компоновки оборудования на ра-
бочем месте;
система профессионального отбора и подготов-
ки персонала.
И в авиационной, и в общетехнической лите-
ратуре понятие «человеческий фактор», следуя тер-
минологической традиции США, часто употреб-
ляется в значении, совпадающем со значением тер-
мина «эргономика». Например, в Циркуляре ICAO
отмечается, что тысячелетие тому назад, когда че-
ловечество только научилось изготавливать ору-
дия производства, применение элементарной эр-
гономики повысило производительность труда. Но
только за последние сто лет произошла современ-
ная эволюция эргономики или человеческого фак-
тора [736].
Под эргономикой понимается научно-практичес-
кая дисциплина, которая комплексно изучает че-
ловека и его деятельность, используемые средства
и орудия, а также окружающую среду в процессе
Рис. 5.1. Динамика количества авиационных происшествий с 1945 г.
5.2. Влияние человеческого фактора на авиационную деятельность
199
Рис. 5.2. Динамика количества погибших в авиационных происшествиях с 1945 г. (в данные за 2001-2004 гг.
включены только АП в гражданской авиации и не учтены события 11 сентября 2001 г. в Нью-Йорке)
их взаимодействия с целью обеспечения эффек-
тивности, безопасности и комфорта жизнедеятель-
ности человека.
Человеческий фактор - интегральная характе-
ристика предметно-пространственной среды, ко-
торая обусловлена спецификой жизнедеятельнос-
ти человека (группы людей) и определяет влия-
ние человека (группы людей) на функционирова-
ние социотехнической системы.
Оба понятия связаны с системой «человек-техни-
ка-среда» (СЧТС), которая определяется как система,
содержащая взаимодействующие между собой состав-
ляющие: человека, технические средства деятельно-
сти и среду, в которой деятельность реализуется.
Безопасность СЧТС - уровень эргономичности
СЧТС, отражающий общую безопасность СЧТС для
здоровья людей, безопасность деятельности челове-
ка и безопасность применяемых технических средств.
5.2. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА
НА АВИАЦИОННУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Как отмечалось выше, отказ техники не всегда
становится причиной летных происшествий. Для
уменьшения количества отказов разрабатываются
новые технологии, создаются системы дублирова-
ния и резервирования оборудования и аппарату-
ры, если их безотказность не может быть обеспе-
чена на надлежащем уровне. Уровень же надеж-
ности человека в эргатической системе характе-
ризуется определенной нестабильностью. При
этом, из-за всегда существующей вероятности воз-
никновения нештатных ситуаций вследствие со-
вокупности маловероятных обстоятельств, в том
числе и не предусмотренных инструкциями и ру-
ководствами. именно на человека возлагаются
надежды на их благополучное преодоление.
Поэтому в практической деятельности важно
опираться на адекватные принципы и концепции
обеспечения профессиональной надежности авиа-
ционного персонала. Растет необходимость боль-
ше учитывать психофизиологические возможное-
200
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
ти человека и их ограничения, поскольку они эво-
люционируют и развиваются значительно медлен-
нее, чем возможности техники и технологий. Вли-
яние природных биологических ритмов и геофи-
зических факторов на человека, естественные ко-
лебания психофизиологических параметров его
состояния наряду с вышеупомянутыми причина
ми создают принципиальную невозможность обес-
печить абсолютную безошибочность действий пер-
сонала, который принимает участие в обеспече-
нии воздушного движения [323].
5.2.1. Безопасность
Из рис. 5.1, 5.2 и общепризнанных статистичес-
ких данных относительно доли влияния человечес-
кого фактора (85 %) на количество аварий видно, что
потери велики как в социальном (погибшие люди),
так и в материальном аспекте.
Анализ структуры ошибочных действий свиде-
тельствует, что в подавляющем большинстве они
являются следствием действий персонала, который
имеет достаточные здоровье, квалификацию и мо-
тивацию. За 1996—2006 гг. в гражданской авиации,
поданным 1САО, ошибки летного персонала, кото
рые привели к авиационному происшествию с че-
ловеческими жертвами и к разрушению самоле-
та, квалифицировались по 11 категориям (рис. 5.3).
В некоторых случаях причины ошибок кон-
структивные недостатки оборудования, неадекват-
ность процедур, погрешности в подготовке или
инструктировании персонала перед началом экс-
плуатации. Но основные аспекты человеческого
фактора это деятельность человека, его поведе-
ние и границы возможностей. Значительную долю
АП составляет преувеличенное доверие летного
персонала к информации, поступающей от обо-
рудования, что является следствием неадекватно-
го распределения функций между людьми и техни-
ческими средствами. Потери из-за неоптимальности
человеческой деятельности выросли настолько, что
пренебрежительное отношение к человеческому
фактору в дальнейшем неприемлемо.
Отмечаются следующие основные группы при-
чин авиационных происшествий и инцидентов [156]:
техническая неисправность летательного аппа-
рата (ЛА);
сложные метеорологические условия;
ошибки пилотирования;
столкновения ЛА с преградой или другим ЛА из-за
нарушения пилотажно-навигационных условий полета;
применение средств поражения (для военной
авиационной техники);
терроризм и саботаж для гражданских воздуш-
ных суден;
неадекватность функционального состояния лет-
чика.
Рис.5.3. Количество АП в структуре проявлений человеческого фактора (1947 2004 гг.)
5.3. Структура и свойства человеческого фактора
201
Три из семи групп причин (выделенные кур-
сивом) непосредственно связаны с человеческим
фактором, другие являются внешними по отно-
шению к пилоту, но в некоторых случаях могут
быть компенсированы им в зависимости от ква-
лификации, опыта и состояния на момент АП или
авиационного инцидента (АИ). Результаты рассле-
дования АП свидетельствуют, что практически
каждый случай проходит определенные стадии
развития внештатной ситуации из-за отказа тех-
ники, который обычно может быть устранен или
локализован, или ошибки экипажа: переход ее в
аварийную, а потом, в случае несвоевременных,
неправильных действий экипажа или их отсут-
ствия, - в катастрофическую.
В каждой конкретной ситуации резерв време-
ни на принятие мер для предупреждения АП мо-
жет быть ограниченным. В то же время эксперты
находят при ретроспективном анализе признаки
как минимум опасного развития ситуации. Дру-
гими словами, диагностические признаки первых
6 групп могут быть формализованы и идентифи-
цированы в реальном масштабе времени.
Значительно хуже решается вопрос оценки
функционального состояния пилота. Замена при-
боров непосредственного измерения на интегри-
рованные компьютеризированные системы порож-
дает новые проблемы человеческого фактора, свя-
занные с когнитивными возможностями челове-
ка, особенно в чрезвычайных ситуациях [655].
5.2.2. Эффективность
С человеческим фактором могут быть связаны
потери не только из-за летных происшествий, но
и из-за низкой эффективности труда, характери-
зующейся соотношением трудозатрат и достигну-
того результата. Из-за неполноты или недостаточ-
ного учета знаний в сфере человеческого фактора
в значительной степени страдает эффективность
системы авиаперевозок, в определенных случаях
опускаясь ниже приемлемого уровня. Взаимосвязь
человеческого фактора с эффективностью исполь-
зования авиационной техники можно проиллюст-
рировать следующими примерами:
повышение профессиональной надежности и
работоспособности специалистов по управлению
воздушным движением улучшает экономические
показатели использования воздушных трасс и
эшелонов [347];
повышение эффективности медицинского, пси-
хологического и эргономического обеспечения
деятельности персонала, который принимает уча-
стие в обслуживании авиационных перевозок, спо-
собствует оптимизации его функционального со-
стояния и профессиональному долголетию [566];
оптимальная компоновка кабин ЛА и эргоно-
мичность приборного оборудования позволяют
снизить уровень утомляемости экипажей, повы-
сить эффективность их деятельности;
продуманная организация взаимодействия спе-
циалистов и служб разных ведомств сокращает
время поиска и оказания помощи потерпевшим
во время авиационных аварий и катастроф;
эффективность деятельности человека зависит
от его мотивации, которая характеризуется раз-
ницей между тем, что и как человек может сде-
лать, и тем, что он делает реально;
эффективность экипажа в значительной степе-
ни зависит от лидерских качеств командира и его
умения управлять работой команды, а также от
умения членов экипажа строить оптимальные вза-
имоотношения друг с другом; важное значение в
гражданской авиации имеет также умение борт-
проводников находить взаимопонимание с пасса-
жирами и влиять на их поведение, особенно в не-
штатных ситуациях.
5.3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА
Как видно из определений терминов, главный
элемент СЧТС - человек. На этапе выполнения
полетных заданий главными «действующими ли-
цами» являются члены экипажей и авиадиспет-
черы. При этом безопасность и эффективность
полетов зависят также от эксплуатационного на-
земного персонала, разработчиков и производи-
телей авиационной техники, а также админист-
ративно-управленческого персонала авиационной
сферы.
202
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
5.3.1. Человек как индивид и как личность
Решая задачу обеспечения профессиональной
надежности и эффективности человека, необхо-
димо учитывать его свойства и особенности.
Прежде всего, профессия должна предъявлять
к человеку адекватные требования и создавать для
него приемлемые условия деятельности.
Антропометрические показатели. Проектирова-
ние рабочего места и большинства оборудования
требует данных о размерах и функциональных осо-
бенностях разных частей человеческого тела, ко-
торые зависят от этнических, возрастных, гендер-
ных особенностей и т.п. Соответствующие реше-
ния должны приниматься на начальном этапе про-
ектирования, а данные для этого получают из
антропометрии и биомеханики [736].
Физиологические потребности. Физиология оп-
ределяет потребности человека в кислороде, еде,
воде в нормальных условиях и в чрезвычайных
ситуациях [565].
На трудоспособность и самочувствие влияют
температура, атмосферное давление, влажность,
шум, освещение, время дня, а на трудоспособность
и поведение - также высота, замкнутость простран-
ства, гравитация, стрессовые или монотонные ус-
ловия труда. Физиологией и гигиеной труда уров-
ни этих параметров регламентируются как допус-
тимые или рекомендуются как такие, которые
приближают условия жизнедеятельности к опти-
мальным.
Каждая профессия предъявляет к человеку как
физиологические, так и психологические требо-
вания. Авиация принадлежит к таким сферам де-
ятельности, где требования к индивидуальным
качествам человека особенно высоки.
Ориентируясь на уровни организации индиви-
дуальности человека, можно выделить следующие
кластеры индивидуальных качеств, требующих
оценки:
физиологические качества (особенности нерв-
ной, эндокринной, сердечно-сосудистой систем,
состояние органов зрения и т. п.);
психофизиологические качества (психические
процессы, свойства и состояния, прямо связанные
с соответствующими физиологическими детерми-
нантами и требующие их рассмотрения в единстве
психического и нейрофизиологического);
психологические качества (личность человека
в ее индивидуальном своеобразии);
социально-психологические особенности (си-
стема социальных установок и отношений, ком-
муникативные навыки, репутация и т. п.);
социокультурные особенности (национальные
традиции, профессиональная этика, мировоззре-
ние, религия, семейные традиции).
Психофизиологические возможности. Физиоло-
гические реакции на психологические факторы и,
наоборот, психологические проявления физиоло-
гических состояний влияют на надежность и эф-
фективность авиационного персонала. В психо-
логических показателях опосредованно отражаются
определенные физиологические особенности. Во
многих случаях физиологические и психологичес-
кие особенности человека нужно рассматривать
во взаимосвязи, с учетом физиологических детер-
минант психической активности. Некоторые про-
фессионально значимые психофизиологические
качества, например стрессовая устойчивость, мо-
гут меняться в зависимости от возраста, условий
жизни и условий труда [211].
Чем больше условия выполнения деятельнос-
ти приближаются к экстремальным, тем больше
проявляются индивидуальные психофизиологичес-
кие особенности человека, большими становятся
отклонения от индивидуальной «нормы». Соответ-
ствие требованиям профессии имеет как генераль-
ный, так и текущий характер (функциональное
состояние, психофизиологический резерв, биоло-
гические ритмы физиологических параметров и
поведения) [655].
Считывание информации. Человек обладает сен-
сорными системами разной модальности для по-
лучения информации об окружающем мире, ко-
торые дают ему возможность адекватно реагиро-
вать на внешние события и выполнять соответ-
ствующую работу. Однако вследствие тех или иных
причин функции органов чувств могут быть нару-
шены, а информация от них может быть неадек-
ватной [441].
Обработка информации. По сравнению с воз-
можностями техники, возможности человека огра-
ничены и не так стабильны как в отношении объема
информации, так и в отношении интенсивности
ее потоков. Игнорирование реальных возможнос-
тей человека ведет к несовершенству конструк-
ций приборов и систем предупреждения об опас-
ности, снижает эффективность их использования.
Наиболее подвержены влиянию функционально-
го состояния человека, стресса и уровня мотива-
5.3. Структура и свойства человеческого фактора
203
ции внимание, а также долговременная и крат-
ковременная память, что требует специального
учета [211].
Психологические качества. Человек - носитель
индивидуального внутреннего мира, стремлений,
чувств и духовности, что очень отчетливо прояв-
ляется в сфере профессиональной деятельности.
Если физиологические и психофизиологические
факторы определяют физические возможности и
ограничения человека-оператора, то психологичес-
кие и социокультурные факторы позволяют су-
дить о том, что привносят люди в рабочую ситуа-
цию благодаря таким сформировавшимся в онто-
генезе особенностям, как ценностные ориентации,
поведенческие установки, стиль отношений с дру-
гими людьми и стиль жизни, коммуникативные
качества, знания и профессиональный опыт.
5.3.2. Динамические составляющие системы
«человек-техника-среда»
Человек является центральным звеном СЧТС,
но другие составляющие находятся в постоянном
взаимодействии с человеком, что создает допол-
нительные риски аварий и инцидентов. Существу-
ют такие системы, где человеческий фактор вы-
ступает в паре с другим объектом.
«Человек-техника». Взаимосвязь прослежива-
ется, например, во время проектирования кре-
сел, которые отвечают характеристикам челове-
ка; органов управления передачей, кодировани-
ем и размещением информации; дисплеев, которые
должны отвечать возможностям человека в полу-
чении и переработке информации. Оператор мо
жет вообще не знать о наличии дефектов в сис-
теме «Ч-Т», даже если они представляют реаль-
ную опасность, поскольку естественная способ-
ность человека приспосабливаться к дефектам
системы и компенсировать их может маскиро-
вать, но не ликвидировать эти дефекты. Такая
способность несет потенциальную опасность и
должна быть учтена на этапах проектирования и
эксплуатации СЧТС.
«Человек-информационная среда». Имеются в
виду непредметные составляющие системы - пра-
вила. руководства, контрольные перечни, симво-
лика и знаки, программное обеспечение компью-
теров. Проблемы такой связи менее очевидны и
имеют более сложное решение. Например, мно-
говариантное понимание руководств, неадекват-
ное восприятие инструкций, сообщений, компью-
терных программ, сигналов. Восприятие одной
и той же информации человеком в штатных и в
экстремальных ситуациях может отличаться, что
должно учитываться на этапе проектирования си-
стем отображения информации.
«Человек-среда». Эта взаимосвязь начала изу-
чаться сразу с появлением самолетов, поскольку
условия полета существенно отличались от усло-
вий на земле. Сначала меры были направлены на
адаптацию человека к соответствующим услови-
ям среды (летные костюмы, шлемы, кислородные
маски, противоперегрузочные костюмы). Позднее
начались работы в обратном направлении - в при-
способлении окружающей среды к возможностям
человека (системы герметизации, кондициониро-
вания, звукоизоляции и т. д.). За 1996—2006 гг.
возникли новые проблемы этого плана - высокие
уровни радиации и концентрации озона во время
полетов на больших высотах, нарушения биоло-
гических ритмов во время перелетов через несколь-
ко часовых поясов, нарушения сна и полноцен-
ного восстановления психофизиологических функ-
ций. Анализ ошибочных действий летного пер-
сонала указывает на то, что большинство АП
происходит вследствие неадекватного восприятия
условий полета и потери ориентации, ошибок вос-
приятия из-за особенностей окружающей среды,
эффектов обмана зрения на этапе подхода и по-
садки. Социально-политические и экономические
ограничения также влияют на окружающую сре-
ду, что должно приниматься во внимание при про-
ектировании СЧТС.
«Человек-человек». Традиционно профессио-
нальная подготовка летного состава проводится
индивидуально, но психологические отношения
в коллективе, умение адекватно взаимодейство-
вать в обычных и экстремальных условиях, а также
вне летных условий, существенно влияют на по-
ведение и деятельность членов такой професси-
ональной группы, как экипаж. Важное значение
имеют также взаимодействие отдельных членов
и экипажа в целом с администрацией авиаком-
пании. непосредственным руководством. Неиз-
менно актуальной остается в авиации психоло-
гическая проблематика группового управления и
лидерства, распределения функций среди членов
группы. Оценка изолированных слагаемых элемен-
тов эргатической системы управления воздушным
204
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
движением («экипаж-воздушное судно среда орган
УВД») не дает представления о разнообразных
процессах взаимодействия, характеризующих
систему в целом. В качестве средства описания
процессов управления элементами этой системы
и обмена информацией между ними может быть
использована модель SHEL [472] как расши-
ренный вариант модели «человек-машина среда»
(рис. 5.4).
Рис. 5.4. Модель SHEL: Hordware объект (машина);
Liveware - субъект (человек); Software - установки (пра-
вила, процедуры, символы и т. п.); Environment - среда
взаимодействия 5; И; L
Ценность этой модели состоит в том, что она
способствует системному пониманию человечес-
кого фактора.
Любое взаимодействие элементов СЧТС со-
держит потенциальную возможность ошибки
вследствие несоответствий между ее компонен-
тами. Системный анализ составляющих модели
SHEL подтверждает существование таких несо-
ответствий между компонентами, которые могут
привести к авиапроисшествию [472]. Как видно
из рис. 5.3, в центр модели SHEL помещен чело-
век - наиболее значимый, гибкий, адаптивный и
нестабильный компонент эргатической системы.
Исходя из того, что границы этого элемента слож-
ны и аморфны, другие компоненты эргатичес-
кой системы (5, Н, Е, L) должны быть тщательно
подогнаны к нему, чтобы избежать нежелатель-
ного напряжения и, в конечном счете, функцио-
нального срыва (авиационного происшествия).
Связь субъекта с каждым из элементов модели
SHEL содержит свои специфические риски оши-
бок и их факторы.
«Субъект правила»', ошибки возникают в связи
с чрезмерно детализированными, не достаточно
ясными или противоречивыми инструкциями,
из-за трудностей в поиске необходимых сведений
в документации и т. п.
«Субъект среда»', ошибки связаны с особенно-
стями окружающей среды (шум, вибрация, тем-
пература, освещение), а также с нарушением био-
логических ритмов организма и, как следствие,
расстройством цикла сон-бодрствование.
« Субъект-субъект»', ошибки под влиянием фак-
тора взаимоотношений, явлений лидерства и под-
чинения, взаимного восприятия, способности к
взаимопониманию и т. п. Такие ошибки обычно
становятся ошибками не одного отдельного чело-
века, а экипажа как целого.
« Субъект объект» (человек техническая систе-
ма): неудачное расположение органов управления
(что становится особенно критичным для управ-
ляющих действий в напряженных ситуациях), не-
удобство их формы и размеров, отсутствие или
недостаточная ясность необходимых обозначений,
неудачная индикация информации.
Рассмотрим более подробно проблематику вза-
имодействия человека с приборами и органами
управления.
Одной из основных причин, ведущих к сни-
жению расчетной эффективности и надежности
системы «оператор машина-среда», является то,
что при проектировании и разработке этих сис-
тем не уделяется необходимое внимание для со-
гласования технических устройств с характерис-
тиками человека. Здесь особо должны учитываться
вопросы информационного взаимодействия че-
ловека и машины в системах контроля и управ-
ления, потому что циркуляция и преобразования
информации - это основа любого процесса уп-
равления.
Летчик как звено в системе управления само-
летом имеет определенные свойства, которые
непосредственно влияют на процесс управле-
ния |455]:
1. Задержка реакции на внешние сигналы. Эта
задержка в значительной степени зависит от тре-
нированности летчика и его психологического и
физиологического состояния. Для обычных усло-
вий время задержки реакции летчика средней ква-
лификации на понятный для него сигнал 0,2-0,3 с.
Так, практика свидетельствует, что летчики рас-
познают сигнал отказа одного из двигателей са-
молета и начинают принимать меры противодей-
ствия лишь спустя 3...5 с.
5.3. Структура и свойства человеческого фактора
205
2. Инерционность. Пилот не способен мгновен-
но отреагировать. В реальных условиях пилотиро-
вания летчик, зная о своей инерционности, в оп-
ределенных условиях начинает специально фор-
сировать свою реакцию, которая вследствие этого
сначала становится избыточной, потом выходит
на уровень ниже необходимой, и так приближает-
ся к уровню необходимой (техника «двойной дачи»
[480] органа управления).
3. Наличие некоторой области нечувствитель-
ности. Летчику тяжело дозировать слишком ма-
лые и слишком большие значения перемещений
органов управления. При этом усилия дозируют-
ся легче, чем перемещения.
4. Способность к фильтрации внешних сигналов.
5. Способность к изменению собственной переда-
точной функции в широких пределах, т.е. способ-
ность не только к реагированию на отклонение
какого-либо параметра полета, но и на скорость,
ускорение и интеграл этого отклонения.
6. Способность к формированию исходящих ко-
мандных сигналов с определенной ограниченной
точностью, которая зависит от уровня и частоты
этих сигналов.
7. Способность к слежению за сигналами, если
они поступают с частотой, не выше чем 2,5-3,0 Гц
(наличие полосы пропускания).
Разработка и компоновка аппаратуры отобра-
жения информации, систем связи, органов управ-
ления должны базироваться на четких знаниях тех
закономерностей, которым подчиняются процес-
сы приема и переработки информации человеком
в особых условиях. Например, экспериментальные
данные показывают, что под влиянием полета из-
меняется реактивность всех систем человеческого
организма, деятельность летчика разворачивается
на фоне изменений в его состоянии как в физио-
логическом, так и в психическом ракурсах. При
этом изменения носят не локальный, а систем-
ный характер (например, происходят изменения
в работе вестибулярного аппарата и других анали-
заторов, проявляется гипокинезия и изменение
водно-солевого обмена, которые влияют как на
афферентные, так и на эффекторные механизмы).
Поэтому, когда речь идет о передаче информа-
ции оператору, об обмене с ним информацией, о
создании соответствующей аппаратуры, необходи-
мо четко представлять структуру деятельности
оператора, содержание действий, которые он дол-
жен выполнять, их соотношение и динамику. Дей-
ствия должны описываться не только перечнем
выполняемых оператором задач, но и способом
выполнения каждой из них, а также требования-
ми к необходимым психическим функциям. На-
пример, важно представлять, будет ли необходи-
мо оператору распределять внимание между раз-
ными источниками информации, насколько час-
тым будет переключение внимания, какие действия
требуют решения задачи выбора и из какого чис-
ла альтернатив, какие действия должны быть до-
ведены до уровня навыков и т. п.
Одним из ключевых понятий, которое исполь-
зуется авиационной психологией для исследова-
ния особенностей психологической регуляции дей-
ствий человека в специфических условиях поле-
та, является понятие «образ полета» [196].
Ключевая роль в регуляции управляющих дей-
ствий принадлежит целостному образу полета,
который формируется на основе не только инфор-
мации от приборов, но и всей той массы сигна-
лов, поступающих к органам чувств.
«Образ полета» включает задачи и цели, кото-
рые стоят перед летчиком, систему знаний об
объектах, систему двигательных программ, реали-
зующихся в полете. При выполнении конкретных
действий в «образе полета» на первый план выхо-
дит (в зависимости от условий полета и целей,
которые ставит летчик) один из трех базовых ком-
понентов:
образ пространственного положения;
образ приборной модели и его расхождения с
нужными показателями («образ вилки»);
«чувство самолета».
Образ пространственного положения претер-
певает постоянную трансформацию в соответствии
с эволюциями летательного аппарата, при этом
пилот должен согласовывать неинструментальные
сигналы с инструментальными. Функция образа
пространственного положения состоит в общем
ориентировании и играет дополнительную роль в
непосредственной регуляции управляющих дви-
жений.
«Образ вилки» регулирует моторный компонент
действий, обеспечивая реализацию моторной про-
граммы.
«Чувство самолета» - это своеобразное сращи-
вание человека с самолетом, которое позволяет
физически чувствовать движение самолета, это
способность человека избирательно и адекватно
воспринимать и подсознательно выбирать все важ-
206
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
ные для управления самолетом сенсорные раздра-
жители. «Чувство самолета» имеет самую непо-
средственную связь с тем мышечным чувством,
благодаря которому человек способен управлять
динамическими объектами. Именно о «чувстве
самолета» писал 3. Гератеволь, отмечая: «Необхо-
димая для управления самолетом координация
движений осуществляется не столько продуманно
и осознанно, сколько посредством чувственной
связи с машиной и приспособления пилота к ес-
тественным закономерностям полета. Эти “есте-
ственные закономерности” могут передавать впе-
чатлительным натурам такие своеобразные и ис-
ключительно живые эстетические переживания,
которые могут превратить полет в эмоциональное
событие и даже страсть» [130]. «Чувство самоле-
та» связано с поступлением неинструментальных
сигналов: ускорений, вибраций,-сопротивления ор-
ганов управления, шумов и т. п. Эти сигналы иг-
рают сложную и противоречивую роль: «Во-пер-
вых, они в своей преимущественной части отно-
сятся к так называемым негативным факторам,
выступая в качестве определенных физических
вредностей. Во-вторых, они могут неправильно
интерпретироваться летчиком и становиться при-
чиной ошибочных решений. Вместе с тем, они
очень важны для ощущения летчиком своей слит-
ности с самолетом, которая помогает упреждать
изменения его положения, обеспечивает эконом-
ный способ выполнения действий и, кроме того,
создает общий позитивный эмоциональный фон
деятельности летчика» [196].
Анализу закономерностей формирования у
пилота «образа полета», в силу очевидной практи-
ческой ценности их понимания, уделялось значи-
тельное внимание в психологических исследова-
ниях по авиационной проблематике. Отмечалось,
что «образ полета формируется на широкой ког-
нитивной (информационной) основе, которая
включает запоминаемые и фиксируемые в пред-
ставлениях визуальные картины полета, а также
представления, создаваемые воображением (напри-
мер, на основе словесных описаний); знание аэро-
динамики и теории полета; показания приборов и
умение анализировать эти показания, неинстру-
ментальные сигналы, вызывающие в полете спе-
цифические ощущения, наконец, результаты са-
монаблюдений» [196]. Анализировалась также оче-
видная взаимосвязь «образа полета» с чувством вре-
мени. Поскольку предметное содержание «образа
полета» относится к движущемуся объекту, то он
носит пространственно-временной характер и от-
личается очень высокой динамичностью. На лю-
бом отрезке времени существует заданный режим
полета, с которым сличается текущий режим, по-
этому полноценный «образ полета» должен быть
антиципирующим, т. е. его реализация должна
включать процесс антиципации [196].
«Образ полета» формируется в измерениях пер-
цептивного мира летчика (от лат. perceptio - вос-
приятие). Понятие «перцептивный мир» было
предложено для описания и анализа особеннос-
тей психических процессов восприятия в деятель-
ности авиационных специалистов как более за-
вершенное и определенное, чем понятие «воспри-
ятие» [531]. Восприятие вынесено во внешний мир
и человеку в восприятии дан мир предметов, а не
процессов в органах чувств. Вместе с тем, важна и
перцептивная организация человека, поскольку
она вносит искажения в восприятие реального
мира. Высказывалась мысль о том, что именно
тело служит для профессионала системой отсчета
в восприятии всех процессов и ритмов окружаю-
щего мира. Перцептивный мир профессионала,
ядром которого является его индивидуальность,
наряду с различными предметами в их сложном
движении включает в себя вступающих с ним во
взаимодействие людей с их эмоциями, мимикой,
поступками и т. п. Перцептивный мир профессио-
нала Ю. К. Стрелков предлагает рассматривать как
слой его индивидуальной картины мира, на кото-
рый так или иначе проецируется содержание всех
остальных слоев. Этот слой, как и вся картина
мира в целом, характеризуется пространством и
временем, на которые спроецированы эмоции,
потребности, ценности и мотивы субъекта. Пер-
цептивный мир в данном толковании - это мир,
реконструированный как целостная форма, в де-
талях и оттенках которого субъекту представлен
смысл выполняемого действия [531].
Будучи целостным, перцептивный мир профес-
сионала вместе с тем состоит из множества под-
пространств, которые могут сходиться в одной
точке. Например, в момент переключения внима-
ния с приборов на внешние ориентиры пилот за-
нят согласованием разных перцептивных подпро-
странств, характеризующихся очень отличающи-
мися свойствами. Создание условий, максималь-
но упрощающих этот процесс и снижающих
связанный с ним стресс, является важной эргоно-
5.3. Структура и свойства человеческого фактора
207
мической задачей, решаемой средствами авиони-
ки. Усилия разработчиков приборного оборудо-
вания для летательных аппаратов должны быть на-
целены на обеспечение максимальной созвучнос-
ти, соотнесенности информации, которая посту-
пает с приборов, с внекабинным перцептивным
подпространством летчика. Современная «стеклян-
ная кабина» позволяет решать данную задачу наи-
более технологично.
Эргономичность оборудования достигается реа-
лизацией системного подхода при его проектиро-
вании. При этом приборные доски и панели
управления рассматриваются не как совокупность
отдельных элементов, а как целостная система. Для
согласования характеристик технической системы
с качествами и возможностями человека необхо-
димо объединение усилий конструкторов и, как
минимум, специалистов в области эргономики.
Главной проблемой проектирования авиационной
техники, как отмечает академик П. Шлаен, явля-
ется то, что это проектирование осуществляется
конструкторами, а не эргономистами [596]. Боль-
шое значение при планировании рабочих площа-
дей имеет учет размеров и характеристик челове-
ческого тела, сенсорных и психомоторных возмож-
ностей человека. Эти данные являются исходны-
ми для проектирования приборных панелей,
определения границ обзора, удобного размещения
и конструкции органов управления, дисплеев и
кресел. При конструировании кресел необходимо
находить оптимальные решения по размещению
органов управления креслом, конструкции подго-
ловника, сиденья, поперечных и бедренных опор,
выбору свойств материала обивки и т. п.
Данные об ошибках, совершаемых из-за нестан-
дартной или непривычной компоновки кабин и
приборных панелей, свидетельствуют о непосред-
ственном влиянии на безопасность стандартиза-
ции компоновочных решений. Так, о важности
стандартизации свидетельствуют эпизоды непред-
намеренного возвращения пилота к прежним эк-
сплуатационным привычкам во время полета на
новом, непривычном воздушном судне.
Особое значение имеет проектирование дисп-
леев как технических средств визуального пред-
ставления информации оператору. Наиболее важ-
ные требования к проектированию дисплеев со-
стоят в том, чтобы определить как, при каких об-
стоятельствах и кем конкретный дисплей будет
использоваться. Другие требования включают ха-
рактеристики визуальных дисплеев и звуковых
сигналов, интенсивность освещения, выбор ана-
логовой или цифровой формы представления ин-
формации, применение светодиодов, дисплеев на
жидких кристаллах и ЭЛТ, угол наклона дисплея
к площади наблюдения и его относительный па-
раллакс, удаленность от точки наблюдения и ве-
роятность искажения информации [121].
При разработке систем информирования об
опасности, аварийной ситуации и рекомендован-
ных действий должны учитываться три основные
цели их эксплуатации:
предупреждать экипаж и обращать его внима-
ние на определенные обстоятельства;
информировать о причинах сложившейся си-
туации;
давать рекомендации по принятию соответ-
ствующих корректирующих мер.
Необходима высокая надежность системы, так
как доверие к ней в случае ошибочных срабаты-
ваний снижается и теряется ее действенность. При
отказе информационной системы по техническим
причинам пользователь должен быть застрахован
от недостоверной информации, а такая информа-
ция аннулирована или четко обозначена. Извест-
ны случаи, когда искаженная курсовая информа-
ция на дисплее была причиной авиационных про-
исшествий.
Пилотирование воздушного судна заключает-
ся в передаче дискретной и аналоговой управляю-
щей информации от пилота к аппаратуре и про-
водке управления. Устройствами управления, пе-
редающими информацию, являются нажимные
клавиши, фиксируемые рычаги, переключатели и
кнопки, вращающиеся штурвальные колеса, тумб-
леры и рукоятки. Выбор устройства управления
зависит от его функционального назначения и
величины усилия для приведения его в действие.
Проектирование органов управления требует, в
частности, учета:
их размещения;
сообщения с дисплеями (перемещение органа
управления относительно динамического элемен-
та на связанном с ним дисплее);
направления движения органов управления от-
носительно дисплея;
силы сопротивления;
способов кодирования информации и приме-
няемых обозначений;
зашиты от случайного приведения в действие.
208
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
Каналы коммуникации. Необходимое условие
безопасности полетов - эффективная передача
информации от субъекта к субъекту, которая мо-
жет осуществляться устно, письменно, при помо-
щи символов и в наглядной форме, а также не-
вербально (языком жестов). Качество и эффектив-
ность передачи информации определяется ее со-
держанием и привычностью, пригодностью для
понимания принимающей стороной. Причины
снижения качества связи могут быть различными:
сбои на этапе передачи информации (нечет-
кие или неоднозначные сообщения, языковые про-
блемы);
трудности, связанные с препятствиями в кана-
ле передачи информации;
сбои, связанные с взаимной интерференцией
рационального и эмоционального уровней инфор-
мации (например, в ситуациях спора);
физические препятствия для нормального раз-
говора или восприятия информации на слух (кис-
лородная маска, дефекты слуха).
Подготовка в области человеческого фактора
предусматривает предупреждение коммуникатив-
ных ошибок путем соответствующих разъяснений
и тренировок.
Полетная и эксплуатационная документация.
Один из аспектов человеческого фактора в авиа-
ции связан с использованием полетной и эксплу-
атационной документации. Оптимизации в этом
вопросе требуют следующие элементы:
язык документов, который предусматривает не
только словарную и грамматическую, но и стили-
стическую правильность;
полиграфическое оформление, включая начер-
тание букв и вид печатного текста, размещение
текста, что влияет на правильность и скорость вос-
приятия информации;
усиление наглядной информации и поддержа-
ния интереса к ней путем использования диаграмм,
карт или таблиц, которые заменяют длинный опи-
сательный текст; использование иллюстраций со-
здает впечатление сокращения объема материала,
подлежащего изучению, и мотивирующий эффект;
рабочие условия, в которых предусматривает-
ся использование документа, должны учитывать-
ся при подборе шрифта и определении размеров
страницы.
Современные информационные средства, в том
числе бортовые, позволяют и требуют использо-
вания электронной документации, имеющей свои
недостатки, одним из которых является отобра-
жение только определенного фрагмента инфор-
мации, невозможность охватить весь объем до-
ступной информации и необходимость поиска дан-
ных), что может замедлить получение конкретных
данных. Разработка электронной документации
нуждается в других подходах к ее проектирова-
нию, организации доступа и отображения.
5.3.3. Совместная деятельность
и экипаж как целое
Авиационные происшествия и инциденты воз-
никают в результате неадекватного поведения
людей, которые способны действовать эффектив-
но, но не смогли. Программа неофициального
информирования о происшествиях, связанных с
человеческим фактором (CHIRP-Confidential Hu-
man Factors Incident Reporting Programme), и сис-
тема информации о состоянии безопасности по-
летов (ASRS - Aviation Cafety Reporting System) ука-
зывают на то, что отношения в коллективе и по-
ведение играют не последнюю роль в обеспечении
безопасности полетов.
Один из наиболее важных факторов предотвра-
щения ошибочных действий связан с тем, насколько
реализованным был потенциал экипажа как цело-
стной команды с ее командным ресурсом. В боль-
шинстве случаев члены экипажа совместно оцени-
вают текущую информацию и совместно на нее
реагируют, поэтому критически важным является
умение эффективно взаимодействовать.
Повышению эффективности взаимодействия
может способствовать формирование слетаннос-
ти экипажа, под основными признаками которой
принято подразумевать «подогнанность» членов
экипажа друг к другу; высокий уровень взаимопо-
нимания; умение быстро проникать в замысел
другого; хорошее знание каждым членом экипажа
слабых мест и индивидуальных особенностей каж-
дого другого; умение компенсировать дефицит
возможностей одного мастерством другого. По-
скольку подобный уровень взаимодействия фор-
мируется на протяжении длительной совместной
деятельности, то это может быть аргументом в
пользу поддержания постоянного состава экипа-
жей и избегания текущих ротаций.
Вопреки очевидным достоинствам стабильно-
го по составу слетанного экипажа, у него могут
5.3. Структура и свойства человеческого фактора
209
быть и свои проблемные особенности. В опреде-
ленных случаях из-за сформировавшихся в ста-
бильном по составу экипаже стереотипов взаим-
ного восприятия, проявившейся в процессе дли-
тельного периода совместной работы и неформаль-
ного общения личностной несовместимости,
возникшей напряженности в отношениях может
возникать психологическая почва для ошибочных
совместных действий, в том числе с тяжелыми
последствиями. Отличного знания членами эки-
пажа особенностей друг друга может оказаться
недостаточно, если не придается значение фор-
мированию и развитию социально-психологичес-
кой компетентности каждого члена экипажа, уме-
нию грамотно строить взаимодействие с другими
на основе универсально действующих оптималь-
ных моделей с учетом закономерностей обмена
информации, ее обработки и принятия решений
в составе команды.
Вместе с тем, высокий уровень социально-пси-
хологической компетентности и обученности эф-
фективно взаимодействовать с другими членами
экипажа может компенсировать отсутствие продол-
жительного опыта работы в экипаже определенно-
го состава. Это подтверждается широкой распрос-
траненностью в гражданской авиации практики
формирования экипажей «на один рейс», оправ-
дывающей себя при ее сочетании со специальной
системой обучения использованию ресурсов цело-
стного экипажа. В 1979 г. для подготовки экипа-
жей была предложена специальная программа под
названием CRM (Crew Resorse Management - уп-
равление ресурсами экипажа). Апробация этой про-
граммы доказала ее высокую эффективность, и в
1986 г. CRM была рекомендована ICAO для рас-
пространения во всех авиакомпаниях мира.
Структура типовой программы CRM включает
в себя следующие этапы: семинар (обеспечивает-
ся усвоение знаний по оптимизации общения,
лидерства и совместной деятельности); предполет-
ный брифинг - автоматизированную подготовку
сценариев LOFT (Line Oriented Flight Trening -
летная подготовка, ориентированная на конкрет-
ную линию авиасообщений с присущей ей специ-
фикой); реализацию разработанного сценария на
летном тренажере соответствующего воздушного
судна (с воспроизведением ситуаций, которые тре-
буют эффективного взаимодействия членов эки-
пажа и позволяют увидеть проблемы лидерства,
командного принятия решений, особенностей ком-
муникации); проведение разбора полетов в аспек-
те оптимизации взаимодействия членов экипажа.
Большое значение придается максимальному при-
ближению воспроизведенных ситуаций к реаль-
ным условиям эксплуатации конкретного типа
воздушного судна. Именно на этом экипажи учатся
эффективно взаимодействовать и нарабатывают
опыт реализации актуальных психологических
компетенций.
На семинарских занятиях по сценарию про-
граммы CRM предлагаются ситуации, которые не
связаны прямо с особенностями того или другого
типа ВС. Кроме того, методика проведения заня-
тия-семинара предусматривает коллективный ана-
лиз ситуаций и проблем, которые из нее вытека-
ют. При этом решение принимается командиром
ВС только после детального обсуждения с други-
ми членами экипажа, т. е. отрабатывается наибо-
лее рациональный стиль общения командира с
подчиненными, когда его решительность соотно-
сится с инициативой и самостоятельностью кол-
лег. Интересен результат внедрения программы
CRM в авиакомпании United Airlines: время пре-
бывания в воздухе ВС на одно потерянное ВС уве-
личилось с 1,3 (1970-1979 гг.) до 4,2 млн ч (1980-
1986 гг.), т. е. более чем в 3 раза.
Таким образом, одним из наиболее важных
условий высокой надежности экипажей как цело
стных команд является должный уровень психо-
логической компетентности каждого летчика, а ее
формируют по специальным учебным программам,
построенным на контексте типичных и вероятных
осложненных ситуаций в полете.
Экипажи должны хорошо знать социально-пси-
хологические явления, способные влиять на сов-
местную деятельность, уметь своевременно рас-
познавать эти явления и преодолевать опасные
тенденции. Групповой сдвиг к риску, групповое
единомыслие, групповое давление и проявление
конформности, конкурентные взаимоотношения,
формирование потребности во власти и другие
явления могут существенно отклонить способ вза-
имодействия в экипаже от оптимальной модели.
Стремясь к перцептивной согласованности,
пилот, работающий в составе экипажа, должен
уметь увидеть ситуацию глазами другого члена
экипажа, сохраняя при этом собственное видение
и совмещая разные ракурсы [531].
Профессиональное поведение экипажа пред-
полагает координированные действия всех его
14 8-470
210
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
членов, что позволяет реализовать синергетичес-
кие преимущества командной работы. Основные
цели координации действий:
повышение уровня безопасности вследствие
приобретения способности выявлять и исправлять
ошибки, допущенные отдельными людьми;
повышение эффективности в результате ис-
пользования всех имеющихся ресурсов.
Основными переменными величинами, кото-
рые определяют степень координации деятельно-
сти членов экипажа, являются оценки, мотивация
и степень подготовки. Существует, особенно в
условиях действия стресса (физического, эмоцио-
нального или управленческого), высокий риск
того, что координация между членами экипажа не
сработает. А это приведет к снижению эффектив-
ности связи (до критического уровня или полно-
му прекращению обмена информацией), увеличе-
нию количества ошибок, снижению вероятности
исправления отклонений как от стандартных экс-
плуатационных процедур, так и от установленной
траектории полета. Кроме того, это может приве-
сти к возникновению конфликтных ситуаций
в кабине экипажа.
Высокая степень риска, связанного с наруше-
нием координации деятельности членов экипажа,
свидетельствует о необходимости подготовки лет-
ного персонала в области оптимизации работы
экипажа в кабине [735]. Подготовка такого рода
дает определенные гарантии того, что:
пилот будет максимально ориентирован на
выполнение своей главной задачи - выполнение
полета и принятие соответствующих решений;
работа будет равномерно распределена между
членами экипажа таким образом, чтобы избежать
перегрузки какого-то определенного лица;
деятельность будет координироваться как в
нормальных, так и в экстремальных условиях,
включая обмен информацией и взаимную под-
держку отдельных членов экипажа;
за деятельностью каждого члена экипажа бу-
дет осуществляться контроль.
Решение проблем отмеченных аспектов про-
фессиональной деятельности, подготовки (обуче-
ния) и психофизиологического соответствия ин-
дивидуума требованиям профессии вообще и во
время выполнения конкретного задания позволит
значительно повысить безопасность авиационной
деятельности за счет снижения негативных про-
явлений влияния человеческого фактора.
5.3.4. Макрокомпоненты
человеческого фактора
В обобщенном виде основную задачу управле-
ния человеческим фактором можно определить как
«создание и реализацию эффективных эргономи-
ческих технологий» [328]. В таком контексте че-
ловеческий фактор имеет четыре макросоставля-
ющие: организационную, технико-технологичес-
кую, профессиональную и морально-психологи-
ческую.
Организационная составляющая человеческого
фактора. Система эргономического обеспечения
безопасности полетов авиационной отрасли в це-
лом должна быть частью общей государственной
системы эргономического обеспечения хозяй-
ственного комплекса страны и гармонизирован-
ной с соответствующими международными сис-
темами. Создание такой системы требует прове-
дения исследований организационных, ресурсных,
кадровых и материально-технических аспектов без-
опасности полетов, а также решения таких задач:
обоснования концептуальных и методических
положений управления процессом создания и усо-
вершенствования системы эргономического обес-
печения безопасности полетов;
обоснования предложений по координации
усилий и возможностей государственных и него-
сударственных организаций, структур и ведомств
в решении проблем эргономического обеспечения
безопасности полетов;
разработки системы мер и перечня необходи-
мых нормативных документов по реализации си-
стемы эргономического обеспечения;
разработки и реализации мер по созданию ин-
формационной системы обеспечения авиационной
отрасли по вопросам возможностей, достижений
и рекомендаций в сфере человеческого фактора,
эргономики;
разработки системы мер по подготовке специ-
алистов по вопросам человеческого фактора для
авиационной отрасли.
Технико-технологическая составляющая челове-
ческого фактора. Проектирование авиационного
оборудования, агрегатов, аппаратуры, а также раз-
работка технологий как для эксплуатации, так и
для обслуживания процессов, связанных с исполь-
зованием авиационной техники, требует макси-
мального учета возможностей человека и созда-
ния комфортных условий его деятельности. На-
5.3. Структура и свойства человеческого фактора
211
копленный богатый опыт в этой отрасли допол-
няется новыми достижениями науки, проектиро-
вания и практической деятельности. Создание
новейших технологий диагностики, управления
ЛА, дальнейшая автоматизация всех процессов в
авиации требуют все большего учета опыта пользо-
вателей уже на этапах проектирования авиацион-
ной техники и технологий.
Положительный мировой опыт создания вы-
сокоэффективных разработок получил специаль-
ное название - participatory ergonomics. Это перс-
пективное направление в проектировании слож-
ной техники, потому что позволяет уже на первых
этапах создания новой техники находить оптималь-
ные решения с учетом человеческого фактора, что
значительно сокращает сроки разработки и довод-
ки и снижает себестоимость разработок, которые
требуют все больших финансовых инвестиций и
становятся более наукоемкими.
Технологические процессы в этом контексте
должны рассматриваться в единстве с технологи-
ческой документацией (регламентами, инструк-
циями, перечнями и т. п.). Как отмечалось выше,
несовершенство таких разработок с точки зре-
ния человеческого фактора снижает безопасность
и эффективность авиации и приводит к опреде-
ленной доле авиационных происшествий и ин-
цидентов.
Профессиональная составляющая человеческого
фактора имеет наиболее долгую историю реше-
ния. разработок, приобретения опыта. В то же
время она наиболее критична, поскольку непо-
средственно касается лиц, которые принимают
участие в выполнении авиационных перевозок. Для
нее характерны:
Профессионализм всех лиц, причастных к вы-
полнению и обеспечению авиаперевозок. Необ-
ходимость решения этой задачи вытекает из роста
«цены» ошибочных действий человека, роста кон-
куренции на рынке авиаперевозок и услуг. Оста-
ется актуальным и вопрос контроля уровня про-
фессионализма авиационных специалистов, осо-
бенно в постсоветских странах, где возникло боль-
шое количество фактически бесконтрольных
малых авиапредприятий. Резерв для прогресса в
этом направлении, кроме решения вопроса конт-
роля уровня профподготовки, внедрение перс-
пективных информационных, компьютерных и
психофизиологических технологий в процесс под-
бора, обучения и тренинга авиационных специа-
листов. Главными задачами в этом контексте яв-
ляются:
внедрение новой стратегии и методов подго-
товки на основе использования достижений в сфе-
ре психологии и информационных технологий;
развитие учебно-тренировочных средств новой
генерации в направлении создания автоматизиро-
ванных интеллектуальных обучающих систем; мо-
дульных многофункциональных тренажеров; функ-
ционально-психологических тренажеров для разви-
тия профессионально важных психофизиологичес-
ких качеств; тренажеров технического обслуживания
и ремонта авиационной техники на основе элект-
ронной эксплуатационной документации;
разработка и внедрение новой концепции ком-
плектования экипажей, изменений состава кол-
лективов с учетом эргономических критериев;
разработка и внедрение методического подхо-
да для прогнозирования и предупреждения оши-
бочных и несанкционированных действий авиа-
ционных специалистов (летного состава и диспет-
черов).
Организация профессиональной деятельности лет-
ного состава, специалистов по обслуживанию авиа-
ционной техники и управленческого персонала.
Эта часть проблемы является наиболее отработан-
ной в методологическом и методическом планах,
особенно в отношении эргономического обеспе-
чения деятельности летчика. По отношению к
специалистам, которые обслуживают авиационную
технику, проблема решена в значительно мень-
шей степени, а задача обеспечения эффективной
жизнедеятельности управленческого персонала в
эргономическом аспекте почти не решается, не-
смотря на то. что вклад этих двух категорий спе-
циалистов в общее решение проблемы безопас-
ности может быть существенным.
Обеспечение работоспособности и профессиональ-
ного долголетия авиационных специалистов. Не-
обходима постановка задачи обеспечения их те-
кущей профессиональной трудоспособности, ко-
торая требует решения таких вопросов:
разработки методов и средств контроля и кор-
рекции функционального состояния (в том чис-
ле, в реальном времени) специалистов с точки
зрения разных подходов (физиологического, пси-
хологического, качества деятельности, поведения)
и на разных этапах профессиональной биографии
(профессиональный отбор, периодический и те-
кущий контроль);
212
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
интеграции разных методов контроля и кор-
рекции функционального состояния (по парамет-
рам объективности, эргономичности, чувствитель-
ности и т. п.) для разных условий функциониро-
вания;
разработки и внедрения методов и средств ан-
тистрессовой подготовки и реабилитации авиаци-
онных специалистов.
Морально-психологическая составляющая чело-
веческого фактора проявляется в направленности
авиационного специалиста на пассажира (клиен-
та), на компанию (авиапредприятие) и на себя
самого в рамках сформированной корпоративной
культуры. Последнюю следует рассматривать как
систему ценностей, целей и норм, типичных для
организации и совместимых с профессиональны-
ми целями и задачами.
Моральная составляющая человеческого фак-
тора включает в себя также мотивацию специали-
стов, которая зависит от профессиональной (в том
числе от условий трудовой деятельности), соци-
альной и материальной удовлетворенности своей
работой, а также условиями жизнедеятельности
своими и своей семьи.
В целом условия профессиональной жизнеде-
ятельности зависят от профессиональной среды,
которая может быть улучшена в нескольких ас-
пектах:
организационном;
профессиональном;
коммуникативном - может быть описан как
противоречия, которые формируются в процессе
сопоставления реальных параметров коммуника-
ционной системы на авиапредприятии с представ-
лениями сотрудников о позитивных технологиях
общения и взаимопонимания с учетом индивиду-
альности и уникальности личности;
креативном - формируется посредством сопо-
ставления существующих в организации ограни-
чений на выполнение профессиональной деятель-
ности с возможностью самореализации человека,
его творческих способностей и, как следствие,
повышения его профессионализма;
социальном - формируется в процессе сопо-
ставления социальной политики авиапредприятия
с представлениями специалиста о социальной за-
щищенности;
материальном - формируется в процессе сопо-
ставления условий оплаты труда в авиапредприя-
тии и представлениями специалиста об уровне
значимости своей личности, своего труда, его опас-
ности, а также с нормами вознаграждения на дру-
гих предприятиях;
этическом формируется в процессе сопостав-
ления норм общечеловеческой и профессиональ-
ной этики с этикой коллективной и групповой.
5.4. УПРАВЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМ ФАКТОРОМ
5.4.1. Обеспечение
психофизиологического соответствия человека
требованиям профессии и решаемым задачам
Положительный потенциал, имеющийся в че-
ловеческом факторе, реализуется в нескольких ас-
пектах.
В результате внедрения мероприятий, которые
позволяют учитывать психофизиологические ха-
рактеристики и возможности авиационных спе-
циалистов, становится возможным повышение их
трудоспособности на 25-45 %, а также снижение
количества ошибочных и неоптимальных действий
в 1,5-2 раза [346].
Для улучшения работы СЧТС может эффек-
тивно использоваться мониторинг физиологичес-
ких параметров оператора, которые влияют на
эффективность использования его знаний и на-
выков.
Анализ несчастных случаев в системе «чело-
век-машина-окружающая среда» показал, что од-
ной из главных причин увеличения их количества
является несоответствие между психофизио-
логическими способностями оператора (функци-
ональным состоянием) и профессиональными тре-
бованиями. Несчастные случаи, так же как и не-
эффективная работа оборудования, ведут к эко-
номическим потерям. Кроме того, операторы,
которые не соответствуют профессиональным тре-
бованиям, имеют худшее физическое состояние и
чаще болеют, получают травмы. Именно поэтому
контроль психофизиологических профессиональ-
но важных качеств оператора и их отклонений от
«нормы» на всех стадиях профессиональной био-
5.4. Управление человеческим фактором
213
графии (первичный профессиональный выбор, пе-
риодический и ежедневный контроль) имеет кри-
тическое значение. Такой подход позволяет не
только уменьшить неблагоприятное экономичес-
кое влияние неэффективных и ошибочных дей-
ствий человека, но и предупреждает преждевре-
менное ухудшение здоровья и преждевременный
выход на пенсию.
Профилактические мероприятия являются бо-
лее экономичными по сравнению с ликвидаци-
ей отрицательных последствий. Теоретический
и практический интерес представляют выясне-
ние информативных психофизиологических по-
казателей разных уровней, позволяюших прогно-
зировать отклонения в действиях человека до
их появления, а также такие показатели, с по-
мощью которых, с одной стороны, можно кор-
ректировать состояние и трудоспособность
оператора, а, с другой - принимать адекватные
организационные решения руководителям пред-
приятия.
Важным аспектом обеспечения психофизиоло-
гического соответствия человека требованиям про-
фессии является оценка его функционального со-
стояния - многомерной характеристики текущих
психофизиологических возможностей человека,
которые определяют качество результатов его тру-
да, а также их физиологическую и психологичес-
кую «цену». ФСО в широком понимании имеет
многоуровневую структуру. При оценке психофи-
зиологического состояния оператора следует учи-
тывать как минимум три уровня:
базовый - отражает принципиальную пригод-
ность к профессии;
возрастной - отражает возрастную динамику
профессионально важных психофизиологических
качеств;
текущий (оперативный) - определяет текущие
вариации функционального состояния, которые
влияют на способность оператора к конкретной
деятельности.
Измерение и оценка каждого компонента психо-
физиологического профиля ('РФ -профиля) тре-
буют специфических методов для обеспечения не-
обходимого уровня точности. Общее влияние этих
уровней определяет 'РФ -статус индивида и по-
зволяет реализовать его знания и умения. При оце-
нивании надежности и эффективности человека в
конкретный момент все три уровня могут иметь
значение и их результирующее влияние может при-
вести к выходу ФСО индивидуума за допустимые
границы.
В этом контексте 'РФ -профиль может быть
описан как 'РФ = Const + Trend + F1 + Casual.
Const - комплекс физиологических параметров,
относительно постоянных, которые зависят от
особенностей физиологической регуляции инди-
вида (метаболизм, сила и подвижность нервных
процессов). Эта составляющая определяет прин-
ципиальное соответствие возможностей человека
требованиям профессии и является базовым уров-
нем развития ФСО.
Trend - описывает те психофизиологические па-
раметры, которые могут медленно изменяться на
протяжении жизни человека под влиянием образо-
вания, тренировки и старения и т. д. Эта составля-
ющая позволяет выявить отклонения параметров от
нормы вследствие развития болезни или старения
организма человека и указывает на необходимость
проведения реабилитационных мероприятий или
(в случае их неэффективности) на необходимость
смены профессии или выхода на пенсию.
F1 - колебания психофизиологических показа-
телей в короткие промежутки времени (на протя-
жении рабочего дня).
Casual быстроизменяющиеся в короткие про-
межутки времени (минуты, секунды) параметры,
которые требуют постоянного мониторинга в ре-
альном масштабе времени с целью оценки и прог-
нозирования работоспособности оператора. Прог-
ноз может быть построен на короткий промежу-
ток времени работы и использоваться в системах
адаптивной автоматизации деятельности (быть
основой для одобрения решения про передачу
функций управления от человека к технике).
Измерение каждого компонента 'РФ -профиля
требует использования адекватных параметров и
специальных методов их оценки для обеспечения
необходимого уровня точности.
В общем случае профессиональная работоспо-
собность оператора зависит от четырех групп фак-
торов [101]:
профессиональных знаний и умений;
психологических и физиологических профес-
сионально важных качеств;
функционального состояния;
параметров окружающей среды, включая тех-
ническую (технологическую) систему, окружаю-
щую среду, организационное обеспечение деятель-
ности.
214
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
Первые три фактора непосредственно связаны
с надежностью и эффективностью работы опера-
тора. В отличие от постоянной, трендовой и флук-
туационной составляющих, для которых могут быть
построены достаточно обобщенные для всей про-
фессиональной группы алгоритмы вычисления,
случайная составляющая должна выбираться в за-
висимости от специфики рабочею места (кабина
того или иного типа летательного аппарата, рабо-
чее место диспетчера УВД) и его технической ос-
нащенности с точки зрения регистрации психо-
физиологических параметров текущего состояния
человека. Поэтому выбор моделей и методов оцен-
ки в этом случае требует «привязки» к конкрет-
ным условиям применения.
Для отмеченных трех уровней была разработа-
на единая технология [101], включающая три ком-
пьютеризированные системы, которые могут при-
меняться как независимо друг от друга, так и ин-
тегрироваться в технические средства соответству-
ющего учреждения (учебно-тренировочный центр,
медсанчасть, предприятие) и использоваться для
мониторинга психофизиологической надежности
оператора на всех стадиях его профессиональной
деятельности:
профессиональный психофизиологический отбор;
периодический контроль психофизиологичес-
кой пригодности на основе мониторинга профес-
сионального старения;
ежедневный контроль.
Каждая из этих систем базируется на исполь-
зовании специфического множества психофизио-
логических параметров по результатам предыду-
щих исследований. Составляющие данной техно-
логии могут иметь разное наполнение в зависи-
мости от вида операторской деятельности, однако
сам подход к эшелонированию оценок достаточ-
но универсален. Рассмотрим наполнение данных
составляющих на конкретных примерах.
Профессиональный психологический (психофи-
зиологический) отбор. Общая цель профессиональ-
ного отбора вообще, и профессионального психо-
логического отбора в частности, состоит в научно
обоснованном прогнозировании профессиональ-
ной успешности работника на протяжении всего
ожидаемого периода его дальнейшей профессио-
нальной или должностной деятельности. Психо-
логический отбор кандидатов на профессиональ-
ное обучение предусматривает также оценку воз-
можностей кандидата овладеть определенной про-
фессией или профессиональной специализацией
в установленный срок по установленным учебным
планам.
Существуют несколько важных методологичес-
ких принципов профессионального психологичес-
кого отбора, которые в одинаковой степени акту-
альны как относительно отбора кандидатов на
обучение, так и для периодической оценки про-
фессионально значимых психологических качеств
при проведении сертификации персонала.
1. Принцип комплексности состоит в том, что
сведения, полученные из различных источников,
прямо или опосредованно связанные с индивиду-
ально-психологическими особенностями изучае-
мого человека, подлежат учету и анализу комп-
лексно, во всей их совокупности. Комплексность
отбора призвана обеспечить всестороннюю оцен-
ку профессиональной пригодности кандидата или
работника.
В целом, все методы исследования индивиду-
ально-психологических особенностей кандидатов,
которые могут быть объединены в комплекс ме-
роприятий профессионального психологического
отбора, разделяются на методы психологического
обследования и методы социально-психологичес-
кого изучения. Если психологическое обследова-
ние проводится в условиях непосредственного
контакта психолога с кандидатами для проведе-
ния соответствующих диагностических процедур
(в индивидуальной или групповой формах), то
социально-психологическое изучение ориентиро-
вано на поиск и анализ информации, связанной с
социальным контекстом и способной так или ина-
че характеризовать кандидатов в аспекте особен-
ностей из социальной позиции, поведения в со-
циуме и межличностного взаимодействия. Каж-
дая группа методов характеризуется соответству-
ющими возможностями, что и обусловливает
распространенную практику их сочетания. Если
психологическое обследование в наибольшей мере
соответствует задачам оценки показателей когни-
тивных психических процессов, психомоторики,
нейродинамических особенностей, а также черт
характера, диагностирование которых возможно
посредством тех или иных тестовых методик или
диагностических процедур (например, диагности
ческого интервью), то социально-психологичес-
кое изучение высвечивает особенности социаль-
ного поведения кандидатов, их моральные каче-
ства, социокультурные отличия.
5.4. Управление человеческим фактором
215
В соответствии с распространенной в профес-
сиональном отборе практикой, в процессе изуче-
ния личностных качеств анализируются:
биографические данные (которые, в частности,
помогают прояснить мотивационные приоритеты
личности, ее опыт, стиль жизненного пути);
оценки со стороны руководителей, педагогов
(в том числе в форме характеристик с места рабо-
ты или учебы), экспертные оценки деловых ком-
петенций со стороны других сотрудников (для лиц,
которые изучаются на этапе деятельности в со-
ставе определенного коллектива);
социальный статус в коллективе, структура вза-
имоотношений, особенности ближайшего окруже-
ния в соотнесении с характером отношений с этим
окружением;
результаты обследования методами психодиаг-
ностики (психологического тестирования) и пси-
хофизиологического обследования с использова-
нием специального оборудования;
выводы диагностического собеседования (ди-
агностического интервью);
материалы наблюдений за особенностями по-
ведения и деятельности.
Во внимание могут также приниматься резуль-
таты медицинского обследования как способству-
ющие уточнению психологической характеристики
(психологического диагноза); показатели физичес-
кой подготовки, данные об успешности предше-
ствующего обучения, результаты сдачи вступитель-
ных экзаменов (если предусмотрен послеэкзаме-
национный этап психологического отбора). При
отборе на переподготовку в этот перечень вклю-
чаются также показатели достигнутого уровня про-
фессиональных знаний, умений и навыков, пока-
затели уровня профессиональной адаптации, воз-
растные особенности.
2. Принцип системности в изучении индивиду-
альных качеств предусматривает оценку профес-
сиональной пригодности путем изучения разно-
уровневых структур индивидуальности человека
(психофизиологических, психологических, соци-
ально-психологических) в их сложной взаимосвя-
зи и взаимообусловленности.
3. Принцип научной обоснованности выбора пси-
хологических методик и критериев отбора подра-
зумевает, что критерии профессиональной при-
годности определяются исходя из анализа особен-
ностей профессии, а каждая диагностическая ме-
тодика отвечает требованиям:
надежности - точности измерений и устойчи-
вости к воздействиям внешних случайных факто-
ров;
валидности (от англ, 'valid-обоснованный, при-
годный, весомый) - репрезентативности диагнос-
тической процедуры по отношению к психичес-
ким явлениям, которые она исследует.
Валидность - это общее название целого ком-
плекса характеристик психодиагностической ме-
тодики, основными из которых являются:
критериальная валидность - мера связи крите-
риев методики с диагнозом (текущая валидность)
и прогнозом (прогностическая валидность, в том
числе инкрементная валидность методики как
инструмента психологического отбора - от англ.
incremental - прирост; инкрементная валидность
отражает практическую ценность методики при
проведении отбора, свидетельством которой яв-
ляется прирост определенных показателей каче-
ства отбора);
конструктная валидность - мера связи методи-
ки с теоретическим конструктом;
содержательная валидность - мера репрезента-
тивности содержания тестовых заданий методики
по отношению к психическим свойствам, кото-
рые оцениваются методикой.
4. Принцип направленности на перспективу тре-
бует учета потенциальных возможностей и тен-
денций развития профессионально важных качеств
личности. Важно не только ориентироваться на
ближайшие цели профессионального обучения и
адаптации, но и учитывать особенности и требо-
вания дальнейших этапов профессиональной ка-
рьеры, что, в свою очередь, должно опираться на
личностный подход и прогнозирование личност-
ного развития в определенных условиях деятель-
ности, а это может быть осуществлено при- усло-
вии адекватного профессиографического изучения
деятельности, в том числе применительно к раз-
ным профессиональным специализациям и эта-
пам становления профессионального мастерства.
Анализ личностных особенностей будет эффектив-
ным только при условии изучения мотивацион-
ной сферы кандидатов, особенностей становления
динамики и трансформации мотивов деятельнос-
ти, что представляет собой сложную методологи-
ческую проблему и методическую задачу.
5. Принцип адаптивности критериев отбора -
предусматривает возможность определенной кор-
рекции критериев профессиональной пригодное-
216
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
ти (в зависимости от возраста, эксплуатационных
особенностей конкретных образцов авиационной
техники, уровня профессионального опыта).
6. Принцип дифференциального прогнозирования -
предусматривает дифференциацию прогнозов при-
менительно к родственным специальностям или
специализациям. Этот принцип важен там, где
существует возможность выбора одного из не-
скольких направлений профессионального обуче-
ния или карьеры.
7. Принцип активного сопровождения - предус-
матривает использование полученных данных в
последующем психологическом сопровождении
профессиональной деятельности, предоставление
рекомендаций и проведение специальных меро-
приятий относительно коррекции и компенсации
отдельных недостатков.
При проведении профессионального психоло-
гического отбора может изучаться и оцениваться
весьма широкий спектр индивидуальных особен-
ностей [331]. В ГА при проведении такого отбора
летно-подъемного состава получил широкое рас-
пространение и регламентирован целым рядом нор-
мативных документов [489, 490] следующий набор
показателей:
1. Особенности психических процессов, изучаемые
в процессе группового тестирования:
объем внимания;
устойчивость внимания;
переключение внимания;
концентрация внимания;
распределение внимания;
уровень развития пространственных представ-
лений и способность ими оперировать;
устойчивость пространственных представлений;
уровень развития оперативной памяти;
устойчивость оперативной памяти;
способность к анализу и сравнению, умению
строить логические заключения;
способность к логической переработке инфор-
мации;
репродуктивное мышление;
дедуктивное мышление;
гибкость и оперативность мышления;
темп мышления;
скорость переработки информации;
темп психической деятельности;
способность к работе в условиях ограниченно-
го времени;
уровень психической работоспособности;
легкость формирования навыка;
скорость перестройки навыка;
скорость письма.
2. Особенности психических процессов и личност-
ные качества, изучаемые в процессе индивидуально-
го психологического обследования:
уровень развития кратковременной и оператив-
ной памяти;
«чувство времени»;
особенности произвольного внимания;
степень перцептивной интерференции;
легкость перестройки навыков переработки
информации;
уровень эмоциональной устойчивости;
самоконтроль;
настойчивость;
когнитивное развитие;
активируемость нервной системы;
состояние процессов торможения;
процесс дифференцирования;
лабильность нервных процессов;
подвижность нервных процессов;
особенности мотивационной сферы и другие
личностные качества.
3. Индивидуальные особенности, изучаемые с по-
мощью личностных опросников:
3.1. Личностная направленность:
на общение; на себя; на задачу.
3.2. Актуальное психическое состояние и от-
сутствие очерченных психопатологических состо-
яний (диагностические шкалы):
ипохондрия;
депрессия;
истерия;
психопатия;
отношение к противоположному полу;
паранойя;
психастения;
шизофрения;
гипомания;
социальная интроверсия.
3.3. Свойства личности (ниже приведены в виде
условных интерпретирующих характеристик, ко-
торые отражают структуру распространенной в
психодиагностике модели личности и не могут
трактоваться буквально):
степень эмоционального включения и синтон-
ности;
интеллектуальное развитие и способность к
логическому анализу;
5.4. Управление человеческим фактором
217
эмоциональная устойчивость и способность к
интеграции поведения;
степень доминантности в интерперсональных
отношениях;
степень оптимизма, бодрости и поведенческой
свободы;
интериоризация социальных норм;
стрессовая устойчивость и решительность;
мужественность и рассудочность или мягкость
и романтизм;
аффективная ригидность;
степень реалистичности и ориентация на прак-
тические задачи;
дипломатичность и степень способности к ана-
лизу поступков других людей;
степень удовлетворенности распространенны-
ми ситуациями и своей ролью в них;
стремление к стабильности или к новизне, пе-
реживаниям и риску;
степень социабельности или самодостаточности;
самоконтроль;
фрустрированность;
уровень тревожности;
экстра-интроверсия;
дихотомия - «стабильная предприимчивость -
утонченная эмоциональность»;
степень независимости поведения.
4. Личностные особенности, изучаемые в процес-
се пролонгированного отбора (на основе наблюдений
и экспертных оценок):
принципиальность;
добросовестность;
дисциплинированность;
требовател ьность;
организованность;
самокритичность;
коллективизм;
настойчивость;
решительность;
самообладание;
эмоциональная устойчивость;
внимательность.
4.1. Дополнительные качества, важные для ко-
мандира воздушного судна и пилота-инструктора:
педагогические способности;
организаторские способности;
широта кругозора;
уверенность в себе.
4.2. Дополнительное интегративное качество,
важное для переобучения:
обучаемость (способность к обучению).
В приведенных перечнях индивидуальных ка-
честв представлены также и наборы шкал извест-
ных психодиагностических методик, которые не
создавались специально для психологического
отбора в авиации. Поэтому многие из перечис-
ленных качеств неоднозначно связаны с профес-
сиональной успешностью авиационных специали-
стов и могут быть интерпретированы только в со-
отнесении с широким массивом психологической
информации. Отдельная проблема связана с ка-
чеством валидизации психологических методик
при их перенесении в другое социокультурное про-
странство. Все это предъявляет особые требова-
ния к уровню профессиональной компетентности
психологов, решающих данную задачу.
Периодический контроль. Система периодичес-
кого контроля ориентирована на оценку профес-
сионально важных качеств человека, которые мо-
гут изменяться на протяжении его жизни, а также
для решения вопроса, когда оператор нуждается в
реабилитационных мероприятиях или в подготов-
ке к прекращению профессиональной деятельно-
сти в результате необратимых изменений психо-
физиологических возможностей как результата
профессиональных заболеваний или старения.
Модель профессионального старения позволяет
получить оценку разных аспектов общей надеж-
ности оператора, в том числе исходя из психофи-
зиологических и медицинских показателей.
Существует возможность разработки индиви-
дуальной программы реабилитации и тренировки
оператора с целью поддержания его профессио-
нальной работоспособности на высоком уровне и
компенсации неблагоприятных возрастных изме-
нений.
Особое значение этих результатов связано с
геронтологическим аспектом взаимной адаптации
технических средств и человека. Этот аспект чрез-
вычайно важен, принимая во внимание быстрое
расширение возможностей новых информацион-
ных технологий и увеличение связанных с этим
проблем в работе человека (проблема адаптации,
переподготовки, перехода к новым моделям дея-
тельности).
Ежедневный контроль. Измерение текущих из-
менений психофизиологических показателей по-
зволяет прогнозировать динамику индивидуальной
работоспособности и надежности оператора.
В ходе многолетних исследований были опре-
делены психофизиологические показатели, наи-
218
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
более информативные при текущей оценке ФСО
и прогнозировании работоспособности операто-
ра. Результаты этих исследований могут быть ис-
пользованы при создании компьютерных систем
ежедневного контроля надежности оператора в
энергетике, авиации и космонавтике [100]. При
создании подобных систем необходимо обеспе-
чить:
индивидуальный подход к построению психо-
физиологической «нормы» работоспособности;
использование адаптивных моделей описания
психофизиологического состояния человека;
самонастраиваемость системы на конкретного
оператора и условия его работы.
Описанная выше технология опенки и прогно-
зирования пригодности человека к профессии
оператора позволяет владеть достоверной инфор-
мацией на разных этапах профессиональной био-
графии - от начала трудовой деятельности на эта-
пе профотбора и до выхода на пенсию.
5.4.2. Управление самочувствием
и функциональным состоянием
На самочувствие человека в эргатической сис-
теме влияет ряд факторов, в частности:
микроклимат на рабочем месте;
эргономичность рабочего места;
функциональное состояние;
нарушение биологических ритмов организма;
полноценность отдыха.
Микроклимат на рабочем месте определяется тем-
пературным режимом, влажностью, уровнем шума,
освещенностью, вибрацией, атмосферным давлени-
ем, которые регламентируются соответствующими
нормативными документами (санитарными норма-
ми и правилами, государственными и отраслевыми
стандартами, требованиями охраны труда).
Эргономичность рабочего места должна отвечать
требованиям эргономики относительно организа-
ции рабочих мест, оборудования рабочих поме-
щений, систем отображения информации и т. п.,
которые определяются государственными и отрас
левыми стандартами, а также методическими ре-
комендациями в области эргономики [121, 452].
Функциональное состояние (напряжение, уста-
лость, стресс) оказывает непосредственное и опо
средованное (сказываясь на состоянии здоровья)
влияние на безопасность и эффективность труда
авиационного специалиста. Негативные измене-
ния в состоянии здоровья могут происходить в
течение продолжительного периода времени вслед-
ствие кумулятивного эффекта воздействия высо-
кого напряжения и перенапряжения без необхо-
димого и полноценного возобновления функций
(отдыха, времени для восстановления и т. п.) [867].
Усталость как вид функционального состояния
может быть следствием недостаточного отдыха,
длительного отсутствия сна или выполнения сроч-
ных заданий в сжатые сроки. Хроническая уста-
лость обычно является результатом кумулятивно-
го эффекта воздействия повышенных нагрузок в
течение длительного времени. Умственная уста-
лость может быть связана также с информацион-
ным или эмоциональным стрессом. Гипоксия и
повышенный уровень шума - факторы, которые
усиливают усталость.
Усталость может быть также связана с наруше-
нием биологических ритмов человека, которые име-
ют периоды от миллисекунд (клеточный уровень)
до продолжительности всей жизни. Среди них од-
ним из наиболее влияющих на состояние и повсе-
дневную работоспособность является циркадный (су-
точный) ритм организма. Цикличность физиологич-
ных функций и психологической активности зави-
сит от ряда факторов, наиболее важный из которых -
смена дня и ночи. Однако на функционирование
систем организма влияет не только чередование сна
и бодрствования, но и периодичность приема еды,
физической и умственной активности и т. п. Воз-
никновение циркадной аритмии и десинхроноза ха-
рактерно не только для межконтинентальных поле-
тов. Эксплуатанты воздушных судов, выполняющие
нерегулярные рейсы на короткие расстояния или
ночные полеты (курьерские и чартерные перевоз-
ки), также могут страдать от падения производи-
тельности труда, вызванного циркадной аритмией.
Это же касается и диспетчеров УВД, которые часто
изменяют режим труда [895].
Полноценность отдыха зависит от организации
режима труда в соответствии с биологическими
ритмами организма человека. В наибольшей мере
нарушения биологических ритмов проявляются в
нарушении сна. Вариативность способности чело-
века к засыпанию в условиях нарушения биологи-
ческих ритмов организма достаточно велика. Бес-
сонница представляет собой состояние, когда че-
ловек ощущает сложности с засыпанием. Некли-
ническая, ситуативная бессонница возникает в
5.4. Управление человеческим фактором
219
конкретных случаях, связанных с нарушением био-
логических ритмов организма, например во время
длительных перелетов. В то же время, недостаточ-
ность или невозможность сна вызывает сонливость,
которая на протяжении некоторого времени мо-
жет быть компенсирована дополнительными уси-
лиями, направленными на концентрацию внима-
ния [731]. Однако мониторинг функционального
состояния головного мозга в таких случаях выяв-
ляет нарушения в его функционировании.
Ограничения в сне негативно влияют на психо-
моторную реакцию [804]. Умственная деятельность
также очень чувствительна к недосыпанию [869].
Нормальный сон (с 23.00 до 6.00) нужен для
восстановления функций организма и, в первую
очередь, головного мозга. Кроме того, такой сон
поддерживает естественные физиологические рит-
мы (от 1 до 4 ч). Какие-либо отклонения от цир-
кадного поведения могут вызывать ускоренную
усталость и повышать риск ошибочных действий,
снижать мотивацию. Большое количество антро-
погенных происшествий происходит в то время,
когда биологические часы человека установлены
на «сон».
5.4.3. Ошибки авиационного персонала
и их профилактика
Ошибки могут быть связаны с любым элемен-
том структуры деятельности, в связи с чем необ-
ходим тщательный анализ каждого структурного
элемента с присущими ему особенностями и по-
тенциальными рисками ошибочных действий.
К числу эффекторных ошибок авиационных
специалистов относятся неправильные или несво-
евременные действия, а также отсутствие необхо-
димых действий. Этому, как правило, предшеству-
ют перцептивные, мнемические или мыслитель-
ные ошибки.
Структура деятельности летных экипажей со-
держит такие принципиальные составляющие, как
пилотирование, навигация, управление система-
ми и оборудованием, связь с землей и другими
самолетами, а также взаимодействие между чле-
нами экипажа.
Предлагалась следующая классификация аспек-
тов деятельности пилота:
процедурная деятельность, связанная с двига-
тельными навыками, - управление силовой уста-
новкой, выработкой топлива, конфигурацией воз-
душного судна, автопилотом, индикаторами, на-
вигацией и связью;
сенсорно-моторная деятельность - выдержива-
ние расстояния, скорости, высоты; пролет пре-
пятствий; пространственная ориентация и коррек-
ция пространственного положения летательного
аппарата;
деятельность, связанная с принятием реше-
ний, - самооценка навыков, знаний, физических
и психологических возможностей, оценка возмож-
ностей бортовых и наземных систем, оценка опас-
ных ситуаций и разработка путей их преодоления,
навигационное планирование, корректировка уста-
новленной последовательности действий.
Исходя из материалов анализа опыта летной
эксплуатации современных воздушных судов, мож-
но выделить такие разновидности ошибок членов
экипажей:
неправильное восприятие информации об объек-
те управления и условий среды (ошибочное считы-
вание показаний приборов, искаженное понимание
процессов, происходящих в системах автоматики);
неправильное определение очередности дей-
ствий в соответствии с критериями важности и
срочности; отвлечение внимания на второстепен-
ные явления при внезапных изменениях ситуации
в полете;
неправильная оценка ситуации и принятие не-
правильного решения из-за ошибочного анализа
информации, неумения эффективно сотрудничать
в составе экипажа, нехватки знаний и опыта, не-
достаточной подготовки к полету, избыточного
доверия к автоматике;
ошибки членов экипажа в реализации приня-
того решения (например, ошибки при работе с
оборудованием кабины) и в контроле результатов
собственных действий;
нарушение режима полетов, эксплуатационных
ограничений из-за недостатка знаний и опыта,
неосведомленности и других причин.
В материалах по безопасности полетов приво-
дятся разнообразные сведения о наиболее распро-
страненных ошибках пилотов.
Для самолетов, не оснащенных современными
средствами автоматизации пилотирования, отно-
сительно распространенными ошибками являют-
ся, в частности, неверное определение скорости,
расстояния, высоты; невыдерживание необходи-
мой скорости полета; неправильное выравнива-
220
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
ние; посадка без выравнивания; подлет после ка-
сания взлетно-посадочной полосы («козление»);
невыдерживание направления во время разбега или
пробега; посадка на другую полосу; задержка при
заходе на второй круг или при прекращении взле-
та и т. д. В основе подобных ошибок главным об-
разом лежат недостаточная сформированность или
потеря отдельных летных навыков, недостаточная
психофизиологическая подготовка к полету, сни-
жение внимания, ухудшение показателей психо-
моторики, переутомление.
Что же касается современных самолетов с вы-
соким уровнем автоматизации пилотирования, то
их летная эксплуатация отмечается ростом риска
ошибок, существенно отличающихся от упомяну-
тых выше и связанных преимущественно с осо-
бенностями взаимодействия человека со сложным
бортовым оборудованием.
Приведем данные о некоторых из особеннос-
тей этих ошибок по опыту эксплуатации совре-
менных воздушных судов, отраженные в материа-
лах ICAO [582].
1. При определенных условиях пилот переста-
ет понимать логику работы автоматических сис-
тем, что приводит к неадекватному вмешательству
в работу автоматики, а также повышает психичес-
кую нагрузку и вероятность других ошибок.
2. В некоторых случаях активное использова-
ние автоматики повышает риск грубых ошибок,
например при вводе данных. Существенно то, что
автоматика, преимущественно ориентированная на
коррекцию не очень значительных ошибок, теря-
ет свои возможности в случае выхода параметров
за пределы определенного диапазона. Поэтому в
процессе работы с устройствами автоматики чрез-
вычайно важными становятся специальные меро-
приятия предотвращения грубых ошибок.
3. Привыкание к автоматике приводит к тен-
денции применять ее даже тогда, когда не хватает
времени для ввода в бортовую ЭВМ изменяющихся
данных полета. В некоторых случаях пилот тратит
лишнее время на ввод данных, сталкивается с труд-
ностями несовпадения форматов данных, размер-
ностей параметров.
4. Автоматизация летной работы способствует
возникновению у пилота тревоги по поводу ощу-
щения потери основных летных навыков. Пилот
также теряет чувство важности своей роли и ли-
шается обратной связи, дающей подтверждение
соответствия его личных качеств требованиям про-
фессии. При определенных условиях это приво-
дит к возникновению проблемы мотивации.
5. Поскольку пилот самолета, кабина которого
насыщена системами современной автоматики,
становится на многих этапах полета в большей сте-
пени пассивным наблюдателем функционирова-
ния этих систем, то растет риск возникновения
психологического состояния скуки, самоуспоко-
енности и монотонии, вследствие чего нештатная
работа автоматики может быть не замечена вовре-
мя или неадекватно воспринята.
6. Даже замечая признаки нештатной работы
автоматики, пилоты, как показала практика, в
известной степени склонны избегать вмешатель-
ства в ее действия, считая более вероятным соб-
ственное ошибочное восприятие происходящего,
а не сбой в работе в целом надежных автоматизи-
рованных систем.
7. Автоматизация летной работы способствует
возникновению у пилота ощущения, что ему от-
ведена второстепенная, вспомогательная роль, что
подрывает его самооценку и мотивацию.
Поскольку с повышением сложности техничес-
ких систем управления летательным аппаратом
физическая нагрузка на летчика уменьшается, а
психологическая растет (трудности понимания
действий автоматики, готовность к включению в
процесс пилотирования в случае отказа автомати-
ки и т. д.), можно говорить о существовании оп-
тимального уровня сложности бортового обору-
дования и о необходимости его обоснованного
определения, исходя из современных технологи-
ческих возможностей.
Следует отличать неправильное действие от
ошибочного действия человека, включенного в
авиационную эргатическую систему. Неправиль-
ным является такое действие, которое приводит к
выходу того или иного параметра эргатической
системы за пределы допустимого диапазона, не-
зависимо от причин этого действия.
Неправильное действие связано с различными
обстоятельствами и может быть:
вынужденным, не оставляющим человеку вы-
бора;
связано с тем, что правильному действию чело-
век не был обучен (например, в силу того, что сло-
жившаяся ситуация никем не прогнозировалась);
предпринято осознанно с определенным умыс-
лом именно как неправильное;
допущено по причине личной халатности;
5.4. Управление человеческим фактором
221
следствием возникших нарушений функцио-
нального состояния человека, в результате чего
происходит «отказ» человека-оператора как звена
эргатической системы;
обусловлено определенным психологическим
эффектом (как, например, в случае, когда опера-
тор не возвращается к отложенному завершению
некоторого прерванного акта деятельности в силу
того, что другой неотложный акт деятельности,
выступив в роли прерывающего, формирует субъ-
ективно переживаемое состояние достигнутости,
деактуализирующее в сознании оператора необ-
ходимость завершения ранее прерванного акта).
Существует мнение, что лишь в последнем слу-
чае неправильное действие следует называть соб-
ственно ошибочным, отличая его не только от
вынужденного действия в безвыходной ситуации,
пробного действия и умышленного нарушения, но
и от неправильного действия по причине личной
халатности, а также от неправильного действия
(бездействия, несвоевременного действия) вслед-
ствие нарушений функционального состояния
субъекта деятельности [398].
В интересах построения эффективной работы по
предотвращению неправильных действий необходи-
мо для каждого из перечисленных случаев разраба-
тывать соответствующие профилактические меро-
приятия. Эти мероприятия могут заключаться:
в конструктивных доработках техники;
изменениях положений документов, регламен-
тирующих эксплуатацию техники;
своевременной разработке необходимых реко-
мендаций на основе изучения опыта эксплуата-
ции техники в особых случаях;
развитии профессиональной мотивации и про-
фессионально-значимых личностных качеств;
эффективной системе профессионального от-
бора;
проведении текущего мониторинга психофизи-
ологических возможностей и функционального
состояния человека;
специальной системе профессионального обу-
чения.
Принципиальный момент, который необходимо
учитывать в процессе расследования обстоятельств
неправильных действий, заключается в том, что в
момент каждого действия оно воспринимается че-
ловеком как неотъемлемая часть непрерывного це-
лостного потока событий. Человек, нацеливаясь на
результат, сливается со своим действием, чувствует
его внутренне, многомерно и в контексте всей кар-
тины событий [531]. Основание для констатации
неправильных действий появляется тогда, когда есть
негативный результат, а само действие уже осталось
в прошлом. На этапе расследования все последова-
тельно совершавшиеся действия из непрерывного
потока разделяют на искусственно выделенные от-
дельные звенья, что выглядит в глазах субъекта дей-
ствия как подмена реальности. Человек при этом
испытывает переживания по поводу самих действий
и способа их расследования.
Чтобы выяснить, что привело к неправильным
действиям, нужно выяснить, что делал, думал и
чувствовал человек во время их выполнения.
Существенный фактор ошибочных действий -
попадание экипажа в десинхронизированный ре-
жим управления воздушным судном, при котором
нарушается согласованность между физическим
процессом движения и субъективным ощущени-
ем времени [531].
Могут иметь место два принципиально разных
варианта десинхронизации.
1. Отставание способа действия от реального
образа объекта. Причина - попытка думать об уп-
равляющих действиях. Следствие - фрагментация
и деформация образа восприятия, роста дефицита
времени; в конечном итоге - ошибочные действия.
2. «Образ полета» в восприятии пилота опере-
жает его реальный ход. Причина - избыточная эмо-
циональная окраска деятельности. Следствие - вне-
временная рефлекторная деятельность с непред-
виденными последствиями.
В отличие от десинхронизированного режима
пилотирования, синхронизированный (оптималь-
ный) режим характеризуется тем, что пилот в со-
стоянии покоя управляет самолетом как бы ав-
томатически, опираясь, преимущественно, на
интуитивные подсознательные психические про-
цессы с незначительной долей участия контро-
лирующего сознания, которое обеспечивается
опытом и знаниями. Благодаря этому субъектив-
ное ощущение времени протекает синхронизи-
ровано с физическим процессом движения воз-
душного судна.
Независимо от того, в чем именно заключа-
лись основные причины тех или иных осложне-
ний во время выполнения полета, психологиче-
ские факторы всегда непосредственно влияют на
последующее развитие усложненной ситуации.
Как быстро и насколько объективно пилот от-
222
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
реагирует на возникшее осложнение, сколько вре-
мени потратит на принятие решения, насколько
это решение будет отвечать ситуации и как оно
будет выполняться - эти обстоятельства обеспе-
чат последующее развитие событий наряду с об-
стоятельствами, независимыми от воли и действий
пилота.
Анализируя неправильные действия человека,
нужно исходить из того, что его нельзя обвинять
в их совершении, если [531]:
человек действовал подобно автомату вслед-
ствие методически сформированных у него авто-
матизмов; в этом случае виновниками в большей
степени становятся те методисты, которые создали
соответствующую систему обучения (по Дж. Рас-
муссену);
человек сам, впервые, накопив знания и опыт,
был поставлен перед необходимостью создать и
применить свою собственную методику действий
в определенной ситуации;
ситуация требовала от человека выхода за ес-
тественные границы восприятия, памяти, мыш-
ления, внимания.
Отметим, что причины ошибок летных экипа-
жей и авиационных событий могут иметь разветв-
ленную систему детерминации: в частности, они
могут быть связаны с существованием недостат-
ков в системе административного контроля, пла-
нирования и принятия ответственных решений ру-
ководством авиакомпании [583]. В соответствии с
мировым опытом оптимизация системы админи-
стративного управления, как правило, требует кор-
рекции определенных психологических явлений
и регуляторов, связанных с процессом совмест-
ной деятельности в организации [182]. Нередко
при этом приходится уделять внимание психоло-
гическим факторам индивидуальных особеннос-
тей управленческой деятельности руководителей
различного должностного уровня, работающих на
различных участках.
5.4.4. Обучение и переподготовка
авиационного персонала
Несовершенство системы профессиональной
подготовки летного состава является существенным
сдерживающим фактором повышения безопаснос-
ти полетов. По мнению директора центра подго-
товки летного состава и наземного персонала кон-
сорциума Airbus Industries, система профессиональ-
ной подготовки пилотов во Франции совсем, или
почти совсем не отслеживает научно-технический
прогресс в гражданской авиации. Человеческому
фактору в процессе летного обучения уделяется
недостаточно внимания, во время летной подго-
товки членов экипажа учат, в основном, «чистому
пилотажу», тогда как на современных воздушных
судах большинство полетных маневров автомати-
зировано. В то же время почти совсем изъяты из
рассмотрения вопросы общего руководства поле-
том, контроля обстановки на рабочих местах, в
кабине ВС в целом. Профессиональная подготов-
ка практически не касается разных аспектов чело-
веческих взаимоотношений, психологии командо-
вания и ответственности пилота.
Разработанные ICAO фундаментальные концеп-
ции в области человеческого фактора, определя-
ющие конкретный вид базовых профессионально
значимых индивидуальных и предельно допусти-
мых характеристик экипажа воздушного судна,
были положены в основу программ предотвраще-
ния авиапроисшествий. Существенным дополне-
нием к документам ICAO, регламентирующим
конкретное содержание программ профессиональ-
ной подготовки авиационных специалистов, было
введение в восьмое издание отмеченных докумен-
тов нового раздела «Летная подготовка», в кото-
ром нормы требований к знаниям будущих спе-
циалистов впервые дифференцированы по специ-
альным дисциплинам. В эти дисциплины вклю-
чены требования к знаниям возможностей и
ограничений человека-оператора в процессе лет-
ной работы, имеющие тот же статус, что и требо-
вания к знаниям в области любого другого разде-
ла традиционного курса профессиональной под-
готовки, что обусловливает необходимость разра-
ботки соответствующей программы обучения и
внедрения новых концепций в систему этой под-
готовки.
В практике летной профессиональной подго-
товки достаточно живучей оказалась концепция,
согласно которой основу обучения должна состав-
лять отработка навыков двигательных автоматиз-
мов. В соответствии с этой концепцией, главная
задача подготовки профессионала заключается в
том, чтобы натренировать его быстро и точно ре-
агировать на те или иные внешние действия. Что
же касается учебы методом наблюдения, анализа
обстановки, умения оперировать воображаемыми
5.4. Управление человеческим фактором
223
переменными и т. и., то это дело второстепенное.
Такая концепция, в сущности, опирается на бихе-
виористское представление о человеческом пове-
дении, сводя его к схеме «стимул - реакция».
Рассмотрению вопроса о том, возможно ли,
ограничиваясь лишь отработкой навыков, сфор-
мировать высококвалифицированного, творчески
работающего профессионала, в психологических
исследованиях авиационной направленности уде-
лялось серьезное внимание [196]. Отмечалось, что
в истории авиационной психологии с самого на-
чала организации обучения летчиков (в 1910 г.)
прослеживаются попытки противопоставить кон-
цепции отработки навыков другому подходу, а
именно: ориентации на развитие способности
творчески осмысливать ситуации полета и действо-
вать, опираясь на разум, а не «инстинктивно».
Был сделан вывод о том, что перестройка мето-
дики обучения летчиков должна заключаться в от-
казе от ее исключительной направленности на от-
работку автоматизированных навыков и в перехо-
де к психологизированным методам, допускающим
активное сознательное построение внутренних ме-
ханизмов регуляции действий и обеспечивающим
формирование полноценного образа полета уже на
ранних стадиях подготовки летчика [196].
Представляют интерес программы обучения,
направленные на отработку умений пилота выби
рать правильное решение еще на этапах началь-
ной профессиональной подготовки.
Результатом развития данных умений явилась
разработка Руководства ERAU (Enbry - Riddle
Aviation University), основу которой составляет
методика, в которой внимание курсанта сосредо-
тачивается на трех факторах, определяющих при-
нятие решения: на пилоте, ВС и на окружающей
среде. С пилотом связывают факторы профессио-
нальной подготовки, опыт, состояние здоровья,
стрессы, степень усталости и др.; ВС определяет-
ся летно-техническими характеристиками, усло-
виями летной пригодности, работой функциональ-
ных систем и оборудования. Окружающая среда
включает в себя метеоусловия, рельеф местности,
работу служб УВД и т.п.
Анализ показывает, что, в конечном счете, авиа-
происшествия происходят из-за одного неверного
решения. «Каждая неверная оценка, - считает ру-
ководитель разработки Руководства ERAU Дже-
ром Берлин - пилот, занимающийся исследова-
ниями в области авиационной психологии, - со-
кращает возможности выбора, которыми распо-
ряжается пилот. Последним звеном цепи собы-
тий является то, что у пилота вообще не остается
никакого выбора». В методике ERAUJ предусмот-
рены рекомендации по «прерыванию» этой пороч-
ной цепи, а именно, в руководстве идентифици-
рованы психологические установки («опасные
типы мышления»), которые влияют на решение
человека, а также предложены ситуационные уп-
ражнения, помогающие выявить и преодолеть эти
недостатки.
Один из разделов Руководства ERAU, посвя-
щенный оценке влияния различных стрессов на
процесс принятия решения, содержит также ре-
комендации по преодолению негативного влия-
ния стресса (было даже введено понятие «управ-
ления опасной ситуацией»).
Исследования показали, что члены экипажа,
прошедшие фундаментальную профессиональную
подготовку по Руководству ERAU, делали в конт-
рольных полетах на 54 % меньше ошибок, чем
летный состав, который ее не проходил. По оцен-
кам экспертов, внедрение рассмотренного Руко-
водства ERAU в практику профессиональной под-
готовки летного состава позволило снизить коли-
чество АП не менее, чем на 5-20 %.
Разработанные впоследствии 20 ситуационных
упражнений для диагностики и коррекции опас-
ных качеств пилота в процессе летной работы,
существенно дополняющие методические матери-
алы Руководства ERAU, дают возможность повы-
сить надежность диагностики процесса принятия
решения на 42,9 %.
Понятие «летная подготовка» имеет много ас-
пектов и, в частности, может рассматриваться в
аспекте «изменения поведения», цель которого со-
стоит в том, чтобы выработать у членов летного
экипажа определенные поведенческие стереоти-
пы еще до того, как они приступят к практичес-
кому пилотированию. Отсюда следует, что нет
необходимости отрабатывать любые этапы обуче-
ния линейных пилотов на базовом учебном само-
лете, потому что, фактически, это может оказать-
ся даже вредным для приобретения навыков ли-
нейного пилота.
На сегодняшний день достигну! большой про-
гресс в проектировании и использовании летных
тренажеров. Однако для успешного обучения на
пилотажных тренажерах необходимо выполнение
следующих условий:
224
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
тренажеры должны имитировать все возмож-
ные полетные ситуации;
необходимо совершенствовать методику разра-
ботки программ подготовки;
должна осуществляться в процессе обучения не-
прерывная связь с рабочим местом, с помощью ко-
торой можно обеспечить ввод на пилотажных тре-
нажерах реальных ситуаций, эффективно исследо-
вать эти ситуации с помощью тренажеров, услож-
нять их и использовать при обучении пилотов в
реальной полетной обстановке. Только такая не-
прерывная связь в процессе обучения и проверки
может гарантировать включение апробированных
процедур в реальные полетные ситуации. Высокая
эффективность тренировок на тренажерах позво-
ляет сократить программу летной подготовки по
сравнению с ее первичным объемом более чем
в 3 раза, а годовой экономический эффект от вне-
дрения тренажеров в учебный процесс составляет
около 1 млн руб. (Российская Федерация).
Приобретение навыков имеет решающее значе-
ние в летном обучении. Летные навыки делятся на
мыслительные, сенсорные, двигательные, волевые
и характеризуются чрезвычайной сложностью, гиб-
костью, пластичностью. Нередко они реализуются
в ситуациях неопределенности и сильных эмоций.
Практика начального летного обучения показы-
вает, что очень важно учитывать закономерности
формирования летных навыков.
Вот некоторые из них:
1. Неравномерность усовершенствования различ-
ных навыков. Приобретение всех навыков в первых
полетах протекает, как правило, медленно. Навык
пилотирования во время горизонтального полета
уже достаточно твердо закрепляется при прохож-
дении 30-40 % вывозной программы, тогда как отно-
сительно стойкий навык посадки самолета только
при прохождении 70-80 % вывозной программы.
Поэтому на начальном этапе не следует требовать
самостоятельности при пилотировании самолета,
больше внимания нужно обращать на точность,
своевременность и последовательность выполнения
необходимых действий, а не на их скорость. В про-
тивном случае сначала курсант будет хорошо усваи-
вать летное дело, а в дальнейшем это приведет к
неправильному приобретению навыка, проявлению
ошибок и вредных привычек.
2. Периодическое появление временных задержек
прироста навыка, а иногда даже и снижение его уров-
ня, что в психологии получило название «плато».
Сначала быстрый прирост навыка, как прави-
ло, идет за счет того, что курсант начинает копи-
ровать движения летчика-инструктора. Но при
последующем обучении этого недостаточно. Кур-
сант уже должен применять имеющиеся знания,
перестраивать свою психологическую структуру
навыков, что и приводит к появлению «плато».
Внешне данный процесс выражается в увеличе-
нии напряженности курсанта.
3. Снижение эмоционального напряжения по мере
усовершенствования навыка, что свидетельствует о
формировании качеств, способствующих усилению
психологической стойкости. В ходе показательных
полетов частота пульса у курсанта значительно
ниже, чем в ходе контрольных полетов, когда он
вместе с инструктором начинает отрабатывать дан-
ный навык. Психологически это можно объяснить
тем, что в первых показательных полетах частота
пульса увеличивается в среднем на 12-16 ударов
в минуту по сравнению с фоновым показателем
из-за новизны условий и характера деятельности.
В следующих полетах частота пульса все время
уменьшается. Но как только летчик-инструктор
начинает требовать от курсанта выполнения отра-
батываемых навыков, пульс учащается в среднем
на 22-26 ударов. С каждым полетом частота пуль-
са все время снижается, так как эмоциональная
напряженность курсанта спадает, эффективность
обучения при этом повышается. При появлении
«плато» пульс у курсанта опять повышается на 15-
18 ударов в минуту, что свидетельствует о проис-
ходящей психологической перестройке. При даль-
нейшем обучении частота пульса у курсанта вновь
снижается до фоновых показателей.
4. Целенаправленность упражнений и знание кур-
сантом их результатов. Данная закономерность
проявляется в том, что, прежде чем научить чему-
либо, необходимо объяснить курсанту, для чего
это необходимо в летной работе, какие способы и
приемы формирования навыков используются и
каким должен быть конечный результат. Это по-
зволяет обучаемому осуществлять самоконтроль
своих действий, направлять свое внимание на ис-
правление ошибок и достижение лучших резуль-
татов. Выполнение данных требований повышает
интерес к упражнению, мобилизует волю курсан-
та, делает его старательным, терпеливым и настой-
чивым в достижении поставленных целей. Но есть
еше один общий закон приобретения каких-либо
навыков, сущность которого заключается в том,
5.5. Новые тенденции и перспективы эргономических исследований
225
что автоматизм формируется только тогда, когда
в процессе отрабатываемых действий внимание
направлено на его цель.
Один из основных принципов летного обуче-
ния-принцип активности, предполагающий все-
стороннее развитие личностной активности и глу-
бокое осознание обучаемым своих действий.
В практике летного обучения имеют место два
вида упражнений, направленных на формирова-
ние двигательных навыков. Первый - это обуче-
ние путем проб и ошибок, а второй, опирающий-
ся на психологическую концепцию обучения
П. Я. Гальперина, состоит в поэтапном формиро-
вании мыслительных действий путем перехода
внешней, «материальной» деятельности, во внут-
ренний, мыслительный план.
Метод упражнений, основанный на всесторон-
нем осознании процесса обучения двигательным
навыкам, отличается от метода проб и ошибок на-
личием предварительной подробной ориентиров-
ки курсанта в предстоящем задании. У обучаемого
заранее формируется система ассоциаций ориен-
тировочно-познавательной деятельности, ускоря-
ющая процесс образования двигательного навыка
и значительно уменьшающая число ошибок.
К внешним признакам, указывающим на ус-
пешный ход процесса формирования летных на-
выков, относится ряд таких проявлений:
объединение частичных действий в одно цело-
стное действие;
устранение лишних движений и лишнего на-
пряжения;
ослабление роли зрительного и увеличение роли
двигательного контроля техники выполнения дей-
ствий;
возможности осуществления деятельности раз-
личными способами или приемами.
При переучивании на новую авиационную техни-
ку наиболее важным моментом в психологическом
отношении является перестройка навыков. Основ-
ные психологические особенности этого процесса
связаны с влиянием старых навыков на формиро-
вание новых и с динамикой приобретения послед-
них. При этом в ходе переучивания на новые на-
выки могут оказать как позитивное, так и негатив-
ное влияние старые навыки. Влияние старых на-
выков на новые называется переносом навыков.
На позитивный перенос навыков влияют по-
добие оборудования кабин нового и прежнего типа
самолета, единая методика обучения, позитивный
психологический настрой на переобучение. По-
зитивному переносу навыков способствует также
пластичность навыков. Негативный перенос воз-
никает тогда, когда на новые знания по тем или
иным причинам (например, под влиянием стрес-
са) накладывается прежний опыт, возвращение к
которому имеет отрицательные последст вия.
В летной практике нередко встречаются слу-
чаи негативного переноса навыков при переучи-
вании на современные типы самолетов, в том числе
и на новые авиационные комплексы. Так, увели-
чение процента ошибочных действий до 12-15 %
говорит о важности и необходимости учета воз-
можности негативного переноса навыка.
Следует отметить, что летные навыки при от-
сутствии благоприятных условий утрачиваются
вплоть до деавтоматизации. Факторами, вызыва-
ющими деавтоматизацию, могут быть перерыв в
выполнении соответствующих действий, эмоцио-
нальное возбуждение, усталость, заболевание, пас-
сивное отношение к деятельности. При деавтома-
тизации не все навыки утрачиваются одинаково.
Отмечалось, что наиболее негативно перерыв от-
ражается на навыках при выполнении взлета, рас-
чета захода на посадку и самой посадки, а также
при пилотировании по приборам, что объясняет-
ся меньшей устойчивостью сенсорных навыков при
перерывах по сравнению с двигательными.
5.5. НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Как свидетельствуют современные эргономи-
ческие исследования, экономический эффект от
учета человеческого фактора на этапах разработ-
ки и эксплуатации авиационной техники с целью
повышения безопасности полетов существенно
превышает затраты на проведение психологичес-
ких и эргономических исследований и разработок
этой направленности. По оценкам специалистов,
комплексное проведение мероприятий по учету
психофизиологических характеристик и возмож-
15 8-470
226
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
ностей авиационных специалистов позволяет по-
высить их работоспособность на 25-45 %, а также
сократить количество ошибочных и неоптималь-
ных действий в процессе работы в 1,5-2 раза [346].
Пути и меры предлагаются разные, среди них
наиболее обоснованными являются предложения
специалистов Российской Федерации, Евроконт-
роля и Федеральной Администрации США [340,
738]. Все они отвечают требованиям ICAO, опи-
раются на современные научные достижения, но
используют наиболее разработанные подходы,
присущие национальному (региональному) авиа-
ционному опыту.
Могут быть выделены следующие подходы к
оценке и прогнозированию уровня безопасности
полетов.
1. Факторно-технологический, который основы-
вается на определении результата влияния факто-
ров технологий создания и эксплуатации авиаци-
онных комплексов на безопасность полетов. Од-
ним из направлений, реализующих данный под-
ход, является подготовка авиационных инженеров,
которые специализируются в области эргономи-
ческих проблем авиационной безопасности и по-
вышения уровня знаний и умений авиационных
специалистов в этой сфере.
2. Комплексно-многофакторный, который учи-
тывает взаимосвязь и влияние разных факторов
на безопасность полетов с учетом внешних усло-
вий и обстоятельств. Он предусматривает разра-
ботку аналитических моделей взаимосвязи и вли-
яния факторов и их использования для обоснова-
ния актуальных методов и средств обеспечения
безопасности полетов, включая автоматизирован-
ные средства контроля состояния технических
систем и оценки надежности специалиста.
3. Функционально-деятельностный, который
предусматривает оценку профессиональной надеж-
ности летчика как результат действия факторов,
характеризующих его в качестве субъекта деятель-
ности в объективных условиях ее осуществления.
Он предусматривает оценку и прогноз безопасно-
сти полетов применительно к задачам и алгорит-
мам деятельности специалистов, которые выпол-
няют или обеспечивают полеты, с учетом их пси-
хофизиологической надежности.
4. Системно-целевой, направленный на обес-
печение безопасности полетов на основе оценки
и прогноза надежности системы «летчик- воздуш-
ное судно-средадиспетчер» с учетом стохасти-
ческой модели влияния внешних событий и об-
стоятельств на функциональное состояние спе-
циалистов, которые выполняют и обеспечивают
полеты.
Следует отметить, что в 1970—1980-х годах ус-
пешно функционировала система эргономических
исследований и разработок для создания и экс-
плуатации авиационных комплексов различного
назначения. Она отвечала существовавшим эко-
номическим условиям и взаимоотношениям меж-
ду предприятиями авиационной отрасли, научно-
исследовательскими учреждениями, соответст-
вующими ведомствами и службами. Изменение
политических, экономических, научных и техни-
ко-технологических реалий за 1992—2006 гг. при-
вели к появлению на постсоветском пространстве
новых проблем в сфере авиационной эргономики
и человеческого фактора, относящихся к числу
организационных, методологических и исследо-
вательских [345].
Организационные проблемы касаются, прежде
всего, финансового, кадрового и информацион-
ного обеспечения. Эргономическая экспертиза и
оптимизация средств и условий деятельности лет-
ного состава и авиационных специалистов требу-
ют определенных затрат. Однако многочисленные
авиационные предприятия на исследования и раз-
работки эргономической направленности, в том
числе по обеспечению психофизиологической на-
дежности лиц, осуществляющих или обеспечива-
ющих полеты, средства не выделяют. А единствен-
ная в Украине эргономическая лаборатория в авиа-
ции, существовавшая на АНТК им. О. К. Антонова,
в 1990-х годах была ликвидирована.
Особое место в организационном отношении
занимает подготовка специалистов в области че-
ловеческого фактора в авиации, в том числе в об-
ласти авиационной психологии и авиационной
медицины, а также соответствующая базовая под-
готовка авиационных специалистов в университе-
тах промышленно развитых стран, где будущие
инженерно-технические работники проходят обя-
зательную подготовку в области эргономики в
объеме от 200 до 800 учебных часов.
Обеспечение подготовки и работы авиацион-
ных специалистов и летного персонала требует
разработки и повсеместного использования в прак-
тических целях информационных баз и банков
эргономических данных, а также автоматизиро-
ванных экспертно-диагностических систем. Такие
5.5. Новые тенденции и перспективы эргономических исследований
227
работы велись в 1980-х - начале 1990-х годов, од-
нако не были доведены до завершения вследствие
разрушения кооперации между ведущими науч-
ными эргономическими центрами.
Методологические проблемы связаны с сокраще-
нием объема эргономических исследований в об-
ласти создания и эксплуатации авиационной
техники и возникающего дефицита «фактических
данных, характеризующих психофизиологическую
надежность летного состава». Отмечается, что со-
держание и структура деятельности человека-опе-
ратора, в том числе в авиации, существенно меня-
ются с возрастанием информационной насыщен-
ности деятельности при возрастании автоматиза-
ции процессов управления. В связи с этим возникает
потребность в разработке или уточнении ранее раз-
работанных концепций учета человеческого фак-
тора в авиации применительно к новым техноло-
гиям и более сложным задачам: «Нуждается в уточ-
нении методология системного проектирования
алгоритмов, средств и условий летного труда, оцен-
ки психофизиологической надежности деятельно-
сти летного состава и авиационных специалистов,
моделирования деятельности летчика в проблем-
ных ситуациях» [345]. Для практических целей не-
обходимы методы прогноза психофизиологической
надежности деятельности на различных уровнях
учета человеческого фактора.
Как следует из данных исследования авиаци-
онных происшествий, ошибки человека носят
сложный характер и могут быть сгруппированы
следующим образом (рис. 5.5):
ограниченность возможностей человека;
ошибки при выполнении когнитивной деятель-
ности;
трудности, возникающие при взаимодействии
людей;
несоответствие индивидуальных возможностей
человека условиям деятельности;
любое сочетание этих элементов.
Следовательно, «методологической основой
совершенствования концепций учета человечес-
кого фактора в авиации могут стать новые подхо-
ды к решению общих проблем психологии, физио-
логии и социологии, материалы исследований
когнитивной, коммуникативной и регулятивной
функции психики, теоретические и практические
исследования психофизиологических основ актив-
ности и трудовой деятельности человека-операто-
ра» [345].
Team-related Aspects
Рис. 5.5. Источники ошибок авиационного персонала [865]
228
5. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР В АВИАЦИИ
Исследовательские проблемы авиационной эр-
гономики определяются приоритетами решения
задач создания, модернизации и испытаний авиа-
ционной техники и обеспечения профессиональ-
ной надежности летного состава в современных
условиях. Особое внимание предлагается уделить
эргономической экспертизе учета когнитивных и
регулятивных функций летчика как человека-опе-
ратора при уточнении его функций, создании еди-
ной бортовой экспертной системы и разработке
бортовых оперативно-советующих экспертных
систем. В связи с этим возникает задача оптими-
зации интерфейса со средствами компьютериза-
ции и снижения информационной загрузки лет-
чика, поддержания его психофизиологического
состояния на уровне, обеспечивающем адекват-
ную активацию функциональных систем. Для этого
целесообразно использовать систему мониторин-
га качества деятельности летчика и его психофи-
зиологического состояния как основы контроля
его функциональных возможностей по решению
задач в усложненных условиях полета (в том чис-
ле при эксплуатации авиационной техники с ис-
текающими сроками гарантий безотказной рабо-
ты технических комплексов и систем). На реше-
ние этих же задач направлены и рекомендации
экспертной группы NATO [719].
Необходимо исследование новых проблем, воз-
никающих в учете человеческого фактора при орга-
низации воздушного движения в условиях его ин-
тенсификации, возрастающего объема перевозок
и усложнения техники. Особое значение имеет
влияние социально-психологических факторов на
психофизиологическую надежность диспетчеров,
выполняющих свои задачи в составе рабочих смен.
Дальнейших исследований требуют проблемы пси-
хологической реабилитации летного персонала в
после- и межполетный период, разработка реко-
мендаций и практических средств такой реабили-
тации.
В заключение следует отметить, что эргономи-
ка в практическом аспекте является системной
человеко-ориентированной технологией создания
и эксплуатации сложных социотехнических сис-
тем, «предоставляющих полный приоритет чело-
веку перед техникой» [595].
Глава 6
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Надежность - важнейший технико-экономичес-
кий показатель авиационной техники, во многом
определяющей безопасность полетов, эффектив-
ность использования ВС, технический уровень и
конкурентоспособность авиационных перевозок.
Необходимость обеспечения высокого уровня
надежности компонентов авиационной техники
диктуется тем, что выход их из строя в процессе
эксплуатации сопровождается значительными эко-
номическими потерями, связанными с простоя-
ми, ремонтами, материальными и трудовыми за-
тратами. Отказы критических компонентов ВС во
время полета могут привести к летным происше-
ствиям с тяжелыми последствиями (с человече-
скими жертвами).
Важную роль в обеспечении и повышении на-
дежности АТ играют методы и средства статис-
тического контроля и анализа надежности, ос-
нованные на данных об отказах и наработках ком-
плектующих изделий, зарегистрированных во
время эксплуатации. Их применение связано,
прежде всего, с разработкой и внедрением авто-
матизированных систем сбора и обработки ин-
формации об отказах и неисправностях. С помо-
щью таких систем оценивают фактический уро-
вень надежности изделий авиационной техники
входе эксплуатации, контролируют и прогнози-
руют показатели надежности, определяют эффек-
тивность внедрения разных мероприятий по уст-
ранению отказов, а в процессе усовершенствова-
ния авиационной техники выявляют наименее
надежные узлы и агрегаты ВС.
Состояние безопасности полетов во многом за-
висит от действующей системы поддержания лет-
ной годности ВС.
Основные информационные задачи в поддер-
жании летной годности: учет наработок и ресурс-
ного состояния самолетомоторного парка и ос-
новных агрегатов ВС; учет отказов и неисправно-
стей; контроль и прогнозирование надежности
изделий ВС; определение уровня безопасности
полетов; учет и анализ использования парка ВС;
создание единой системы кодирования признаков,
событий и явлений.
Создание единой комплексной системы инфор-
мационного обеспечения процесса поддержания
летной годности дает возможность повысить ка-
чество сертификации типа и экземпляра ВС и обо-
сновано продлевать ресурсы и сроки службы ком-
понентов авиационной техники.
Степень интеграции самолета в авиационно-
транспортную систему в настоящее время такая, что
надежность и безопасность полетов нужно оцени-
вать для АТС в целом. Новые общие принципы,
рассмотренные в [382-384, 390, 391], основаны на
полной модели надежности и безопасности полетов
(модели отказобезопасности) и направлены на обес-
печение и поддержание безопасности на всех эта-
пах жизненного цикла самолета с распространени-
ем принципов обеспечения безопасности полета на
другие части авиационно-транспортной системы
(экипаж, службу обеспечения полетов и др.).
Надежность ВС в эксплуатации зависит от за-
проектированной прочности конструкций.
Прочность ВС обеспечивается вследствие при-
менения системы мероприятий, которая преду-
сматривает расчеты с использованием априорной
информации на ранних стадиях проектирования,
тщательную экспериментальную проверку основ-
ных конструкционно-технологических решений,
сертификационную проверку и доведение безопас-
ности конструкции в лабораторных условиях до
прочности настоящей конструкции с использова-
нием дополнительной информации, полученной
во время летных испытаний.
На сегодня существуют четыре раздела науки
о прочности ВС: нормы прочности; статическая
прочность; сопротивление усталости и эксплуата-
ционная живучесть; аэроупругость. Согласно им,
проектирование рациональной по условиям проч-
ности конструкции составляет комплексную про-
блему: одновременное удовлетворение требований
статической прочности, сопротивления усталости
и живучести и обеспечение безопасности от флат-
230
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
тера, дивергенции и реверса элеронов. Эти требо-
вания должны удовлетворяться в границах твер-
дых лимитов массы, которые обеспечивают нуж-
ную эффективность ВС.
Требования к прочности конструкции ВС оп-
ределяются по нормам прочности в соответствии с
его назначением и условиями эксплуатации.
Статическая прочность на стадии проектиро-
вания обеспечивается расчетом действующих на-
грузок. Несущая способность конструкции зада-
ется разрушающими напряжениями, обусловлен-
ными экспериментальными испытаниями конст-
руктивных образцов и панелей из определенного
конструкционного материала [114, 311]. Оконча-
тельно прочность конструкции проверяют, при-
меняя статические испытания конструкции в це-
лом или отдельных ее частей.
Требования к долговечности конструкции ВС
вытекают из условий нагрузки в типовом полете и
обеспечения назначенного ресурса. По нагрузкам
типового полета определяют эквивалентные нагруз-
ки по условиям повреждаемости [111, 309, 313, 316].
Долговечность регулярных зон конструкции
устанавливают во время проектирования расчетом
действующих нагрузок с использованием кривых
длительной прочности и усталости для данного
конструкционного материала и учетом необходи-
мых коэффициентов запаса прочности [314|.
Для обеспечения эксплуатации по условиям жи-
вучести лолжны удовлетворяться требования к про-
должительности роста трещины от усталости и к
остаточной прочности поврежденной конструкции.
Модели и методы расчетов материалов и эле-
ментов конструкций на прочность с учетом де-
фектов структуры, прежде всего трещин, - важ-
ное направление обеспечения безопасности авиа-
ционной техники [341]. Это касается как стадии
производства, так и стадии эксплуатации. На ста-
дии эксплуатации важно оценить состояние и ос-
таточный ресурс изделия, что предусматривает
выявление дефектов структуры, определение их
размеров и опасности в соответствии с приняты-
ми критериями, которые дают возможность уста-
новить близость элемента изделия к разрушению
или потери им несущей способности. Числовыми
показателями этих опасностей могут быть разру-
шающие нагрузки, предельные деформации, пре-
дельные напряжения и т. п. Эти параметры опре-
деляются числовыми расчетами на основе теории
упруго-пластического деформирования с учетом
размеров дефектов структуры и запаса прочности.
Следовательно, выявление дефектов структуры
и определение их размеров и ориентации относи-
тельно действующих нагрузок - важная задача без-
опасной эксплуатации авиационной техники. Для
ее выполнения широко применяются различные
методы и приборы неразрушающего контроля, в
частности ультразвуковой дефектоскопии, на базе
которых разрабатываются соответствующие мето-
дики контроля. Эти методики являются одним из
элементов принятия решений о сроках эксплуа-
тации конкретного типа изделия, назначения ин-
тервалов технического осмотра, профилактичес-
кого и капитального ремонтов.
Известно, что материалы и элементы конструк-
ций авиационной техники, которые находятся под
влиянием значительных статических, динамических
и температурных нагрузок окружающей среды, име-
ют естественную тенденцию к разрушению. Это -
следствие накопления в них внутренних напряже-
ний, дефектов и даже структурных изменений.
Учет кинетики физико-химических процессов,
предопределяющих развитие дефектов структуры,
износа, пластических деформаций, т. е. накопле-
ния необратимых изменений в материале - по-
врежденности, является в особенности важным,
если принимать во внимание суть проблемы на-
дежности, которая состоит в изменчивости мате-
риалов в заданных условиях эксплуатации.
С точки зрения кинетики процессов разруше-
ния, не все дефекты структуры склонны к разви-
тию. Это зависит от ряда причин - размера и ори-
ентации дефектов относительно действующих
напряжений, конфигурации и параметров устья
трещины и т. п. В этом аспекте методы неразру-
шающего контроля, которые используются для
выявления дефектов, прежде всего трещин, по-
скольку они имеют наибольшее влияние на несу-
щую способность материалов и изделий, в боль-
шинстве случаев не дают возможности оценить или
учесть степень их потенциальной опасности как
концентраторов напряжений. В связи с этим все
большее значение приобретают новые методы и
средства, позволяющие получать информацию о
дефектах структуры и кинетике их роста. Один из
них метод, основанный на явлении акустической
эмиссии. Он используется для определения место-
положения дефектов, развивающихся в структуре
материала, и оценивания их опасности с дальней-
шим прогнозированием характеристик изделия.
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
6.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
6.2.1. Методы и средства
обеспечения надежности
на этапах жизненного цикла воздушного судна
Факторы, которые влияют на безопасность
полетов, можно объединить в три группы: техни-
ческие, личностные (определяются действиями
людей) и внешние (окружающей среды).
Общими техническими факторами являются:
проектно-конструктивное и технологическое со-
вершенство ВС; надежность функциональных си-
стем ВС и его силовой установки; эксплуатаци-
онная технологичность конструкции и обору-
дования ВС; контролепригодность и ремонто-
способность конструкции и оборудования ВС;
эргономическое совершенство ВС.
Недостаточные эксплуатационная технологич-
ность, контролепригодность и ремонтоспособ-
ность, которые характеризуют степень эксплуата-
ционного совершенства ВС, могут приводить к
ошибкам инженерно-технического характера в
процессе обслуживания или ремонта авиационной
техники. Такие ошибки предопределяют отказы
техники или порождают допущение ошибок лет-
ным экипажем в полете.
Эргономическое совершенство ВС устанавли-
вает соответствие его характеристик возможнос-
тям экипажа (пилота). К таким характеристикам
относятся стойкость и управляемость, параметры
систем отображения информации, степень авто-
матизации процессов управления самолетом. Это
характеристики, которые определяют качество
контакта экипажа с ВС как объектом управления.
В процессе управления ВС проявляются органи-
ческое единство восприятия и анализа приходя-
щей информации о параметрах полета и состоя-
ния объекта управления, а также принятого реше-
ния и управляющих действий, направленных на
его реализацию.
Одним из основных условий обеспечения без-
опасности полетов является высокая надежность
авиационной техники. При других одинаковых ус-
ловиях, чем выше надежность самолета, тем без-
опасней полет на нем. Надежность функциональ-
ных систем ВС и его силовой установки непо-
средственно влияет на безопасность полетов. От-
казы, возникающие в полете, создают угрозу без-
опасности его выполнения, а неисправности,
выявленные на земле, удлиняют сроки приведе-
ния ВС в исправное состояние и тоже влияют на
безопасность полетов. Следствием ошибок, допу-
щенных инженерно-техническим персоналом во
время устранения неисправностей, может быть
отказ в полете.
Надежность изделий, как известно, заклады-
вается в процессе проектирования, обеспечивает-
ся во время изготовления и реализуется в ходе
эксплуатации. Надежность авиационной техники
повышается вследствие усовершенствования кон-
струкции и материалов, технологии изготовления,
методов контроля и испытаний, режимов эксплу-
атации, улучшения технического обслуживания,
диагностики, ремонта и т. п.
Проблема обеспечения надежности авиацион-
ной техники сложна и многогранна. Она связана
с решением правовых, экономических, научно-
технических, социальных, производственных, тех-
нологических и организационных вопросов на всех
уровнях - от государственного до предприятия-
производителя, разработчика и эксплуатанта АТ.
Лишь комплексный, системный подход к пробле-
ме надежности и качества может обеспечить ее
решение.
Надежность АТ может быть обеспечена даль-
нейшим развитием исследований, которые преду-
сматривают:
повышение научно-технического потенциала те-
оретических и прикладных проблем надежности;
разработку научно-методологических основ
обеспечения и повышения надежности, матема-
тической теории надежности, современных мето-
дов расчета прочности, выносливости и долговеч-
ности, а также оптимального проектирования с
учетом реальных условий эксплуатации;
создание новых прогрессивных материалов и
технологий;
разработку новых методов контроля и техни-
ческой диагностики, методов и средств автомати-
зации проектирования по критериям надежности,
производства и эксплуатации, методов защиты от
коррозии и износа металлов, методов и средств
испытаний на прочность и надежность.
232
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Создание и освоение качественно новых об-
разцов АТ с повышенным уровнем контролепри-
годности основывается на широком использова-
нии достижений фундаментальных наук, современ-
ных методов расчета прочности и прогнозирования,
современных технологий изготовления, доведения
и эксплуатации, а также на учете экономических,
социальных и экологических проблем. В компо-
нентах АТ должны оптимально удовлетворяться
противоречивые требования минимальной массы
и высокой надежности, долговечности и мини-
мальной стоимости, максимального КПД и ми-
нимальной динамической нагрузки.
Развитие методов обеспечения надежности пре-
дусматривает первоочередное решение таких задач:
разработку научно-методологических основ
обеспечения и повышения надежности на этапах
проектирования, производства и эксплуатации АТ;
создание новых и усовершенствование суще-
ствующих методов расчета и прогнозирования
надежности; выявление наиболее эффективных
методов и моделей надежности;
создание методов обеспечения надежности по
критериям прочности, современных методов и
программных средств расчета прочности и долго-
вечности в экстремальных условиях эксплуатации
АТ, методов прогнозирования надежности и ре-
сурса, банков программного обеспечения расче-
тов прочности и надежности;
разработку методов и средств определения на-
груженного состояния конструктивных элементов
АТ и снижение их динамической нагрузки;
создание методов ускоренных эквивалентных
испытаний на прочность и надежность;
разработку научных основ создания локальных,
отраслевых и межотраслевых банков данных на-
дежности комплектующих изделий АТ, методики
сбора и обработки информации об отказах и ана-
лиза информации о надежности АТ;
обеспечение новыми усовершенствованными
методами и средствами испытаний материалов
конструктивных элементов на прочность и долго-
вечность;
изобретение новых вероятностно-физических
методов анализа и оценивания надежности дета-
лей, узлов, модулей, функциональных систем и
компонентов ВС, планера и двигателей; унифи-
кацию на их основе расчетных и эксперименталь-
ных методов оценивания надежности конструк-
тивных элементов и функциональных систем;
разработку систем анализа отказов комплекту-
ющих изделий АТ;
создание новых методов диагностики и про-
гнозирования технического состояния планера и
авиационных двигателей - параметрических ме-
тодов анализа надежности, которые используют
данные магнитных регистраторов;
обеспечение методологическими основами оце-
нивания надежности аппаратно-программных
средств, человеко-машинных систем, сложных
технических комплексов и авиационно-транспорт-
ной системы с учетом программных средств и че-
ловеческого фактора;
разработку методов анализа, оценивания и кон-
троля компонентов ВС для сертификации продук-
ции по показателям надежности;
создание унифицированных автоматизирован-
ных систем, которые дают возможность на этапах
проектирования, производства и эксплуатации
количественно оценивать надежность и выполнять
автоматизированный расчет надежности самоле-
тов, комплектующих изделий и функциональных
систем, планирование и обработку результатов
испытаний на надежность;
разработку методов оценивания и мониторин-
га ресурса компонентов ВС;
создание типовых нормативно-методических,
организационных, технических, информационных
и программных средств для современных систем
управления надежностью ВС в процессе его жиз-
ненного цикла;
разработку новых и пересмотр действующих в
стране нормативно-технических документов, ко-
торые регламентируют прочность и надежность, с
учетом мирового опыта и применения междуна-
родных стандартов ICAO;
переход на современные принципы оптималь-
ного проектирования, испытания и доведения ком-
понентов ВС с достижением необходимого уров-
ня качества и надежности;
создание методического и программного обес-
печения для осуществления принципа эксплуата-
ции основных и комплектующих изделий АТ по
техническому состоянию с широким использова-
нием методов комплексной диагностики.
Надежность ВС, которая закладывается на ста-
дии проектирования, достигается соединением
расчетов и испытаний для проверки правильнос-
ти принятых конструктивных и технологических
решений. На стадии проектирования должны быть
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
сформулированы критерии качества изделия, оп-
ределены его технические характеристики, выпол-
нены расчеты прочности, надежности и стоимос-
ти, составлены программы обеспечения надежно-
сти изделий.
В производстве надежность ВС обеспечивает-
ся усовершенствованием технологических процес-
сов вследствие повышения точности изготовления
деталей, их конструкционной прочности с исполь-
зованием новых материалов и высокого качества
поверхностного слоя, а также вследствие приме-
нения эффективных методов управления качеством
изделий.
В эксплуатации достигнутый уровень надеж-
ности изделий обеспечивается проведением тех-
нического обслуживания и ремонта. Следует от-
метить, что оптимальная надежность - это резуль-
тат последовательных итераций конструкционных
и технологических улучшений и испытаний с
использованием обратной связи между эксплуа-
тацией и производством под контролем и управ-
лением разработчиков АТ, а также устранение раз-
личных дефектов конструкционно-производствен-
ного характера, что дает возможность поддержи-
вать надежность компонентов АТ на высоком
уровне.
Для успешного обеспечения надежности нема-
ловажно на стадии доведения и эксплуатации осу-
ществлять такие задачи:
анализировать условия эксплуатации и опре-
делять их влияние на надежность комплектующих
изделий;
выявлять возможные причины и следствия от-
казов и неисправностей;
определять или уточнять требования к надеж-
ности изделий;
устанавливать критерии отказов, предельные
состояния и критические отказы, которые влия-
ют на безопасность полетов;
выбирать оптимальную структуру сложных ком-
плектующих изделий и функциональных систем
воздушного судна и рассчитывать структурную на-
дежность;
использовать резервирование, модульный прин-
цип конструкции, элементы индикации и автома-
тического восстановления после отказов;
задавать нормы надежности для составных кон-
структивных элементов и выбирать материалы и
комплектующие изделия на основе норм надеж-
ности и условий использования;
вводить требования надежности в конструктор-
скую документацию;
разрабатывать системы технического обслужи-
вания и ремонта с учетом норм надежности;
создавать методики и в случае необходимости
средства испытаний деталей, узлов и комплекту-
ющих изделий с воспроизведением или модели-
рованием условий эксплуатации; проводить под-
контрольную эксплуатацию;
выполнять экономическое оценивание эффек-
тивности принятого конструкторского решения и
достигнутой надежности с учетом условий эксп-
луатации;
осуществлять авторский надзор за надежнос-
тью изделий в процессе эксплуатации; анализи-
ровать причины отказов; учитывать отказы во вре-
мя доработки изделий; разрабатывать меры по ус-
транению отказов;
создавать банки данных о фактической надеж-
ности изделий и их составных частей;
разрабатывать методы контроля и технической
диагностики в эксплуатации и контроля за соблю-
дением правил и режимов эксплуатации; исполь-
зовать информацию магнитных регистраторов для
определения технического состояния компонен-
тов ВС и техники пилотирования;
внедрять специальные технологические меры
по повышению надежности ВС в эксплуатации;
применять технологические операции, которые
определяют надежность изделия, и контролиро-
вать их параметры;
проводить сертификацию комплектующих и
основных изделий и ВС в целом;
повышать квалификацию и ответственность за
выполняемую работу технического и инженерно-
технического персонала; проводить сертификацию
персонала.
Надежность авиационной техники во многом
зависит от достаточности доработки конструкции,
а также от объема и глубины исследований и ис-
пытаний на этапе проектирования и создания ис-
следовательского образца. Конструктивным совер-
шенством авиационной техники определяется ее
качество. В процессе проектирования закладыва-
ются основы надежности машины, характеристи-
ки прочности и выносливости, ее долговечность,
ремонтоспособность, а также обеспечиваются функ-
циональная эффективность изделий и технологи-
ческие и эксплуатационные показатели. Конструк-
тивное оформление изделий ВС и летно-техни-
234
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
ческие характеристики во многом предопределя-
ют безопасность полетов, эффективность исполь-
зования, удобство эксплуатации и стоимость про-
изводства и эксплуатации. Поэтому еще на этапе
проектирования предусматривают производствен-
ную, эксплуатационную и ремонтную технологич-
ность и закладывают основы эксплуатации и об-
служивания.
Одним из способов обеспечения безотказнос-
ти летательных аппаратов, следовательно, и без-
опасности полетов, является применение совершен-
ных материалов. Выбор конструкционных мате-
риалов, а также технологии и оборудование для
их обработки определяют механическое качество
и массу конструкций летательных аппаратов, дви-
гателей и бортовых систем. На этапе проектиро-
вания это создает предпосылки для многолетней
надежной эксплуатации. В связи с этим все акту-
альнее становится проблема создания и внедрения
более совершенных авиационных материалов.
Наиболее применяемы в авиастроении алюмини-
евые сплавы. Один из видов новой технологии
алюминиевых сплавов - порошковая металлур-
гия, способствующая значительному повышению
прочности, выносливости к усталости, сопротив-
ляемости разрушению и коррозии. Другим спо-
собом улучшения качества алюминиевых спла-
вов является добавление лития, который обеспе-
чивает снижение их плотности и повышение
прочности. Новые методы обработки титановых
сплавов - диффузное сваривание и формирова-
ние в суперпластическом состоянии - дали воз-
можность изготавливать детали, которые раньше
считались трудоемкими и неэкономичными. При-
менение титановых сплавов с высокими прочно-
стными характеристиками, несомненно, повыша-
ет безотказность конструктивных элементов воз-
душного судна.
В 2002—2006 гг. широко применяются также
композиционные материалы, которые представ-
ляют собой соединения волокон высокопрочных
материалов и разных матриц. Конструкции из этих
материалов имеют повышенную вибрационную
прочность. Их применение создает резерв для уве-
личения прочности, твердости, температуростой-
кости и других положительных свойств, способ-
ствующих повышению безопасности полетов ле-
тательных аппаратов. Это значительно повышает
ресурс деталей и отражается на безотказности из-
делий и безопасности полета.
Важное значение имеет проектирование изде-
лий с учетом обеспечения необходимой надежно-
сти. При этом даже наиболее низкая надежность
элементов конструкции должна быть выше, чем
необходимая надежность всей конструкции. Тем
не менее использование этого принципа приво-
дит к значительному увеличению массы конструк-
ций. И все-таки для некоторых элементов конст-
рукции (лопастей вертолетов, лопаток компрес-
соров, турбин двигателей и т. п.) этот принцип
является основополагаюшим.
К конструкционным методам повышения надеж-
ности относится создание надежных агрегатов, усо-
вершенствование расчетов на прочность, обеспече-
ние благоприятного режима работы агрегатов и пра-
вильный подбор рабочих параметров агрегатов.
Конструкции самолета, двигателей, оборудова-
ния и систем должны способствовать быстрому
обнаружению неисправностей и даже сигнализи-
ровать об их приближении. Кроме основных экс-
плуатационных качеств, авиационное изделие
должно характеризоваться свойствами, которые
облегчают его эксплуатацию, - простотой обслу-
живания, минимальными затратами труда на под-
готовку к эксплуатации, механизацией и авто-
матизацией заправки топливом и специальными
жидкостями, зарядкой аккумуляторов и т. п.
Кроме того, авиационное изделие должно быть
приспособлено к продолжительному хранению
и транспортированию.
Важным и эффективным способом оценки
надежности является испытание. Для предваритель-
ного расчета надежности той или иной системы
или изделия нужно знать нагрузки и условия ра-
боты агрегатов и деталей. С этой целью использу-
ют данные эксплуатации предыдущих и аналогич-
ных систем и комплектующих изделий самолетов,
а также расчетные методы. Тем не менее эти дан-
ные могут дать лишь приблизительное представ-
ление об условиях работы агрегатов самолета, его
силовой установки, оборудования и систем. По-
этому при испытаниях первого образца агрегата
или системы ставят задачи более точного опреде-
ления внешних нагрузок и условий работы конст-
руктивных элементов самолета, его силовой уста-
новки, агрегатов оборудования и систем. На ос-
новании выявленных нагрузок и условий работы
агрегатов самолета вносятся коррективы в расче-
ты надежности систем и в технические условия
для агрегатов, приборов и систем.
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
Для проектированных самолетов проводят не
только изолированные испытания агрегатов жиз-
ненно важных систем в лабораторных условиях,
но и комплексные ресурсные испытания на на-
турных стендах. К жизненно важным системам
относятся силовая установка, топливная система,
воздухозаборник, система управления, электро- и
гидросистемы, система жизнеобеспечения и спа-
сения. Кроме того, тщательно и всесторонне про-
веряют планер самолета и его шасси.
Создание нового самолета не ограничивается
проектными работами, изготовлением исследова-
тельских образцов изделия, лабораторными и лет-
ными испытаниями. Естественным продолжени-
ем процесса проектирования, с учетом требова-
ний серийного производства и эксплуатации, яв-
ляется конструктивно-технологическое доведение
самолета, что предопределяется спецификой ис-
следовательского производства. В процессе про-
ектирования и создания исследовательского
образца, прежде всего, обеспечивают необходи-
мые летно-технические характеристики самолета.
К окончанию летных испытаний вносят большое
количество конструктивных изменений.
Во время производства надежность самолета по-
вышают улучшением его производственной, экс-
плуатационной и ремонтной технологичности;
продолжением и расширением объема прежде на-
чатых ресурсных испытаний, исследований соот-
ветствующих действительности условий и режи-
мов работы и нагрузок элементов конструкции пла-
нера, силовой установки, оборудования и систем;
а также уточнением технических условий и про-
грамм испытаний готовых агрегатов. В процессе
усовершенствования конструкции все системы и
элементы планера, силовой установки и оборудо-
вание самолета проверяют для обеспечения тех-
нологичности, надежности и удобства эксплуата-
ции. В этот период решают вопрос рационально-
го размещения оборудования и коммуникаций и
их связи с элементами конструкции планера. Боль-
шое значение в обеспечении и оценивании на-
дежности летательных аппаратов имеют заводские
испытания.
Надежность авиационной техники не может
быть обеспечена без глубокого изучения опыта ее
эксплуатации и анализа фактической надежнос-
ти. Ценными являются данные об отказах изде-
лий, полученные в процессе испытаний на серий-
ном заводе и во время эксплуатации. Эти данные
тщательно проверяют, применяя методы матема-
тической статистики, чтобы обнаружить законо-
мерности отказов, их распределение по времени
наработки, условиям и особенностям эксплуата-
ции, получить математические характеристики
этих закономерностей и разработать методику кон-
троля и отладки агрегатов и систем самолета на
заводе.
Эффективный способ повышения надежности
авиационной техники - резервирование. Его суть
состоит в том, что в системах предполагаются из-
быточные (резервные) агрегаты, детали, узлы и
блоки, которые начинают работать с появлением
неисправностей основных рабочих элементов.
Авиационная техника имеет много примеров ре-
зервирования. Одним из них является резервиро-
вание статически неопределенных силовых сис-
тем планера самолета. Значительное количество
резервных элементов, агрегатов и блоков имеет
радио- и радиотехническое оборудование самоле-
тов. Большую роль играет резервирование в жиз-
ненно важных системах самолета, отказы кото-
рых угрожают безопасности полетов.
В случае отказа основной системы резервная
включается автоматически. Источники питания
дублирующих (резервных) систем, агрегатов и ус-
тройств независимы от основной системы, а ком-
муникации этих источников максимально отсо-
единены от ее коммуникаций.
Большое значение в установлении уровня на-
дежности авиационной техники и разработке мер
по ее повышению имеют испытания самолетов на
эксплуатационную надежность во время запуска их
в серийное производство. На основании анализа
результатов этих испытаний оценивают эксплуа-
тационную надежность авиационной техники, раз-
рабатывают меры по ее повышению, уточняют
технический ресурс планера самолета, агрегатов
его оборудования и систем, а также техническую
документацию по эксплуатации.
Для обеспечения безопасности полетов важно
правильно выбрать ресурсы планера самолета, дви-
гателя, их систем и агрегатов. Летательные аппа-
раты имеют технический (назначенный), межре-
монтный и гарантийный ресурсы. В процессе
выбора этих ресурсов должен обеспечиваться нуж-
ный уровень надежности. В официальных доку-
ментах техническим ресурсом, в ходе которого
обеспечивается необходимый уровень надежнос-
ти ВС, считают допустимую наработку авиаци-
236
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
онной техники. Технический ресурс планера са-
молета, двигателя и агрегатов зависит от их на-
дежности, условий эксплуатации, своевременно-
сти и качества выполняемых в процессе эксплу-
атации профилактических работ. Межремонтный
ресурс - это установленная наработка (срок служ-
бы) авиационной техники до капитального ре-
монта. Гарантийный ресурс самолета, двигателя
и их агрегатов определяется техническими усло-
виями к договору по снабжению авиационной тех-
ники, а для отремонтированной авиационной
техники - соответствующими распоряжениями.
Гарантийный ресурс зависит от периода юриди-
ческой ответственности завода-изготовителя за
надежность выпущенной продукции на протяже-
нии определенного времени эксплуатации или
хранения.
Важную роль в обеспечении и повышении на-
дежности авиационной техники во время экс-
плуатации играют, во-первых, методы статисти-
ческого контроля и анализа фактической надеж-
ности, использующиеся для определения пока-
зателей надежности на основе данных об отказах
и наработках комплектующих изделий, во-вто-
рых, методы контроля и оценки технического со-
стояния, которые дают возможность выявлять от-
казы на ранних стадиях развития, и, в-третьих,
методы определения и мониторинга ресурса ос-
новных деталей ВС. Эти методы используются
для оценки уровня надежности комплектующих
изделий ВС, предотвращения опасных отказов
и обеспечения наиболее полного исчерпания
ресурса конструктивных элементов ВС в экс-
плуатации.
Одним из важных направлений повышения
надежности ВС в процессе эксплуатации являет-
ся сбор и обработка информации об отказах и неис-
правностях систем и комплектующих изделий ВС
для дальнейшего их анализа и разработки меро-
приятий по предотвращению отказов и неисправ-
ностей.
В сборе, обработке и анализе информации при-
нимают участие эксплуатационные предприятия,
в которых действуют группы надежности или уче-
та неисправностей АТ, авиационные заводы, на-
учно-исследовательские организации, учебные
заведения гражданской авиации, конструкторские
бюро и заводы-поставщики АТ. В 1980 1990-х го-
дах в гражданской авиации введен ряд автомати-
зированных систем сбора информации об отказах
и неисправностях ВС. Контроль и оценка надеж-
ности в этих системах предусматривают единую
систему сбора и обработки информации об отка-
зах и неисправностях АТ.
Основные задачи такой системы:
определение фактического уровня надежности
авиационной техники в разных условиях эксплуа-
тации и сравнение его с нормированными пока-
зателями;
разработка и оценка эффективности меропри-
ятий, направленных на повышение надежности
авиационной техники;
обоснование ресурсов и сроков службы комп-
лектующих изделий ВС;
установление объемов и периодичности выпол-
нения регламентных работ по техническому об-
служиванию ВС;
обоснование норм затрат запасных частей и
материалов, а также нормативов трудовых затрат
на техническое обслуживание;
разработка мер по снижению затрат на техни-
ческое обслуживание АТ и повышение ее эконо-
мической эффективности;
разработка и совершенствование технических
требований к разработчикам и производителям АТ
относительно повышения надежности и улучше-
ния эксплуатационной технологичности.
Относительно выполнения этих задач инфор-
мация о надежности изделий должна удовлетво-
рять определенным требованиям, основными из
которых являются:
полнота информации, т. е. наличие всех дан-
ных, необходимых для оценивания, контроля и
анализа надежности изделий ВС;
достоверность информации, т. е. точность дан-
ных о неисправностях (ошибочность данных мо-
жет быть причиной неправильной оценки показа-
телей надежности изделий и снижения эффектив-
ности профилактической работы);
своевременность информации, которая дает
возможность быстрее устранить причины отказов
и выявленные недостатки;,’
непрерывность информации, позволяющей со-
поставить результаты расчетов, полученные в пер-
вый и следующий периоды эксплуатации, и избе-
жать просчетов во время разработки мероприятий
по устранению причин отказов и их предотвра-
щения.
Работа по сбору, обработке и анализу инфор-
мации о надежности объектов состоит в заполне-
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
нии соответствующих типовых форм - носителей
информации, пересылке этих документов в орга-
низации, проводящие статистическую обработку
и анализ информации, разрабатывающие реко-
мендации по повышению надежности и дово-
дящие эти рекомендации до промышленных
предприятий.
Первичный документ учета информации об
отказах и неисправностях - Карточка учета неис-
правностей авиационной техники (КУН АТ), кото-
рая имеет вид одностороннего бланка, где в удоб-
ной для обработки на ПЭВМ форме заносятся
количественные и качественные данные об отка-
зах и неисправностях. Основанием для заполне-
ния карточки являются записи в карте-наряде на
техническое обслуживание, в бортовом журнале и
сведения о дефектации. Карточки учета неисправ-
ностей заполняются на отказы и неисправности
АТ независимо от формирования других докумен-
тов (рекламационных и технических актов, сведе-
ний о дефектации, сообщений и т. п.). Порядок и
правила заполнение КУН установлены соответ-
ствующими документами Госавиаслужбы.
Решением этой службы определены авиа-
компании, которые обязаны подавать в отдел на-
дежности в установленный срок карточки на все
выявленные отказы и неисправности. Данные о
неисправностях (или особые случаи полета), угро-
жающих безопасности полетов, дальше направля-
ются во все авиакомпании.
Электронный аналог КУН АТ, действующий в
Украине, показан на рис.6.1.
Виод КУН
* *>] Гец
^55 ДЛ МО ЫГ5.1НЙДВ1АЦПЛ-76ТД
дайсс
| Двгаотк.
iOZOd 2005 |СС?1
; «ВИ 5415 АТ
Н’чврапугдг*
> •
eg-bfloilt i |«ecNo
Дата отказа )07.092005 3^|S5.JK1M0!XPAiHH-4KPAIHCbKAAt-J ТипВС||Л-76ТД
|Прй осмотре дездумэдоедцдего рздматора системы отбора воздуха 2СУ обнаружено раздутие корпуса ВВР
Вмаапроавл |
fry |1бДерездическое ТО TJ Псютаеюжд |l 3 ПосWCTP |р-6ва тюслвдствий
Местонахождение на ВС
2СУ пилон
Завод.момер
F I
&WP изделия Описание изделия
|3SP5415AT
Характер проявлениянеисправности........................
|<эмсенйе степени охлаждения г орячего т»^
Причина |внутре»*<ее частичное разрушение сот ВВР
неиирмности I
Элемент РЭО Блок । Пздбла г
1 Спетые к комплектующему изделию меры |2Списако Ч>| Дол.^ | Воздушное одно Двигатель (ВСУ) комплектующее издели^воздушный винт)
Тицмоаиф) v j агр. 5415АТ
Завюпномвр 0236709 Должность м фамилия
Замдороизв. ТАЛО ИМ ч J . , Ч--1 Н.НОВГОРОД 'ТЕПЛ »| .. J
Дета выпуска 14.051980 01.051980 Вареник
енз 11264 ч 3710 ю ч | maaoi 11264 ч | хккСнккхк)
ШЕР 2533 ч 730 пос 4 | цютм 2S93 ч | жфдаоф
Кол-so ремонтов 1 1
Завсд поел рем. 402ГА *] -. |И|| J-J 4О2ГА J.J
Дата пос лремта 02.071990 02.07.1990
Дата лосяуст.на ВС 02 07.1993
; пуск г, ч е. ss Total Commander 6.0... , i:un CJ 61.00C-Mcrosoft... PL • Н:37
Рис. 6.1. Карточка учета неисправностей авиационной техники (КУН АТ)
238
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
В КУН содержится следующая информация об
отказах и неисправностях изделий АТ:
адресные данные (бортовой номер и место ба-
зирования ВС, место размещения на ВС отказав-
шего агрегата, его чертежный номер, шифр, со-
кращенное название);
паспортные данные, наработки (в часах, цик-
лах, посадках, запусках, и других индивидуальных
видах учета) с начала эксплуатации и после по-
следнего ремонта основного изделия (планера, дви-
гателя или ВСУ) и отказавшего агрегата, а также
его заводской номер, наработки с момента уста-
новки изделия на ВС и дата отказа;
детальное описание отказа (неисправности);
описание внешнего проявления отказа или не-
исправности (признаков, по которым прямо или
косвенно выявлен отказ или неисправность изде-
лия);
характер отказа или неисправности (физичес-
кая суть изменения свойств изделия);
причина отказа или неисправности;
условия работы изделия (значение параметров,
которые характеризуют режимы работы и нагруз-
ки изделия, внешние влияния);
последствия отказа (АП или предпосылка к
нему, задержка вылета, отмена рейса, без послед-
ствий и т. п.);
способ устранения отказа или неисправности
изделия (замена, регулировка, промывка и др.) и
соответствующие затраты трудовых, материальных,
временных и других ресурсов.
В эксплуатационных предприятиях, где функ-
ционируют автоматизированные системы обработ-
ки информации «Надежность ВС», группа надеж-
ности оперативно по мере поступления данных
вводит информацию в ПЭВМ. Подготовку дан-
ных и введение КУН осуществляют в локальной
сети ПЭВМ в распределенном режиме в цехах и
службах АТБ - планово-диспетчерском отделе,
участке надежности, цехах оперативного и перио-
дического обслуживания и лаборатории по ремонту
КИ. Информацию о надежности изделий ВС об-
рабатывают один раз в квартал. На протяжении
15 дней после окончания квартала группа надеж-
ности направляет данные о выявленных отказах и
неисправностях и результаты их обработки в Го-
савиаслужбу и разработчику ВС. Предприятия,
которые не имеют автоматизированных систем
надежности, карточки учета неисправностей на-
правляют в Госавиаслужбу один раз в месяц.
Для контроля надежности получили распрост-
ранение статистические методы обработки инфор-
мации, которые вошли в главные нормативные
документы. Тем не менее эти методы не полнос-
тью обеспечивают запросы практики, поскольку
они требуют значительных объемов статистиче-
ской информации об отказах и их результаты мо-
гут оказаться несвоевременными.
Методы оценивания надежности совершенству-
ются на основе повышения эффективности мето-
дов анализа, расчета и испытаний вследствие ис-
пользования априорной дополнительной инфор-
мации о физических процессах, приводящих к
отказам, и учета условий нагружения и эксплуа-
тации, а также другой косвенной информации,
связанной с техническим состоянием авиацион-
ной техники.
Для непрерывного контроля и анализа тех-
нического состояния авиационной техники и
предотвращения отказов в полете используются
методы бортового и наземного контроля, диаг-
ностики и автоматизированного поиска неис-
правностей авиационной техники, которые преду-
сматривают автоматическую регистрацию и визу-
альный контроль параметров и сигналов, а также
методы экспресс-обработки для оперативного кон-
троля и раннего выявления отказов и методы кон-
троля и диагностики на основе использования
математических моделей компонентов авиацион-
ной техники [303]. Для авиационных двигателей
такими являются методы диагностики проточной
части по термогазодинамическим параметрам,
методы контроля контуров топливной и масля-
ной систем, вибродиагностики, акустической и
температурной диагностики, визуального контро-
ля и т. п.
6.2.2. Основные вопросы
поддержания летной годности
воздушных судов
Создание необходимых условий для функцио-
нирования системы поддержания летной годнос-
ти авиационной техники обеспечивается соответ-
ствующей инфраструктурой, куда входит комплекс
служб, задачи которых:
организационно-правовое, материально-техни-
ческое и информационное обеспечение процес-
сов поддержания летной годности;
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
развитие и усовершенствование производствен-
ной базы для поддержания летной годности;
научно-методическое обеспечение и усовер-
шенствование нормативно-технической докумен-
тации (НТД).
Эксплуатация ВС сопровождается непрерыв-
ным изменением его технического состояния, ко-
торое приводит к появлению повреждений и от-
казов и снижению уровня летной годности ВС.
Главным содержанием мероприятий, направ-
ленных на поддержание летной годности ВС, яв-
ляется комплекс работ по техническому обслужива-
нию (ТО) и ремонту авиационной техники в про-
цессе эксплуатации. Это связано с переходом от
статических (жестких) к динамическим (гибким)
формам управления процессами технического об-
служивания и ремонта (ТОиР) самолетов. Возрас-
тает роль текущей информации об изменении
условий эксплуатации и технического состоя-
ния парка самолетов авиапредприятия в системе
управления технологическими процессами.
Формирование гибкой программы ТОиР осно-
вывается на методах системного анализа и состав-
ляет многоуровневый процесс принятия решений
относительно выбора стратегий и режимов ТОиР
для парка воздушных судов авиапредприятия, кон-
кретного ВС, планера, авиадвигателя и функцио-
нальной системы. Особую актуальность эта про-
блема приобрела для нового поколения воздуш-
ных судов, спроектированных по принципам (кри-
териям) безопасного и допустимого повреждения,
и для ВС, которые имеют повышенную эксплуа-
тационную живучесть. Для таких конструкций ВС
расширяются возможности внедрения стратегии
ТОиР (методов эксплуатации) по состоянию без
капитального ремонта планера.
Обеспечение целостности конструкции в про-
цессе выработки воздушным судном установлен-
ных назначенных ресурсов и сроков службы свя-
занно с поэтапным продлением ресурса (срока
службы) до списания. Эти работы проводятся ис-
ходя из:
уточнения характера и условий эксплуатации
и загруженности ВС;
анализа результатов дополнительных лаборатор-
ных исследований;
анализа имеющейся информации о техниче-
ском состоянии эксплуатирующихся ВС.
Для оценки и контроля условий эксплуатации
воздушных судов Ан-124, Ан-22, Ту-154, Як-42,
Ил-76, Ил-96-300 и других используется программ-
ное обеспечение, основанное на анализе данных
магнитной системы регистрации параметров.
Международная практика обеспечения целост-
ности конструкции ВС опирается на выполнение
Программы сохранения целостности конструкции
в соответствии с рекомендациями документов
ICAO (Doc 9051-AN/896, Doc 9642-AN/941), ко-
торая создается разработчиком воздушного судна
и предусматривает дополнительные проверки, ме-
роприятия по предотвращению коррозии и борь-
бе с ней, доработку конструкции, анализ резуль-
татов ремонтов.
Выполненные ремонты оценивает эксплуата-
ционник вместе с разработчиком воздушного суд-
на, Госавиаслужбой и Межгосударственным авиа-
ционным комитетом.
Основой для установления безопасного срока
службы (ресурса) АТ является повторный анализ
информации, полученной на основе опыта экс-
плуатации (фактические нагрузки и их спектр), и
результатов дополнительных исследований.
Доработки и модификации авиационной техники
предусматривают внесение санкционированных
изменений в конструкцию ВС, его устройств и
систем, а также соответствующих изменений в
правила, нормы и режимы эксплуатации, техни-
ческого обслуживания и ремонта авиатехники. Они
направлены на сохранение и поддержание эксп-
луатационно-технических характеристик ВС, по-
вышение надежности и устранение конструктив-
ных и производственных недостатков изделий.
Существующая система доработок (модерни-
заций, модификаций) отечественной АТ харак-
теризуется рядом серьезных организационно-тех-
нических и технико-экономических недостатков.
В частности, поток доработок конструкции и си-
стем ВС не заканчивается на протяжении всего
периода эксплуатации и свидетельствует о недо-
статочном качестве их конструктивной отработ-
ки. Выполнение ряда доработок требует значи-
тельных затрат труда и времени, что существен-
но влияет на эффективность эксплуатации ВС в
авиапредприятиях. Часто разработчик слабо реа-
гирует на претензии эксплуатационника относи-
тельно недостатков конструкции ВС. Значитель-
ная часть доработок АТ технически или эконо-
мически неоправдана, что свидетельствует об
отсутствии механизмов предварительного оцени-
вания эффективности разработанных бюллетеней.
240
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Модификация ВС имеет пока что единичный ха-
рактер.
Главными направлениями совершенствования
системы доработок (модификаций) АТ являются:
создание постоянно действующего механизма
взаимодействия разработчика с производителем и
эксплуатантом, который обеспечивает оператив-
ное проведение работ по совершенствованию кон-
струкции ВС и эксплуатационно-ремонтной до-
кументации, направленных на поддержание лет-
ной годности ВС;
разработка бюллетеней на доработки, которые
могут сопровождаться предварительным тщатель-
ным обоснованием, отработкой технологии их
проведения и оценкой эффективности;
выполнение в процессе эксплуатации АТ до-
работок, связанных с конструктивными или про-
изводственными недостатками; это не должно за-
трагивать интересы эксплуатанта; в необходимых
случаях должны предполагаться гарантированные
компенсационные мероприятия, обусловленные
договорами на выполнение работ по бюллетеням.
Модификация базовых моделей ВС дает воз-
можность повысить отдельные эксплуатационно-
технические характеристики на 25 30 %. Такими
характеристиками являются безотказность, долго-
вечность, эксплуатационная технологичность, топ-
ливная эффективность и технико-экономические
параметры ВС.
Основная задача системы диагностирования и
неразрушающего контроля относительно поддержа-
ния летной годности - предотвращение отказов и
неисправностей, которые влияют на безопасность
полета, и их профилактика.
Начальным условием эффективности работы
системы диагностирования и неразрушающего
контроля является контролепригодность ВС, ко-
торая обычно обеспечивается на этапе проекти-
рования ВС или благодаря необходимым доработ-
кам в процессе эксплуатации.
Приоритетными диагностическими работами,
требующими дальнейшего совершенствования, от-
носительно авиационного двигателя нужно считать:
вибродиагностику, в том числе виброакусти-
ческий контроль подшипниковых узлов авиадви-
гателей;
диагностику по параметрам рабочего процесса
силовых установок;
трибодиагностику (анализ примесей в отрабо-
танном масле);
оптико-визуальную диагностику проточной
части.
Приоритетные диагностические работы, кото-
рые требуют дальнейшего развития, относитель-
но планера и функциональных систем ВС:
выявление и оценка степени опасности всех
видов коррозии планера методами неразрушаю-
щего контроля и инструментальной диагностики;
установление и оценка степени опасности тре-
щин (в том числе скрытых), отслоений обшивки
и нарушений неразъемных соединений методами
неразрушающего контроля и инструментальной
диагностики;
выявление неисправных (отказавших) агрега-
тов (конструктивных элементов) в многокомпо-
нентных функциональных системах ВС с исполь-
зованием алгоритмов-тестов;
регистрация внутренней негерметичности вы-
соконапорных гидрогазовых систем ВС методами
инструментальной диагностики.
Поддержание летной годности ВС на протяже-
нии продолжительного периода эксплуатации ос-
новывается на объективной информации о его
техническом состоянии, которое служит основой
информационного обеспечения поддержания летной
годности. Цель информационного обеспечения -
помочь в формировании управляющих воздействий
по назначению, а также в выполнении работ для
поддержания летной годности ВС.
С учетом сформированного уровня оснащен-
ности предприятий гражданской авиации инфор-
мационное обеспечение поддержания летной год-
ности целесообразно реализовывать на трех гори-
зонтальных уровнях - локальном, отраслевом и
межотраслевом. Сбор информации на локальном
уровне это накопление в нижних производствен-
ных звеньях информации о ВС, которые эксплуа-
тируются и проходят ТО или ремонт. Отраслевые
информационные системы объединяют локальные
системы и обеспечивают информационные пото-
ки по типам ВС. Межотраслевые информацион-
ные системы дают возможность формировать мас-
штабные задачи управления летной годностью на
этапах разработки, производства и эксплуатации
используемых и перспективных ВС.
Эффективное информационное обеспечение под-
держания летной годности ВС может осуществляться
при центрах технического обслуживания и ремонта
ГА через создание на их базе оперативных инфор-
мационно-управляюших систем по типам ВС.
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
Основными принципами создания таких сис-
тем должны быть:
интегрирование начальной информации;
создание межотраслевой системы кодирования
событий и явлений;
разработка единой системы справочно-инфор-
мационных баз;
создание единой системы объективного доку-
ментированного оценивания технического состо-
яния ВС и авиадвигателей.
Поддержание летной годности бортового обору-
дования (БО), т.е. комплектующих изделий (КИ)
как составной части гражданских ВС, ныне осу-
ществляется в организационных формах и струк-
турах производства существующей системы тех-
нического обслуживания и ремонта, которые сло-
жились в условиях полного государственного
управления экономикой, в том числе и в воздуш-
ном транспорте (ВТ). В системе ТОиР авиацион-
ной техники работы выполнялись раздельно: вАТБ
эксплуатационных предприятий - только техни-
ческое обслуживание, на авиационном ремонтном
заводе - только ремонт.
Система ТОиР бортового оборудования, кото-
рое сложилось в период создания ГА, постоянно
изменялась и это определялось усложнением и
усовершенствованием изделий БО и развитием
бортовых средств контроля. Развитие процессов
ТОиР бортового оборудования существующего и
перспективного парка ВС способствовало жизнен-
ной потребности перераспределения работ между
АТБ и АРЗ. В частности, сейчас в АТБ проводят
восстановительный ремонт отказавших изделий
АиРЭО на 2-м и 3-м уровнях. Стоимость такого
ремонта составляет около 30 % стоимости капи-
тального ремонта.
Недостатки существующей системы ТОиР авиа-
ционной техники существенно проявились в ус-
ловиях общего кризиса индустриального произ-
водства во время резкого перехода к рыночной
экономике, когда эффективность воздушного
транспорта снизилась.
Система поддержания летной годности борто-
вого оборудования, основными составляющими
которой являются процессы ТОиР, развивается по
таким направлениям:
усовершенствование режимов, методов и
средств ТОиР изделий БО; широкое внедрение
прогрессивных методов эксплуатации по состоя-
нию; выбор оптимальной периодичности и объ-
емов работ по ТОиР; повышение эффективности
системы контроля за качеством выполнения всех
работ на авиационной технике;
выбор рациональных организационных форм
и структур использования ТОиР изделий БО с
учетом особенностей ВС; интеграция работ ТОиР
через создание региональных центров ТОиР изде-
лий бортового оборудования ВС, в том числе и в
случае кооперирования авиакомпаний региона;
усовершенствование нормативной базы, орга-
низация и выполнение комплекса работ по тех-
ническому обслуживанию и восстановительного
ремонта демонтированных с ВС изделий БО в АТБ
авиакомпаний; разработка и внедрение эффектив-
ной системы восстановительного ремонта изделий
БО в общем процессе ТОиР ВС с использованием
современных технологий и оборудования для вос-
становительного ремонта, методов и программ
подготовки, переподготовки и стажировки авиа-
ционного персонала для выполнения этих работ;
усовершенствование системы информационно-
го обеспечения относительно поддержания летной
годности с учетом эксплуатационных особеннос-
тей БО; повышение эффективности использова-
ния информации бортовых средств контроля и
бортовых систем ТО для организации и выполне-
ния работ по ТОиР бортового оборудования; раз-
работка и внедрение целевых алгоритмов и про-
грамм обработки информации.
Эти алгоритмы и программы должны обеспе-
чивать:
сокращение количества и продолжительности
простоев и задержек рейсов ВС через неподтвер-
жденные отказы;
принятие решений о допуске к эксплуатации
пилотажно-навигационных систем после сбоев;
принятие решений относительно использова-
ния «Перечня допустимых неисправностей» для
выпуска ВС в рейс при отказах отдельных комп-
лектующих изделий.
В 2002—2006 гг. ICAO и много авиационных
государств резко повысили требования к обеспе-
чению безопасности полетов. Реализация этих тре-
бований нуждается в пересмотре принципов и
методов навигации, связи и организации воздуш-
ного движения, которое, в свою очередь, преду-
сматривает модернизацию бортового пилотажно-
навигационного и радиоэлектронного оборудова-
ния (авионики) и во многом определяет эффек-
тивность эксплуатации.
16 8-470
242
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Авионика модернизируется, прежде всего, для
улучшения летной годности. Направления модер-
низации:
повышение надежности агрегатов, деталей, уз-
лов и элементов конструкции;
увеличение контролепригодности устройств и
систем бортового оборудования;
избежание выхода за предельные ограничения
режимов и перегрузок;
улучшение эксплуатационных качеств, повы-
шение эффективности функционирования систем
ВС и оптимизация режимов полета;
повышение безопасности полетов за счет ис-
пользования новых возможностей бортового пи-
лотажно-навигационного и радиоэлектронного
оборудования, основанного на применении спут-
никовых технологий как в случае непосредствен-
ного управления воздушными судами, так и при
взаимодействии с системами управления воздуш-
ным движением.
Принятая ICAO концепция перехода к перс
пективным системам связи, навигации, посадки,
наблюдения и организации воздушного движения
требует существенной модернизации бортовых
систем авионики, которые обеспечивают эшело-
нирование воздушных судов, точных средств зо-
нальной навигации, систем предотвращения стол-
кновений, цифровых линий связи и передачу дан-
ных для зонального наблюдения и т. п.
6.2.3. Задачи автоматизированной системы
информационного обеспечения
поддержания летной годности
воздушных судов Украины
Оценка, контроль и поддержание летной год-
ности парка воздушных судов Украины осущест-
вляются на основе объективной информации о тех-
ническом состоянии и использовании ВС и о на-
личии и техническом состоянии модулей, агрега-
тов, комплектующих изделий и запасных частей.
Учет такой информации в электронном формате
обеспечивается информационно-управляющими
системами (МУС) эксплуатационного предприя-
тия, а ее обработка - информационно-аналити-
ческим центром под контролем органов государ-
ственного регулирования.
В состав информационно-управляюшей системы
входят:
система контроля технического состояния, на-
работок, ресурсов и выполненных работ по ТОиР
за бюллетенями и указаниями относительно ос-
новных изделий самолетомоторного парка (СМП)
и их агрегатов (комплектующих изделий);
система учета отказов и неисправностей, рас-
чета, контроля и прогнозирования показателей
надежности АТ, поиска и устранения отказов и
неисправностей;
система контроля за использованием парка ВС;
система учета запасов комплектующих изделий,
запасных частей и затратных материалов.
Основные функции ИУС:
анализ ресурсного состояния СМП основных
и комплектующих изделий авиакомпаний и от-
расли (наработка и ресурсы в часах, посадках, сро-
ках службы, циклах, запусках и т. п. с начала экс-
плуатации и после последнего ремонта);
прогнозирование ресурсных возможностей пар-
ка основных и комплектующих изделий ВС авиа-
компаний и отрасли (динамика списания, необ-
ходимость продления ресурсов, количество ремон-
тов и форм ТО на заданный период времени);
ведение истории комплектации и ресурсного
состояния парка в процессе эксплуатации и ре-
монта;
контроль и анализ состояния надежности СМП
основных и комплектующих изделий;
прогнозирование уровня надежности СМП ос-
новных и комплектующих изделий;
оценивание и анализ безопасности полетов и
анализ особых ситуаций;
использование информации о ресурсном состо-
янии и надежности комплектующих изделий для
сертификации СМП по номерам ВС;
анализ эффективности использования парка
воздушных судов;
анализ наличия запасных частей и затратных ма-
териалов, а также формирование потребности в них.
Одной из главных функций ИУС является сбор
и обработка такой информации из всех эксплуа-
тационных предприятий с целью принятия управ-
ляющих решений.
Система контроля состояния основных изделий
СМП и их агрегатов дает возможность контроли-
ровать техническое состояние основных изделий
(ОН) СМП и их агрегатов, а также планировать
выполнения работ по ТОиР.
Контроль состояния основных изделий СМП пре-
дусматривает:
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
начальное введение в систему информации о
техническом состоянии эксплуатируемого парка
основных изделий;
ведение информации о движении ОИ в эксп-
луатации;
регистрацию наработок ОИ;
ведение информации о проведении работ по
ТОиР, заменам и регулировкам двигателей, вспо-
могательных силовых установок и основных функ-
циональных систем;
регистрацию результатов диагностирования
двигателей и других комплексов;
регистрацию выполнения бюллетеней и указаний;
ведение информации об изменении ресурсов;
регистрацию и ведение индивидуальных осо-
бенностей конструкции;
ведение истории комплектования ОИ модуля-
ми, агрегатами, узлами, датчиками и другими из-
делиями в процессе их эксплуатации и ремонта;
ведение истории изменения параметров и ха-
рактеристик двигателей, ВСУ и основных функ-
циональных систем в процессе эксплуатации и
ремонта.
В состав задач системы контроля состояния аг-
регатов входят:
ведение информации о движении агрегатов в
эксплуатации;
регистрация наработок агрегатов;
регистрация выполнения бюллетеней и указаний;
ведение информации о проведении работ по
ТОиР;
ведение информации об изменении ресурсов.
Комплекс планирования и выполнение работ по
ТОиРсодержит функциональные модули, которые
дают возможность:
формировать и согласовывать перечень основ-
ных и дополнительных работ во время техничес-
кого обслуживания самолета;
выполнять подготовку самолета к ТО относи-
тельно упорядочения необходимых комплектов
сменного оборудования;
получать справочную информацию о техничес-
ком состоянии, индивидуальных особенностях,
истории эксплуатации, ТО, устранения отказов
основных изделий и агрегатов, наличия запасных
частей на складах, базовую информацию о типе
самолета.
Перечень главных работ по ТО формируется
на основе Регламента ТО и заранее подготовлен-
ных пооперационных ведомостей, а перечень
дополнительных работ - на основании инфор-
мации о текущих наработках самолета и его аг-
регатов, о ресурсном состоянии агрегатов, о дей-
ствующих периодических бюллетенях и картах
контроля, о доработках, указаниях, которые под-
лежат выполнению, и индивидуальных особен-
ностях самолета, касающихся отклонений от тех-
нических требований, отложенных отказов и не-
исправностей.
Регистрация отказов и неисправностей. Эта груп-
па функциональных модулей обеспечивает:
регистрацию отказов и неисправностей основ-
ных и комплектующих изделий ВС, которые об-
наруживаются в полете или во время ТО;
регистрацию инцидентов с ВС и особых случа-
ев полета самолета в объеме актов по расследова-
нию причин инцидентов;
учет информации об отказах и неисправностях
ВС в объеме карточки учета неисправностей (КУН
АТ);
учет пономерной наработки (летные часы, по-
леты планера, часы, циклы/запуски двигателей,
газочасы и собственные запуски ВСУ) для каждо-
го самолета авиакомпании;
получение справок об отказах и неисправнос-
тях конкретных номеров ВС, двигателей, ВСУ, их
систем и агрегатов по любым параметрам, кото-
рые произошли на протяжении подконтрольного
календарного периода эксплуатации.
Анализ и контроль надежности АТ. Комплекс
функциональных модулей контроля и анализа на-
дежности АТ дает возможность на основе инфор-
мации о зарегистрированных отказах и наработ-
ках (как по данным собственного парка эксплуа-
тационного предприятия, так и по объединенным
данным всех летательных аппаратов данного типа
и всех агрегатов данного типа независимо от типа
ВС) осуществлять:
расчет абсолютных и относительных показате-
лей надежности систем, подсистем и агрегатов
(комплектующих изделий), а также основных из-
делий (планера, двигателей, ВСУ) и функциональ-
ных систем ВС с учетом наработки (летные часы,
посадки/циклы, срок службы);
контроль надежности комплектующих изделий
по заданным уровням, сравнительный контроль
надежности изделий по авиакомпаниям (эксплуа-
тантам) (рис. 6.2), периодам эксплуатации и кон-
троль впервые выявленных и повторных дефек-
тов;
244
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
. ~&»«рольньАпе£ыой '
Г-Сравните тьный анатиз зксптуамнтов < '[бП X
г Отказов'
Генерир. отчет
Г В полете
Тнст/граФ
ВДиаЖ г Показатели надежи
ЯК-52
/Параметр—
I С нараб на отказ/
1Л-1В8 31Л-18Д ’ . ММ4ПЖ П MI-2 ТУ-134Б-3 □ ТУ-154Б
П1Л-62М D MI-SMT □ ТУ-154Б -2
. 1Л76МЛ Г; MI8MTB □ ТУ-154М
С 1Л-76ТД L.-M-8MTB-1 □ ЯК-18Т
С1Л-78 Г MI-8T 3 ЯК-40
: КА-26 С НАЯН ЯК-40К
г.кА-згт ЗЛ41ОУВЯ 1 П-2МСХ □ ТУ-134А < ЯК-42 #ЯК*42Д
3 Л410У8ПС □ ТУ 134A3
У читыаеть все нараб.
Ф-2.7 - СравиительньЛ анализ эксплуатантов (1/чJ по отказам в эксплуатации
КонфОлэМьй период- 1кв 2005-4кв 2005
Экспорт вЕха
Зксгахуа.аая'ки 7.8.23 32.87 7 8 23
Наработаем ж етасажя Отаеахы Ххл:м vm.xjoc/ц
Планер и его системы 639 14440:0 3041 223 2581:0 1646 12 616:0 177 169
СУ, хамгаФаям м и* сист*мы 103 18749.0 10497 20 7743:0 4938 1 1718:0 531 23
ВСУ Сжсеема 6 Отказы 3933:45 ПООО.ч 5Z45 КЮ00,п 3 Отказы 1850:15 2467 11000,4 КЮОО.п 0 Отказы 198:45 Ж1000.К Z65 KI ООО.п 1 Отказ!
021.СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА. 57 3.9474 18.7438 Z0 7.7489 12.1507 2 3.2468 11.2994 10
022.ОБО РУДОВ АНИ! АВТОМАТИЧЖСЖОГО УПРАВЛЕНИЯ ПШЮТОМ €6 4.5706 21-7034 39 * 23.6938 1 1-6234 5.6497 17
023_СВЯЗНО! ОБОРУДОВАНИЕ 25 1.7313 8.2210 9 5.4678 0 7
024.СИСТМЙА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 26 1.8006 8.5498 6 2.3247 3.6452 0 4
0ZS.BUTOBO1 И АВЛРКЙНО-СПЛСЛТЖЛЬНО! ОБОСХЛОВЛЯИ» 19 1,3158 6.2479 2 о.™, Шй 12
026.ПРОТИВОПОЖАРНО! ОБОРУДОВАНИЯ 15 1.038В 4.9326 5 1,9372 3-0377 .1 1.6234 5. 6497 0
027.СИСТ«МА УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫЙ СУДНОМ 12 0.8310 3.9461 а 1.1623 1.6226 0 7
оге.топливная система Z9 2.0083 9.5363 1Z 7-2904 0 1
029_ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА 11 0.7618 3.6172 5 3-0377 1 5.6497 4
ОЗО.ПРОТИВООБЛЖДЖКИТЖЛЬНАЯ СИСТЕМА 23 1.5928 7.6633 9 ШЙЙЙЙ5-4678 1 1.6Z34 5.6497 4
031.ПРИБОРНОЕ ОБОРУДОВАЛИ! 14 0.9695 4.6037 1 0- 3874 ЩОЯр ц 1.6234 5.6497 9
032-ШАССИ 26 1.8006 8.5498 0 0 24
033.свжтотжхническож ОБОРУДОВАНИЕ 23 1.5928 7.6633 4 1.5498 2.4301 3 <Жий. 9
034.ПРИБОРНОМ ОБОРУДОВАНИЕ. ЭЛЕКТРОННАЯ АВТОМАТИК 66 4.5706 21.7034 38 □ЖтгэО га.овбз 1 1.6234 5.6497 4
035.КИСЛОРОДНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 7 0.4848 2-3019 3 isO»M|l.eZ2S 0 3 v
< >
отсутствуют отчеты ПО ОТКАЗАМ. Коо7/Г<»2005Аврг-1/ТигтЯК-42Д Кдмп7Лой-2005/Кв{гг-1 /Ти>ЯК-42М Л Комп-7/Гс«-20057Кврт-2Лип-ЯК42МЛ Комг>7Лой-2005/Кврт-3/Тмп-ЯК-42МЛ Комп-7/Год-2005/КвртМ/Т нп-ЯК-42М Л 1
J*»*' ШМЖ50«
*г
1 пуск С в 8 = Total Commmdsr 6.0... Oj 61.DCC-ftoosoft .. $ рнсб! .bmp - РзН: ’’J"- Nadeznost P.L А •. 14:45
Рис. 6.2. Сравнительный контроль надежности систем самолета Як-42 по эксплуатантам за 2005 год
анализ инцидентов с ВС в эксплуатации с уче-
том наработки парка;
прогнозирование показателей надежности из-
делий ВС на заданный налет парка или календар-
ный срок эксплуатации;
качественный и количественный анализ теку-
щего состояния уровня надежности комплектую-
щих изделий и функциональных систем из пози-
ции их влияния на безопасность полетов;
качественный и количественный анализ надеж-
ности АТ и проведенных мероприятий по ее обес-
печению;
анализ влияния доработок и ремонтов на на-
дежность изделий;
оценку показателей эффективности эксплуата-
ции ВС.
Контроль надежности осуществляется с целью:
раннего предупреждения о значительных, не-
случайных изменениях уровня надежности ком-
понентов ВС;
непрерывного и периодического наблюдения
за тенденцией изменения уровня надежности ком-
плектующих изделий в зависимости от наработки
(летные часы, посадки, календарные сроки экс-
плуатации);
оценки эффективности работ по ТО комплек-
тующих изделий;
сравнения характеристик надежности самоле-
тов и их комплектующих по различным авиаком-
паниям, типам ВС и периодам эксплуатации.
На рис. 6.3 показана динамика изменения на-
дежности (показатель - наработка на отказ) гру-
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
Рис. 6.3. Динамика изменения эксплуатационной надежности типов ВС (Украина) за 1999 2005 гг.: а - грузовых
(/ - Ан-12, 2 - Ил-76, 3 - Ан-124) и б - транспортных (1 - Ан-74, 2 - Л-410, 3 - Ан-24, 4 - Як-40, 5 - Як-42)
зовых и пассажирских самолетов в целом по типу
ВС за 1999-2005 гг.
Оперативный поиск и устранение отказов и не-
исправностей. Комплекс функциональных модулей
оперативного поиска и устранения отказов и не-
исправностей предоставляет информацию, кото-
рая облегчает инженерно-техническому персона-
лу принятие решений в процессе поиска и устра-
нения отказов, выявленных в полете или при ТО.
Комплекс реализует такие функции:
получение информации об отказах основных и
комплектующих изделий самолетов базового пар-
ка АТБ по внешним проявлениям неисправности,
симптомам или по произвольным запросам;
получение информации о вероятности возник-
новения отказов агрегатов по их внешним прояв-
лениям;
получение алгоритмов устранения отказов;
получение технологий устранения отказов, а
также технологий монтажа, демонтажа, замен,
регулировок и других работ, перечней контрольно-
проверочной и контрольно-испытательной ап-
паратуры, инструментов, оборудования, затрат-
ных материалов, которые нужны для устранения
отказов.
Учет использования и управления использовани-
ем парка ВС. Эта группа комплексов программ
обеспечивает:
регистрацию оперативного использования пар-
ка ВС;
управление использованием парка ВС;
регистрацию простоев парка ВС.
На уровне эксплуатационного предприятия
комплекс управления использованием парка вы-
полняет задачи планово-диспетчерского отдела
АТБ и состоит из таких функциональных моду-
лей:
расписание движения самолетов;
долгосрочное планирование;
годовой план;
месячное планирование;
оперативное планирование и диспетчеризация.
Модуль расписания движения самолетов предназ-
начен для работы с годовым центральным распи-
санием движения самолетов и выполняет:
введение, сохранение и корректировку распи-
сания для любого количества типов ВС;
обработку информации центрального расписа-
ния в интересах годового и месячного планирова-
ния;
получение справочных материалов относитель-
но центрального расписания.
Модуль оперативного планирования и диспетче-
ризации предназначен для отслеживания текущего
состояния ВС, а также формирования оператив-
ного плана полетов, производственной задачи це-
хам периодического и оперативного ТО и отчетов
об использовании авиационной техники в опре-
деленные периоды времени.
Управление запасами комплектующих изделий.
Комплекс представляет собой совокупность мо-
дулей, которые автоматизируют информационные
процессы, связанные с контролем наличия и со-
стояния, учета движения и формирования нужно-
го запаса агрегатов (комплектующих изделий),
которые входят в номенклатуру цеха подготовки
производства. Данные заказов на запасные части
и затратные материалы рассчитываются исходя из
246
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
статистики затрат за прошлые года через нормы
затрат на 10 000 ч налета, данные заказов на пас-
портизованные агрегаты - на основе статистики
отказов агрегатов и данных об выработке агрега-
тами ресурса.
В состав комплекса входят такие модули:
формирование годового поквартального заказа;
формирование месячного заказа;
оперативное управление запасами.
Модуль формирования годового заказа предназ-
начен для автоматизации проведения заявочной
кампании и реализует такие функции:
расчет и корректировку заказов на заданный
год (с распределением по кварталам) на агрегаты
1-й категории и отправление агрегатов в ремонт;
расчет заказов на закупку запасных частей и
затратных материалов;
расчет суммы затрат на заказ по текущим це-
нам.
В состав задач модуля оперативного управления
запасами входят такие функции:
расчет рационального неуменьшаемого опера-
тивного запаса агрегатов по данным прогноза на
определенный период. При этом учитывается про-
гноз плановых заказов (поток требований на ТО
агрегатов, которые поступают из цеха периоди-
ческого ТО, а также поток агрегатов, которые вы-
работали ресурс), и прогноз неплановых заказов
(отказов и досрочного снятия агрегатов);
формирование суточной задачи лабораториям
цеха АиРЭО на проверку и восстановление агре-
гатов при условии обеспечения неуменьшаемого
запаса и оперативных потребностей агрегатов от-
носительно критерия обеспечения равномернос-
ти загрузки лабораторий;
формирование перечня дефицитных агрегатов
согласно суточной задаче и оперативного заказа
на складах авиакомпании;
контроль за сроками сохраняемости, консер-
вации и переосвидетельствования агрегатов на
складах и в комплектовочных;
предоставление справок относительно прогно-
за заказов, наличия агрегатов, их текущего состо-
яния, местонахождения и паспортных данных.
Машинно-ориентированное описание типа само-
лета как объекта эксплуатации. Для согласованной
работы всех модулей информапионно-управляю-
щей системы нужно сформировать описание
объектов эксплуатации - воздушного судна, дви-
гателей и их комплектующих изделий (агрегатов).
Такое описание должно удовлетворять определен-
ные требования, в частности:
однозначно идентифицировать агрегаты по их
уникальным атрибутам (шифрами, чертежными и
номенклатурными номерами и т. п.);
описывать систему, подсистему и их агрегаты
как иерархические структуры;
определять взаимозаменяемость агрегатов;
однозначно идентифицировать агрегаты одно-
го наименования (шифра), размещенные в разных
системах самолета;
описывать индивидуальную комплектацию и
условную взаимозаменяемость агрегатов конкрет-
ного ВС или двигателя;
характеризовать местоположения (позиции)
агрегатов на самолете (давать название позиции,
номер схемы, номер зоны ТО, номер по регла-
менту, номер папки в ПДО, номер паспорта в пап-
ке, код основного изделия);
описывать эталонные характеристики агрега-
тов (название агрегата, сокращенное название,
чертежный номер, количество агрегатов на ВС
данного типа, номенклатурный номер, кем обслу-
живается, наличие паспорта, метод эксплуатации,
эталонные значения ресурсов, периодичность и
объем ТО, наличие ценных металлов, типовая цена
и т. п.).
Главные задачи системы информационного обес-
печения. В наше время изменились условия рабо-
ты гражданской авиации, система государствен-
ного управления деятельностью эксплуатантов,
появилось большое количество самостоятельных
авиапредприятий со слабой производственно-тех-
нической базой, стареет и практически не восста-
навливается парк ВС. Вместе с тем, в мировой
авиационной системе развиваются интеграцион-
ные процессы, гармонизируются правила относи-
тельно поддержания летной годности. Переход на
новые механизмы государственного регулирования
деятельностью авиапредприятий связан, прежде
всего, с оперативным информированием органов
государственного управления, которые занимают-
ся вопросами безопасности, надежности, техниче-
ского и ресурсного состояний авиационной тех-
ники. В Украине таких информационных систем
в настоящее время нет, но их разработка поддер-
живается полномочными органами гражданской
авиации.
Автоматизированная система информационно-
го обеспечения поддержания летной годности воз-
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
душных судов Украины должна выполнять такие
основные задачи:
вести учет парка ВС, оценивать и анализиро-
вать его использование, характер и условия эксп-
луатации, загруженность воздушных судов (учи-
тывать данные выполненных рейсов, в том числе
метеоусловия взлета, особые случаи полета, от-
клонение от технических требований, отказы дви-
гателей в полете и т.п.);
контролировать изменения главных летных ха-
рактеристик экземпляра ВС в процессе эксплуа-
тации исходя из сравнения их с данными руко-
водства по летной эксплуатации и результатами
предшествующих испытаний;
учитывать ресурсное состояние СМП основ-
ных изделий ВС (планера, двигателей, ВСУ) и
комплектующих изделий (агрегатов);
вести учет отказов и неисправностей ВС, рас-
считывать, контролировать и прогнозировать по-
казатели надежности наиболее важных и комп-
лектующих изделий АТ;
вести учет паспортных данных СМП ВС и ос-
новных комплектующих изделий;
учитывать особенности конструкции ВС и их
изменения, а также модификации и доработки в
процессе эксплуатации;
вести учет регистрационных данных процессов
сертификации типа и экземпляра ВС, эксплуатан-
тов, персонала и т. п.;
сопровождать единую отраслевую систему ко-
дирования событий и явлений для оценки техни-
ческого состояния ВС, в том числе разрабатывать
кодификаторы машиностроительной структуры
разных типов ВС.
6.2.4. Выбор метода эксплуатации компонентов
воздушных судов
Целью обслуживания по техническому состоя-
нию является максимальное использование запасов
работоспособности элементов конструкции ВС при
условии выполнения требований по безопасности и
регулярности полетов и снижения материальных
затрат на ТОиР. Под элементом конструкции, кото-
рым может быть комплектующее изделие, агрегат,
узел, блок и т. п., понимают конструктивно закон-
ченную, заменяемую во время ТО составную часть
ВС или его функциональную систему (ФС), кото-
рая имеет индивидуальную потребность в ТОиР.
Элементы, эксплуатируемые до предотказного
состояния или до отказа, как правило, должны
быть оборудованы специальными средствами или
бортовой (встроенной) системой контроля (БСК)
за достижением этих состояний, благодаря чему
нет потребности проводить периодический конт-
роль состояния этих элементов во время планово-
го ТО. Иначе - следует устанавливать периодич-
ность такого контроля на основании характерис-
тик надежности элемента, степени его резервиро-
вания и заданных требований безотказности.
В случае ТО по ресурсу момент начала работ по
ТОиР (в том числе замены элемента) единый для
всего парка однотипных элементов и регламенти-
руется по наработке. Такие элементы должны
иметь установленные ресурсы: до первого ремон-
та, межремонтный и до списания.
При ТО до предотказного состояния элементы
эксплуатируются без ограничения ресурса (кроме
ресурса до списания, который устанавливается для
элементов в необходимых случаях) с проведением
непрерывного или периодического контроля тех-
нического состояния каждого элемента в полете
или во время ТО. Достижение контролируемыми
параметрами предотказного значения, установлен-
ного в эксплуатационной документации для каж-
дого типа элементов, означает их неисправность
и свидетельствует о необходимости проведения
работ по восстановлению или замене.
В случае ТО до отказа каждый элемент в от-
дельности эксплуатируется без ограничения ресур-
сов (в порядке исключения может устанавливать-
ся ресурс до списания). Работы по ТО каждого
элемента сводятся преимущественно к устранению
отказов, которые обнаруживаются с использова-
нием соответствующей индикации или во время
контроля, осуществляемого с необходимой пери-
одичностью.
На элементах, эксплуатируемых не только по
ресурсу, но и до предотказного состояния и до
отказа, могут выполняться в процессе ТО работы
профилактического характера (смазка, чистка и
др.), если это дает возможность снизить интен-
сивность отказов и замедлить развитие отклоне-
ний, в конце концов приводящих к отказу или
ускоряющих достижение элементом предотказного
состояния.
Продолжительность эксплуатации элементов,
для которых не установлен ресурс до списания,
определяется экономической целесообразностью
248
б. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
восстановления любого из них в случае возник-
новения отказа или повреждения и может огра-
ничиваться календарным временем эксплуатации
всего парка ВС данного типа.
Для обеспечения во время эксплуатации ВС
уровней безопасности и регулярности полетов и
своевременного проведения мероприятий, кото-
рые делают невозможным ухудшение характерис-
тик безотказности элементов сравнительно с ус-
тановленными во время разработки, в процессе
эксплуатации должны отслеживаться и сопостав-
ляться с установленными разработчиком уровня-
ми параметры потоков:
досрочно снятых элементов, эксплуатируемых
по ресурсу;
замен в предотказном состоянии, а также до-
срочных снятий по отказам в межконтрольный пе-
риод элементов, эксплуатируемых до предотказ-
ного состояния;
снятий по отказу элементов, эксплуатируемых
до отказа.
Рассмотрим методологию назначения методов
технической эксплуатации элементов ВС (комплек-
тующих изделий) с учетом условий обеспечения и
сохранения заданных уровней безопасности и ре-
гулярности полетов и очевидной в большинстве
случаев последовательности методов ТО, обуслов-
ленной их экономической эффективностью (ме-
тоды ТЭО, ТЭП, ТЭР). В этом случае выбор ме-
тода ТО определяется, прежде всего, так называе-
мой функциональной значимостью (ФЗ) элемен-
та и характеристиками его надежности.
Функциональная значимость элемента предоп-
ределяет метод ТО, а надежность в объединении с
ней - частоту или интервал восстановления. Вос-
становлением считают совокупность контроля ТС
и возможного по его результатам изменения пре-
дельного состояния элемента.
Понимая под функциональной значимостью
элемента степень влияния его отказа и характера
его развития на безопасность и регулярность по-
летов, логически можно установить возможные
объединения факторов проявления отказа элемента
и влияния его на функции ВС. Различают несколь-
ко категорий функциональной значимости.
К первой категории ФЗ относятся элементы,
отказ которых не влияет на безопасность поле-
тов (БП). С учетом зависимости надежности от
наработки эти элементы делятся на две подкате-
гории.
Вторую категорию ФЗ составляют элементы,
отказ которых не влияет на БП до тех пор, пока
не возникнет предотказное состояние системы, т.е.
это элементы, которые имеют структурное резер-
вирование. В зависимости от характера изменения
надежности по наработке эти элементы также де-
лятся на две подкатегории ФЗ.
К третьей и четвертой категориям ФЗ отно-
сятся элементы, отказы которых оказывают не-
посредственное влияние на БП, причем третью
категорию составляют элементы, уровень контро-
лепригодности которых дает возможность выяв-
лять их предотказное состояние, а четвертую ка-
тегорию - элементы, предотказное состояние ко-
торых своевременно не обнаруживается. В зави-
симости от продолжительности процесса развития
предотказного состояния элементы третьей кате-
гории ФЗ делятся на две подкатегории. Элементы
четвертой категории ФЗ тоже делятся на две под-
категории в зависимости от изменения их надеж-
ности, обусловленной налетом в границах срока
службы и ресурсом до списания ВС.
Если элемент имеет несколько видов отказов,
категорию ФЗ определяет отказ, приводящий к бо-
лее тяжелым последствиям.
Укажем, что отсутствие количественных зави-
симостей показателей надежности изделия АТ от
применяемых методов ТО и работ по ТОиР пред-
определяет выбор этих методов и состава работ на
основе логического инженерного анализа влияния
характеристик надежности комплектующих изде-
лий и их элементов на безопасность, регулярность
и экономическую эффективность ВС.
Главным методом эксплуатации элементов пер-
вой и второй категорий ФЗ является ТЭО, хотя,
если надежность элементов этих категорий суще-
ственно зависит от наработки, возможно приме-
нение к ним ТЭР, в особенности в случае недо-
статочного уровня эксплуатационной технологич-
ности, приводящей к значительным простоям ВС
во время замены отказавшего элемента.
Для элементов третьей категории рекоменду-
ется преимущественно ТЭП, а четвертой - ТЭР.
Для элементов третьей категории, отказы кото-
рых могут привести к тяжелым последствиям, а
из предотказного состояния они довольно быстро
переходят в состояние отказа, следует применять
ТЭР с проведением непрерывного в полете или
периодического контроля ТС для своевременного
выявления предотказного состояния.
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
Метод ТО может быть предназначен в любом
удобном для использования виде, например в виде
логической схемы принятия решений. Такие ло-
гические схемы были распространены (в особен-
ности за рубежом) в 1960 1970-е годы. Они харак-
теризуются конкретизацией вопросов, последова-
тельные ответы на которые оказывают поддержку
выбору определенного метода ТО, рекомендован-
ного для элемента с рассмотренной комбинацией
характеристик.
Одна из важных задач создания и сопровож-
дения ВС во время эксплуатации - разработка и
корректирование программы ТОиР, которая явля-
ется документом, описывающим систему ТОиР,
и основой эксплуатационной и ремонтной до-
кументации. Главная часть программы - это план
ТОиР, содержащий комплекс взаимозависимых
организационно-технических положений и норм,
которые определяют методы ТО, структуру, ре-
жимы и технологию обслуживания и ремонта на
протяжении всего жизненного цикла воздушно-
го судна.
План ТОиР ВС - это совокупность планов
ТОиР элементов функциональной системы. В пла-
не ТОиР элементов ФС выделяют три основных
взаимозависимых этапа работ:
1) выбор методов ТО и состава работ по ТОиР
элементов ФС;
2) назначение рациональной периодичности
выполнения работ;
3) построение и оптимизацию технологических
графиков.
Рассмотрим методику проведения работ по пер-
вым двум этапам, которая является развитием ка-
чественного методического подхода и дает возмож-
ность формализовано анализировать влияние кон-
кретных видов отказов элементов и ФС в целом
на безопасность и регулярность полетов.
Эта методика обеспечивает достаточную об-
основанность выбора методов технического обслу-
живания и работ по ТОиР вследствие:
деления возможных видов отказов по степени
опасности и влияния на регулярность полетов
(с размежеванием прерванных полетов и задер-
жек вылетов);
выбора методов ТО и работ по ТОиР для лю-
бого из возможных видов отказов каждого эле-
мента;
четкого деления этапов анализа видов отказов
ФС и его элементов;
формализованного учета функциональной зна-
чимости и частоты отказов элементов ФС.
Основа назначения метода эксплуатации - по-
следовательный анализ возможности применения
его к рассмотренному элементу ФС при конкрет-
ном виде отказа (с учетом его влияния на безо-
пасность и регулярность полетов) - сначала ТЭО,
потом ТЭП и, в конце концов, ТЭР. В случае от-
сутствия явных преимуществ того ли другого ме-
тода окончательное решение принимают после
сравнительной оценки экономического эффекта
от применения альтернативных методов.
Если выполнение требований к безопасности
или регулярности полетов невозможно обеспечить
ни при одном методе ТО (ни при одном составе
работ по ТОиР), то разрабатывают конструктив-
но-технологические мероприятия, направленные
на уменьшение отрицательного влияния рассмот-
ренного вида отказа.
Исходными данными, которые используются
в процессе формирования плана ТОиР, являются:
схемные и конструктивно-схемные характери-
стики и параметры режимов работы ФС и их эле-
ментов, в том числе сведения о составе сигнали-
зации экипажа и информации об отказах, кото-
рые регистрируются средствами контроля (БСК и
НБСК);
результаты анализа безотказности ФС, куда
входят перечень возможных видов их отказов в
целом с указанием степени влияния на БП и вы-
полнения задач, а также перечень видов отказов
элементов и их характеристик;
данные о возможности контроля и прогнози-
рования ТС элементов ФС;
данные о назначении и схеме применения ТО
и структуры (номенклатура и базовые периодич-
ности форм) ТОиР;
характеристики эксплуатационной и ремонт-
ной технологичности ФС и их элементов.
Результаты анализа безотказности и послед-
ствий возможных отказов ФС заносятся в табли-
цу, форму которой приведено в табл. 6.1. Графы 3
и 4 этой таблицы содержат самые тяжелые по-
следствия, возникающие при рассмотренном виде
отказа хотя бы на одном этапе полета, графа 5 -
явность отказа для летного экипажа. Отказ счита-
ется явным, если функция, которая нарушилась
из-за отказа системы, повторяется в каждом по-
лете и летный (или наземный) экипаж располага-
ет информацией, которая дает возможность до-
250
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
вольно достоверно определить в полете (или сра-
зу после полета) вид этого отказа. Такой инфор-
мацией является сигнализация и индикация, ото-
бражение на мониторе пилотов, записи бортовых
регистраторов, органолептические характеристи-
ки и др.
На первом этапе выбора методов ТО и работ
по ТОиР применяют логическую схему, с помо-
щью которой определяют категорию последствий
любого отказа ФС и оценивают необходимость
планового контроля ее работоспособности во
время ТО или устанавливают необходимость со-
ответствующих доработок для устранения недо-
статков конструкции ФС, используя ответы на
такие вопросы:
1. Можно ли отнести вид отказа ФС в момент
его возникновения к числу явных для летного эки-
пажа, если он выполняет обычные обязанности?
2. Какая наибольшая степень опасности ситуа-
ции обусловлена рассмотренным видом отказа
функциональной системы?
3. Приводит ли отказ к вынужденной посадке
(прерванному взлету)?
4. Обеспечена ли регистрация бортовой систе-
мой контроля (БСК) информации, которая дает
возможность обнаружить отказ ФС во время ТО?
5. Обеспечено ли выявление данного вида от-
каза ФС во время ТО?
Категория последствий вида отказов ФС харак-
теризуется степенью опасности обусловленных им
особых ситуаций, а также необходимостью пре-
рывания полета, т. е. отражает влияние вида отка-
зов ФС на БП и выполнение задачи. Определение
категории последствий отказов ФС нужно для сле-
дующего выбора метода ТО и работ по ТОиР. Чем
выше эта категория, тем большие требования к
надежности элементов, отказы которых приводят
к рассмотренному виду отказов ФС.
Оценивая потребность планового контроля ра-
ботоспособности ФС в целом во время ТО, следу-
ет иметь в виду, что для явных отказов плановые
работы по контролю работоспособности системы
во время ТО не назначаются. В других случаях
плановый контроль работоспособности системы
нужно проводить или по результатам обработки
полетной информации БСК, или в процессе вы-
полнения соответствующих форм ТО. Результаты
анализа первого этапа заносятся в форму, приве-
денную в табл. 6.2.
Если нужно разработать меры по обеспечению
контроля работоспособности ФС в целом во время
ТО, то делают запись об этом в графе 6 табл. 6.2.
На втором этапе анализа, который проводится
для установления метода ТО элементов ФС и ка-
тегории важности видов отказов, заполняются гра-
фы 1-5 табл. 6.3.
Таблица 6.1. Результаты анализа безотказности и последствий отказов функциональной системы
№ п/п Внд отказа ФС Степень опасности Влияние отказа на регулярность полетов Явность отказа для летного экипажа Причина отказа (функция отказности) Нормативные значения вероятности отказа в полете
1 2 3 4 5 6 7
Таблица 6.2. Результаты анализа первого этапа выбора методов ТО и работ по ТОиР
№ п/п Вил отказа ФС Номер вопроса Ответ Категория последствия Обоснование ответа, оценка необходимости контроля работоспособности системы в целом во время ТО
1 2 3 4 5 6
Таблица 6.3. Результаты анализа второго этапа выбора методов ТО и работ по ТОиР
№ п/п Наиме- нование и тип элемента Условное обозначение вида отказов элементов Параметр Ир Категория последствий Номер вопроса Ответ Обоснование ответа Категория важности; метод ТО
1 2 3 4 5 6 7 8 9
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
В графе 4 табл. 6.3 указывают параметр т(.
функциональной значимости 0 -го вида отказов
элемента, которые определяют на основании ана-
лиза соответствующей функции отказности. Этот
параметр равняется минимальному количеству от-
казов элементов (куда входит и рассмотренный вид
отказа), общее возникновение которых приводит
к определенному отказу ФС в целом: wip = 1, если
₽-й вид отказа элемента непосредственно приво-
дит к отказу ФС; т^ = 2, если 0 -й вид отказа
элемента приводит к отказу ФС лишь в объедине-
нии с отказом другого элемента и т. д. Определяя
параметр для элементов ФС, которые находятся в
«холодном» резерве (аварийных), следует учиты-
вать не только отказы этих элементов, но и собы-
тия, обусловленные введением в работу рассмот-
ренной системы (пожар, обледенение, нарушение
герметизации и др.).
Поскольку рассмотренный вид отказов элемен-
та может входить в несколько функций отказнос-
ти, которые соответствуют разным видам отказов
той же ФС, в табл. 6.3 заносят наиболее неблаго-
приятные объединения категорий последствий и
параметра тр.
После заполнения граф 15 табл. 6.3 с помо-
щью логической схемы определяют категории важ-
ности видов отказов элементов и выбирают мето-
ды их ТО. Чем выше категория важности, которая
характеризует влияние видов отказов элементов на
БП. готовность к полетам и выполнения полетной
задачи, тем выше должны быть требования к эф-
фективности выбранных работ. Для отказов эле-
мента с параметром тр > 3 сразу устанавливают
5-ю категорию важности, а для элемента выбира-
ют метод ТЭО, так как этот вид отказов ФС прак-
тически маловероятен. Другие виды отказов эле-
ментов анализируют в зависимости от категорий
последствий обусловливаемых ими видов отказов
ФС. В результате анализа для каждого вида отка-
зов устанавливают категорию важности и метод ТО.
Если одному виду отказов элемента отвечает не-
сколько строк в табл. 6.3, то надо проанализиро-
вать каждое объединение категории последствий и
параметра функциональной значимости, а в графу
9 занести самую высокую категорию важности.
Проводя анализ, последовательно формулиру-
ют ответы на такие вопросы:
1. Какое наименьшее значение параметра фун-
кциональной значимости рассмотренного вида
отказа элемента?
2. Приводит ли вид отказа элемента к задерж-
ке вылета?
3. Приводит ли рассмотренный вид отказа к
разрушению силовых механических элементов
функциональной системы или к отказам элемен-
тов, резервирование которых принципиально или
технически невыполнимо?
4. Существенно ли зависит интенсивность от-
казов от наработки?
5. Возможен ли контроль и прогнозирование
предотказного состояния элемента в полете или
во время ТО на земле и его восстановление в пред-
отказном состоянии?
6. Приводит ли отказ к разрушению или к за-
клиниванию механических элементов ФС?
Выбор метода ТЭР предопределяет необходи-
мость обоснования ресурса, обеспечивающего уро-
вень надежности элемента, который удовлетворя-
ет требованиям к данной ФС, принятым в про-
цессе формирования плана ТОиР.
Если выявлена потребность доработок (разра-
ботка мер по обеспечению безопасности и регу-
лярности полетов, устранение задержек вылетов),
соответствующее решение записывают в графу 9
табл. 6.3.
Для элементов, отказы которых относятся к
5-й категории важности, целесообразнее может
быть метод ТЭП, чем ТЭО. Это относится к ме-
ханическим элементам планера и ФС, поврежде-
ние которых допустимо в эксплуатации, а отка-
зы связаны с износом и имеют невысокую веро-
ятность возникновения. Ограничение ресурса
элементов при этом, как правило, нецелесооб-
разно.
Для принятия решения о том, как надо экс-
плуатировать элемент до отказа (с контролем ра-
ботоспособности элемента и восстановлением
его в случае отказа) или до предотказного со-
стояния (с контролем исправности элемента и
восстановлением его в случае выхода техниче-
ских параметров за границы допусков), нужно
сопоставить экономические показатели ТОиР.
Если оцениванием установлено, что метод ТЭО
менее экономичный для данного элемента (на-
пример, из-за высокой стоимости ремонта, ко-
торая выше, чем стоимость восстановления в
предотказном или неисправном состоянии), то
рассмотренному виду отказа присваивают 4-ю
категорию важности и для элемента выбирают
метод ТЭП.
252
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
По результатам второго этапа анализа можно
оценить возможность продолжения полетало воз-
вращения в базовый аэропорт с отдельными от-
казами элементов. Отказы элементов можно вво-
дить в Перечень допустимых отказов, с которы-
ми возможно продолжение полета к базовому
аэропорту или к установленной форме ТО, если
они не приводят к ситуации, опасней, чем ос-
ложнение условий полета, и относятся к 5-й ка-
тегории важности с параметром функциональной
значимости /и₽ > 1.
Виды отказов элементов ФС для формирования
работ по ТОиР делятся на три группы. К первой
группе относятся отказы 1-й категории важнос-
ти, ко второй - 2, 3 и 4-й категорий, к третьей
5-й категории.
Анализ каждого вида отказов элемента функ-
циональной системы для назначения наиболее эф-
фективных работ по ТОиР, которые обеспечива-
ют своевременное предотвращение рассмотрен-
ного вида отказов, а также выявление и устране-
ние их, осуществляют с помощью ответов на такие
вопросы:
1. Предотвращают ли принятые профилакти-
ческие работы по поддержанию режимов и усло-
вий функционирования составных частей (узлов)
элемента возникновение и развитие данного вида
отказов?
2. Приспособлены ли конструкция и средства
ТО к выполнению выбранных работ?
3. Являются ли контроль экипажа или борто-
вой системы эффективными для выявления в по-
лете неисправного (предотказного) состояния эле-
мента?
4. Является ли контроль экипажа и (или) БСК
эффективным для выявления в полете рассмот-
ренного вида отказов элемента?
5. Возможно и целесообразно ли устранять в
полете рассмотренный вид отказов или повреж-
дений элемента?
6. Целесообразно ли контролировать техничес-
кое состояние элемента во время технического
обслуживания?
7. Обеспечивается ли восстановление элемен-
та во время ТО после достижения им предельного
состояния (отказа, предотказного состояния, вы-
работки ресурса)?
Выбирая работы по ТОиР, нужно оценивать не-
обходимость, возможность и эффективность вы-
полнения как плановых, так и неплановых работ
по техническому обслуживанию и ремонту.
Конкретный состав работ по ТОиР элементов
выбирают во время формирования ответа на ра-
нее назначенные работы по контролю работоспо-
собности ФС в целом.
После установления необходимости проведе-
ние плановых работ по ТОиР анализируют при-
способленность конструкции и средств ТОиР
(в том числе и БСК) к выполнению работ, т. е. оце-
нивают возможность их выполнения. В случае
отрицательной оценки этой возможности прини-
мают решение о разработке мероприятий, направ-
ленных на обеспечение соответствующего уровня
контролепригодности или восстановления элемен-
тов в процессе технического обслуживания и ре-
монта.
В заключение нужно объединить работы, ко-
торые выполняются на основе целевого назначе-
ния, имея в виду, что при разных отказах элемен-
тов возможно выполнение одной и той же конт-
рольно-проверочной работы, например поканаль-
ной проверки функционирования системы.
В дальнейшем полученные результаты исполь-
зуют, определяя периодичность выполнения ра-
бот и формируя план ТОиР функциональной сис-
темы и ТО в целом, а также разрабатывая пере-
чень функциональных отказов систем самолета,
служащий основой современных концепций от-
казобезопасности ВС.
Если в процессе анализа приняты решения о
необходимости доработок, то после их окончания
все виды отказов, которые обусловили выполне-
ние доработок, снова анализируют и, если нужно,
уточняют состав эффективных контрольно-профи-
лактических работ.
Результаты анализа подаются в виде табл. 6.4.
Таблица 6.4. Результаты анализа выбора работ по ТОиР
Объект ТОиР Вид отказа Категория важности Номер вопроса Ответ Обоснование ответа Состав работ
1 2 3 4 5 6 7
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
6.2.5. Концепция поддержания
безопасности полетов воздушных судов
Массовое применение пассажирских самоле-
тов большой пассажировместимости, для которых
безопасность полета - это приоритетное свой-
ство, способствовало разработке научного под-
хода к обеспечению надежности и безопасности
полетов самолетов. Обобщается опыт проектиро-
вания и эксплуатации ВС; с позиции безопаснос-
ти полета формируются новые конструктивные
принципы.
Как свидетельствует практика, создание безот-
казных комплектующих изделий и систем само-
лета чрезвычайно дорогое и едва ли достижимое
явление. Это вынуждает проектировать конструк-
ции самолета и его системы нечувствительными к
единичным отказам с точки зрения безопасности
полета.
Следующим шагом должно быть формирова-
ние модели отказобезопасности самолета, удовлет-
воряющей установленным требованиям [382-384,
390, 391].
Исследуя любые явления, наука и инженер-
ная практика всегда оперирует теми или другими
моделями. В широком понимании работа инже-
нера, который проектирует систему, заключает-
ся в выборе наиболее приемлемой модели и оп-
ределении ее параметров. В самолетостроении для
таких разделов проектирования, как аэродинами-
ка, прочность и управление самолетом, соответ-
ствующие модели уже разработаны. На протяже-
нии 1976-2006 гг. сформировался новый раздел
проектирования самолетов отказобезопасность.
В данное время этот раздел из-за объективных
требований следует рассматривать в более широ-
ком плане - как безопасность полета при нару-
шении функционирования систем и агрегатов
самолета.
В таком случае нужно рассчитывать на то, что
нарушение функционирования систем могут пре-
допределяться не только отказами, но и другими
причинами - ошибками операторов и программ-
ного обеспечения, внешними влияниями и т. п.
Модель отказобезопасности, или, точнее, мо-
дель надежности и безопасности полета (МНиБП),
может служить основой для обеспечения и конт-
роля безопасности полета в процессе проектиро-
вания, испытаний, изготовления и эксплуатации
самолета. Важнейшее требование к модели отка-
зобезопасности - ее полнота, т. е. она должна опи-
сывать все возможные нарушения в функциони-
ровании систем и агрегатов самолета.
Основа модели отказобезопасности - перечень
функциональных отказов (ФО) систем самолета.
Итак, обеспечение полноты модели, прежде все-
го, связано с полнотой перечня ФО. Без приме-
нения объективного метода получения полного
перечня ФО и объективного метода контроля этой
полноты не может быть уверенности в полноте
модели отказобезопасности.
В наше время из-за некоторых объективных
факторов определение перечня ФО на основании
экспертной оценки является недостаточным. Ис-
ходя из такого подхода, окончательное решение
весьма часто основывается на субъективном мыш-
лении.
Опыт работы в сфере обеспечения безопаснос-
ти полета ведет к созданию такого метода получе-
ния перечня ФО, который был бы свободным от
влияния субъективности, опыта и квалификации
эксперта и давал бы возможность получить пере-
чень ФО как однозначную функцию конструкции
системы.
Основными факторами, предопределяющими
необходимость создания этого метода, являются:
1) требование полноты перечня ФО и его под-
тверждение; оценка уровня безопасности полета
для самолета в целом имеет в виду наличие объек-
тивно полного перечня ФО с точным указанием
ФО, изъятых из рассмотрения, и причин, из-за
которых это сделано;
2) создание документации для самолета в целом
с учетом комплектующих изделий; большое коли-
чество разнородной документации в условиях экс-
пертного подхода и необходимость установления
взаимосвязи систем приведут к значительным за-
тратам труда и снизят качество разрабатываемой
документации; ситуация обостряется еще больше
с появлением среди поставщиков заграничных
производителей, которые создают документацию
на иностранном языке;
3) автоматизация процесса проектирования са-
молета и применение CALS-технологищ примене-
ние системы автоматизированного проектирова-
ния (САПР) требует, чтобы в ходе проектирова-
ния самолета соответственно этой технологии оп-
ределялись все параметры систем, в том числе и
характеристики безопасности полета; наличие
модели, которая связывает характеристики без-
254
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
опасности полета с другими конструктивными па-
раметрами, обязательна.
В качестве способа выполнения изложенных
задач в АК им. С. В. Илюшина разработан метод
определения полного перечня ФО технической сис-
темы, или метод приведения [382-384, 391], кото-
рый основывается на алгоритме приведения фун-
кций и ФО системы в целом к моделям нормаль-
ного и нарушенного функционирования (моделей
технического состояния) составных системы аг-
регатов. Главным отличием и преимуществом ме-
тода приведения в сравнении с экспертным мето-
дом является то, что перечни функций и ФО сис-
темы однозначно определяются его конструкци-
ей, т. е. ее объективным свойством, а конструкция
системы зависит от агрегатов и их соединений в
соответствии со схемами, чертежами и специфи-
кациями.
Опыт эксплуатации авиационной техники в
нашей стране, Российской Федерации и в других
странах показывает, что даже опытный и квали-
фицированный летный и наземный персонал до-
пускает ошибки. Мероприятия, направленные
лишь на повышение дисциплины и квалифика-
ции, мало влияют на уменьшение количества оши-
бок. Нужен новый подход к анализу происхожде-
ния ошибок персонала и их влияния на безопас-
ность полета.
В наше время степень интеграции самолета в
авиационно-транспортную систему (АТС) является
такой, что отказобезопасность нужно оценивать
для АТС в целом. До недавнего времени не было
метода, который давал бы возможность анализи-
ровать отказобезопасность АТС как единой сис-
темы, объективно оценивать вклад каждой состав-
ляющей АТС в уровень безопасности полета и на
основании этого определять наиболее эффектив-
ные средства и методы повышения уровня без-
опасности полета.
Анализ функциональных отказов (АФО) на
основе метода приведения делает возможным вы-
полнение анализа отказобезопасности систем типа
АТС, которые состоят из разнородных частей.
Проведение такого анализа обеспечивает разра-
ботка модели отказобезопасности АТС в целом.
В качестве примера рассмотрим учет влияния на
безопасность полета ошибочных действий экипа-
жа (ОДЭ).
Оценка безопасности полета без учета правиль-
ности действий экипажа является неполной. Суть
даже не в том, что из-за ошибочных действий эки-
пажа, по данным разных источников, происходит
70 90 % летных происшествий. Основа модели
безопасности полета - полный перечень возмож-
ных видов нарушения функционирования само-
летных систем (функциональных отказов). Если
этот перечень не учитывает такого важнейшего
звена в контуре управления самолетом и его сис-
темами, как экипаж, то его нельзя считать пол-
ным; так же неполной будет и модель безопасно-
сти полета.
Из сказанного следует, что модель нарушен-
ного функционирования самолетных систем нуж-
но дополнить соответствующей моделью для эки-
пажа, причем эти модели должны быть одинако-
вые по структуре, чтобы составлять единую мо-
дель безопасности полета.
Существует немалое количество разных моде-
лей оператора, разработанных на базе математи-
ческих и психофизиологических исследований,
экспериментального материала и опыта эксплуа-
тации. Но все они имеют такие недостатки, как
отсутствие единого подхода (единой модели) к
понятию «функция экипажа» и к ошибочным дей-
ствиям экипажа, а также невозможности введе-
ния имеющихся моделей оператора (экипажа) в
модель безопасности полета, которая основана на
функциональном отказе и не дает возможности
закрыть контур «система отображения информа-
ции-экипаж-функциональная система самолета
самолет-служба управления воздушным движением».
Указанные недостатки можно устранить бла-
годаря анализу функциональных отказов и исполь-
зованию метода приведения. Согласно такому под-
ходу экипаж рассматривается как функциональ-
ная система самолета, а возможные ошибочные
действия экипажа являются аналогом функцио-
нальных отказов для самолетных систем. Продол-
жая аналогию, можно сказать, что ошибка экипа-
жа аналог отказа агрегата.
Предложенная методика предусматривает су-
щественное изменение толкования понятий «ошиб-
ка экипажа», «причина ошибки экипажа», «вина
экипажа». Значение такого изменения состоит в
том, что анализ ошибок экипажа методически
может быть аналогичным анализу отказов само-
летных систем и причинами ошибок нужно рас-
сматривать случайные отказы (ошибки), неблаго-
приятные (нерасчетные) внешние условия и на-
рушения правил эксплуатации. Из этой аналогии
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
вытекает потребность создания единой системы
сертификации самолета, экипажа и наземных
служб обеспечения полета.
Рассмотрим подробнее процесс формирования
и функционирования МНиБП самолета конкрет-
ного типа на протяжении его жизненного цикла.
МНиБП реализована в виде набора систем управ-
лений базами данных (СУБД), в которые входят
базы данных (БД) и средства их корректирования
и формирования отчетной информации. СУБД
функционируют независимо, но при этом в сис-
теме обеспечивается целостность и взаимосвязь
информации, которая содержится в БД. Ключе-
выми полями, связывающими все базы данных
МНиБП в единую систему, является «Агрегат» и
«Функциональный отказ». Функционально СУБД
делятся на СУБД формирования МНиБП (эту
функцию выполняет система «Проектирования»),
СУБД отслеживания эксплуатационного уровня
надежности (система оценивания достигнутого
уровня надежности - СОДУН) и СУБД контроля
за видом конструкции и эксплуатационно-техни-
ческой документацией (ЭТД) на протяжении жиз-
ненного цикла изделия (система «Доработка»).
Система реализована в виде локальных ком-
пьютерных сетей по схеме «серверклиент-сер-
вер». Серверы подсистем «Проектирование»,
СОДУН и «Доработка» соединены между собою.
На этих серверах расположены СУБД подсистем.
На клиентских компьютерах размещены репли-
ки СУБД.
Главным требованием к любой модели надеж-
ности и безопасности полета является полнота
описания отказных состояний систем и агрегатов.
Это требование относительно гражданского само-
лета можно сформулировать таким образом: мо-
дель должна описывать все возможные последствия
отказов агрегатов, систем и самолета в целом и
осуществлять информационное обеспечение работ,
связанных с определением, предотвращением и уст-
ранением возможных отказов агрегатов на протя-
жении жизненного цикла самолета. Отсюда выте-
кает, что МНиБП должна функционировать на
уровне отдельного агрегата (съемного блока), оп-
ределенной системы и самолета в целом. При этом
МНиБП дает возможность объективно и однознач-
но с учетом условий эксплуатации и применения
самолета, а также срока службы отдельного само-
лета и парка самолетов данного типа определять
для любого агрегата его влияние на безопасность
полета, выполнение полетной задачи и регуляр-
ность вылета.
МНиБП каждого самолета должна выполнять
такие задачи:
оценивать показатели надежности и безопас-
ности полета в процессе проектирования одно-
временно с разработкой конструкции, появлени-
ем вариантов, модификаций и т. п.;
разрабатывать программы исследования (рас-
четы, моделирование, испытание) последствий
возможных отказов систем и агрегатов;
формировать исходные данные для програм-
мы технического обслуживания и ремонта;
определять допустимые методы технического
обслуживания;
формировать перечень особенно ответственных
агрегатов, деталей и узлов;
выполнять сертификацию относительно отка-
зобезопасности;
контролировать с позиций надежности и безо-
пасности полета условия выработки ресурса и сро-
ка службы в процессе эксплуатации;
расследовать инциденты и авиационные собы-
тия;
контролировать вид конструкции самолета и
его систем, а также эксплуатационно-техническую
документацию в процессе испытаний и эксплуа-
тации;
оценивать надежность и безопасность полета во
время эксплуатации с учетом срока службы отдель-
ного самолета и парка самолетов данного типа;
определять принятые параметры эффективно-
сти эксплуатации самолета с учетом особеннос-
тей и условий конкретной авиакомпании;
формировать информационное обеспечение
процедур поддержания летной годности.
Названные задачи относятся к разным этапам
создания и эксплуатации самолета, но возможность
их выполнения может быть заложена во время
формирования МНиБП в процессе проектирова-
ния самолета.
Разработка МНиБП проводится параллельно с
разработкой самолета и ее систем и имеет одни и
те же основные этапы аванпроект, эскизный и
технический проекты. Целостность модели отка-
зобезопасности любого самолета гарантируется
полнотой перечня его ФО, который, в свою оче-
редь, базируется на обеспечении полноты моде-
лей технического состояния (МТС) комплектую-
щих объектов агрегатов. МТС агрегатов, приме-
256
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
няемых на самолетах, содержатся в универсаль-
ной СУБД - Едином каталоге агрегатов (ЕКА),
который играет особую роль в МЕ1иБП, так как
создает условия для вхождения всех СУБД в еди-
ную систему.
Возможные ошибочные действия персонала в
процессе летной и наземной эксплуатации само-
лета учитываются как в границах модели действий
экипажа, так и в границах АФО систем самолета.
На основании АФО формируют перечень конт-
рольных работ, которые служат основой разработ-
ки регламента технического обслуживания. Ис-
пользуя МТС агрегатов и логические уравнения,
определяют перечень возможных критических
ошибок и критических работ во время ТО. Кри-
тическими считаются ошибки, которые приводят
к возникновению аварийной и катастрофической
ситуаций.
Основными элементами МНиБП на этапе про-
ектирования являются АФО с учетом результатов
исследования последствий ФО и каталог агрега-
тов. Кроме того, в состав МНиБП входит имита-
ционная модель эксплуатации самолета, базовый
модуль которой также формируется на этапе про-
ектирования.
Для исследования последствий ФО в системе
сформирована СУБД «Испытание», которая охва-
тывает разные классы самолетов. На основании
АФО и этой СУБД формируют программы иссле-
дований последствий ФО с помощью расчетов,
моделирования, стендовых и летных испытаний.
Последствия ФО определяют для всего заявлен-
ного диапазона ожидаемых условий эксплуатации
(ОУЭ) с учетом вероятности объединения рассмот-
ренного ФО и параметров ОУЭ.
По результатам проведения АФО и исследова-
ния последствий ФО формируют разделы эксплу-
атационно-технической документации - Руковод-
ства по летной эксплуатации и Руководства по
эксплуатации, в которых размещают рекоменда-
ции экипажу относительно действий в особых си-
туациях, допустимые методы эксплуатации агре-
гатов, систем и основной перечень минимально
необходимого оборудования (ПМНО), а также Рег-
ламента технического обслуживания, где приво-
дится перечень работ по контролю работоспособ-
ности систем и агрегатов.
В процессе сертификации оценивают соответ-
ствие параметров МНиБП требованиям Норм лет-
ной годности относительно отказобезопасности.
МНиБП служит основой, прежде всего, для оп-
ределения соответствия самолета требованиям
раздела АО, п. 1309 (b, с, d) АП-23 и АП-25 (раз-
дел 2 НЛВС-2 и НЛВС-3 до введения в действие
АП-25).
Важно указать, что в основе разработки дока-
зательной документации лежит МНиБП, которая
описывает возможные нарушения функциониро-
вания систем самолета (т. е. ФО) независимо от
причин, которые их вызвали. Это дает возмож-
ность формировать исходя из МНиБП доказатель-
ную документацию для разных требований или
норм, которые касаются отказобезопасности как
отечественных, так и иностранных типов ВС. Под-
тверждением этого является опыт сертификации
самолетов Ил-103 и Ил-96Т по нормам летной
годности США FAR-23 и FAR-25.
По окончании сертификации самолета МНиБП
становится эталонной для этапа эксплуатации. Во
время эксплуатации контролируют эксплуатаци-
онные параметры надежности и безопасности по-
лета на соответствие эталонной МНиБП. Такой
контроль является динамическим, т.е. он осуще-
ствляется с учетом срока службы всего парка са-
молетов данного типа и отдельного самолета.
Эксплуатационный контроль отказобезопасно-
сти выполняют на уровне функционального отка-
за (функциональной системы) агрегата и самоле-
та в целом. Информационным обеспечением для
этого этапа контроля является оценка эксплуата-
ционной надежности агрегатов и систем с учетом
наработки (летные часы, количество посадок, сро-
ки службы) парка и отдельного самолета, эксплу-
атационная модель отказобезопасности и резуль-
таты анализа инцидентов с самолетом во время
эксплуатации с учетом наработки парка и отдель-
ного самолета.
Уровень надежности агрегатов контролируют
с целью:
раннего предотвращения значительных неслу-
чайных изменений уровня надежности;
постоянного или периодического наблюдения
за тенденцией изменения уровня надежности аг-
регатов в зависимости от наработки самолета, ко-
торая измеряется количеством полетов, летными
часами, календарными сроками эксплуатации;
определения эффективности работ по техни-
ческому обслуживанию комплектующих изделий;
сравнения характеристик надежности самолетов
и их комплектующих в разных авиакомпаниях.
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
251
Определение динамики изменения параметра
потока отказов в зависимости от наработки са-
молета (в летных часах и полетах) и календарной
продолжительности его эксплуатации дает воз-
можность оценить эксплуатационный уровень на-
дежности агрегатов, который обеспечивает обрат-
ную связь для модели надежности и безопаснос-
ти полета, а также контролировать и в случае вы-
явления неблагоприятной зависимости параметра
потока отказов хотя бы от одной составляющей
срока службы самолета (летные часы, количество
полетов, срок службы) своевременно разрабаты-
вать мероприятия, направленные на преодоление
неблагоприятной тенденции.
Задача анализа изменения параметра потока
отказов - установление наработки самолета (или
календарной продолжительности его эксплуата-
ции), при которой резко возрастает параметр по-
тока отказов.
Обработанная информация служит основой для
разработки мероприятий, обеспечивающих поддер-
жание летной годности агрегатов, эксплуатирую-
щихся по методам ТЭО, ТЭП и ТЭР. Такими ме-
роприятиями являются изменение методов ТО, ре-
сурсов, сроков службы агрегатов и периодизации
работ по ТО, введение дополнительных работ по
ТО, а также изменение конструкции агрегатов и
их компоновки (мест установки).
Эксплуатационную модель отказобезопаснос-
ти формируют исходя из каталога агрегатов сис-
тем самолета и эталонной МНиБП для контроля
соответствия эксплуатационного уровня безопас-
ности полета сертифицированному уровню для
отдельных ФО. Для контроля целесообразно вы
делить из общего перечня те ФО, которые приво-
дят к катастрофическим, аварийным и сложным
ситуациям, а также к осложнению условий полета
(ОУП), влияют на пилотирование и методику вы-
полнения взлета и посадки и к изменению плана
полета.
Эти ФО составляют не более 10 % их общего
количества.
Эксплуатационная модель отказобезопасности
связывает агрегаты и виды их отказов с отобран-
ными для контроля ФО. Она учитывает, что отказ
данного агрегата может привести к контролируе-
мой ФО в объединении с отказами одного или
нескольких других агрегатов. Источником коли-
чественных характеристик надежности служит
СОДУН.
Инциденты с самолетом во время его эксплуа-
тации анализируются в границах подсистемы «Ин-
цидент» на основе актов расследования. В ходе
анализа материалы акта приводятся в соответствие
с атрибутами АФО. Целью анализа является оп-
ределение характеристик безопасности полета -
вероятности возникновения особых ситуаций и
наработки на инцидент - на уровне самолета с
учетом наработки его и всего парка самолетов дан-
ного типа и сравнения этих характеристик с пара-
метрами эталонной МНиБП. Кроме того, в про-
цессе анализа вырабатывают рекомендации и от-
слеживают их эффективность. Разрабатывая ре-
комендации, учитывают результаты контроля
эксплуатационной надежности агрегатов и эксп-
луатационной модели отказобезопасности. Мате-
риалы анализа инцидентов используют для конт-
роля за деятельностью авиакомпаний и информа-
ционного обеспечения процедур поддержания лет-
ной годности в процессе эксплуатации.
Имитационная модель эксплуатации это инст-
румент оценивания и повышения эффективности
использования самолета. Эффективность приме-
нения парка самолетов авиакомпании определя-
ют тремя показателями - средним количеством за
держек на 100 вылетов, средним налетом на учет-
ный самолет и эксплуатационными затратами. Для
оперативного и перспективного управления эф-
фективностью применения самолетов устанавли-
вают связь указанных показателей с факторами,
которые описывают функционирование авиаком
пании как авиационно-транспортной системы,
объективно оцениваются и могут подлежать не-
посредственному управленческому влиянию. Та-
кими факторами являются:
надежность и эксплуатационная технологич-
ность самолетов;
характеристики технической эксплуатации (си-
стема ТО) и организации ТО (организация выпол-
нения ТО, квалификация персонала, производ-
ственные мощности, в том числе состав обслужи-
вающего персонала по специальностям и цехам,
обеспечение запасными частями и др.);
показатели применения самолетов (расписание,
характеристики маршрутов);
затраты на наземное обслуживание и летную
эксплуатацию самолетов.
Итак, управление эффективностью предусмат-
ривает определение зависимости и эксплуатаци-
онных затрат от указанных факторов, что можно
17 8-470
258
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
назвать условиями применения парка самолетов
для конкретной авиакомпании.
Отсюда вытекает, что для обеспечения нужных
показателей эффективности эксплуатации следует
рассматривать не изолированный самолет, а АТС
авиакомпании в целом. Анализ работы этой систе-
мы очень сложный, поскольку ее функционирова-
ние описывается значительным количеством пара-
метров, многие из которых имеют случайный ха-
рактер и сложно связаны между собой. Наиболее
универсальным и, возможно, единственным для
практического применения методом анализа подоб-
ных систем является имитационное моделирова-
ние. Важно то, что имитационная модель позволя-
ет широко варьировать структуру исследуемой си-
стемы и форму представления исходных данных.
Рассмотрим один из типичных процессов ра-
боты с имитационной моделью. На основе моде-
ли, построенной для существующих условий, ус-
танавливают некоторый начальный уровень пара-
метров модели системы. Потом разрабатывают
матрицу моделирования, которая является набо-
ром сценариев эксплуатации, в которую входят
возможные управленческие решения относитель-
но изменения параметров отдельных частей сис-
темы эксплуатации и применения. В соответствии
с выбранным сценарием осуществляют реализа-
ции моделирования, результаты которых анали-
зируют для определения наиболее эффективных
решений. Итак, анализ процесса реальной эксп-
луатации заменяется анализом многоразовых реа-
лизаций имитационного моделирования процес-
са эксплуатации, которые обеспечивают статис-
тическую достоверность результатов. Сравнение
эффективности рассмотренных организационно-
административных и технических мероприятий
(например, по критерию «стоимость-эффектив-
ность») позволяет принять обоснованное управ-
ленческое решение.
Автоматизацию МНиБП можно рассматривать
в двух аспектах - как автоматизацию разработки и
эксплуатации собственно МНиБП и как автома-
тизацию формирования МНиБП в границах тра-
диционных САПР систем самолета. Система
обеспечения надежности и безопасности полета
функционирует на всех этапах жизненного цикла
самолета.
На этапе разработки:
создают модель надежности и безопасности
самолета и его составных частей;
формируют базы данных МНиБП;
определяют (с использованием расчетов, мо-
делирования, испытаний) параметры МНиБП;
принимают допустимые методы эксплуатации
агрегатов и систем;
подготавливают информационные каналы от-
слеживания и коррекции МНиБП.
В процессе серийного производства отслеживают
вид каждого отдельного самолета и корректируют
МНиБП.
В процессе эксплуатации:
обрабатывают эксплуатационную информацию
и используют ее как обратную связь для МНиБП;
определяют динамику изменений эксплуатаци-
онных параметров МНиБП и корректируют ее;
устанавливают зависимость параметров МНиБП
от наработки парка и срока службы (летные часы,
количество посадок, календарные сроки эксплуа-
тации) отдельных самолетов;
контролируют и корректируют установленные
методы эксплуатации агрегатов и систем;
устанавливают допустимые с позиции отказо-
безопасности ресурсы и сроки службы агрегатов и
систем;
отслеживают выполнения бюллетеней.
На всех этапах жизненного цикла самолета
корректируют и пополняют базы данных МНиБП
для принятия решений о необходимости коррек-
ций в процессах разработки, производства и экс-
плуатации. Кроме этого, на протяжении жизнен-
ного цикла на базе МНиБП формируют доказа-
тельную (соответственно нормам летной годности,
технической задачи, государственных стандартов
и т. п.) конструкторскую и эксплуатационную
документацию (отчеты, акты, разделы РЛЭ и
РТО, перечень минимального необходимого обо-
рудования, перечень наиболее ответственных
агрегатов и др.).
Итак, система на основе МНиБП осуществля-
ет информационное обеспечение для формиро-
вания и поддержания признаков надежности и
безопасности полета на всех этапах жизненного
цикла самолета. Функционирование данной сис-
темы естественно вписывается в концепцию CALS-
технологий, которые предусматривают постоян-
ное информационное сопровождение изделия на
всех этапах его существования на основе единых
моделей.
Система, исходя из МНиБП, делает возмож-
ным реализацию процедур поддержания летной
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
годности в той части, которая связана с летной и
наземной эксплуатацией ВС, и построения систе-
мы поддержания летной годности. С ее помощью
на всех этапах жизненного цикла самолета реали-
зуется управление уровнем летной годности. В гра-
ницах системы процессы установления допусти-
мых методов эксплуатации, продление ресурсов и
сроков службы комплектующих изделий прямо
связанно с уровнем летной годности с учетом срока
службы отдельного самолета и парка. В системе
функционирует модуль анализа эффективности
эксплуатации, реализованный в виде имитацион-
ной модели, которая дает возможность все меро-
приятия в отдельной авиакомпании, в том числе
и обеспечение летной годности, оценивать с по-
зиции «стоимость-эффективность».
В настоящее время возникла проблема созда-
ния системы поддержания летной годности ВС в
масштабе всей страны. Такая система может со-
держать обязательные функциональные модули, в
частности:
1) модель надежности и безопасности полета,
которая должна описывать свойства надежности
и безопасности полета, заложенные в конструк-
цию ВС во время его разработки (общие требова-
ния к МНиБП, которые касаются отказобезопас-
ности, изложенные в отечественных и загранич-
ных НЛГ - НЛВС-3, АП-25, FAR-25 и др.);
2) систему оценивания уровня надежности и
безопасности полета, которая может определять
достигнутые характеристики эксплуатационной
надежности и безопасности полета в соответствии
со структурой МНиБП и зависимость этих харак-
теристик от срока службы парка и отдельного ВС;
3) модуль сравнения эксплуатационных харак-
теристик и параметров МНиБП, позволяющий
оценить степень отклонения результатов эксплуа-
тации от параметров модели, выявить наличие
неблагоприятных тенденций и в случае необходи-
мости определить перечень возможных корректи-
рующих мероприятий;
4) систему контроля изменений типовой кон-
струкции самолета и эксплуатационно-техничес-
кой документации (РЛЭ, РЭ, РТО, ПМО и др.),
которая отслеживает их для каждого номера са-
молета, в том числе изменения допустимых мето-
дов эксплуатации, ресурсов и сроков службы аг-
регатов и систем.
Разработка системы поддержания летной год-
ности ВС предусматривает создание сети, кото-
рая охватывает всю территорию Украины, с мощ-
ной, быстродействующей, круглые сутки работа-
ющей центральной базы данных и гибкими лини-
ями связи, в том числе беспроводными. Через эту
сеть МНиБП отдельных типов самолетов связы-
вается со всеми участниками процесса поддержа-
ния летной годности - авиационными властями,
авиакомпаниями, производителями и т. п.
Рассмотренные принципы формирования и
применение МНиБП самолета распространяются
и на другие звенья и АТС в целом. Распростране-
ние принципов обеспечения и поддержания без-
опасности полетов, принятых для самолета, на дру-
гие части АТС (летный и наземный персонал,
службы управления полетом, службы обеспечения
полетов) связано с учетом человеческого фактора.
Как показывает опыт эксплуатации ВС, роль че-
ловеческого фактора в причинах летных событий
постоянно растет.
С человеческим фактором связывают события,
которые не предполагались документацией или
являются следствием невыполнения действий,
предложенных этой документацией. Для авиации
1940-1950-х годов соотношения конструкционно-
производственных причин катастроф и ошибок
экипажа и служб обеспечения полетов составляло
приблизительно 1:1. В данное время на конструк-
тивно-производственные причины приходится
10 %, а на человеческий фактор - 90 %.
Анализ уровня безопасности полетов в разных
регионах мира показывает, что уровни катастроф
в них отличаются более чем в 50 раз, хотя пасса-
жирские перевозки осуществляются на практичес-
ки однотипных самолетах. Наработка на инцидент
для однотипных самолетов разных авиакомпаний
имеет расхождение в 3-4 раза, что свидетельству-
ет о решающем влиянии организации процесса
летной и технической эксплуатации на ее резуль-
таты. Приведенные данные убедительно свидетель-
ствуют, что влияние человеческого фактора на
безопасность полетов и эффективность использо-
вания самолета является определяющей. На про-
тяжении 1991—2006 гг. уровень безопасности по-
летов в США не повышается, хотя и остается на
высоком уровне. Дальнейшее повышение безопас-
ности полетов требует разработки новой методо-
логии ее обеспечения, которая учитывала бы но-
визну и особенности конструкции проектирован-
ных ВС, а также человеческий фактор для каждо-
го звена и АТС в целом.
260
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
В процессе создания самолета в границах
МНиБП применяется принцип: ни один единич-
ный отказ агрегата (системы) не должен приво-
дить к аварийной или катастрофической ситуа-
ции. МНиБП дает возможность установить ФО,
которые могут появиться во время эксплуатации.
Конструкция систем выполняется таким образом,
что все ФО, которые могут привести к аварийной
или катастрофической ситуации, являются прак-
тически невероятными и в них нет единичных
отказов агрегатов или элементов, предопределяю-
щих АС или КС. В РЛЭ подаются четкие и одно-
значные рекомендации экипажу относительно
избежания последствий ФО. Выполнение этих
рекомендаций гарантирует благополучное окон-
чание полета. Рекомендации проверены на стен-
довых и летных испытаниях и прошли серти-
фикацию.
Классическое правило проектирования - кон-
струкция должна быть равнопрочной. Для дости-
жения поставленной цели нужно, чтобы все зве-
нья АТС и их взаимодействие отвечало этому прин-
ципу. Принцип равнопрочности для АТС можно
сформулировать так:
ни один единичный отказ агрегата (элемента) и
ни одна единичная ошибка экипажа или служб обес-
печения полетов не должны привести к аварийной
или катастрофической ситуации.
Исследования показывают, что даже те пило-
ты, которые прошли профессиональный отбор,
стали высококвалифицированными специалиста-
ми, постоянно проверяют свое физическое и пси-
хическое здоровье, тренируются по наивысшим
стандартам и проходят регулярную переподготов-
ку, во многом ответственны за тяжелые авиаци-
онные происшествия.
Ошибки экипажа целесообразно поделить на
две группы: первая - грубые намеренные нару-
шения требований РЛЭ и других нормативных до-
кументов; вторая - неумышленные ошибки, свя-
занные с неправильной оценкой ситуаций, кото-
рые возникают в процессе полета, и, как след-
ствие, принятие неправильных решений. Учитывая
изложенный выше принцип, АТС может быть по-
строена так, чтобы намеренно нарушать требова-
ния было невыгодно или невозможно и чтобы
любое намеренное нарушение было зарегистри-
ровано объективными средствами контроля, а ви-
новник этих нарушений знал, что соответствую-
щее наказание неотвратимо. Во избежание вто-
рой группы ошибок необходимо или уменьшить
вес (опасность) их последствий, или ВС и все зве-
нья АТС нужно проектировать с учетом возмож-
ностей человека и того, что экипажу чаще всего
приходится работать на пределе своих физиоло-
гических возможностей, когда риск неумышлен-
ной ошибки возрастает. При этом надо распрост-
ранить на экипаж методологию обеспечения бе-
зопасности полета, которая основывается на
МНиБП.
Нужно стремиться к созданию такой АТС, в
которой летные происшествия были бы практи-
чески невозможными. Решению этой проблемы
будет способствовать разработка МНиБП АТС,
которая даст возможность:
обнаружить наиболее слабые относительно
обеспечения безопасности полета звенья авиаци-
онно-транспортной системы;
наметить мероприятия, которые обеспечат по-
вышение безопасности полета через перераспре-
деление функций внутри системы и (или) резер-
вирование его слабых мест;
оценить потенциально достижимый уровень
безопасности полета при данных структуре и орга-
низации работ;
определить эффективность мероприятий по
обеспечению безопасности полета до введения ВС
в эксплуатацию;
провести анализ внештатных ситуаций (инци-
дентов, поломок, летных происшествий), которые
возникают во время эксплуатации, и своевремен-
но начать действия относительно исключения лет-
ных происшествий.
Разработка МНиБП АТС в пределах системы
поддержания летной годности даст возможность
не только существенно повысить безопасность
полетов воздушных судов, но и обеспечить объек-
тивный контроль и управление уровнем безопас-
ности авиации.
6.2.6. Функции системы
технического обслуживания
при поддержании летной годности
Термины «поддержание ЛГ» и «техническое об-
служивание». Под термином «поддержание ЛГ» по-
нимаются все мероприятия, которые гарантиру-
ют, что в любой момент своего срока службы (пре-
бывания в сфере эксплуатации) ВС соответствуют
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
действующим требованиям к ЛГ, а их техничес-
кое состояние обеспечивает безопасную эксплуа-
тацию. Указанные мероприятия должны:
осуществляться под контролем и во взаимодей-
ствии САА как государства регистрации и госу-
дарства эксплуатанта, так и государства разра-
ботчика и государства производителя, а также
организаций, ответственных как за типовую кон-
струкцию (держателя сертификата типа и/или
держателей дополнительных сертификатов типа,
если таковые имеются), так и за сертификат про-
изводства;
обеспечивать непрерывность ответственности
за ЛГ каждого экземпляра ВС в сфере поддержа-
ния ЛГ независимо от того, из какого государства
экспортируется ВС или в какое государство оно
передается для эксплуатации (случаи смены госу-
дарства регистрации или аренды ВС).
В общем случае мероприятия по поддержанию
ЛГ предусматривают реализацию следующих обя-
занностей и обязательств государств, подписавших
Чикагскую конвенцию:
со стороны государства разработчика и госу-
дарства производителя, а также организаций, от-
ветственных как за типовую конструкцию, так и
за сертификат производства:
а) разработку критериев проектирования, ко-
торые обеспечивают необходимые условия прове-
дения инспекционных проверок и/или осмотров
в процессе эксплуатации и позволяют использо-
вать установленные методы и способы выполне-
ния ТО;
б) подготовку организацией, ответственной за
типовую конструкцию, необходимых технических
требований, методов, правил и видов работ, каса-
ющихся ТО ВС, и опубликование этой информа-
ции в таком виде, который может легко использо-
ваться эксплуатантом (Instructions for Continued
Airworthiness и Certification Maintenance Require-
ments - CMR);
в) анализ организацией, ответственной за ти-
повую конструкцию, государством разработчика
и государством регистрации дефектов происше-
ствий и прочей информации, касающейся ТО и
эксплуатации, а также разработку и передачу ин-
формации о рекомендуемых или обязательных
действиях, предпринимаемых по результатам это-
го анализа;
со стороны государства регистрации и государ-
ства эксплуатанта:
а) предоставление эксплуатантом на одобрение
в САА технических требований, методов, правил
и видов работ по ТО в виде программы ТО ВС,
приемлемой для условий его эксплуатации, на
основе информации, предоставленной организа-
цией, ответственной за типовую конструкцию (дер-
жателем сертификата типа);
б) предоставление эксплуатантом данных о де-
фектах и прочей существенной информации, ка-
сающейся ТО и эксплуатации ВС, организации,
ответственной за типовую конструкцию (держа-
телю сертификата типа), в соответствии с требо-
ваниями государства регистрации;
в) рассмотрение эксплуатантом или государ-
ством регистрации информации, представленной
организацией, ответственной за типовую конст-
рукцию (держателю сертификата типа), или госу-
дарством разработчика, и предпринятие необхо-
димых, по их мнению, действий в связи с этой
информацией; при этом особое внимание обра-
щается на действия, указанные в качестве «обяза-
тельных»;
г) выполнение эксплуатантом всех обязатель-
ных требований, касающихся ВС, и, в частности,
соблюдение ограничений ресурса по условиям
усталости, а также проведение любых специаль-
ных проверок или инспекционных осмотров, пре-
дусмотренных при сертификации или признанных
необходимыми впоследствии для обеспечения це-
лостности конструкции;
д) подготовку и выполнение программ допол-
нительных инспекционных осмотров конструкции
и вытекающих требований, касающихся старею-
щих ВС.
Первичная/основная ответственность за поддер-
жание ЛГ каждого экземпляра ВС, находящегося в
эксплуатации, лежит на эксплуатанте.
Рекомендуемое ICAO, а также документами
EASA определение термина «техническое обслу-
живание» (maintenance) более широкое по срав-
нению с традиционно применявшимся в странах
СНГ. Согласно этому определению, к ТО отно-
сятся работы, выполнение которых необходимо для
поддержания Л Г ВС. В такие работы включают:
проверки (осмотры, инспекции, контроль), заме-
ны, модификации (конструкции), текущий (repair)
и капитальный/восстановительный (overhaul) ре-
монты, устранение дефектов на ВС или его ком-
понентах, проводимые как по отдельности, так и
совместно.
262
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Следует отметить, что при проведении регуля-
торной деятельности САА по поддержанию Л Г
применительно к особенностям и условиям авиа-
ционной деятельности в конкретном государстве
может возникать необходимость в дополнитель-
ной конкретизации содержания данного термина.
Так, например, в документах EASA из этих работ
исключается предполетный осмотр/проверка (pre-
flight inspection) ВС, который выполняется экипа-
жем и включен в состав требований при сертифи-
кации эксплуатанта [670].
В связи с изложенным выше, при рассмотре-
нии вопросов поддержания ЛГ будем придержи-
ваться именно этой расширенной трактовки, а
сокращение «ТОиР» (техническое обслуживание
и ремонт) рассматривать как устаревшее.
Структура системы технического обслуживания.
С системных позиций деятельность по ТО (про-
цесс ТО) следует рассматривать как результат функ-
ционирования системы ТО. Указанная система
состоит из следующих укрупненных, взаимодей-
ствующих между собой составляющих (рис. 6.4):
объектов обслуживания, различающихся по но-
менклатуре (типы ВС, их компоненты), по соста-
ву и содержанию работ по ТО, предусмотренных
в их ЭД;
ответственного (responsible person или respon-
sible group of persons) и сертифицирующего (certifying
staff) персонала',
средств обслуживания, включающих оборудо-
вание, приспособления, инструменты и материа-
лы (equipment, tools and material);
СИСТЕМА ОДОБРЕННОЙ САА ДОКУМЕНТАЦИИ
нормативная (типовая и общая)
обязательная организационно-распорядительная
учетно-контрольная, производственная и технологическая
Рис. 6.4. Структура системы технического обслуживания
производственных помещений и их оснащения
(facility), включая их дислокацию (базы/места про-
ведения ТО) и распределение состава работ ТО
по базам/местам такой дислокации.
В процессе ТО взаимодействия указанных выше
составляющих системы ТО регламентируются и
сопровождаются системой одобренной САА докумен-
тации, которая также является обязательной со-
ставной частью системы ТО. Указанная система
документации устанавливает порядок, процедуры,
методы и условия взаимодействия составляющих
системы ТО при проведении ТО, а также требова-
ния и ответственность эксплуатанта и организа-
ций по ТО, проводящих работы на ВС примени-
тельно к условиям их деятельности и/или взаимо-
действия.
Система одобренной САА документации вклю-
чает в себя:
нормативную документацию, содержащую: ти-
повую нормативную документацию по типу об-
служиваемой АТ (см. табл. 2.4); общую норматив-
ную документацию, представляемую в виде соот-
ветствующих частей АП и других директивных
документов САА по регламентации деятельности
всех эксплуатантов и организаций по ТО в госу-
дарстве;
обязательную организационно-распорядитель-
ную документацию по ТО, распространяющуюся
на конкретного эксплуатанта и/или конкретную
организацию по ТО (см. табл. 2.5);
учетно-контрольную производственную и тех-
нологическую документацию по ТО.
Каждая из указанных выше составляющих си-
стемы ТО, а также их взаимодействие одновре-
менно являются:
объектами регулирования со стороны САА в
рамках системы государственного регулирования
летной годности;
объектами управления со стороны субъектов
деятельности системы государственного регулиро-
вания Л Г. при формировании ими способов и
методов выполнения требований системы АП го-
сударства при построении и/или функционирова-
нии системы ТО.
Функции системы ТО в поддержании ЛГ. В кон-
цептуальном плане, исходя из приведенного выше
определения понятий «поддержание ЛГ» и «тех-
ническое обслуживание», основной функцией си-
стемы ТО в поддержании Л Г является управление
состоянием эксплуатируемых ВС с целью обеспе-
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
чения выполнения установленных к ним требова-
ний ЛГ. Проиллюстрируем сущность такого
управления на примере характеристик свойства
безотказности.
Из теории надежности известно, что безот-
казность объекта АТ в эксплуатации определяется
собственными характеристиками свойств его кон-
струкции при заданной системе ТО. Таким обра-
зом, управляющие воздействия на характеристи-
ки безотказности объекта АТ в процессе эксплуа-
тации могут приводиться за счет изменения как
конструкции объекта авиационной техники, так и
его системы технического обслуживания.
Для определенности будем рассматривать в
качестве характеристики безотказности объекта АТ
в пределах некоторого интервала наработки пара-
метр потока отказов со. Отметим однако, что для
сути рассматриваемого вопроса не принципиаль-
но, какая из характеристик безотказности рассмат-
ривается, например параметр потока отказов со
или интенсивность отказов X или более жестко -
количество отказов.
Представим параметр потока отказов со в виде
суммы:
где сопол, со10 - составляющие потока отказов, про-
явившихся и/или обнаруженных соответственно
в полете и при ТО (на земле).
В силу неоднородности отказов по степени
опасности и по возникающим при этом послед-
ствиям, по составляющей сопш] можно выделить
соответствующие аддитивные компоненты. Тогда
при определении условий результативности и эф-
фективности управляющих воздействий по изме-
нению со необходимо дополнительно рассматри-
вать методы ранжирования аддитивных компонент
по степени опасности и последствиям. Одна-
ко в рамках данного рассмотрения для упроще-
ния изложения этот признак мы не будем исполь-
зовать, так как это не повлияет на сущность и
корректность вывода относительно функции сис-
темы ТО в рамках системы поддержания Л Г.
Положим для определенности, что в пределах
интервала наблюдений имеет место увеличение на-
блюдаемого потока отказов со' = ю + Дсо (Дсо > О -
приращение параметра потока отказов) в силу не-
контролируемых эксплуатантом причин, а управ-
ляющих воздействий на конструкцию (т. е. изме-
нений конструкции) объекта АТ не проводилось.
Рассмотрим возможные случаи такого увеличения:
со* = со+Дсо = сопол + (сото + Дсо);
со’ = (о+Дсо = (сотол + Дсо)+сото ;
со* = со+Дсо = (сопол + Дсопол) + (сото + Дсото),
где Дсо = ДсоП(1Л+Дсого.
Применительно к наблюдаемому увеличению
потока отказов До, в рамках рассматриваемых слу-
чаев, можно сделать следующие достаточно оче-
видные заключения относительно существующей
системы ТО объекта АТ:
для первого случая - данная система ТО рас-
полагает достаточным запасом избыточности и без
каких-либо дополнительных управляющих воздей-
ствий полностью «отфильтровывает» наблюдаемое
увеличение потока отказов, за счет чего обеспе-
чивается его перераспределение и поддержание
имевшегося уровня отказов в полете сопол и поэто-
му имеющуюся систему ТО объекта АТ следует
признать результативной;
для второго случая - система ТО не располага-
ет запасом избыточности для «отфильтровывания»
наблюдаемого увеличения потока отказов, вслед-
ствие чего отсутствует его перераспределение, не-
обходимое для поддержания уровня отказов в по-
лете сптол, и поэтому существующую систему ТО
объекта АТ следует признать нерезультативной и
требуются дополнительные управляющие воздей-
ствия на эту систему или на объект А1;
для третьего (промежуточного по отношению
к рассмотренным выше) случая - система ТО не
располагает достаточным запасом избыточности
для полного «отфильтровывания» наблюдаемого
увеличения потока отказов и не обеспечивает до-
статочного его перераспределения для поддержа-
ния уровня отказов в полете щп(1л и поэтому име-
ющуюся систему ТО объекта АТ следует признать
недостаточно результативной и требуются допол-
нительные управляющие воздействия на эту сис-
тему или на объект АТ.
Указанный подход к трактовке функции сис-
темы ТО в поддержании Л Г подтверждают следу-
ющие примеры практического применения.
В принятой практике обеспечения полетов по
ETOPS реализован описанный выше подход к
функции системы ТО как средства управления
безотказностью эксплуатируемой АТ. Он предус-
264
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
матривает разработку специальной программы ТО
для такого рода полетов [751], проблема выполне-
ния которых состоит в том, что сертифицирован-
ный тип ВС с двумя АД считается недостаточно
безопасным при отказе одного двигателя в ситуа-
ции, когда время полета на рекомендуемой ско-
рости до ближайшего запасного аэродрома, при-
годного для посадки, превышает 60 мин (в част-
ном случае полеты над водным пространством).
Для удовлетворительного решения задачи обеспе-
чения требуемого уровня безопасности при поле-
тах по ETOPS в практике регулирования ЛГ пре-
дусматриваются дополнения к программе ТО ВС.
Такие дополнения направлены на повышение
уровня (по полноте или глубине, или частоте) кон-
троля состояния АТ и/или проведение специаль-
ных дополнительных работ по ТО на значимых с
точки зрения безопасности таких полетов компо-
нентах (функциональных системах и/или издели-
ях) ВС. Выделение значимых компонентов ВС,
очевидно, должно включаться в задачу разработ-
чика и оцениваться при сертификации типа ВС.
Следующим примером является принятая прак-
тика обеспечения эквивалентного соответствия
требованиям сертификационного базиса в рамках
задач сертификации типа ВС [691]. Если при сер-
тификации типа ВС имеются отступления от тре-
бований к Л Г, то в качестве компенсирующих мер
в программу ТО вводятся дополнительные работы
по ТО [625], обеспечивающие уровень ЛГ, экви-
валентный уровню, установленному действующи-
ми АП (НЛГ).
Исходя из изложенного выше, функции систе-
мы ТО при заданных свойствах конструкции ВС,
применительно к рассмотренному выше свойству
безотказности, состоят в поддержании требуемо-
го уровня безотказности при использовании ВС
по назначению (в полете), а в общем случае тре-
буемого уровня установленных характеристик
объекта АТ, определяющих его Л Г.
Управление системой и процессами ТО. В об-
щем случае управление объектом - это процесс
выработки и осуществления управляющих воздей-
ствий [537]. Выработка управляющих воздействий
состоит: из получения сведений от среды и объек-
та управления (включая информацию о реализуе-
мых управляющих воздействиях на объект); по-
рождения решений о необходимых управляющих
воздействиях на объект, которое проводится пу-
тем обработки полученных сведений, выполняе-
мой на основе определенных знаний об объекте
управления, отражающих фундаментальные свой-
ства этого объекта, независящие от полученной ин-
формации. Осуществление управляющих воздей-
ствий включает: передачу управляющего воз-
действия; преобразование управляющего воздей-
ствия в форму, непосредственно воспринимаемую
объектом (при необходимости такого преобразо-
вания).
Качество (результативность и эффективность)
управления объектом обычно рассматривается как
некоторая оценка полезности управления, приня-
тая на основе совокупности характеристик как
объекта управления, так и процесса управления.
При этом качество управления существенно зави-
сит от структуры системы управления и соответ-
ствующих ей принципов управления и механиз-
мов выработки решений о выборе управляющих
воздействий.
Управление системой и процессами ТО прово-
дится на различных стадиях жизненного цикла
объекта АТ: в рамках системы обеспечения ЛГ -
стадии разработки и производства АТ; в рамках
системы поддержания ЛГ - стадия эксплуатации
(см. рис. 2.6). При этом возможности и механиз-
мы управления системой и процессами ТО, а так-
же качество управления имеют свои специфичес-
кие особенности как для каждой из стадий жиз-
ненного цикла объекта АТ, так и для иерархичес-
ких уровней управления: САА или объекты
регулирования. Поэтому, для уяснения указанных
особенностей, предварительно рассмотрим эволю-
цию систем управления и их типологию в после-
довательности, которая отражает эволюцию каче-
ственных изменений используемых принципов
управления и механизмов выработки решений.
Системы управления (типология структур). Эво-
люционное развитие структур систем управления,
связанное с повышением качества управления,
может быть достаточно полно представлено изме-
нениями, отображенными на рис.6.5 [444].
Простые системы управления. В разомкнутой
структуре управления (рис. 6.5, а) принципы
управления и механизмы выработки решений за-
ложены в блоке F и реализуются по заранее за-
данной программе через выходной преобразова-
тель R без учета сведений об объекте управления
(блок W) и/или среде. Учет сведений об объекте
управления и среде реализуется в замкнутых струк-
турах управления, простейшим примером которых
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
Рис. 6.5. Типология структур систем управления (по Д. А. Поспелову [444])
а
является структура с обратной связью (блок D)
(рис. 6.5, 6). Характерная черта этой структуры в
отличие от предыдущей (рис. 6.5, а) - реализа-
ция заложенных в F процедур и целей управления
с учетом сведений об объекте управления и/или
среде. При этом наличие обратной связи обеспе-
чивает повышение качества управления.
Системы управления с адаптацией. Дальнейшие
возможности повышения качества управления свя-
заны с включением в структуру управления блока
А-адаптатора (рис. 6.5, в). Его функция состоит
в том, что он реализует приспособление проце-
дур, реализованных в блоке F в зависимости от
сигналов обратной связи, на основе анализа ситу-
аций, которые наблюдаются в объекте, и целей
адаптации, которые формируются в рамках этого
блока. В общем случае процедуры адаптации мо-
гут иметь несколько уровней и нежесткие законы
функционирования. Цели адаптации также могут
изменяться, если, например, в блоке А на опреде-
ленном уровне как составная часть системы уп-
равления выступает человек, у которого процеду-
ры адаптации не зафиксированы. Выделение адап-
татора в специальный блок структуры управления
связано с тем, что интенсивность реализации свой-
ственных ему процедур существенно меньше
интенсивности работы других блоков структуры
управления.
Модельные системы управления. На рис. 6.5, г
показана структура управления, которая содержит
блок М (модель знаний), выделяющийся из блока
F и обеспечивающий переход на более высокий
уровень управления. Необходимость выделения
блока М обусловлена наличием двух способов со-
хранения знаний: в виде модели (блок М), кото-
рую обычно называют декларативным представ-
лением знаний; в виде описания алгоритмов (блок
F), которое называют процедурным представле-
нием знаний.
Таким образом, введение в структуру управле-
ния блока М приводит к разделению форм сохра-
нения знаний и тем самым изменяет функции
блока F. Удобство разделения информации и вы-
деления блока М определяется следующими при-
чинами: более компактным представлением зна-
ний в виде модели, чем их отображение в алго-
ритме, который является процедурой, реализован-
ной в блоке F; возможностью поиска решений в
блоке М специальными процедурами из F; удоб-
ством смены информации в блоке М при сохра-
нении процедур обработки информации о среде и
объекте управления в блоке F, что при определен-
ных условиях позволяет успешно адаптировать
апробированную на практике систему управления
к новому объекту W.
Семиотические системы управления. Переход на
более высокий уровень качества управления до-
стигается включением в структуру управления блока
I - интерпретатора (рис. 6.5,д). Если адаптатор
изменяет структуру блока F по заранее заданному
плану в зависимости от сигналов от блока XV, то
интерпретатор I работает вообще без наперед за-
данного плана, поскольку заложенные в него про-
цедуры носят универсальный характер. Функцией
этого блока является интерпретация ответных ре-
акций среды и объекта управления на реализован-
ные управляющие воздействия в терминах блока
М. Это осуществляется с помощью специальных
266
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
процедур (например, фиксации фактов заданного
типа, выделение причинно-следственных цепочек,
выявление закономерностей), которые обеспечи-
вают перестройку модели знаний в блоке М.
Анализ приведенных структур управления по-
казывает, что эволюция качества управления со-
провождается увеличением объема собираемой и
обрабатываемой информации, повышением пол-
ноты и качества ее обработки (в рамках развития
задач мониторинга, см. подразд. 2.7), а также по-
вышением интеллектуальной емкости процесса
управления. При этом характерная и важная тен-
денция современного этапа развития и совершен-
ствования управления техническими и техноло-
гическими объектами - включение в структуру
управления моделей знаний. Они являются эф-
фективным средством аккумуляции знаний о свой-
ствах объекта управления, накопленных на стади-
ях жизненного цикла (производства, проектиро-
вания, эксплуатации).
Элементы указанной эволюции можно просле-
дить применительно к системе регулирования ЛГ
(см. рис. 2.3). Накопленные знания в виде требо-
ваний соответствующих частей системы АП госу-
дарства реализуются путем нормирования объек-
тов регулирования: для системы обеспечения Л Г -
разработчика, производителя и типа АТ (см. табл.
2.4); для системы поддержания ЛГ - эксплуатан-
та, организации по ТО (АМО), организации по
управлению/менеджменту поддержания летной
годности (САМО), авиационного персонала (см.
табл. 2.5) и ЛГ экземпляра ВС. Указанные требо-
вания, как модели знаний, снижают, в частности,
потери информации о свойствах АТ при передаче
объекта на стадию эксплуатации (при формиро-
вании ЭД) и способствуют, в рамках системы мо-
ниторинга, более эффективному накоплению и си-
стематизации данных об объекте управления, по-
лучаемых на стадии эксплуатации и необходимых
для обеспечения реализации принципа непрерыв-
ности ответственности за Л Г.
При формировании системы ТО, которое про-
водится в рамках системы обеспечения Л Г, реа-
лизуются механизмы нормирования характерис-
тик как системы ТО в целом, так и образующих
ее составляющих (см. рис. 6.4). Исходя из опи-
санных выше функций системы ТО при поддер-
жании ЛГ, формирование системы ТО заключа-
ется в решении задачи синтеза ее свойств в соот-
ветствии со свойствами объекта АТ и принятыми
САА нормативными документами (см. например,
документ MSG-3 [625]). Окончательно результа-
ты формирования системы ТО объекта АТ оцени-
ваются и одобряются при сертификации объекта
АТ (с учетом вложенности процедур сертифика-
ции компонентов ВС в соответствующие проце-
дуры сертификации типа ВС, см. например, [691]).
Ответственность за обеспечение решения задач
формирования системы ТО лежит на государстве
разработчика и государстве производителя АТ.
Для системы поддержания ЛГ характерны та-
кие задачи:
синтеза системы ТО по отношению к конкрет-
ным особенностям условий деятельности эксплуа-
танта (см. рис. 2.7-2.9), возможности решения ко-
торых достаточно ограничены (см. подразд. 2.5) и
обусловлены решениями, принятыми в рамках
системы обеспечения ЛГ, а также требованиями
системы АП государства к деятельности эксплуа-
танта и других объектов регулирования системы
поддержания ЛГ (рис. 2.6);
управления процессами ТО, которые характерны
для системы поддержания ЛГ и обусловлены глав-
ным образом функционированием и/или взаимо-
действием объектов регулирования системы под-
держания ЛГ применительно к многообразию осо-
бенностей условий деятельности эксплуатантов.
Управление процессами ТО. Структура задач
управления процессами ТО. Исходя из классичес-
кого определения понятия «управление» [537] как
«...процесса выработки и осуществления управля-
ющих воздействий» для стадии эксплуатации АТ
можно выделить следующие две группы задач уп-
равления процессами ТО [406]:
задачи назначения работ по ТО, для кото-
рых характерны особенности процесса выработки
управляющих воздействий;
задачи выполнения работ по ТО, для которых
характерны особенности процесса осуществления
управляющих воздействий.
Задачи назначения работ по ТО в общем слу-
чае можно структурировать по следующим при-
знакам:
масштабу решения задач управления (например,
для конкретного объекта АТ или для парка одно-
типных или разнотипных объектов АТ, примени-
тельно к конкретному ВС или к парку однотип-
ных ВС, для всего парка ВС эксплуатанта или для
всего парка ВС, которые находятся в реестре ВС
государства);
6.2. Технические средства и методы поддержания летной годности воздушных судов в эксплуатации
267
принципу назначения работ по ТО - независи-
мо от результатов контроля характеристик/па-
раметров технического состояния конкретного
объекта АТ и/или с использованием результа-
тов такого контроля. (Назначение работ по ТО
может предусматривать использование инфор-
мации о характеристиках/параметрах техничес-
кого состояния конкретного объекта АТ, полу-
ченной как до начала выполнения работ по ТО,
так и в процессе выполнения работ по ТО на
объекте АТ. Получение такой информации мо-
жет иметь жестко установленную периодичность
или быть функцией значений характеристик/
параметров технического состояния конкретно-
го объекта АТ);
характеру регламентации условий выполнения
работ по ТО (например, совместно или независи-
мо от процесса ТО основного объекта, без съема
объекта ТО с ВС или со съемом с ВС, в условиях
эксплуатанта или только на специализированном
предприятии), который может быть жестким или
предусматривать возможность альтернативного
выбора эксплуатантом в зависимости от условий
эксплуатации и/или конкретной производствен-
ной ситуации.
Отметим, что регламентация условий решения
задач назначения работ по ТО по указанным выше
признакам является проявлением особенностей
политики технического регулирования в области
ЛГ (см. подразд. 2.5). Указанная регламентация
осуществляется как в рамках системы обеспече-
ния ЛГ (разработчиком), так и на уровне САА
государства регистрации и/или государства экс-
плуатанта, а также на уровне субъекта деятель-
ности (эксплуатанта). Применительно к особен-
ностям конкретных условий деятельности экс-
плуатанта задачи назначения работ по ТО реша-
ются при условии предварительного одобрения
САА результатов синтеза программы ТО для каж-
дого эксплуатируемого ВС в виде соответствую-
щей стандартизированной документации, регла-
ментирующей деятельность эксплуатанта (см.
табл. 2.5).
Задачи выполнения работ по ТО в общем слу-
чае могут быть структурированы по следующим
признакам:
масштабу решения задач управления (например,
для конкретного объекта АТ или для парка одно-
типных или разнотипных объектов АТ, примени-
тельно к конкретному ВС или к парку однотип-
ных ВС, для всего парка ВС эксплуатанта или для
всего парка ВС, которые находятся в реестре ВС
государства);
последовательности выполнения работ, которая
отражает возможности организации технологиче-
ского процесса ТО как для конкретной составной
части ВС, так и для ВС в целом (например, выбор
рациональной последовательности работ по конт-
ролю параметров технического состояния объек-
та АТ при поиске отказа и т. п.);
месту выполнения работ, которое может быть
обусловлено сочетанием таких характеристик:
а) на собственной производственной базе эксплу-
атанта (т. е. не на договорной/контрактной осно-
ве) или вне этой базы (т. е. на договорной/кон-
трактной основе);
б) в пределах государства регистрации ВС или за
пределами этого государства;
в) в транзитном аэропорту или базовом;
г) со съемом объекта технического обслуживания
с ВС или без съема с ВС;
принципу пакетирования работ по техническому
обслуживанию'.
а) жесткому, при котором могут быть, по мень-
шей мере, два варианта пакетов с фиксирован-
ным набором работ по ТО в виде так называемых
«форм ТО» (Check), выполняемых с установлен-
ной периодичностью в соответствии либо с про-
граммой ТО разработчика, либо с одобренной САА
программой ТО конкретного воздушного судна,
сформированной эксплуатантом в рамках возмож-
ностей, допускаемых программой технического
обслуживания разработчика;
б) ситуативному, когда «пакеты работ» формиру-
ются непосредственно эксплуатантом (в рамках
одобренной САА программы ТО ВС эксплуатанта
и возможностей, допускаемых программой ТО,
разработчика) применительно к конкретному ВС
в зависимости от потребностей текущей ситуации
(например, вынужденного простоя ВС из-за от-
сутствия спроса на его использование или необ-
ходимости устранения отказа).
Основные факторы, определяющие особеннос-
ти функционирования системы технического обслу-
живания. Условия функционирования системы го-
сударственного регулирования поддержания ЛГ
в государствах достаточно динамичны и, как пра-
вило. эволюционны и многовекторны. Примени-
тельно к функционированию системы ТО, ука-
занные условия связаны со следующими наибо-
268
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
лее важными особенностями деятельности как
эксплуатантов, так и организаций по ТО:
неоднородностью условий проведения деятель-
ности эксплуатантов при использовании ВС:
а) по категориям выполняемых полетов, по
формам сотрудничества с другими эксплуатанта-
ми по использованию ВС, в том числе по аренде
лизинга ВС;
б) по составу (типам), численности и эксплуа-
тационным характеристикам располагаемого пар-
ка ВС;
в) по разрешенным отличиям вариантов кон-
фигурации ВС, разработанным под одним серти-
фикатом типа;
неоднородностью как состава и уровня слож-
ности необходимых работ по ТО, так и располага-
емых возможностей в области поддержания ЛГ
эксплуатируемых ВС (см. рис. 2.8, 2.9);
переходом от единых программ ТО для типа ВС
к расширенной практике применения эксплуатан-
тами «индивидуальных» (т. е. приемлемых для кон-
кретных экземпляров ВС с учетом их фактическо-
го технического состояния и/или конкретных ус-
ловий эксплуатации) программ ТО как для ВС но-
вых поколений, так и для «стареющих» ВС
(например, за счет практики «индивидуального»
продления ресурсов и сроков службы), что приво-
дит к образованию неоднородности программ ТО
даже однотипных экземпляров ВС, эксплуатируе-
мых/используемых конкретным эксплуатантом;
расширением практики применения эксплуа-
тантами возможностей, предусмотренных MMEL/
CDL в рамках «индивидуальных» программ ТО на
ВС;
тенденцией в специализации организаций по
ТО как по видам работ по ТО, так и по типам ВС,
а также их компонентам.
В случае б) неоднородность обусловлена раз-
личиями уровней технической сложности ВС (при-
надлежность ВС к различным поколениям) и дли-
тельностью пребывания их в эксплуатации (так
называемый «стареющий» (aging) парк ВС, изго-
товленных по технологиям проектирования и про-
изводства, которые на текущий момент морально
устарели).
Вследствие этого для процессов управления
поддержанием Л Г (как для конкретных экземпля-
ров ВС, так и всего парка ВС государства, а также
типа ВС в различных государствах) характерно
следующее:
повышение уровня неоднородности условий
организации управления поддержанием ЛГ у экс-
плуатантов из-за расширения спектра возможно-
го (т. е. допустимого по требованиям действую-
щих АП) многообразия состава (как по количе-
ству, так и по содержанию) контрактов по ТО и
как следствие этого - возрастание сложности, зна-
чимости и информационной емкости как задач
текущей идентификации экземпляра ВС в каче-
стве объекта эксплуатации (и объекта ТО в част-
ности), так и процессов управления назначением
и выполнением как плановых (scheduled), так и
неплановых (unscheduled) работ по ТО;
возрастание необходимых объемов собираемой
и обрабатываемой информации (нужного уровня
мониторинга), и как следствие необходимых для
целей управления скоростей обработки этой ин-
формации с целью обеспечения необходимой опе-
ративности и точности принятия управленческих
решений по ТО ВС применительно к потребнос-
тям и условиям деятельности конкретного экс-
плуатанта;
возрастание сложности задач регулирования
поддержания Л Г:
а) на уровне САА - стратегического целепола-
гания в рамках технической политики государства
в сфере ЛГ (см. подразд. 2.5), установления аде-
кватных программ и режимов сертификации и над-
зора за поддержанием ЛГ, а также сохранением
необходимого уровня и распределения ответствен-
ности за Л Г (см. рис. 2.7);
б) на уровне держателя сертификата типа при
сопровождении ВС (АМД, ВСУ, ВВ), находящих-
ся в эксплуатации.
Указанные тенденции обусловливают расши-
рение спектра разнообразия и неоднородности
конкретных условий деятельности эксплуатантов
и методов обеспечения выполнения действующих
требований как внутри государств регистрации ВС,
так и между государствами.
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
6.3. ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
ЭЛЕМЕНТОВ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ НАЛИЧИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ
6.3.1. Влияние прочности и долговечности
авиационных конструкций
на безопасность полетов
Принцип безопасного повреждения. Безопасность
полетов воздушных судов непосредственно связа-
на с долговечностью конструкций.
Конструкцию называют безопасной в эксплуа-
тации, если требуются минимальные проверка и
ремонт при удовлетворительном выполнении ос-
новных функций. Удовлетворительное выполне-
ние означает незначительную вероятность разру-
шения конструкции для самолетов гражданской
авиации или приемлемо низкую вероятность раз-
рушения для военных самолетов. Безопасность
пассажиров и экипажа самолетов гражданской
авиации имеет первостепенное значение. Мето-
дики расчета конструкций, надежных в эксплуа-
тации, разработаны главным образом для самоле-
тов гражданской авиации.
Современный самолет имеет конструкцию по-
лумонококового типа, состоящую из тонкостен-
ныхлистов, подкрепленных балками (фермами) и
стрингерами для предотвращения потери устой-
чивости. Внешняя обшивка или стенка образует
аэродинамический контур агрегата - фюзеляжа,
крыла, стабилизатора. Элементы жесткости кре-
пятся к внутренней поверхности обшивки и вос-
принимают сосредоточенные нагрузки. Эта кон-
струкция в течение многих лет служила основным
объектом аэродинамических исследований и су-
щественно отличает аппараты от обычных строи-
тельных конструкций.
Необходимый срок службы самолета граждан-
ской авиации определяют исходя из всесторон-
них экономических соображений. Он составляет
10-15 лет. Конструктор прежде всего пытается
обеспечить более длительную эксплуатацию само-
лета без образования трещин. Для этого он при-
меняет разработанную методику расчета, с помо-
щью которой сводит к минимуму концентрацию
напряжений и старается удержать напряжения на
возможно низком уровне, исходя из требований,
предъявляемых к летным характеристикам. Для
деталей, которые трудно ремонтировать или за-
менять, конструктор может попытаться обеспечить
требуемую долговечность без образования трещин,
равную сроку службы самолета. Для многих кон-
струкций это невыполнимо. Кроме того, существу-
ет риск повреждения конструкций обслуживаю-
щим транспортом, камнем на взлетной полосе и
разрушающимися деталями пропеллера или дви-
гателя. Конструктор должен свести к минимуму
потери прочности в результате возникновения ус-
талостных трещин или повреждений при экс-
плуатации самолета. Эту задачу он решает следую-
щим образом:
подбирает материалы и определяет размеры
деталей для обеспечения соответствующей проч-
ности конструкций при наличии трещин;
применяет элементы надежности (дорожки пе-
ременных нагрузок и пробки, препятствующие
развитию трещин);
выбирает материалы, обладающие низкой ско-
ростью развития усталостных трещин.
Одно из современных средств повышения на-
дежности конструкций при одновременном уве-
личении ресурса, снижении материалоемкости и
улучшения экономической эффективности - про-
ектирование и определение продолжительности
эксплуатации по принципу безопасного повреж-
дения. При этом учитывается наличие в элемен-
тах конструкций начальных металлургических и
технологических дефектов и образование в них
трещин по мере накопления эксплуатационных
повреждений.
Разработка и внедрение принципа безопасно-
го повреждения возможны только при примене-
нии методов механики разрушения [414]. Опре-
деление напряженно-деформированного состоя-
ния элементов конструкций, содержащих дефекты
типа трещин, является наиболее ответственным
и сложным этапом расчета на прочность. В соот-
ветствии с общепринятыми представлениями на-
пряженно-деформированное состояние тела с
трещиной полностью характеризуется величина-
ми коэффициента интенсивности напряжений. На
их предварительном определении основаны прак-
тически все известные в настоящее время крите-
рии хрупкого и квазихрупкого разрушения, а так-
же зависимости, описывающие рост усталостных
трещин.
270
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Понятие «безопасных повреждений» относит-
ся к конструкции, спроектированной таким обра-
зом, чтобы минимизировать возможность выхода
самолета из строя из-за распространения невыяв-
ленных дефектов, трешин или других подобных
повреждений. При производстве конструкций, в
которых допускаются какие-либо повреждения,
приходится решать две основные проблемы. Эти
проблемы состоят в обеспечении контролируемо-
го безопасного роста дефектов, т. е. безопасной
эксплуатации с трещинами, и в принудительном
сдерживании повреждаемости, вследствие чего
должны быть обеспечены либо остаточная долго-
вечность, либо остаточная прочность. Кроме того,
расчет допускаемых повреждений не исключает
необходимости тщательного анализа и расчета
усталости.
Основное положение, на котором базируется
концепция безопасного повреждения, состоит в
том, что дефекты всегда существуют, даже в но-
вых конструкциях, и что они могут оставаться
необнаруженными. Таким образом, первое усло-
вие допустимости дефекта представляет собой ус-
ловие того, что любой элемент конструкции, вклю-
чая все дополнительные звенья для передачи на-
грузки, должен допускать безопасную эксплуата-
цию при наличии трещин.
Контроль безопасного роста дефектов. Возник-
новение усталостных трещин можно избежать пу-
тем создания такой конструкции, во всех точках
которой напряжения находились бы ниже опре-
деленного уровня. Однако снижение уровня на-
пряжений приводит к увеличению веса конструк-
ций. Кроме того, трещины могут возникать не
только от усталости, но и по другим причинам,
например, вследствие случайного повреждения,
полученного при эксплуатации, или из-за дефек-
тов материала. Поэтому в реальном конструиро-
вании допускают наличие некоторого количества
небольших трещин в конструкции в момент вы-
пуска с завода. Большие из этих трещин могут
развиться в процессе эксплуатации.
Важнейшим элементом принципа безопасной
повреждаемости становится период времени, в
течение которого может быть обнаружена трещи-
на. В силу различных случайностей вероятность
обнаружения трещины при осмотре нестабильна.
Иногда обнаруживаются едва видимые трещины
в наиболее удаленных зонах конструкции и в то
же время могут быть пропущены весьма крупные
трещины в других местах. Так, известен случай,
когда была пропущена при осмотре «Боинга-747»
трещина длиной 1800 мм под зализом в гермока-
бине воздушного судна [261].
Поэтому для конструктивных элементов, оп-
ределяющих несущую способность планера, дол-
жна быть составлена программа контроля разру-
шения. Важным элементом программы контроля
разрушения является разработка методов провер-
ки. Для каждого элемента должны быть разрабо-
таны и предложены соответствующие способы
проверки. Для отдельных частей элементов может
потребоваться применение неразрушающих мето-
дов контроля различной чувствительности. Сроки
проверки устанавливаются на основании анализа
имеющейся информации о росте трещины с уче-
том заданного начального размера дефекта и раз-
мера выявляемого дефекта, который зависит от
чувствительности применяемого метода дефекто-
скопии. Сроки проверки должны устанавливаться
исходя из того, чтобы при условии обеспечения
требуемого коэффициента безопасности необна-
руженный дефект не достиг критического разме-
ра до следующей проверки. Обычно промежутки
времени между очередными проверками назнача-
ются так, чтобы до достижения любой трещиной
критического размера прошло две проверки.
Принцип безопасной повреждаемости конст-
рукции воздушных судов обусловил необходимость
более широкого применения методов неразрушаю-
шего контроля технического состояния всех функ-
циональных систем. Возможности различных ме-
тодов неразрушающего контроля для обнаруже-
ния усталостных трещин приведены в табл. 6.5.
Методы неразрушающего контроля постоянно
совершенствуются.
Усталость, коррозия и трещиностойкость. В прак-
тике эксплуатации ВС известны многочисленные
случаи разрушения деталей элементов и узлов от
усталости материала. Такое разрушение является
результатом действия переменных или повторных
нагрузок. Причем для усталостных разрушений
требуется значительно меньшая максимальная
нагрузка, чем при статическом разрушении.
В полете и при движении по земле многие детали
и элементы конструкции ВС подвергаются дей-
ствию переменных нагрузок и, хотя номинальные
напряжения часто низки, концентрация напряже-
ния, которая, как правило, не снижает статичес-
кую прочность, может приводить к усталостному
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Таблица 6.5. Возможности методов неразрушающего контроля для определения трещин от усталости
Метод Примерные размеры наименьшей одиночной усталостной трещины, обнаруживаемой при наиболее благоприятных условиях АРЗ, мм Примерные минимальные размеры одиночной усталостной трещины, обнаруживаемой с высокой степенью вероятности опытным персоналом АТБ, мм
Длина Глубина Длина Глубина
«Магнитная резина» 0,05 0,05 0,375 -
Флуоресцентных магнитных частиц 0,5 0,12 2,0 —
Флуоресцентных проникающих красок 0,05 0,05
Вихревых потоков 0,2 0,12 1,5*/0,75** 0,75*/0,75**
Ультразвуковой 0,2 0,12 1,25 1,25
Рентгенография 100 % толщины сечения 100 % толщины сечения
* Длина и глубина на плоской поверхности.
** Длина н глубина в отверстии.
разрушению. Это подтверждается практикой экс-
плуатации не только ВС, но и наземных машин.
Действительно, почти всегда можно наблюдать ус-
талостные разрушения и очень редко - разруше-
ния от статических нагрузок.
Особенность усталостного разрушения - отсут-
ствие деформаций в зоне разрушения. Подобные
явления наблюдаются даже в таких материалах,
как мягкие стали, которые высокопластичны при
статическом разрушении. Это опасная особенность
усталостного разрушения, поскольку отсутствуют
признаки, предшествующие разрушению. Зарож-
дающиеся усталостные признаки обычно очень
мелкие и их трудно обнаружить, пока они не до-
стигнут макроскопического размера. Далее они бы-
стро распространяются и за короткий промежу-
ток времени наступает полное разрушение. Таким
образом, своевременное обнаружение усталостных
трещин - сложная задача. Наиболее часто уста-
лостные трещины зарождаются в зоне изменения
формы или дефектов поверхностей деталей.
Такие дефекты, а также малое изменение ра-
бочего сечения деталей не влияют на статическую
прочность, так как пластическая деформация сни-
жает влияние концентрации напряжений. В то же
время при усталостном разрушении деталей плас-
тические деформации, как правило, невелики,
вследствие чего снижения напряжений в зоне кон-
центрации не происходит и учет концентрации
напряжений имеет существенное значение, поэто-
му важно при проектировании деталей, работаю-
щих в условиях переменных нагрузок, сделать их
более легкими и безопасными в отношении уста-
лостного разрушения.
Таким образом, к факторам, влияющим на со-
противление усталости, относят: концентраторы
напряжений, размеры деталей, относительное зна-
чение статических и циклических нагрузок, а так-
же коррозию, особенно коррозию трения, кото-
рая является результатом небольших повторных
перемещений двух контактирующих поверхностей.
Усталостные разрушения обычно обусловлены
многими тысячами или миллионами циклов на-
гружения. Однако они могут возникать и после
сотен или даже десятков циклов.
Все элементы, детали и узлы ВС подвержены
действию динамических нагрузок при движении
по земле и в полете. Переменные нагрузки раз-
личного характера, действующие на элементы кон-
струкции, детали агрегатов и устройств, обуслов-
ливают соответствующие переменные напряжения,
которые в конечном итоге приводят к усталост-
ным разрушениям. Скорость процессов механи-
ческого разрушения нагруженных деталей и уз-
лов, соответственно и время до разрушения зави-
сят от структуры и свойств материалов, от напря-
жений, вызываемых действующими нагрузками,
температуры и других факторов. Однако характер
Til
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
разрушения от усталости материала имеет свое-
образный вид, отличный от хрупкого разрушения.
Усталостное разрушение детали начинается
обычно вблизи металлургического или техноло-
гического дефекта, зоны концентрации напряже-
ний, а также при наличии технологических де-
фектов в изделиях.
Как известно, статическое разрушение опреде-
ляется, в основном, вероятностью возникновения
в полете большой нагрузки, например, от воздуш-
ного порыва, в результате которого на ВС будет
действовать на1рузка, превышающая предел стати-
ческой прочности конструкции, т.е. возможность
статического разрушения - это по существу вопрос
вероятности появления большой нагрузки.
Усталостное разрушение при данных предпо-
ложениях - результат приложения достаточного
числа циклов нагрузки или достаточного числа
полетов ВС на определенное расстояние.
Главное различие между усталостными и стати-
ческими нагружениями заключается в следующем:
основным фактором усталостной прочности при
данном распределении нагрузок, даже с учетом
разброса данных, является число изменений нагру-
зок или срок эксплуатации; для статической проч-
ности и разрушения - действующая нагрузка;
характер вероятностного подхода к усталост-
ному нагружению значительно отличается от ха-
рактера вероятностного подхода к статическому
нагружению - для конкретных условий эксплуа-
тации вероятность влияния одинарной большой
нагрузки на ВС, например, от воздушного поры-
ва, превышающей статическую разрушающую, не
зависит от времени эксплуатации. Это может про-
изойти в начале и в конце срока службы. Вероят-
ность же усталостного разрушения изменяется в
процессе эксплуатации, значительно возрастая к
концу срока службы. При этом конструкторы и
ученые полагают, что назначенный ресурс или
предельный срок службы и соответствующий уро-
вень вероятности должны быть такими, чтобы ча-
стота повторяемости разрушения имела достаточ-
но малое значение, которое, если это возможно,
было бы общепринятым. Таким значением веро-
ятности является 10 9, что и принято за основу
ведущими зарубежными и отечественными авиа-
ционными фирмами.
Авиационные специалисты считают, что кор-
розия, как и усталостное повреждение, в той же
мере определяет срок службы авиационной кон-
Рис. 6.6. Зоны конструкции фюзеляжа (заштрихованы),
подверженные коррозии и усталостным трещинам
струкции. Часто источники коррозии - поврежде-
ния конструкции при загрузке ВС на земле и ца-
рапины обшивки.
Известно, что коррозионные повреждения кон-
струкции целиком зависят от условий эксплуата-
ции ВС и качества технического обслуживания.
В инструкциях, прежде всего, обращается вни-
мание на коррозию основных силовых элементов
конструкции. Установлено, что коррозия в боль-
шей мере вызывается внутренними, чем внешни-
ми факторами. Так, причина коррозии - жидко-
сти, пролитые в зоне буфета (в особенности фрук-
товые соки) и туалетов.
Зоны конструкции фюзеляжа, наиболее под-
верженные коррозии и усталостным трещинам,
показаны на рис. 6.6 (заштрихованы).
Наименее опасна в усталостном отношении
общая (равномерная) коррозия. Но в реальных
условиях эксплуатации равномерная коррозия в
чистом виде встречается редко и обычно допол-
няется язвенным поражением. Влияние такой
коррозии на сопротивление усталости показано
на рис. 6.7.
Рис. 6.7. Зависимость сопротивления усталости алюми-
ниевого сплава Д16Т с коррозионными поражениями
поверхности от относительной площади 5 коррозион-
ного поражения поверхности (а) и глубины й, диаметра
коррозионного кратера г/кр (6):
1 равномерное коррозионное поражение; 2 неравномерное
коррозионное поражение; 3 - = 1,3 мм; 4 - = 2.0 мм;
5- d = 3,5 мм; 6- d^ = 5,0 мм
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Видно, что в зависимости от плошади и глу-
бины коррозионного поражения, усталостная
долговечность сплава Д16Т существенно сни-
жается. При этом площадь коррозионного пора-
жения уменьшает сопротивление усталости в
меньшей степени, чем диаметр и глубина корро-
зионных язв.
При эксплуатации процессы накопления уста-
лостных и коррозионных повреждений чередуют-
ся с частичным наложением друг на друга. Обыч-
но считается, что коррозионные поражения раз-
виваются на стоянках, а усталостные - в полетах.
Коррозионные повреждения являются концентра-
торами напряжений.
Положения и подходы, применяемые в обосно-
вании ресурсов в пределах (50...60) 103 л. ч* в те-
чение 20-25 лет эксплуатации, обусловливают не-
обходимость использовать при обеспечении безо-
пасности полетов на современном этапе наряду с
принципом «безопасного ресурса» также прогрес-
сивный принцип «безопасного повреждения».
Этот последний принцип допускает усталост-
ные повреждения на элементах конструкции в те-
чение интервала времени между двумя последова-
тельными осмотрами при условиях, что этот ин-
тервал не слишком велик, повреждение не дости-
гает своего предельного состояния и не приведет
к разрушению конструкции в целом.
Следовательно, критерий прочности самолета,
утверждающий недопустимость образования тре-
щин, неверен для конструкции в целом, посколь-
ку в условиях длительной эксплуатации самоле-
тов практически невозможно избежать усталост-
ных трещин в отдельных ее элементах. Необходи-
мо вовремя обнаружить трещины и не допустить
их дальнейшего развития за предельно допусти-
мые размеры.
Таким образом, прочностной ресурс воздуш-
ного судна следует определять на основе крите-
рия прочности, учитывающего интенсивность за-
рождения и развития трещин для конструкции в
целом и в элементах, которые не приводят к ката-
строфическому исходу.
Существует концепция, по которой считается,
что в течение 30 Ю3 л. ч должна обеспечиваться
безопасность, а далее до 60 103 л. ч эксплуата-
ция обеспечивается за счет свойства живучести
конструкций.
*л.ч -летные часы.
Напомним, что под живучестью ВС или его
функциональных систем понимается свойство,
обеспечивающее нормальное выполнение задан-
ных функций в полете (или полетах) с отдельны-
ми неисправностями или повреждениями их эле-
ментов или узлов. Она обеспечивается наличием
резерва, специфическими конструктивными реше-
ниями, благоприятствующими достаточно медлен-
ному развитию повреждения и достаточной проч-
ности при наличии неисправности, легкодоступ-
ностью для обнаружения повреждения и объек-
тивным контролем, если это возможно.
Опыт показывает, что в процессе длительной
эксплуатации износы узлов, усталостные и кор-
розионные повреждения являются наиболее мас-
совыми неисправностями.
Усталостные трещины приводят к уменьшению
прочности конструкции и определяют ее прочно-
стную надежность. Поэтому при проектировании
необходимо предусмотреть соблюдение следующих
условий: развитие и распространение трещины в
элементах конструкций должно быть настолько
медленным, чтобы остаточная статическая проч-
ность при развитии трещин до размеров ее визу-
ального обнаружения была достаточна для безот-
казной эксплуатации ВС без ограничений.
Рассмотрим некоторые результаты испытаний
образцов обшивки фюзеляжа ВС с герметической
кабиной. Так, на рис. 6.8 показана схема развития
усталостной трещины в панелях фюзеляжа само-
лета DC-10. Остаточную прочность фюзеляжа са-
молета DC-10 исследовали на панелях размером
4267 х 2642 мм с радиусом кривизны ЗОЮ мм.
Испытания проводили в условиях комбинирован-
ного нагружения, моделирующего инерционные
нагрузки и давление наддува в пассажирской ка-
бине. Для этого взяли панель с верхней части об-
шивки с имеющейся начальной трещиной, рав-
ной 12 мм. Как видно из рис. 6.8, на первом этапе
испытаний при номинальном давлении 0,65 Па
до 15 000 циклов рост трещины практически не
наблюдался. После выполнения надреза в сило-
вом элементе и некоторого повышения внутрен-
него давления скорость роста трещины стала уве-
личиваться, не достигая однако опасного значе-
ния. При 46 000 циклов произошло разрушение
центрального шпангоута, далее разрушение обоих
шпангоутов, что повлекло за собой резкое увели-
чение скорости развития трещины и разрушение
других силовых элементов. Полное разрушение па-
18 8-470
274
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.8. Развитие усталостной трещины в панелях фюзеляжа самолета DC-10:
1,2- испытанная панель; 3 - стрингер; 4 - трещина в титановом стоппере; 5 - момент разрушения
конструкции; 6 - титановый стоппер; 7 - трещина в обшивке; 8 момент изменения нагрузки;
9 надрез стоппера и изменение нагрузки; 10- нормальная нагрузка (Р = 6,5 МПа)
нели произошло при длине трещины 1157 мм и
при давлении, превышающем в 1,53 раза номи-
нальное давление в кабине.
Аналогичные испытания, проведенные на дру-
гих панелях с набором силовых элементов, пока-
зали возможность создания конструкций повы-
шенной живучести и применения принципа «бе-
зопасной» повреждаемости конструкции с обес-
печением контроля ее технического состояния
при ТО.
Однако наиболее опасны усталостные разру-
шения элементов конструкции фюзеляжа. Так,
трещины в обшивке фюзеляжа самолета «Коме-
та», возникшие вблизи вырезов для окон (рис. 6.9),
явились причиной двух катастроф самолетов это-
го типа.
Основная причина появления трещин - повтор-
ные нагрузки обшивки фюзеляжа с герметичес-
кой кабиной самолета «Комета» и недостатки кон-
струкции. Как известно, обшивка самолета испы-
тывает повторные нагрузки растяжения-сжатия.
Они и обусловили развитие трещин в местах кон-
центрации напряжений. После выполнения дора-
боток обшивки трещины подобного типа не на-
блюдались.
Конструкция повышенной живучести допускает
определенные размеры повреждений, которые
должны удовлетворять более общим нормативным
требованиям. Так, например, фирма «Дуглас» по-
лагает, что остаточная прочность конструкции пас-
сажирского самолета должна быть обеспечена при
трещине в крыле длиной до 400 мм с разрушен-
ным посередине стрингером, а в фюзеляже при
продольной трещине длиной до 1000 мм с разру-
шенным посередине титановым стоппером или
при поперечной трещине длиной до 400 мм с раз-
рушенным посередине лонжероном (рис. 6.10).
Фирма «Локхид» определяет следующие допус-
тимые повреждения для фюзеляжа: в обшивке до-
пускается трещина длиной 300 мм с разрушенным
посередине шпангоутом или стрингером; продоль-
ная трещина в обшивке до 500 мм; трещина, иду-
щая от угла какого-либо выреза, - до 300 мм с раз-
рушением одного шпангоута или стрингера.
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
В требованиях ICAO указывается, что мини-
мальный уровень остаточной прочности повреж-
денных конструкций должен соответствовать зна-
чению максимальной эксплуатационной нагруз-
ки, равной 66,6 % расчетной для наиболее важ-
ных расчетных случаев нагружения.
ГОСТ 27.002 83 определяет долговечность как
свойство объекта сохранять работоспособность до
определенного состояния при установленной си-
стеме ТОиР АТ. Предельное состояние может быть
обусловлено: неустранимым нарушением требо-
ваний безопасности полетов из-за нарушения
прочности конструкции; неустранимым уходом
параметров агрегатов и устройств за пределы до-
пусков; неустранимым снижением эффективнос-
ти; необходимостью выполнения капитального
ремонта в соответствии с действующей норматив-
но-технической документацией.
Рис. 6.9. Трешины в обшивке фюзеляжа
самолета «Комета» вблизи вырезов для
окон:
а - угол третьего окна слева; б - угол первого
окна справа; I - шпангоут; 2 трещина между
заклепками шпангоута; 3 - трещина, останов-
ленная заклепкой
Рис. 6.10. Общий вид допустимых повреждений конст-
рукции ВС:
1 -лонжерон; 2 - двухпролетная трещина (100 см) в обшивке в
продольном направлении с разрушенным центральным степ-
пером; 3 - двухпролетная трещина (40 см) в обшивке с разру-
шенным по середине степпером; 4 крыло; 5 - двухпролетная
трешина (40 см) в обшивке, расположенная по окружности с
разрушенным центральным лонжероном; 6 титановый стоп-
пер; 7 - шпангоут: 8 - фюзеляж
Как и безотказность, долговечность закладыва-
ется при проектировании ВС, обеспечивается на
производстве и поддерживается в процессе экс-
плуатации. Для АТ долговечность определяется из
условия безопасности полета и целесообразности
ее дальнейшего применения исходя из сравнитель-
ной эффективности и возможности замены более
совершенными образцами. При проектировании
изделий АТ учитывают возможные нагрузки во
время эксплуатации, режимы работы; выбирают
соответствующий материал для деталей, методы
технологической обработки. Для элементов, ра-
ботающих в условиях трения, подбирают матери-
алы, наиболее износостойкие в предполагаемых
условиях работы, и т. д.
Все это позволяет конструкторам не только
создавать работоспособные конструкции, но и
проводить соответствующие расчеты й обеспечи-
вать требуемые нормы долговечности проектиру-
емой техники.
Долговечность как свойство конструкции за-
висит от многочисленных факторов, которые мож-
но разделить на прочностные, эксплуатационные
и организационные.
276
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Прочностные включают в себя конструкторские,
производственные, технологические, нагрузочные и
температурные факторы. Среди них: концентрато-
ры напряжения в элементах конструкции и оста-
точные напряжения, возникающие при несовершен-
ной технологии и за счет пластических деформаций
при сборке узлов и ремонте; свойства материалов и
их изменение во время эксплуатации, в том числе
начальная статическая прочность; предел усталос-
ти; коэффициент интенсивности напряжений для
разрушений типа отрыва и сдвига.
Специалисты считают, что, используя совре-
менные достижения науки, техники и технологии,
можно обеспечить долговечность частей конструк-
ции магистральных самолетов до 40 • 103 л. ч. Без
появления трещин самолет может налетать 30 х
х 103 л. ч. Если принять, что экономически вы-
годный ресурс (или длительность эксплуатации)
составляет 60 • 103 л. ч, то гарантированно можно
обеспечить примерно половину этого срока, а ос-
тальную половину ВС будем эксплуатировать с
допустимыми повреждениями деталей и агрегатов
и их заменой при ремонтах.
6.3.2. Расчет элементов конструкций
на выносливость
Понятие о явлении усталости. Известно, что час-
ти конструкций и машин, подвергающиеся действию
нагрузок, изменяющихся во времени, иногда лома-
ются внезапно при напряжениях, которым они впол-
не надежно сопротивляются при статических нагруз-
ках. При этом элементы конструкций и машин, из-
Рис. 6.12. Поверхность излома болта из сплава 718 на
никелевой основе при многоцикловой усталости (пре-
дел прочности при растяжении 1450 МПа; образец под-
вергнут циклическому растяжению (г = 0,1); максималь-
ное напряжение 414 МПа; разрушение после
1 648 000 циклов; увеличение х 6)
готовленные из пластичных материалов, разруша-
ются без видимых остаточных деформаций, как будто
бы они были выполнены из хрупкого материала.
Поверхность излома, как правило, имеет две зоны
(рис. 6.11): одну - гладкую, притертую (поверхность
постепенно развивающейся трещины), другую - гру-
бозернистую (поверхность окончательного излома
в ослабленном трещиной сечении бруса).
Исследования показали, что при переменных
напряжениях в металле возникает трещина, по-
степенно проникающая вглубь детали. При пере-
менных деформациях края трещины то сближа-
ются и нажимают друг на друга, то расходятся;
этим объясняется наличие гладкой, притертой
зоны излома. По мере развития трещины попе-
Рис. 6.11. Схематичный вид типичного усталостного
разрушения детали
Рис. 6.13. Излом образца с надрезом гомогенизирован-
ного сплава на кобальтовой основе в результате много-
цикловой усталости (предел прочности 951 МПа; обра-
зец подвергали воздействию циклического растяжения
в диапазоне напряжений от 97 до 483 МПа с частотой
8,3 Гц; разрушение наступило после ПО 000 циклов;
увеличение х 3,5)
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Рис. 6.14. Излом образца с надрезом из сплава 718 при
малоцикловой усталости (гомогенизация и старение на
временное сопротивление 1393 МПа; образец подверга-
ли циклическому растяжению в диапазоне напряжений
от 117 до 586 МПа с частотой 8,3 Гц при 593 °C; разру-
шение наступило после 7500 циклов; увеличение х 3,5)
Рис. 6.15. Ротор газовой турбины, отлитый из сплава
713LC, после 440 ч эксплуатации (разрушение было вне-
запным: при этом три лопатки были далеко отброше-
ны; увеличение х 0,5)
речное сечение ослабляется все сильнее и, нако-
нец, наступает окончательное разрушение, когда
сопротивление оставшейся части сечения оказы-
вается недостаточным.
Свойство металлов и сплавов разрушаться в
результате длительного действия переменных на-
пряжений называется усталостью. Более подроб-
но характер усталостного разрушения показан на
рис. 6.126.16.
Разрушение при переменных нагрузках носит
местный характер, не затрагивающий всего мате-
риала в целом.
Опыты показывают, что постепенно развива-
ющаяся трещина возникает только при перемен-
ных напряжениях. В большинстве случаев огра-
Рис. 6.16. Фотографии (а, 6) лопатки охлаждающего
вентилятора из алюминиевого сплава 319, отлитого в
земляную форму, разрушившейся после 20 000 ч эксп-
луатации (в течение четырех лет) (частота вращения
составляла 320 об/мин; разрушение обусловлено кор-
розионным растрескиванием, которое началось на уча-
стках усадочной пористости, возникшей в процессе ли-
тья; увеличение: х 0,1 вверху; увеличение х 0,4 внизу)
ничиваются рассмотрением лишь периодическо-
го изменения напряжений во времени (рис. 6.17),
принимая, что
о = ос + оа sin(<i)r + <р),
где о - переменное напряжение; ос - среднее на-
пряжение; оа амплитуда; <в - круговая частота;
<р - начальная фаза; t - время.
Величина
Т = 2л/о>
называется периодом, изменение напряжения за
время одного периода - циклом напряжении. Число
циклов в минуту можно определить по формуле
п = 60/Г = ЗОсо/тг.
Наибольшее напряжение цикла обозначается
через оП1ах (или ), а наименьшее - через o,ni„
(или ?,„„).
Среднее напряжение ос (или тс)
°. =(о„,™+°ты)/2 •
Амплитуда цикла
~ ^пмх — — °с ~ ^niin “ (^m.ix ^niin )/~ •
278
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.17. Цикл переменных напряжений
Очевидно, что
°..т = °с + °а ; °„»11 = °с “°а •
Величина r = oinin/on]ax называется коэффициен-
том асимметрии цикла.
В некоторых случаях удобнее пользоваться по-
нятием «характеристика цикла»
Циклы напряжений, для которых коэффици-
енты асимметрии (или характеристики) имеют
одинаковые значения, называются подобными.
Циклы напряжений имеют разные названия. Если
т = -1(А =°°), то цикл называется симметричным
(рис. 6.18); если г *-1(Л * °°), то асимметричным
(рис. 6.19).
Асимметричный цикл может быть знакопе-
ременным (рис. 6.19, а) или знакопостоянным
(рис. 6.19, б). Частным случаем знакопостоянного
цикла является пульсирующий цикл (рис. 6.19, в),
у которого <т = 0 или о =0.
J r max пип
Рис. 6.18. Симметричный цикл напряжений
Величины oinax, omin, оа, ос и г (или к) назы-
вают параметрами цикла переменных напряжений.
Каждый цикл полностью определяется любыми
двумя его параметрами.
Кривые выносливости и диаграммы предельных
напряжений. Способность материала воспринимать
длительное действие переменных напряжений на-
зывают выносливостью, а проверку прочности эле-
ментов конструкций при действии таких напря-
жений - расчетом на выносливость.
Для получения механических характеристик
материала, необходимых для расчетов на прочность
при переменных напряжениях, его специально ис-
пытывают на выносливость (на усталость). Для этого
изготавливают серию одинаковых образцов. Испы-
тания осуществляются на специальных машинах.
На основании результатов эксперимента полу-
чают кривую выносливости (усталости) или кри-
вую Вёлера, соответствующую принятому значе-
нию среднего напряжения ос.
Кривые выносливости для стали при значени-
ях ос = 0 (кривая 7) (симметричный цикл) и о =
= А (кривая 2) показаны на рис. 6.20.
Кривые выносливости показывают, что с умень-
шением оп1ах возрастает число циклов, при кото-
ром происходит разрушение материала. Каждая
Рис. 6.19. Асимметричные циклы напряжений
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Рис. 6.20. Кривые выносливости
кривая выносливости для стали имеет горизон-
тальную асимптоту. Напряжение о1ШХ, равное ор-
динате асимптоты, называется пределом выносли-
вости (или пределом усталости) и обозначается
аг, при симметричном цикле изгиба предел вы-
носливости обозначается о_, (так как г= — 1).
При испытаниях материала на выносливость
число циклов ограничивают некоторым пределом
л6, который называют базовым числом циклов. Для
стали и чугуна п6 = 107.
Практически за предел выносливости прини-
мают то наибольшее значение максимального на-
пряжения о1Пах, при котором материал, не разру-
шаясь, выдерживает базовое число циклов (при
данном значении г). Для стали при симметрич-
ном цикле принимают:
о ,=40ов;
о.|р =0,70о । = 0,28ов;
т_, =0,55о., = 0,22ов,
где а_|р - предел выносливости при центральном
растяжении-сжатии (при г = - 1); т_, - предел
выносливости при симметричном цикле кручения.
Кривые выносливости для цветных металлов и
сплавов не имеют горизонтальной асимптоты,
поэтому понятие предела выносливости для этих
материалов является условным. Практически этот
предел определяют при очень больших базовых
числах циклов (до пъ = 108).
Влияние вида цикла на прочность материала
при переменных напряжениях может быть охарак-
теризовано диаграммой предельных напряжений
(рис. 6.21). Каждая кривая выносливости (см.
рис. 6.20) позволяет получить одну точку диаграм-
мы предельных напряжений. Абсцисса этой точ-
ки равна значению среднего напряжения ос, со-
Рис. 6.21. Истинная диаграмма предельных напряжений
ответствующего данной кривой выносливости, ор-
дината этой точки - амплитуде оа предельного цик-
ла, т. е. такого цикла, при котором равно
пределу выносливости о,.
С помощью диаграммы предельных напряже-
ний (см. рис. 6.21) можно по любому из пяти па-
раметров предельного цикла определить осталь-
ные параметры.
Поскольку для построения истинной диаграм-
мы предельных напряжений (см. рис. 6.21) требу-
ется осуществить значительное количество экспе-
риментов, то часто истинную диаграмму заменяют
схематизированной, которую строят по одному
(ст,) или двум (о_, и о0) определенным экспери-
ментально пределам выносливости и по извест-
ной характеристике статической прочности оа
(или о,). Существуют несколько типов схемати-
зированных диаграмм предельных напряжений.
Рассмотрим схематизированную диаграмму пре-
дельных напряжений, предложенную С. В. Серен-
сеном и Р. С. Кинасошвили (рис. 6.22). Эту диа-
грамму можно построить, если эксперименталь-
но определены пределы выносливости при сим-
метричном (о ,) и пульсирующем (о0) циклах.
Отмечаем точку А, соответствующую предельно-
му симметричному циклу. Точка Е, соответству-
ющая предельному пульсирующему циклу, име-
ет абсциссу и ординату, равные о0/2 , так как в
этом случае
о =сг = 1/2(5
а с ' max
При предельном пульсирующем цикле onwx = о0.
Проводим линию АЕ до пересечения в точке С с
линией пределов текучести BD.
280
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ТОДНОСТИ
Область безопасных циклов (при которых не
происходит усталостное разрушение и не возни-
кают пластические деформации) на рис. 6.22 за-
штрихована.
Уравнение прямой АС имеет вид:
^=O-i-V„oc, (6.1)
где
Wn=2o Jc0-l.
По формуле (6.1) можно определить амплиту-
ду предельного асимметричного цикла. Далее
о =<т + <7 =о,+(1-ш )о .
шах с а -1 V т п/ с
Так как для предельного цикла о1ШХ=ог, то
получаем ог =о ,+(1-\|/о)ос.
По этой формуле можно определить предел
выносливости стандартного образца при асиммет-
ричном цикле.
Влияние различных факторов на предел выносли-
вости. Опыты показывают, что предел выносливо-
сти уменьшается с увеличением размеров детали.
Влияние размеров детали учитывается масштабным
коэффициентом (масштабным фактором) Рм, пред-
ставляющим собой отношение предела выносли-
вости стандартного цилиндрического образца (ди-
аметром 10 мм) к пределу выносливости геометри-
чески подобного элемента других размеров при
симметричном цикле изменения напряжений.
Влияние концентрации напряжений, вызван-
ной наличием выточек, галтелей, отверстий (рис.
6.23) и т. п., учитывается эффективным коэффици-
ентом концентрации напряжений акэ, представля-
ющим собой отношение предела выносливости
Рис. 6.22. Схематизированная диаграмма предельных
напряжений
Рис. 6.23. Концентраторы напряжений
при симметричном цикле гладкого образца (диа-
метром 10 мм) к пределу выносливости образца
тех же размеров, но с концентрацией напряже-
ний. Эффективный коэффициент концентрации
«к, всегда меньше или равен теоретическому ко-
эффициенту концентрации напряжений , харак-
теризующему концентрацию напряжений при ста-
тическом действии нагрузки. Зависимость между
этими коэффициентами выражается формулой
а„=1+9(ак-1),9<1,
где q - коэффициент чувствительности материала
к концентрации напряжений.
Влияние состояния и качества поверхности де-
тали на предел выносливости при симметричном
цикле напряжений учитывается коэффициентом ка-
чества поверхности Рп. Этот коэффициент пред-
ставляет собой отношение предела выносливости
при симметричном цикле образца с полированной
поверхностью к пределу выносливости такого же
образца с заданным состоянием поверхности.
Для повышения пределов выносливости дета-
ли применяют накатку поверхности роликами и
обдувку ее дробью. Повышение выносливости де-
тали достигается также путем цементации и азо-
тирования поверхностного слоя и закалки поверх-
ности кислородно-ацетиленовым пламенем или
токами высокой частоты.
Окружающая среда может значительно влиять
на выносливость детали. Например предел вынос-
ливости детали, работающей в повышенно влаж-
ной атмосфере или в воде, может быть в несколь-
ко раз ниже, чем такой же детали, работающей в
сухой среде.
Предел выносливости при симметричном цикле
изгиба (о J, определенный в результате испыта-
ний стандартных строго цилиндрических образ-
цов (d = 10 мм), имеющих зеркально полирован-
ную поверхность, можно рассматривать как меха-
ническую характеристику данного материала. Пре-
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
дел выносливости при симметричном цикле дета-
ли (О-i,), отличающейся от стандартного образца
формой, размерами и состоянием поверхности,
можно определить по формуле сг_1л = ст./Рс
Аналогично этому в случае касательных напря-
жений
Т-1;, = 'Г-./Рг ,
где (или Рт) - общий коэффициент снижения
предела выносливости при симметричном цикле. Этот
коэффициент определяется как произведение ко-
эффициентов концентрации напряжений, мас-
штабного и качества поверхности:
=<ОТЛ=«:ж- (6.2)
Значения пределов выносливости о ,, т_, и ко-
эффициентов а" , с/,, К , К и ₽п приведены в
табл. 6.6-6.8 и на рис. 6.24-6.30.
В табл. 6.7 данные приведены для сталей в нор-
мализованном состоянии при базе испытаний
107 циклов. Сталь Ст. 3 соответствует стали
20, сталь Ст. 5 - стали 35 (по разным стандартам).
Таблица 6.6. Характеристики механической прочности
углеродистой стали
Марка стали а,|2, МПа С , , МПа СГ_1р , МПа Т ,, МПа
10 210 160-220 120-150 80 120
20 250 170-230 120-160 100-130
30 300 200-270 170-210 ПО 140
35 320 220-300 170-220 130-180
40 340 230-320 180-240 140 190
45 360 250-340 190-250 150-200
50 380 270-350 200-260 160-210
60 410 220-380 220-280 180-220
Таблица 6.7. Характеристики механической прочности
легированной стали
Марка стали ав, МПа а0 2, МПа О ,, МПа Т ,, МПа
15ХИСД 640-660 390 420 310 160
20Х 720 850 400 600 310-380 170 230
40Х 730 1050 650 900 320-480 210 260
зохм 740 1000 540-850 310 410 230
20ХНЗА 950-1450 850-1100 430-650 240 310
зохгсл 1100-1700 850-1500 480-700 280 400
Таблица 6.8. Характеристики механической прочности
алюминиевых сплавов в термически обработанном состоянии
Марка сплава Св, МПа О„ 2, МПа С ,, МПа
Д-16Т 470 320 150
Д-18 300 170 95
АК-2 420 280 100
АК-8 490 380 115
В-95Т 580 500 155
Графики для определения масштабного коэф-
фициента показаны на рис. 6.24. Можно прибли-
женно принять, что = Р’. Кривая 1 (см. рис. 6.24)
соответствует мягким углеродистым сталям с пре-
делом прочности ств = 400...500 МПа, кривая 2 -
высокопрочным легированным сталям с ов =
= 1200... 1400 МПа. При промежуточных значени-
ях предела прочности следует осуществлять ин-
терполяцию между кривыми.
Графики для определения коэффициента ка-
чества поверхности Рп показаны на рис. 6.25. Кри-
вая / (рис. 6.25) соответствует зеркальному поли-
рованию, кривая 2 - грубому полированию или
тонкому шлифованию, 3 - тонкой обточке, 4 -
грубому шлифованию или грубой обточке, 5- на-
личию окалины.
Значения эффективных коэффициентов концен-
трации ctBi, с/, для ступенчатого вала с галтелью
представлены следующими диаграммами: для изги-
ба - на рис. 6.26, о, для кручения на рис. 6.26, б.
Для определения эффективных коэффициентов
Рис. 6.24. Графики для определения масштабного
коэффициента
282
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
концентрации у образцов с отношением диамет-
ров D/d < 2 следует применить поправочные ко-
эффициенты £ (рис. 6.27) и в результате будем
иметь
С =1+фс)0-1];
(6.3)
=1+ф«:э)о-1],
(6.4)
где £ для формулы (6.3) определяется кривой 1
(рис. 6.27), а для формулы (6.4) - кривой 2.
Величины (аВ1) и (а’,) - эффективные коэф-
фициенты концентрации, соответствующие отно-
шению D/d = 2 при d = 30...50 мм, можно опре-
делить по графикам (рис. 6.26, а, б). Кривые на
рис. 6.26, а, б соответствуют ств = 500 и ств =
= 1200 МПа; для промежуточных значений ов сле-
дует осуществлять линейную интерполяцию.
Рис. 6.25. График для определения коэффици-
ента качества поверхности
Значения а°, для случая изгиба валов с полу-
круглыми канавками (кольцевой выточкой) при
t/г = 1 показаны на рис. 6.28. Значение с£ для
отношений t/r 1 вычисляют по формуле
сС=1+<(<,)0-1],
где («“,) - эффективный коэффициент концент-
рации при t/r = 1 (рис. 6.28); £ - поправочный
коэффициент, определяемый по рис. 6.29 и учи-
тывающий влияние отношения t/r на значение
а°,. На рис. 6.28 кривые соответствуют значени-
ям о = 500 и о, = 1000 МПа.
Значения а’, при кручении валов с кольцевой
канавкой можно определять по формуле
<=1+О,б[(с£)о-1],
где а", - эффективный коэффициент концентра-
ции при изгибе.
На рис. 6.26, л, б, 6.28 штриховые линии соот-
ветствуют теоретическим коэффициентам концен-
трации напряжений а" и а'.
Значения а°п и а', для валов с поперечными
отверстиями показаны на рис. 6.30, а, б. На
рис. 6.30, а даны значения а°, при изгибе: кри-
вая / соответствует a/d = 0,05...0,1; кривая 2
Рис. 6.26. Графики для определения эффективного коэффициента концентрации для ступенчатого вала с галтелью
при изгибе (а), при кручении (б)
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Рис. 6.27. Графики для определения поправочного
коэффициента с учетом D/d
a/d= 0,15...0,25 при d = 30...50 мм; on =M/WJKUIS.
На рис. 6.30, б показана линия для определения
(£ при кручении вала с поперечным отверсти-
ем применительно к данным a/d = 0,05...0,25;
d= 30...50 мм; TH=MK/WpHeTro .
Расчет на прочность элементов конструкций, под-
вергающихся действию переменных напряжений.
В большинстве случаев расчеты на прочность де-
талей, работающих при переменных напряжени-
ях, выполняют как проверочные.
Проектный расчет детали, служащий для оп-
ределения ее основных размеров, обычно осуще-
ствляют приближенно, без учета переменности
напряжений, но по пониженным допускаемым
напряжениям. После выполнения рабочего чер-
тежа детали производят ее проверочный расчет с
учетом переменности напряжений, а также кон-
Рис. 6.28. Графики для определения эффективного ко-
эффициента концентрации для случая изгиба валов
с полукруглыми канавками
Рис. 6.29. График для определения поправочного коэф-
фициента с учетом t/r
структивных и технологических факторов, влия-
ющих на усталостную прочность детали. Во время
расчета определяют фактические коэффициенты
запаса прочности к для одного или нескольких
сечений детали. В результате условие прочности
имеет вид
где [А] - требуемый коэффициент запаса прочно-
сти (обычно [А] = 1,4..:3,0).
Чаше всего коэффициент запаса прочности
определяют в предположении, что рабочий цикл
напряжений, имеющий место в рассчитываемой
детали при ее эксплуатации, подобен предельно-
му циклу, т. е. коэффициенты асимметрии г рабо-
чего и предельного циклов одинаковы. Тогда ко-
эффициент запаса прочности к представляет со-
бой отношение предела выносливости, определен-
ного для детали при данном виде деформации и
коэффициенте асимметрии цикла, к номинальному
значению (т. е. без учета концентрации напряже-
ний) напряжения опшх, возникающего в проверя-
емой точке.
Следовательно, значение коэффициента запа-
са прочности может быть вычислено по одной из
следующих формул:
при одноосном напряженном состоянии
при чистом сдвиге
А\=Т.1Лп,ах •
где ст, и тгл — пределы выносливости детали для
циклов с коэффициентом асимметрии г; ст1пах и
284
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
а б
Рис. 6.30. Графики для определения эффективного коэффициента концентрации для валов с поперечными отвер-
стиями при изгибе (а), при кручении (6)
т11ШХ — номинальные значения максимальных на-
пряжений цикла, возникающих в проверяемой
точке детали.
В случае асимметричного цикла изменения
напряжений для основных видов деформаций
имеем:
при изгибе
к - °1Л - °-' - °-'
° Тпах ССРмРпО™ ’
при растяжении-сжатии
£ _ °-1>и _ Р-1р _°-1г ,
Р„ВХ РЛах “"эРмРп^ ’
при кручении
к т- - т-'
1 Т„.» Pj„.ax <4РмР.5™х
Рассмотрим вопрос об определении запаса
прочности при асимметричном цикле. За основу
расчета запаса прочности в этом случае принима-
ем схематизированную диаграмму предельных на-
пряжений для стандартных образцов без концен-
трации напряжений (см. рис. 6.22). В результате
получаем следующие формулы для определения
коэффициентов запаса прочности:
при изгибе
при кручении
По формулам (6.5) и (6.6) можно определить
коэффициенты запаса прочности при асимметрич-
ном цикле (в случае изгиба и кручения).
В заключение рассмотрим вопрос об опреде-
лении запасов прочности при асимметричном цик-
ле и сложном напряженном состоянии. В этом слу-
чае запас прочности рассчитывают как по устало-
сти, так и по статической прочности. Так,
запас прочности по пределу выносливости
, ккг
к = ° 1 —
запас прочности по пределу текучести
'С+'К ’
где к„, - частные коэффициенты запаса по
пределу выносливости, определяемые по форму-
лам (6.5) и (6.6); пп, л, - частные коэффициенты
запаса по пределу текучести:
о, от т т
Ио =-------— = . пТ = — = —
ос + аа су„,ах ’ д+та т|мх '
к =-----.
(6.5)
Прочность детали оценивается по наименьше-
му из коэффициентов запаса кип.
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Значения коэффициентов Ч/о и , входящих
в формулы (6.5) и (6.6), зависят от материала де-
тали и типа схематизированной диаграммы пре-
дельных напряжений.
Численные значения коэффициентов Чф и Чф
для стали, вычисленные на основании схематизи-
рованной диаграммы Серенсена Кинасошвили,
приведены в табл. 6.9.
Таблица 6.9. Значение коэффициентов Чф и Ч^
по диаграмме Серенсена—Кинасошвили
0 ,МПа 'Fp (изгиб) (растяжение) ¥ (кручение)
Для углеродистой стали
370 0,05 0,07 0,03
450 0,07 0,08 0,03
550 0,08 0,09 0,04
650 0,10 0,11 0,04
750 0,12 0,14 0,05
Для легированной стали
830 0,15 0,16 0,06
980 0,17 0,19 0,07
1150 0,22 0,24 0,10
1200 0,22 0.25 0,12
Пример расчета вала на выносливость. Определим
коэффициент запаса прочности в опасных сечениях вала
1-1, 2 2 и 3-3 (рис. 6.31). Вал испытывает переменный
изгиб с кручением. Изгибающий момент изменяется от
Чш = Л^ДО Мтт = 0,5 Л/, крутящий момент от Мктш =
= Л/ до Л/ miii = 0,4Л/ . Материал вала - углеродистая
сталь, обработка - шлифование.
Дано: d = 30 мм, D = 40 мм, г = 3 мм, ов = 500 МПа,
о, = 220 МПа, о, = 300 МПа, тт = 180 МПа, т , =
= 120 МПа, Чф = 0,08, 4х, = 0,04, d, = d 2r, М =
= 0,4 кН • м, Л/ = 0,3 кН м.
Решение. Сечение 1 1. Это сечение проходит через
галтель. Определяем нормальные напряжения
м
— ___ шах
га“ “ 1У
М-
- ___ пип
п,“| W
Имеем М = 0,4 кН • м; М . = 0,5 - 0,4 — 0,2 кН м,
птах ’ ’ min ’ ’ ’ ’
лД’ 3,14-3’ „ ,
W =------= —------= 2,65 см3.
32 32
Следовательно,
О 4-10’
о =—--------— = 151-106 Па = 151 МПа;
“ 2,65 106
О 2-1(г
= -------- = 75,5 • 106 Па = 75,5 МПа.
""" 2,65-106
Далее
о = CTn»x +атт = *51+75-5 = j13 МПа;
с 2
2
О = °™п=151 75’5 =37 8 МПа.
а 2 2
Определяем касательные напряжения
• -М«п,ах . _ М.п.п
a min ц,
Имеем Л/ =0,ЗкН -м, М = 0,4 • 0.3 =0,12 кН м.
к птах ’ ’к пип ’ ’ ’
и; = 2Wv = 2 2,65 = 5,30 см3.
Следовательно,
О 3 -103
тт11ах = ~--= = 56,6-106 Па = 56,6 МПа;
,п“ 5,3-Ю”6
О 12-Ю3
т„Ш1 =----7г = 22,6 106Па = 22,6 МПа;
""" 53.10-б
56,6 + 22,6 56,6-22,6
т =---------= 39,6 МПа; т =-----------= 17,0 МПа.
2 а 2
Определяем эффективные коэффициенты концент-
рации оф и оф для ступенчатого вала с галтелью. Имеем
3 / Т \
— = — = 0,1. По рис. 6.26, а, б находим (оф ) =1,60;
d 30 V '°
(оф)с = 1,25 для — = 2 , по рис. 6.27 - = 0,85; =
D _ 40 D
— 0,83 при , - —- - 2 . Далее, при — < 2, имеем
286
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
<,=1 + ^[(<)о-1] = 1 + 0,85(1,60-1) = !, 51;
а;э=1 + ^[(<)о-1] = 1 + 0,83(1,25-1) = !, 21.
Определяем масштабные коэффициенты и Р' .
Обычно полагают, что Р° = Р' . По рис. 6.24 находим,
что при d= 30 мм и Рв = 500 МПа р^ = р' = 1,18, а по
рис. 6.25 - коэффициент качества поверхности Рп. При
ов = 500 МПа для тонкого шлифования имеем Рп =1,10.
Далее определяем общие коэффициенты снижения
предела выносливости Рп и Рт:
Ро=<Ж =1,51-1,181,10 = 1,96;
Рг=«:ж =1,21-1,18-1,10 = 1,57.
Вычисляем частные коэффициенты запаса по пре-
делу выносливости кг и кт. Имеем
----=--------—---------= 2,65 ;
Рооа+уоос 1,96-37,8 + 0,08-113
Рис. 6.32. Сечение вала с поперечным отверстием
W =—'Л
’ (dl2)
3 92
^ = 2,61 см3;
1,5
120
7Т = ---—----=---------—---------= 4,24 .
₽Л+УЛ 1,57-17,0 + 0,04-39,6
Вычисляем частные коэффициенты запаса по пре-
делу текучести /го и пт:
Ж =
(<"2)
2,62
1,5
= 1,75
см3;
z =___₽_
р (d/2)
6,54 , ,
—— = 4,36 см3.
1,5
Вычисляем нормальные напряжения. Так как
W_ < Ж, то при определении нормальных напряжений
используем осевой момент сопротивления Ж. Имеем
от 300 .
п„ = —— ------= 1,98
151
о = = °’440 = 228-106 Па = 228 МПа;
W. 1,75-10
тт 18° 1 1 С
п. - —i_ ----- зд8
Тпзх 56,6
Определяем коэффициенты запаса прочности по
пределу выносливости 1 и по пределу текучести п
кгкт _ 2,65-4,24
+к^ 72,652+4,242
и п 1,98-3,18
п = . ° 1 = . = 1,68 .
у1п;+п; Vt982+3,182
Сечение 2-2. Это сечение проходит через поперечное
отверстие. Определяем геометрические характеристики
поперечного сечения вала (рис. 6.32)
j d(2r)3_ 3,14-3* 3(0,6)3_392см4.
' 64 12 64 12 ’ ’
J =^_(2£)£=311Ж_0Ж=2162см4;
; 64 12 64 12
7()= 7,+ 7. =3,92+ 2,62 = 6,54 см4;
= °’240 =114.1О6 Па =114 МПа;
™ Ж 1,75-10~6
228 + 114 228-114 __
зс=^=^------= 171 МПа; оа =---------= 57 МПа.
Вычисляем касательные напряжения;
т 0,3 10 = 68,8-106 Па = 68,8 МПа;
Жр 4,36-10"6
= =_Q1240L = 27,5-106 Па =27,5 МПа;
Ж(1 4,36-106
68,8 + 27,5
2
= 48,1 МПа; т = 68,8 27,5- = 20,7 МПа.
а 2
Определяем эффективные коэффициенты концент-
рации а”, и для вала с поперечным отверстием.
Имеем — = — = 02,0 = 500 МПа. По рис. 6.30, а
d 30
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
(кривая 2) находим а”3 = 1,72, а по рис. 6.30, б - =
= 1,73.
Масштабный коэффициент (С и коэффициент ка-
чества поверхности Р„ остаются такими же, как и для
сечения 1-1. Имеем (>" = Р’ = 1,18; Р„ =1,10.
Далее определяем общие коэффициенты снижения
предела выносливости Р„ и Pt:
₽,=«». =1,72.1,18-1,10 = 2,23;
РЖЖ, =1,73-1,18-1,10 = 2,25.
Вычисляем частные коэффициенты запаса по пре-
делу выносливости kr и кТ. Имеем
Ж+Vo^ 2,23-57 + 0,08-171
к. =-----=1---=-----------—-----------
РЛ+УЛ 2,25-20,7 + 0,04-48,1
Вычисляем частные коэффициенты запаса по пре-
делу текучести по и пх .
300
228
= 1,32;
0 2 • 103
О„.„ -----—— = 147-Ю6 Па = 147 МПа;
""" 1,36-10
294 + 147
о =------- = 220 МПа;
2
294-147
о =--------= 73,5 МПа.
2
Определяем касательные напряжения
_МКПВХ =л/ыи,
пах ,,, , min
р р
Имеем = 2Wr =2-1,36 = 2,72 см3.
Следовательно,
0 3 • 1 о3
• х = —-----Т = 110-106 Па = ИО МПа;
' 2,72-Ю”6
0 12-1O3
= 44,1 -106 Па = 44,1 МПа;
2,72-10
110 + 44,1
2
С
МПа; т =П° 44,1 =33 МПа.
а 2
Определяем эффективные коэффициенты концент-
рации сС, и а', для вала с полукруглой канавкой. Имеем
Определяем коэффициенты запаса прочности по
пределу выносливости к и по пределу текучести п\
k = =1.32;
л/1,562+2,472
А _ 1,32-2,62 _iig
у]п° + л2 л/1,322 + 2,62
Коэффициенты запаса прочности к и п в сечении
2-2 весьма малы. Поэтому следует предусмотреть тех-
нологические методы упрочнения.
Сечение 3-3. Это сечение проходит через кольцевую
выточку (полукруглую канавку).
Определяем нормальные напряжения
о • о
Имеем
тд/’ 3,14(3-0,6)’ , з
32 32
Следовательно,
= °’4'10 = 294-106 Па = 294 МПа;
1,36-10’6
t г 3
— = 1 (рис. 6.28) — = — = 0,1. По рис. 6.28 при <тв =
г d 30
= 500 МПа находим = 1,65.
Значение в данном случае можно определить по
формуле
а', = 1 + 0,б(а" -1) = 1 + 0,6(1,65 -1) = 1,39.
Масштабный коэффициент Р° и коэффициент ка-
чества поверхности 0п остаются такими же, как и для
сечения 1-1. Имеем р° = Р’ = 1,18, р„ =1,10.
Далее определяем общие коэффициенты снижения
предела выносливости Рп и Рт. Имеем
РО=<Ж. = 1,65-1,18-1,10 = 2,14;
Рт =а«Ж, =1,39-1,18-1,10 = 1,80.
Вычисляем частные коэффициенты запаса по пре-
делу выносливости и кТ. Имеем
А-= =220----------------
Р„оа+Ч,ос 2,14-73,5 + 0,08-220
кг=— т' =*-22=1>92.
Ртта+угт 1,80-33+0,04-77
288
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Вычисляем частные коэффициенты запаса по пре-
делу текучести и„ и п,:
300
294
= 1.02;
180 .
---= 1,64
110
Определяем коэффициенты запаса прочности по
пределу выносливости А: и по пределу текучести п:
АЛ^= U62^=1O5.
у1к2+к2 yj\,262 + 2,922
yjn2+n2 Vl>°22 +1.642
Коэффициенты запаса прочности А и и в сечении
3 3 весьма малы. Поэтому следует увеличить диаметр d
или предусмотреть технологические методы упрочнения.
Построение кривых вероятности усталостного
разрушения. Такие характеристики сопротивления
усталости, как число циклов до разрушения N и
предел выносливости оявляются случайными
величинами, которым свойственно большое рас-
сеяние даже при испытании идентичных образ-
цов, изготовленных из материала одной плавки.
При изучении закономерностей рассеяния ха-
рактеристик выносливости из металла одной плав-
ки изготавливают достаточно большое число об-
разцов, которые испытывают на усталость при
нескольких уровнях амплитуд напряжений.
На основании испытаний серии из п образцов
при постоянном уровне напряжений логарифмы
полученных чисел циклов до разрушения распо-
лагают в возрастающем порядке, образуя таким
образом вариационный ряд. Этот ряд служит ис-
ходной информацией для статистической обработ-
ки и графического изображения функции распре-
деления случайной величины Х= 1g N и имеет вид
Х,<Х, <...<Х, <Х„.
Кривые распределения циклической долго-
вечности (Р N) строят на вероятностной бумаге,
соответствующей логарифмически нормальному
закону распределения. По оси абсцисс отклады-
вают значения долговечности образцов N, а по оси
ординат - значения вероятности разрушения об
разцов (накопленные частоты), вычисляемые по
формуле
Р = ——400%,
п
где i - номер образца в вариационном ряду; п
число образцов, испытанных при данном уровне
напряжения.
Кривая распределения циклической долговечно-
сти (ГОСТ 23207-78) - это график, характеризую-
щий зависимость циклической долговечности от
вероятности разрушения, построенный по резуль-
татам испытаний на усталость достаточно боль-
шого числа образцов при постоянных значениях
амплитуды и среднего напряжения цикла. В каче-
стве примера на рис. 6.33 приведены кривые рас-
пределения циклической долговечности для об-
разцов из алюминиевого сплава марки В95, испы-
танных при консольном изгибе с вращением до
полного разрушения при шести уровнях напря-
жения. При этом кривые 1-6 соответствуют еле
дующим уровням напряжения: 1- <зпт = 330 МПа;
2 - о = 285 МПа; 3 - = = 254 МПа; 4 -
= 228 МПа; 5- о_ = 210 МПа; 6- =
= 190 МПа.
Имея кривые распределения циклической дол-
говечности, можно построить кривые равной веро-
ятности усталостного разрушения, которые явля-
ются основой при практических расчетах на вы-
носливость.
Кривая равной вероятности усталостного раз-
рушения (ГОСТ 23207 78) это график, характе-
ризующий зависимость между максимальными
напряжениями или амплитудами напряжений цик-
ла и долговечностью образов, соответствующей
данной вероятности усталостного разрушения.
Рис. 6.33. Кривые распределения циклической долго-
вечности
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Кривые равной вероятности усталостного разру-
шения можно построить на основании кривых
распределения циклической долговечности (рис.
6.34) путем сечения их горизонтальными линия-
ми, соответствующими различным значениям Р,
и фиксации величин опих и N в точках пересече-
ния с кривыми. При построении кривых равной
вероятности усталостного разрушения по оси аб-
сцисс откладывают N, а на оси ординат - о1шх
или оа.
В качестве примера на рис. 6.34 приведены три
кривые равной вероятности усталостного разру-
шения для сплава марки В95, которые получены
проведением горизонтальных сечений на уровнях
Р= 1 %, 10 % и 50 %, кривая 7 соответствует Р =
= 1 %, кривая 2 10 % и кривая 3 50 %. Здесь Р
вероятность разрушения.
Известно, что «надежность» R определяется как
величина, равная единице минус вероятность раз-
рушения Р, т. е. R— 1 - Р.
Это значит, например, что кривую 1%-й веро-
ятности усталостного разрушения (рис. 6.34, кри-
вая 7) можно назвать кривой 99%-й надежности
(R = 0,99). Поэтому кривые равной вероятности
усталостного разрушения иногда называют кривыми
усталости равной надежности.
Кривые равной вероятности усталостного раз-
рушения используются, в частности, при оценке
долговечности элементов конструкций, подвер-
женных действию циклических напряжений.
Накопление повреждений. Оценка долговечнос-
ти. Чаще всего на практике амплитуда напряже-
ний цикла не остается постоянной, а изменяется
по некоторому закону, образуя так называемый
Рис. 6.34. Кривые равной вероятности усталостного раз
рушения
19 8-470
Рис. 6.35. Кривая выносливости
спектр нагружения. Поэтому при расчетах исполь-
зовать кривые выносливости непосредственно уже
нельзя, так как они строятся при постоянной ам-
плитуде напряжений цикла оа.
Воздействие циклических напряжений приво-
дит к накоплению усталостных повреждений в эле-
ментах конструкции. Когда полная накопленная
поврежденность достигает некоторого критичес-
кого значения, происходит усталостное разруше-
ние. К настоящему времени предложено несколь-
ко гипотез накопления повреждений. Рассмотрим
гипотезу Пальмгрена-Майнера, или правило линей-
ного суммирования повреждений. Для описания этой
гипотезы воспользуемся кривой выносливости,
изображенной на рис. 6.35. При действии напря-
жения с постоянной амплитудой <та| разрушение
произойдет через Nt циклов. В результате действия
этого же напряжения оа1 в течение л, циклов (и, < Nf)
будет иметь место повреждение, характеризуемое
числом Dt, которое называется поврежденностью.
Гипотеза линейного суммирования повреждений
предполагает, что поврежденность при любом по-
стоянном значении оа1 прямо пропорциональна
отношению nt к Nt, т. е. D, =n,/Nl.
Воздействие спектра различных уровней оа
приводит к повреждениям 7).для каждого различ-
ного уровня оа, из одного спектра. Разрушение
произойдет, когда
D,+£>,+... + £),, >1,
где т - число различных уровней нагружения.
Таким образом, правило линейного суммиро-
вания повреждений принимает такой вид:
>1
(6.7)
290
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
В соответствии с этим правилом, усталостное
разрушение произойдет, если будет выполнено
условие (6.7).
Правило (6.7) вследствие своей простоты ши-
роко применяется в расчетной практике. Однако
оно имеет ряд недостатков, основной из которых
заключается в том, что не учитывается очередность
воздействия напряжений различных уровней.
Экспериментально было установлено, что про-
цесс накопления повреждений можно разбить на
фазу зарождения трещины и фазу ее распростра-
нения вплоть до окончательного разрушения. Учи-
тывая это обстоятельство, Мэнсон предложил при-
менять правило линейного суммирования повреж-
дений к каждой из этих фаз отдельно, а на основе
анализа экспериментальных данных - билинейное
правило суммирования повреждений:
усталостная трещина возникает при
(6.8)
а разрушение вследствие распространения образо-
вавшихся трещин происходит при
(6.9)
где N' — число циклов до возникновения трещи-
ны; Np — число циклов, в течение которых проис-
ходит распространение образовавшейся трещины.
Величины N' и Np определяются следующими за-
висимостями:
N'=Nf-l4N°fb,'
Np=l4N°f6
N' =0,
при N > 730 циклов ;
при И! < 730 циклов , (6.10)
где Nf~ полное число циклов до разрушения.
Таким образом, до возникновения трешины
следует использовать формулу (6.8), а затем оце-
нивать возможность разрушения по выражению
(6.9). Применение билинейного правила суммиро-
вания повреждений дает результаты, достаточно
хорошо согласующиеся с экспериментальными.
Пример применения линейного и билинейного правил
суммирования повреждений. Рассмотрим соединительную
тягу сплошного кругового сечения из стали 4340 (США).
Тяга нагружается спектром продольных нагрузок. Нуж-
но подобрать поперечное сечение тяги, чтобы была обес-
печена 99%-я вероятность безотказной работы.
На рис. 6.36 показана кривая выносливости, соот-
ветствующая 99%-й вероятности безотказной работы
(надежности), полученная на основании эксперимента.
За время одного рабочего цикла на тягу воздейству-
ет следующий спектр нагрузок:
РА = 103,1 кН в течение 1200 циклов;
Рв = 56,2 кН в течение 7000 циклов;
Рс = 30,4 кН в течение 50 000 циклов.
За время эксплуатации тяги такой рабочий цикл по-
вторяется три раза.
Сначала воспользуемся линейным правилом сумми-
рования повреждений. В качестве первого приближе-
ния примем площадь поперечного сечения тяги F =
= 1 см2. Первое приближение для напряжений имеет
вид:
р
сА = — = 1031 МПа в течение 1,2 103 циклов;
“ F
р
а" = — = 562 МПа в течение 7 - 103 циклов;
‘ F
р
с/= — = 304 МПа в течение 50 • 103 циклов.
F
Результаты первого приближения с учетом этих дан-
ных и кривой выносливости (рис. 6.36) приведены в виде
табл. 6.10.
Суммируя числа последней графы табл. 6.10, полу-
чаем
Рис. 6.36. Кривая выносливости, соответствую-
щая 99 %-й вероятности безотказной работы
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Таблица 6.10. Расчетные данные для тяги по правилу
линейного суммирования повреждений (1-е приближение)
Амплитуда нагрузки МПа N, циклов иг, ЦИКЛОВ И, ЦИКЛОВ п N
А 1031 4,5 • 103 1,2 • 103 3.6 103 0,80
В 562 445 - 103 7 - 103 21 • 103 0,05
С 304 СО 50- 103 150 Ю3 0,00
Таблица 6.11. Расчетные данные для тяги по правилу
линейного суммирования повреждений (2-е приближение)
Амплитуда нагрузки МПа N, циклов лг, циклов Л, циклов * 1 =
А 1045 3,8- 103 1,2 • 103 3,6- 103 0,948
В 569 400 103 7 103 21 • 103 0,053
С 309 оо 50 103 150- 103 0,000
Таблица 6.12. Расчетные данные для тяги по правилу
билинейного суммирования повреждений
Амплитуда нагрузки МПа N/, циклов 2V®-6, циклов Nr, циклов /V1» циклов
А 1031 4,5 • 103 156 2,18 103 2,32 • 103
В 562 455 103 2450 34,3 103 410,7 • 10’
С 304 ОО ОО ОО ОО
Поскольку эта сумма меньше единицы, то принятая
плошадь поперечного сечения тяги F = 1 см2 слишком
велика. В качестве следующего приближения примем
f=0,95 см2. Результаты второго приближения приве-
дем в табл. 6.11.
Используя последнюю графу табл. 6.11, находим
= 1,001 > 1.
Таким образом, по правилу линейного суммирова-
ния повреждений площадь поперечного сечения тяги
должна быть F = 0,95 см2.
Решим эту же задачу, используя билинейное пра-
вило суммирования повреждений. В соответствии с кри-
вой выносливости (см. рис. 6.36) долговечность N,
при напряжении с наибольшей амплитудой из задан-
ного спектра превышает 730 циклов, так что следует
пользоваться выражениями (6.10). Применяя их для всех
трех амплитуд напряжений су,', о'' и о' .составляем
табл. 6.12.
В первом приближении принято, что F — I см2. Да-
лее по формуле (6.8) находим поврежденность на ста-
дии зарождения трещины. При этом требуется устано-
вить, когда эта поврежденность станет равной единице.
Результаты вычислений сводим в табл. 6.13.
Таким образом, трещина возникает при действии
нагрузки с амплитудой А во время второго рабочего
цикла. Определим, когда
Имеем условие
достигнет единицы.
0,534 +
п'лл
2,3210’
= 1.
Отсюда находим
=i,o8io’,
где и'л - число циклов действия нагрузки с амплиту-
дой А во время второго рабочего цикла, по прошествии
которых образуется усталостная трещина. Во время ос-
тальных 120 циклов нагрузки А из второго рабочего
цикла происходит распространение образовавшейся
трещины.
Далее переходим ко второй фазе накопления повреж-
дений, т. е. к фазе распространения образовавшейся
усталостной трещины. При этом будем использовать
выражение (6.9). Результаты вычислений, относящиеся
ко второй фазе, приведены в табл. 6.14.
Таблица 6.13. Данные для определения поврежденности
на стадии зарождения трещины
Амплитуда нагрузки Номер рабочего цикла <V МПа Л, циклов 2V’, циклов п N' М Ч |а
А 1 1031 1,2 103 2,32 103 0,517 0,517
В 1 562 7 103 410,7 103 0,017 0.534
С 1 304 50 • 103 ОО 0,000 0,534
А 2 1031 1,2 103 2,32 • 103 0,517 1,051
Таблица 6.14. Данные для определения поврежденности
на стадии распространения трещины
Амплитуда нагрузки Номер рабочего цикла МПа И, циклов /vp, циклов п \ xf—1
А 2 1031 120 2,18 10’ 0,06 0,06
В 2 562 7 • 103 34,3 • 103 0,20 0,26
С 2 304 50- 10’ ОО 0,00 0,26
А 3 1031 1,2 103 2,18 103 0,55 0,81
В 3 562 7 • 10’ 34,3 • 103 0,20 1,01
292
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Из табл. 6.14 следует, что при F= 1 см2 разрушение
произойдет во время действия нагрузки с амплитудой В
в процессе третьего рабочего цикла. Это свидетельству-
ет о том, что принятая площадь поперечного сечения
тяги F= 1 см2 несколько меньше, чем требуется. Поэто-
му нужно несколько увеличить площадь поперечного
сечения и повторить все вычисления с тем, чтобы полу-
чить
после воздействия последнего цикла из всего заданного
спектра нагружения.
Малоцикловая усталость. Существуют две об-
ласти циклического нагружения. В одной области
циклические нагрузки относительно невысоки,
циклически изменяющиеся деформации почти
полностью упруги. Эта область характеризуется
большими значениями долговечности, т. е. боль-
шим числом циклов до разрушения. Поведение
материалов в этой области называется многоцик-
ловой усталостью. В другой области циклические
нагрузки достаточно высоки, при этом в каждом
цикле возникают пластические деформации, а
долговечности малы, т. е. разрушение происходит
через малое число циклов. Такой тип поведения
материала называется малоцикловой усталостью.
Малоцикловая усталость считается причиной раз-
рушения, если оно происходит менее чем через
5 - 104 циклов.
Исследование малоцикловой усталости пред-
ставляет интерес для таких изделий, как снаряды
и ракеты. В таких элементах конструкций, как
лопатки и роторы авиационных газовых турбин,
топливные элементы и баки ядерных реакторов,
роторы и корпусы паровых турбин, изредка дей-
ствующие большие механические нагрузки и тем-
пературные перепады способствуют накоплению
значительных повреждений за несколько сотен или
тысяч таких циклов с повышенными амплитуда-
ми в течение всего срока эксплуатации.
Разрушение при малоцикловой усталости на-
чинается в местах концентрации напряжений в
результате развития первоначально образовавшей-
ся трещины. Однако механизм малоциклового
разрушения значительно отличается от механиз-
ма многоциклового усталостного разрушения, так
как пластические деформации возникают в зна-
чительно больших объемах материала.
При многоцикловой усталости в качестве ха-
рактеристики нагруженности используют перемен-
ные напряжения цикла (амплитуда переменных
напряжений оа). Анализируя малоцикловую ус-
талость, более целесообразно использовать пере-
менные деформации в качестве характеристики
нагруженности.
Экспериментально определяя малоцикловую
прочность, используют режимы жесткого и мяг-
кого нагружения. При жестком нагружении зада-
ется амплитуда переменных деформаций Еа или
размах деформаций Ae = Emaa -е^ = 2га. Жесткое
нагружение характерно для работы материала в
зонах концентрации напряжений. Во время ис-
пытаний в условиях жесткого нагружения изме-
ряют деформацию образца. При мягком нагруже-
нии происходит циклическое изменение внешне-
го усилия, приложенного к образцу.
В практических расчетах обычно используют
экспериментально установленную формулу Мэн-
сона, связывающую амплитуду полных деформа-
ций цикла Еа (пластических и упругих) с числом
до разрушения А:
Z чО.б
Е =- 1п-2— ^Ь + 1Д5^П^'2, (6.11)
“ 2 1-V р Е р
где v - поперечное сужение материала; ов пре-
дел прочности материала; Е модуль Юнга.
Из формулы (6.11) следует, что малоцикловая
прочность зависит от пластичности материала. Чем
больше относительное сужение в шейке при раз-
рыве образца v , тем выше прочность при повтор-
ных пластических деформациях. Первое слагае-
мое в правой части уравнения (6.11) выражает со-
противление материала повторным пластическим
деформациям, второе - переменным упругим де-
формациям. При А < 103 основное значение име-
ет первое слагаемое, а при Ар > 103 - второе.
Недостатком формулы (6.11), получившей ши-
рокое применение, является приближенный учет
сопротивления повторным упругим деформациям.
Формула (6.11) не учитывает влияния среднего
напряжения цикла ос. Постоянные напряжения
влияют на малоцикловую прочность, причем, глав-
ным образом, на сопротивление повторным упру-
гим деформациям. С учетом влияния среднего на-
пряжения цикла ос формула (6.11) принимает вид
Z \0.6
Е =- In— 6+ 1,75 °8 N~? '2. (6.12)
2^ L-W J р E p
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Из уравнения (6.12) следует, что средние на-
пряжения растяжения понижают прочность при
малоцикловом нагружении, средние напряжения
сжатия - повышают.
6.3.3. Расчет элементов конструкций
на трещиностойкость
Коэффициент интенсивности напряжений. Рас-
смотрим неограниченное упругое тело в условиях
плоской задачи теории упругости. В теле имеется
узкая внутренняя трещина длиной 2а (рис. 6.37).
Пусть трещина расширяется под действием дав-
ления р(х), величина которого вдоль трещины
может изменяться. Считаем, что существует сим-
метрия относительно оси х. Поэтому задача сво-
дится к нахождению перемещений и напряжений
в упругой полуплоскости у > 0. Граничные усло-
вия в данном случае имеют вид (при у = 0):
Т1т =0, -°о<л<о°;
=_р(Л),|л|<о;
v = 0. |х| > а.
(6.13)
где о, - нормальное; — касательное напряже-
ния; г - перемещение вдоль оси у.
Рассмотрим случай, когда к берегам трещины
приложено равномерное распределение давления,
т. е. р(х) = р = const при |х| < а.
Решая краевую задачу (6.13) плоской задачи
теории упругости, находим
ov(x,0)= р
при |.v| > а
(6.14)
Если ввести обозначение
К, = р(тгл)1/2, (6.16)
то формула (6.15) примет вид
ст (х,0) =--г-Д----—,х->а + 0 ((. 17\
Л ’ (2л) 2 (х-я)12 ’
Величина К} называется коэффициентом ин-
тенсивности напряжений нормального отрыва.
Формула (6.16) определяет коэффициент интен-
сивности напряжений для плоскости с одиноч-
ной трещиной, когда к берегам трещины при-
ложено равномерное давление р, или когда плос-
кость подвергается равномерному растяжению
по нормали к линии трещины. В данном случае
коэффициент интенсивности напряжений зави-
сит от давления и размера трещины. Можно
показать, что формула (6.17) сохраняется и в тех
случаях, когда трещина находится в упругом теле
конечных размеров, причем давление р(х) не
обязательно должно быть постоянным. Однако
в этих случаях выражение для Кх будет отличаться
от формулы (6.16). Для конечного тела коэффи-
циент интенсивности напряжений зависит и от
его размеров.
Понятие коэффициента интенсивности напря-
жений оказалось весьма полезным в линейной
механике разрушения. Коэффициент интенсивно-
сти напряжений можно находить как по извест-
ным напряжениям, так и перемещениям. Из фор-
мулы (6.17) находим
К= lim Г(2л)1/2(х-«)1/2<т,(х, 0)~|. (6.18)
х-*и* о L J
Формула (6.18) позволяет определить коэффи-
циент интенсивности напряжений нормального
Эпюра напряжения о,, подсчитанного по фор
муле (6.14), показана на рис. 6.37. Напряжение
о, стремится к бесконечности при подходе к вер-
шине трещины, т. е. имеет особенность в верши-
не. Для установления характера особенности нор-
мального напряжения у вершины трещины най-
дем асимптотическое представление для о,, при
л->й+О. Устремляя в формуле (6.14) х к а + 0 и
отбрасывая постоянное слагаемое, находим
о (.г,0) = , л- -> а + 0. (6.15)
294
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.38. К пояснению идеи метода Бюкнера: а - исходная пластина с трещиной; б- та же
пластина без трещины и эпюра о,,; в - рассчитываемая пластина с трещиной и эпюра о,.
отрыва по известным напряжениям. Величину Kt
можно найти и по известным перемещениям
_ (2л)1'2 р
“—Т7Т.— 11т
и(х,+0)-и(х,-0)
1 + Х ™“о|_ (а-х)1'2
, (6.19)
Нт |(2л)''2(а-х)'/2^-Гт7(х,+0)-Т|(х,-0)]! ,
1 + ХЛ>«-о[ Эх1- JJ
(6.20)
где % = 3 - 4 и - для плоской деформации и X =
= (3 - v )/(1 + f ) - для обобщенного плоского
напряженного состояния.
Имеются формулы, подобные формулам (6.18)-
(6.20), для определения коэффициентов интенсив-
ности напряжений поперечного сдвига К2 и про-
дольного сдвига Ку
В основе применения принципов механики
разрушения лежит коэффициент интенсивности
напряжений. Существенной частью решения за-
дачи о разрушении в рамках линейной механики
разрушения является установление зависимости
коэффициента интенсивности напряжений от
длины трещины для данного конструктивного
элемента. В настоящее время для определения
коэффициента интенсивности напряжений при
меняют аналитические, численные и эксперимен-
тальные методы. При применении аналитичес-
ких и численных методов определения коэффи-
циентов интенсивности напряжений вначале
необходимо построить решение соответствую-
щей краевой задачи. Методы решения простран-
ственных краевых задач теории упругости в пе-
ремещениях рассматриваются, например, в [83,
84, 630|.
Для упрощения задачи, связанной с определе-
нием коэффициента интенсивности напряжений,
можно использовать принцип Бюкнера. Он по-
зволяет заменить более сложную задачу об опре-
делении коэффициента интенсивности напряже-
ний, когда нагрузка приложена в произвольных
точках элемента конструкции, менее сложной за-
дачей, когда нагрузка приложена к берегам тре-
щины. Идею метода Бюкнера рассмотрим на при-
мере (рис. 6.38).
Пусть прямоугольная пластина с трещиной
растягивается силами Р, приложенными в точ-
ках и А2 (рис. 6.38, а). Требуется определить
коэффициент интенсивности напряжений. Сна-
чала рассмотрим эту же пластинку, но без тре-
щины. Определяем распределение напряжений
в сечении, где была трещина (в данном слу-
чае при у = 0, |х| < а) теоретически или экспери-
ментально (рис. 6.38, б). Затем прикладываем напря-
жение - о, к берегам трешины и находим коэф-
фициент интенсивности напряжений (рис. 6.38, в),
который будет такой же, как и в исходной
задаче. В этом и заключается принцип Бюкнера.
Справочные данные по коэффициентам интенсив-
ности напряжений приведены в монографиях [362,
521]. Вопросам определения коэффициентов ин-
тенсивности напряжений посвящены также ста-
тьи [82, 85].
Рассмотрим определение коэффициента интен-
сивности напряжений для некоторых часто встре-
чающихся случаев.
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
1. При равномерном растяжении плоскости с
одиночной трещиной по нормали к линии тре-
щины (рис. 6.39, а) К, = г>(л«)1/'.
2. В случае полосы с центральной поперечной
трещиной при одноосном растяжении (рис. 6.39, б)
/fl=o(na)l'2F1(a), a = 2fl/W.
Приближенное решение
более точное решение
z xl/2
F1(a) = (l-0,025a2+0,06a4) secy- . (6.21)
3. Если полоса с эксцентрично расположен-
ной поперечной трещиной при растяжении
(рис. 6.39, в), то
К,Л = о(зтд)''2/<Л((х,р);
a = 2a/(W -2е); p = 2e/W;
„ , ( notsin2cxBY
F.(a,P)= sec------—
2 2aP J ’
Так как K]A > Кхв, то приведенная формула -
только для КХА.
4. В случае полосы с двумя симметричными
краевыми трещинами при одноосном растяжении
(рис. 6.39, г)
К1А = о(зта)1'2 FM (a,P); а = 2a/W ;
/ X/ Л
F(a) = l+0,122cos2— —tg—
lV ’ 2 2 )
Наибольший практический интерес представля-
ют элементы конструкций, имеющие конечные раз-
меры хотя бы в одном направлении. Чтобы полу-
чить точное решение для элементов конструкций с
трещинами, необходимо привлекать сложные ма-
тематические методы. Однако в целом ряде случа-
ев достаточно получить приближенное решение.
Одним из достаточно простых и эффективных ме-
тодов получения приближенных решений являет-
ся модифицированный метод сечений [470].
Основная идея данного варианта метода плос-
ких сечений заключается в использовании реше-
ния задачи, близкой к той задаче, для которой
ищется решение.
Для иллюстрации метода рассмотрим задачу о
полосе с центральной поперечной трещиной при
одноосном растяжении (см. рис. 6.39, б). В каче-
стве близкой задачи возьмем аналогичную задачу
для упругой плоскости (см. рис. 6.39, а). Для уп-
ругой плоскости, подверженной равномерному
давлению, приложенному к берегам трещины,
получена формула (6.14)
при |х| > а.
Рис. 6.39. Типовые образцы: а - плоскость с трещиной; б - полоса с центральной трещиной; в - полоса
с эксцентрично расположенной трещиной; г - полоса с краевыми трещинами
296
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
разными, то коэффициенты интенсивности напряже-
ний в формулах (6.23) и (6.24) приняты различными.
Величину Д'] можно найти используя условие
равновесия. На рис. 6.39, б проведем сечение вдоль
оси Ох и нижнюю часть полосы отбросим.
Рассмотрим равновесие верхней части полосы
(рис. 6.40). Уравнение равновесия ZK = 0 прини-
мает вид
W/2
gW/2- j о,(х,0)Л = 0.
а
Подставляя сюда выражение (6.24), имеем
cW/2 =
К, Т xdx
\ДД) а (х -а')
Вычисляя интеграл, находим
Если используя принцип Бюкнера перейти к
схеме нагружения, показанной на рис. 6.39, а, то
°-<Л,0)(/«!)'" w J °- <6-22)
Подставляя это выражение в формулу (6.18),
получим
К° =о(ла)1/2.
С учетом этого соотношения формула (6.22)
принимает вил
! \_ Ai'N
°Дл-’=М'!(,-«=)'"-W <6-23’
Эта формула относится к упругой плоскости с
трещиной (см. рис. 6.39, а). Чтобы перейти к за-
даче об упругой полосе (рис. 6.39, б), примем, что
для полосы
, Л Д,|х|
<’’<х0,=М»(л=-«=)''=. W >«• «>-м>
где Д', коэффициент интенсивности напряжений
для полосы с трещиной (см. рис. 6.39, б). Нас ин-
тересует, в основном, напряженное состояние в
окрестности кончика трещины, которое контро-
лируется значением коэффициента интенсивнос-
ти напряжений. Так как напряженное состояние
в окрестности кончика трещины в плоскости (см.
рис. 6.39, о) и в полосе (см. рис. 6.39, б) будут
К, = о(ла)1'2 Ft (а); а = 2a/W ;
Ft =(l-cr),/2. (6.25)
На рис. 6.41 показана зависимость поправоч-
ного множителя Ft от параметра а; кривая 7 со-
ответствует практически точному решению (6.21),
а кривая 2 приближенному решению (6.25).
Как видно из рис. 6.41, в данном случае метод
сечений приводит к достаточно удовлетворитель-
ным результатам.
Еще целый ряд примеров использования ме-
тода сечений по определению коэффициентов
интенсивности напряжений приведен в моногра-
фии [470].
Силовой критерий прочности конструкций с тре-
щинами. В 1920 г. А. Гриффитс, используя энерге-
Рис. 6.41. График зависимости поправочного множителя
Ft от параметра а: I - точное решение; 2 приближенное
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Рис. 6.42. Бесконечная пластина с трещиной
тический подход, получил условие разрушения бес-
конечной пластинки (рис. 6.42) со щелевой тре-
щиной длиной / в таком виде:
4у£
л/
(6.26)
где <\ - критическое напряжение, соответствую-
щее возникновению неустойчивой трещины; Y -
поверхностная энергия материала; Е - модуль
упругости. Условие (6.26) определяет катастрофи-
ческое распространение трещины и справедливо для
хрупких материалов типа стекла или керамики.
Пусть в теле имеется трещина некоторой дли-
ны /. Тогда с увеличением напряжения о трещи-
на не будет развиваться до тех пор, пока напряже-
ние не достигнет некоторого значения ок, крити-
ческого для данной трещины. Как только оно будет
достигнуто, произойдет неустойчивое, спонтанное
развитие трещины и тело разрушится.
Теория Гриффитса не позволяла учесть неко-
торые важные аспекты процесса разрушения. Так,
Е. Орован и Дж. Ирвин обнаружили, что «хруп-
кое» разрушение высокопрочных материалов со-
провождается существенными пластическими де-
формациями в тонком слое вблизи поверхности
трещины. Такое разрушение было названо квази-
хрупким.
В связи с этим Е. Орован и Дж. Ирвин выдви-
нули свою концепцию квазихрупкого разрушения.
Ее основная идея состоит в учете энергии, необ-
ходимой для пластической деформации. Это по-
зволило значительно расширить пределы приме-
нимости теории Гриффитса.
Хрупким и квазихрупким разрушением не ох-
ватывается все разнообразие возможных видов
разрушения. Возможны также упругопластическое,
вязкое, вязкоупругое и др. виды разрушения.
Важнейший момент при изучении любого из
этих видов разрушения - формулировка условия
разрушения в кончике трещины. Наиболее про-
сто это условие формулируется в теории квази-
хрупких трещин, когда пластическая деформация
считается сосредоточенной в тонком слое вблизи
поверхности трещины. Простейший вариант это-
го условия был предложен Дж. Ирвином, кото-
рый в конце 50-х годов XX в., изучив оптическими
методами напряженное состояние вокруг трещи-
ны, обосновал понятие коэффициента интенсив-
ности напряжений. Особое значение исследования
Дж. Ирвина заключается в том, что оно открыло
путь для анализа упругих напряжений в телах с
трещинами.
Для упрощения задачи ограничимся рассмот-
рением случая нормального отрыва. Напряженное
состояние у фронта трещины для упругого тела
полностью определяется коэффициентом интен-
сивности напряжений КГ Поэтому эта величина
лежит в основе силовых критериев линейной ме-
ханики разрушения. Первый критерий такого типа
предложил Дж. Ирвин для разрушения квазихруп-
ких тел.
Критерий Дж. Ирвина формулируется так: тре-
щина начинает распространяться в упругом теле,
когда значение коэффициента интенсивности на-
пряжений достигает некоторого критического для
данного материала значения.
Значение при достижении которого трещи-
на будет распространяться неустойчиво, является
константой материала, называемой вязкостью раз-
рушения или критическим коэффициентом интен-
сивности напряжений. Критический коэффициент
интенсивности напряжений при статическом при-
ложении нагрузки в условиях плоской деформа-
ции обозначается через К1с, а при обобщенном
плоском напряженном состоянии - через Ке
Таким образом, условие разрушения для тела с
трещиной имеет вид
= КХс или Kt = К. (6.27)
Следовательно, трещина, имеющаяся в детали
или элементе конструкции, расти не будет, если
Кх < Ки или < Ке
298
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.43. Разрушение плоского образца с трещиной:
а - поверхность разрушения; б - графики Кс и tjt
Коэффициент интенсивности К зависит от
нагрузки, размера трещины и геометрии детали.
Он определяется, как правило, теоретически с
использованием методов теории упругости, а ве-
личины АГ|с и Кс - экспериментально и при этом
являются постоянными материала, зависят от тем-
пературы, скорости деформации.
Измеренные значения величины К. существен-
но отличаются при изменении толщины образцов,
и это отличие связано с характером разрушения,
определяемым по внешнему виду поверхности из-
лома. Например поверхность разрушения плоско-
го образца с трещиной состоит из двух частей. Края
такого образца содержат губы среза, тогда как сред-
няя часть разрушается хрупко по плоской поверх-
ности, перпендикулярной к оси приложения на-
грузки (рис. 6.43, а). С увеличением толщины по-
лосы t возрастает доля хрупкого разрушения и
уменьшается величина параметра К. (рис. 6.43, 6).
По мере увеличения толщины полосы состояние
материала все более приближается к состоянию,
определяющему прямой вид излома, а значение
параметра Кс приближается к предельному мини-
мальному значению К}с (рис. 6.43, б), которое счи-
тается константой материала. Если полоса с тре-
щиной имеет излом в виде среза, вблизи трещины
сохраняется условие плоского напряженного состо-
яния. Условию плоского напряженного состояния
соответствует г /t>l. Это условие характеризует-
ся распространением пластической зоны на всю
толщину образца наличием плоскости излома под
углом 45° к направлению действующих нагрузок и
отсутствием элементов хрупкого излома. При этом
достигается наибольшая прочность материала.
Условие плоской деформации имеет вид
rv/t <1/5л , оно обычно выполняется для деталей
и образцов крупных сечений. Для таких образцов
характерны полностью хрупкий излом без среза и
наименьшая прочность.
Величину Кс можно использовать для расчет-
ных оценок прочности конструкций лишь тогда,
когда образцы из исследуемого материала имеют
толщину, равную толщине элементов конструкций.
Единицы измерения коэффициента интенсивно-
сти напряжений - ньютон на метр в степени 2/3 или
килограмм-сила на миллиметр в степени 2/3.
Величины Кс и А"|с с одной стороны характери-
зуют способность материала сопротивляться раз-
витию трещины, а с другой — входят в условия
разрушения, устанавливающие ту величину коэф-
фициента интенсивности напряжений, при кото-
ром наступает быстрый неконтролируемый рост
трещины.
Характеристики трещиностойкости Кс и К1с
определяют по результатам однократных статичес-
ких испытаний специальных образцов, с предва-
рительно нанесенной усталостной трещиной, на
трехточечный изгиб, внецентренное или осевое
растяжение. Для листового материала толщиной
от 2 до 10 мм лучше использовать плоские образ-
цы преимущественно с центральной трещиной
(рис. 6.44) при осевом растяжении. При этом ре-
комендуют следующие соотношения размеров:
/ = (0,15...0,25)6; В = (2,25...1,6)6; L = 3b; t =
= (O,15...O,25)Z>; R = 0,3b.
В процессе испытаний осуществляют запись ди-
аграммы РИ(сила Р - смещение берегов надреза V).
Критическое напряжение и критическая длина
трещины. Коэффициент запаса прочности. Методы
механики разрушения позволяют определить кри-
тическую длину трещины, при которой начинает-
ся ее нестабильный рост (при заданном значении
рабочего напряжения). Можно также найти кри-
тическое напряжение для элемента конструкции
с трещиной данной длины как напряжение, при
котором происходит немедленное разрушение.
Рис. 6.44. Плоский образец с центральной трещиной
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Запас прочности элемента конструкции опреде-
ляется как отношение критического напряжения
(при наличии трещины заданной длины) к рабо-
чему напряжению.
Остановимся более подробно на вопросах оп-
ределения критического напряжения и критичес-
кой длины трещины.
В качестве примера рассмотрим полосу конеч-
ной ширины (см. рис. 6.39, б). Для нее
К, = о(ла)'/3 F, (а); а = 2a/W .
В момент начала нестабильного роста трещи-
ны из условия (6.27)
К. = К. или К = К.
1 1с 1с
Следовательно, в этот момент
Отсюда находим
<6-28)
По формуле (6.28) можно найти критическое
напряжение ок для полосы (см. рис. 6.39, 6) с тре-
щиной данной длины при плоской деформации.
Аналогично, при обобщенном плоском напря-
женном состоянии
о =_______Ь______
“ (7w)'/2F,(a) •
(6.29)
Напряжения, действующие у вершины трещи-
ны, превышают предел текучести материала до
того, как достигается критическое состояние вслед-
ствие образования пластической зоны, в которой
теряют силу законы упругости и наблюдается уп-
рочнение материала. Наличие зоны, в которой
материал пластически течет, приводит при оцен-
ке момента разрушения к образованию ошибки.
Влиянием пластического течения в ряде случаев
можно пренебречь или внести поправку на обра-
зование пластической зоны, если размеры этой
зоны существенно малы по сравнению с длиной
трещины и толщиной материала.
Размер пластической зоны у вершины трещи-
ны можно определить из формулы (6.17), полагая
°, =ао.2 и - а) = г. Тогда получим
1 f a, Y
г = — —L-
2л|^ о02
В момент разрушения К = К и предельный
размер пластической зоны будет равен
2л^о0,
(6.30)
гдео02— условный предел текучести материала.
По формуле (6.30) можно определить предель-
ный размер пластической зоны в случае обобщен-
ного плоского напряженного состояния. Для слу-
чая плоской деформации предельный размер пла-
стической зоны
На рис. 6.45 показано расположение пласти-
ческой зоны у кончика трещины.
Для учета влияния пластической зоны в линей-
ной механике разрушения Дж. Ирвин предложил счи-
тать, что вершина трещины лежит на расстоянии г
от границы фактического разделения материала.
При определении критического напряженияв
случае плоской деформации по формуле (6.28) по-
правкой на пластическую зону /fv можно пренебречь,
так как она незначительна (см. выражение (6.31)).
В случае обобщенного плоского напряженно-
го состояния поправку на размер пластической
зоны следует учитывать. С учетом поправки на
пластическую зону формула (6.29) принимает вид
о.. =------тн--—; а =2(a+ r")/w ,,
п''2(« + <)'>(а) k ’ <6-32>
где г* определяется соотношением (6.30).
Рис. 6.45. Расположение пластической
зоны у кончика трешины
300
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рассмотрим пример. Пусть полоса выполнена из спла-
ва Д16 толщиной t = 2 мм; ширина полосы И/= 200 мм.
По результатам испытания образцов: о02 = 420 МПа,
К. = 56 МН/м3/!. По формуле (6.30) находим
2л о0 2
1 Г 56 Y
6,28^420 J
= 2,8-10 Зм = 2,8 мм.
Условию обобщенного плоского напряженного со-
стояния соответствует г* /г>1. В рассматриваемом слу-
чае это условие выполняется.
По формулам (6.21), (6.29), (6.32) найдены крити-
ческие напряжения ок для полосы при различных зна-
чениях а. По этим данным построен график зависимо-
сти ок от а (рис. 6.46).
Рис. 6.46. График зависимости критическо-
го напряжения ок от длины трещины а:
/ — без учета пластической зоны; 2 — с учетом
пластической зоны
При помощи графика, изображенного на рис. 6.46,
можно находить как критическое напряжение, так и кри-
тическую длину трещины ок. Задавая значение а, нахо-
дим <тк, а фиксируя напряжение о , получаем ак.
Аналогично решается вопрос об определении ок и
о. и для других образцов и элементов конструкций.
Рассмотрим вопрос об определении запаса
прочности конструкции. Фактический коэффици-
ент запаса прочности п элемента конструкции с
Рис. 6.47. График зависимости коэффициента п от дли-
ны трешины а
трещиной равен отношению критического напря-
жения с\ (при наличии трещины заданных раз-
меров) к рабочему напряжению о в данном эле-
менте конструкции, т. е. п = —.
о
Из условия прочности следует, что должно
выполняться соотношение
л>Н,
где [«] - требуемый коэффициент запаса проч-
ности.
Можно построить график зависимости факти-
ческого коэффициента запаса прочности от раз-
мера трещины (рис. 6.47) при заданном значении
рабочего напряжения о . Из этого графика следу-
ет, что коэффициент запаса прочности уменьша-
ется с увеличением размера трещины.
Способы, позволяющие замедлить рост уста-
лостных трещин. Главная цель механики разруше-
ния состоит в определении сопротивления рас-
пространению трещины материалов по испытани-
ям специального образца для того, чтобы оценить
сопротивление разрушению конструкции.
Большинство возможных причин разрушения
можно в значительной мере нейтрализовать вы-
бором материала, обладающего повышенной стой-
костью к разрушению. Ясно, что чем больше зна-
чение Kic (или Af), тем выше напряжение, при ко-
тором разрушится конструкция, и тем больше раз-
мер критического дефекта. Чем больше вязкость
разрушения, тем до большей длины может вырас-
ти трещина при данном рабочем напряжении.
Повышение надежности и работоспособности
материала с трещиной может быть достигнуто пу-
тем рационального выбора конструкций, преду-
сматривающего затруднение для распространения
трешины от мест возможного ее зарождения. На-
пример, представляется целесообразным создание
на пути развития трещины плоских щелей или плос-
ких включений более мягкого материала, которые
будут «гасить» распространяющуюся трещину.
Конструктивное решение детали в общем слу-
чае будет оптимальным, когда деталь как единое
целое состоит из ряда элементов, геометрические
размеры которых в направлении наиболее веро-
ятного распространения трешины будут меньше
критической длины трещины, зависящей от мак-
симального рабочего напряжения. Конструктор
может выбрать для детали соответствующий мате-
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
риал и конструктивно ее оформить так, чтобы за-
труднить продвижение трешины.
При эксплуатации изделия важно, чтобы не-
стабильный рост трещины начинался при как мож-
но большей длине трещины.
Пример расчета остаточной прочности элемента кон-
струкции при наличии концентратора напряжений и тре-
щины. Для изображенного на рис. 6.48 конструктивного
элемента вычислим остаточную прочность при наличии
в нем концентратора напряжений и трешины. Затем
сделаем вывод о прочности конструктивного элемента,
выполненного из материала Д16.
Рис. 6.48. Схема конструктивного элемента
Данные для расчета: характеристики материала Д16 -
критический коэффициент интенсивности напряжений
К = 84,4 МПа м|/2; условный предел текучести о (1, =
= 400 МПа; интенсивность нагружения ст = 140 МПа;
ширина элемента 2 W= 20 см; высота элемента 2h = 40 см:
толщина элемента t = 2 мм; радиус отверстия R = 1 см.
Рис. 6.49. График зависимости функции Ff от а
Таблица 6.15. Значения функции /"/(a) npuR/W=0,l
a/W c/R ^.(«) a/W c/R f.(«)
0,12 0,2 0,994 0,24 1,4 1,072
0,13 0,3 1,091 0,26 1,6 1,074
0,14 0,4 1,072 0,30 2,0 1,083
0,15 0,5 1,078 0,40 3,0 1,128
0,16 0,6 1,079 0,50 4,0 1,203
0,18 0,8 1,077 0,60 5,0 1,319
0,20 1,0 1,073 0,70 6,0 1,502
0,22 1,2 1,072 0,80 7,0 1,82
Для пластины с центральным круговым отверстием
зависимость коэффициента интенсивности напряжений
нормального отрыва Kt от произвольной интенсивнос-
ти нагружения и , приложенного к элементу, записы-
вается в виде
=Ft[a)o-Jna- а=— , (6.33)
W
где о начальная длина трещины; F,(a) - поправочная
функция, которая зависит от геометрии элемента и тре-
шины.
Для вычисления функции Ft (а) пользуются графи-
ком (рис. 6.49) и табл. 6.15 [521].
Коэффициент интенсивности напряжений Kt нормаль-
ного отрыва вычисляют в табличной форме (табл. 6.16).
По полученным данным строится график зависимо-
сти Kt от длины трешины а (рис. 6.50).
Для анализа напряженного состояния в окрестности
вершины трешины, где концентрация напряжений обус-
ловлена малым радиусом закругления вершины треши-
ны, используют формулы определения напряжений о,,
а, , .
Рис. 6.50. График зависимости коэффициента интен-
сивности напряжений Kt от длины трешины а
302
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
В случае нормального отрыва при плоском напря-
женном состоянии
_А_
(2лг)1/2
е
cos—
2
, . е . зеЛ
l-sin—sin— +•••
2 2 J
<jv
ef, . e . зеА
cos— 1 + sm—sm— + ...
2^ 2 2 J
e . e зе
COS —Sin—COS--h...
2 2 2
(6.34)
Используя формулы (6.34) и условие пластичности
Мизеса, определяют размер пластической зоны около
вершины трещины
——4—cos" —
2rajj;, 2
1 + 3sin —
2
(6.35)
где о0, - условие границы текучести материала.
В момент разрушения К{ = К.. Тогда предельный
размер пластической зоны при 6 = 0 можно определить
по формуле
К;
2л<^
(6.36)
В данном случае при К, = 84,4 МПа м'/2
г* = ——- = 7,086-10 3 м = 0,709 см.
2-Л-400"
Условию плоского напряженного состояния соответ-
ствует выражение -i- > 1.
t
r‘ _ 7,09
Для данного элемента у - q “3,54 > 1 _ усло-
вие выполняется.
Итак, в данном случае имеем излом в виде среза.
Таким образом, пластическая зона распространяется на
всю толщину образца, а элементы хрупкого излома от-
сутствуют. При этом достигается наибольшая прочность
материала.
Критическое напряжение определяется с учетом и
без учета пластической зоны.
Из условия Ирвина критерий развития трещины
нормального отрыва имеет вид Kt = Ке Итак, в момент
начала нестабильного роста трещины с учетом форму-
лы (6.33)
Кс=окл/тй^(а).
Тогда критическое напряжение без учета пластичес-
кой зоны можно определить по формуле
= (6.37)
з/л«/=;(«)
Результаты вычисления по формуле (6.37) при-
ведены в табл. 6.16 и на рис. 6.51.
Критическое напряжение с учетом пластической
зоны определяют по формуле
• _ К с • _а + гу
+ ’ <6-38>
где г определяется по формуле (6.36).
В табл. 6.16 и на рис. 6.51 приведены значения вели-
чины и* , вычисленные по формуле (6.38). Поправоч-
ная функция Ft (а ) определяется по графику (рис. 6.49)
или по табл. 6.15.
По результатам расчетов можно сделать вывод о проч-
ности данного конструктивного элемента. Трещина в
элементе распространяться не будет, если выполняется
условие Ирвина
Kt < К. (6.39)
В данном случае критерий Ирвина выполняется при
условии, что длина трещины в элементе будет не боль-
ше критической длины ак = 6,3 см.
Таблица 6.16. Результаты расчета остаточной прочности пластины
а F,(a) а, м • 10 2 л/ти , м1'2 МПа • м1 - м • 10г а 4-гл м • 1(Г2 ак * МПа а + г*, м • 1(Г2 а F,(a) 0*, МПа
м1'2
0,2 1,073 2 0,251 37,70 0,141 2,141 313,75 2,709 0,271 1,090 0,292 267,63
0,3 1,083 3 0,307 46,54 0,216 3,216 254,21 3,709 0,371 1,103 0,341 224,39
0,4 1,128 4 0,354 55,90 0.311 4.311 211,52 4,709 0,471 1,181 0,385 185,62
0,5 1,203 5 0,396 66,69 0,442 5,442 177,31 5,709 0,571 1,285 0,424 154,90
0,6 1,319 6 0,434 80,14 0 639 6,639 147,55 6,709 0,671 1,449 0,459 126,89
0,7 1.502 7 0,469 98 62 0,967 7,967 119,88 7,709 0,771 1,727 0,492 99,33
0,8 1,820 8 0,501 127,6 1,621 9,621 92,54 8,709 0,871 - - -
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
Рис. 6.51. Зависимость критического напряжения от
длины трещины:
7 - без учета пластической зоны вблизи вершины; 2-с учетом
пластической зоны
Коэффициент запаса прочности п конструктивного
элемента определяется как отношение критического
напряжения к рабочему напряжению:
п = п = > [и]. (6.40)
Например, при а = 4 см =211,53 МПа, п =
Некоторыми исследователями на основе раз-
личных физических представлений получены за-
висимости скорости роста трещины от числа цик-
лов приложенного напряжения и длины трещи-
ны. Недостатком этих зависимостей является то,
что они удовлетворительно описывают лишь ка-
кие-то определенные участки кривых роста уста-
лостных трещин и не носят общего характера.
С развитием механики разрушения стало возмож-
ным рассмотреть процесс роста усталостных тре-
щин с общих позиций. Было установлено, что
скорость роста трещины является функцией ко-
эффициента интенсивности напряжений К.
Было предложено несколько зависимостей,
связывающих между собой скорость роста трещи-
ны v и коэффициент интенсивности напряжений.
Наибольшую известность получили:
уравнение Периса
и = С1(ДК)л; (6.41)
уравнение Эрдогана
v = СгК^ (дк)" = сгк^ (1 - г)"; (6.42)
уравнение Формана
211,53
140
= 1,51.
(1-г)Кс-ДК’
(6.43)
Остаточная долговечность конструкции с трещи-
ной. Напряжения, возникающие в деталях машин
в процессе эксплуатации, в большинстве случаев
переменны во времени. Если уровень переменных
напряжений превышает определенный предел, то
в материале детали протекает процесс постепен-
ного накопления повреждений, приводящих к об-
разованию трешины, ее развитию и окончатель-
ному разрушению детали. Этот процесс называют
усталостью материалов, а соответствующее раз-
рушение - усталостным.
Проблема предотвращения усталостных разру-
шений весьма актуальна в авиации, где аварии
вследствие разрушения ответственных деталей ве-
дут к катастрофическим последствиям.
Многочисленными исследованиями установле-
но, что зарождение трешины усталости в образ-
цах с надрезом при напряжениях ниже предела
текучести происходит после небольшого числа
циклов нагружения, составляющих 3-10 % обшей
долговечности, следовательно, долговечность об-
разцов и деталей машин практически определяет-
ся скоростью роста макротрещины.
где К= Kt; = Kms>, - Л\п; и ЛГтй) - коэффици-
енты интенсивности напряжений соответственно при
максимальной и минимальной нагрузках цикла; г -
коэффициент асимметрии цикла; Ср С2, С3, т, п -
экспериментально определяемые константы.
Усталостная трещина, возникающая при цик-
лическом нагружении, или любой другой началь-
ный дефект конструкции будут расти при даль-
нейшем циклическом нагружении до тех пор, пока
они не достигнут критического размера, после чего
в соответствии с законами механики разрушения
начнется их быстрое распространение до катаст-
рофического разрушения. Как правило, время
роста возникшей усталостной трещины или су-
ществовавшего дефекта до критического размера
составляет значительную часть времени полезно-
го использования конструкции.
Диаграмма циклической трещиностойкости ма-
териала. В настоящее время общепринято пред-
ставлять экспериментальные данные о развитии
усталостных макротрещин в материалах в виде
диаграмм усталостного разрушения материала,
называемых также диаграммами циклической тре-
304
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.52. Диаграмма циклической трещи нестойкости
материала
щиностойкости материала, которые изображают
зависимость скорости роста трещины v от разма-
ха коэффициента интенсивности напряжений за
цикл AX' или его максимального значения Ктт..
Диаграмма, построенная в логарифмических ко-
ординатах (рис. 6.52), состоит из двух криво-
линейных участков (7, 5) низких (обычно v <
< 10 s м/цикл) и высоких (обычно v >10 6 м/цикл)
скоростей роста трешины и среднего участка (2),
аппроксимируемого прямой.
При знакопеременном цикле нагружения ди-
аграмму разрушения строят по К^.
Поскольку коэффициент асимметрии цикла г
остается во время испытаний постоянным, то ди-
аграммы усталостного разрушения, построенные
на базе AX' и Х'1пах[дх^ = (l-r)X'nui[], эквивалентны
и различаются лишь масштабом по оси абсцисс.
Диаграмма усталостного разрушения дает наи-
более полную информацию о сопротивлении раз-
витию трещины материала при циклическом на-
гружении. По ней устанавливают следующие ос-
новные характеристики усталостной трещиностой-
кости материала:
пороговый коэффициент интенсивности напря-
жений Klh - максимальное значение наибольшего
коэффициента интенсивности напряжений цик-
ла, при котором трещина не развивается на про-
тяжении заданного числа циклов;
критический коэффициент интенсивности на-
пряжений (циклическая вязкость разрушения)
KfC - значение наибольшего коэффициента ин-
тенсивности напряжений цикла, при котором на-
ступает долом образца;
К' и п - параметры зависимости, м/цикл,
^ = 10“7(/Г1И„/Г)", (6.44)
аппроксимирующей средний участок диаграммы
усталостного разрушения.
Дополнительными характеристиками трещино-
стойкости материала при циклическом нагруже-
нии являются значения наибольшего коэффици-
ента интенсивности напряжений цикла, опреде-
ляющие начало (А, 2) и конец (К2 3) среднего уча-
стка диаграммы усталостного разрушения.
Выбор параметров л и АГ в качестве основных
характеристик обусловлен тем, что с их помощью,
независимо от значений Kth и К/с, можно описать
средний участок диаграммы усталостного разру-
шения, исследованием которого, как наиболее
важного с прикладной точки зрения, ограничива-
ются в большинстве случаев.
Использование же уравнений (6.41)-(6.43) для
описания диаграммы усталостного разрушения
менее целесообразно, так как коэффициенты Ср
С2, С3 не являются самостоятельными величина-
ми и поэтому не могут быть характеристиками
материала. В выражении (6.44) параметры пиК"
являются самостоятельными характеристиками
циклической трещиностойкости материала. Пара-
метр К’ имеет четкий физический смысл наиболь-
шего коэффициента интенсивности напряжений
цикла при скорости роста трещины 10 7 м/цикл.
Скорость v = 107 м/цикл находится всегда в пре-
делах среднего участка всех известных диаграмм
усталостного разрушения.
Для аналитического описания диаграммы ус-
талостного разрушения в полном диапазоне из-
менения К (К,. < К < Кгг) можно использовать
max' tn max jc '
уравнение
к
n max
(6.45)
Если значения Kr/i и KfC известны, то принима-
ют X-* = KlhH K'fl = Kfe. В противном случае
величины K*h и K*fC определяют вместе с посто-
янными и q.
На основании диаграмм усталостного разру-
шения устанавливают характеристики цикличес-
кой трещиностойкости материалов, по которым
проводят выбор материалов для конструкций,
6.3. Прочность и долговечность элементов авиационных конструкций при наличии повреждений
делают оценку влияния условий эксплуатации на
работоспособность материалов. По таким диаг-
раммам можно определить долговечность конст-
рукций с трещиной, т. е. число циклов до разру-
шения.
Определение остаточной долговечности элемен-
та конструкции с трещиной. В отличие от обычных
подходов к расчетам на усталость здесь рассмат-
ривается стадия роста усталостной трещины, а
стадия возникновения усталостной трещины во
внимание не принимается. Следовательно, пред-
полагается, что в элементе конструкции либо при-
сутствуют начальные трещины, либо возникают
трещины на раннем этапе эксплуатации.
Таким образом, основная задача состоит в том,
чтобы охарактеризовать кинетику роста усталост-
ной трещины и оценить ожидаемый срок службы.
В основу расчета долговечности образца поло-
жим формулу (6.44). Учитывая, что и = da/dN, эту
формулу представим в таком виде:
^ = 10-7(^/r)", (6.46)
где N- число циклов; а - длина (полудлина) тре-
щины.
Уравнение (6.46) является дифференциальным
уравнением развития трещины. Оно связывает
между собой размер трещины а и число циклов
N. Чтобы проинтегрировать уравнение (6.46) пе-
репишем его в такой форме:
птах
Интегрируя это уравнение, получаем
a ( * V'
/V - /V = 107 f — da , (6.47)
где начальная длина трещины, соответствую-
щая числу циклов /V(l; а, - критическая длина тре-
щины, соответствующая числу циклов в момент
разрушения Л7к.
Для дальнейшего необходимо конкретизировать
форму конструктивного элемента или образца.
В качестве примера возьмем полосу с цент-
ральной трешиной при одноосном растяжении
(рис. 6.39, б). В этом случае
К, = ^(ла)172 F, (а); а = 2a/W ,
где функцию ^(а) получаем из соотношения
(6.21).
В случае переменных напряжений
Кипах = = фа)'12 F, (а). (6.48)
Подставляя (6.48) в (6.47) и переходя к пере-
менной интегрирования а, имеем
N - N = ю7[ — I -Ц — У Г -
Л"(«)
(6.49)
где
2а0 2ак
а0 = —й; ак = —-.
0 W ’ к W
Разность (NK~N0) представляет собой остаточ-
ную долговечность элемента конструкции с тре-
шиной.
Интеграл, входящий в выражение (6.49), вы-
числить в замкнутом виде невозможно. Поэтому
для вычисления этого интеграла следует приме-
нить одну из квадратурных формул (например
формулу Симпсона).
Обычно основная часть долговечности (срок
службы) приходится на начальный период роста
трещины. По мере развития трещины происходит
увеличение скорости роста, так что на стадию
быстрого роста остается лишь небольшая часть
срока службы.
Пример определения остаточной долговечности элемен-
та конструкции. Определим число циклов до разруше-
ния (остаточную долговечность) и проанализируем со-
стояние элемента при вариации начальной длины тре-
щины для конструктивного элемента при наличии кон-
центратора напряжений и трещины (см. рис. 6.48), на
который действует асимметричный цикл нагрузки.
Данные для расчета: материал Д16; механические
характеристики материала критический коэффициент
интенсивности напряжений Кс = 84,4 МПа м|/2, услов-
ный предел текучести о 02 = 400 МПа, наибольший ко-
эффициент интенсивности напряжений цикла при ско-
рости распространения трещины 10 7 м/цикл К' =
— 92,3 МПа • м1/2, параметр п = 4; коэффициент асим-
метрии цикла г = 0,33; максимальная интенсивность на-
гружения О11шх = 140 МПа; ширина элемента 2 W= 20 см;
высота элемента 2h = 40 см; толщина элемента t = 2 мм;
радиус отверстия R = 1 см.
20 8-470
306
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Критическую длину трещины ак определим из условия
разрушения Ирвина, когда Kt = Кс (см. рис. 6.50).
В данном случае = К. = 84,4 МПа, ак = 6,3 см, ак = 0,63.
Используя формулу Симпсона, вычисляем интеграл,
который входит в выражение (6.49). Введем обозначение
f (а) = —-3-----.
V ) а»'2/г"(а)
Тогда
= «к а°{/(а0)+/(а8) + 2[/(а2)+/(а4)+у(а6)]+
5т
+4[/ («! ) + f («3 )+f («5) + f (а7 )]}>
(6.50)
где т = 8, т + 1 - число узловых точек, в которых изве-
стны значения подынтегральной функции f (а).
Для вычисления поправочной функции F\ (а), ко-
торая зависит от геометрии элемента и трещины, вос-
пользуемся графиком (см. рис. 6.49) и табл. 6.15. Вы-
числения запишем в табличной форме.
Так, для начальной длины трещины а = 1,3 см, по-
лучим результаты, приведенные в табл. 6.17.
Подставляя значения /(сс) в выражение (6.50), вы-
числим интеграл
Таблица 6.17. Параметры для расчета функции f (а)
i Qi, CM «1 II s' М«) f (a) = —77“ a F,"(a)
0 1,300 0,130 1,091 41,8
1 1,925 0,193 1,075 20,2
2 2,550 0,255 1,074 11,6
3 3,175 0,318 1,091 7,0
4 3,800 0,380 1,119 4,4
5 4,425 0,443 1,158 2,8
6 5,050 0,505 1,203 1,9
7 5,675 0,568 1,284 1,1
8 6,300 0,630 1,374 0,7
j /(ара = 0,63 -13[41,8 + 0,7 + 2(11,6+4,4 + 1,9)+
о.1з 3-8
+4(20,2 + 7,0 + 2,8 +1,1)] = 4,22.
После вычисления значения интеграла определим
число циклов, которое выдержит данный конструктив-
ный элемент до разрушения:
/VK-/V() = 1O7
92,3
140х/л
4,22 = 1,62 • 107 циклов.
Аналогичные вычисления будем иметь и при других
значениях начальной длины трешины в„.
6.4. МНОЖЕСТВЕННОЕ РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИИ
Принцип «безопасного разрушения» (допусти-
мости повреждений) предусматривает возможность
эксплуатации изделий авиационной техники с кон-
тролируемыми повреждениями (усталостные тре-
щины, коррозионные повреждения, забоины)
[589]. Так, в нормативных документах по обеспе-
чению и поддержанию конструктивной летной
годности воздушных судов указывается, что осо-
бое внимание при анализе допустимости повреж-
дений, оценке живучести и выносливости конст-
рукций, работающих в условиях циклического
нагружения, необходимо уделять многоочаговому
повреждению [4]. Многоочаговое повреждение
(МП) трактуется как «совокупность небольших,
расположенных близко друг от друга трещин, ко-
торые могут внезапно объединиться в одну длин-
ную трещину, что приведет к снижению остаточ
ной прочности конструкции ниже допустимого
уровня» [360]. Аналогичные подходы справедли-
вы и по отношению к авиационным ГТД, особен-
но для конструктивных элементов, работающих в
условиях малоциклового нагружения, и характер
эксплуатационной поврежденности которых соот-
ветствует многоочаговой [89, 192, 401, 798].
Таким образом, МП обусловлено процессами
накопления и роста рассеянных коротких трещин
(КТ) - повреждений, которые могут скачкообраз-
но укрупняться за счет объединения с близлежа-
щими повреждениями (некритическое объедине-
ние). При повышенных значениях концентрации
трещин за счет массового их объединения дости-
гается предельное состояние конструкции - вне-
запное формирование трещины критической дли-
ны (критическое объединение). Такое разрушение
называется множественным [87]*. Учитывая осо-
* В работе |534| применительно к полимерным ма-
териалам используется термин «дисперсное разрушение».
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
307
бенности этого вида разрушения, а также его оп-
ределяющее значение при оценке ресурса многих
ответственных авиационных конструкций, рас-
смотрим данную проблему более подробно.
6.4.1. Характерные особенности
множественного разрушения материалов
В общем случае множественное разрушение (МР)
характеризуется наличием рассеянных на поверх-
ности или в объеме материала дефектов сплошнос-
ти малых размеров. Экспериментальные наблюде-
ния общих проявлений МР позволили обнаружить
их характерные особенности, которые являются об-
щими и не зависят от условий нагружения и типа
материала. Это - стадийность, масштабность, ав-
томодельность процесса накопления рассеянных
дефектов и неоднородность их размеров.
Стадийность. Известно, что процессы повреж-
даемости во времени происходят постадийно от
субмикроскопического до макроскопического раз-
мерного уровня. Например, при усталости выде-
ляются три основные стадии разрушения [385]:
стадия до возникновения малых (коротких)
трещин;
стадия образования и распространения КТ;
стадия формирования и развития макротреши-
ны до критической длины.
В приведенной классификации стадия до воз-
никновения КТ объединяет процессы локального
пластического деформирования, формирования
неоднородного поля внутренних микронапряжений,
зарождения и развития субмикроскопических дефек-
тов. Достаточно обстоятельно механизмы этих про-
цессов изучены в рамках физики прочности [118].
Особенностью стадийности МР является то, что
на каждой из стадий повреждаемости реализуют-
ся процессы зарождения, распространения и объе-
динения рассеянных дефектов. Различаются только
масштабы (размерные уровни), в пределах кото-
рых происходят эти реализации [86].
Масштабность. Каждой стадии МР присущ
определенный масштаб (размерный уровень), в
пределах которого локализуется разрушение. Мож-
но выделить несколько физически обоснованных
масштабов поврежденности [118], однако с инже-
нерной точки зрения наибольший интерес пред-
ставляют характерные масштабы разрушения, свя-
занные с размерными уровнями трещин.
В общем случае трещины классифицируются в
зависимости от их размеров на малые (короткие)
и большие [385, 518].
Малые трещины, в свою очередь, делят на два
класса:
микротрещины, размер которых сравним с раз-
мером структурных составляющих материала и
соответствует 1-10 мкм;
физически малые трещины, развивающиеся в
большинстве случаев в поверхностном слое и име-
ющие размеры 102—103 мкм.
Когда трещины, преодолев поверхностный
слой, проникают вглубь материала, они перехо-
дят в разряд больших и развиваются далее как
макротрешины. Короткие трешины размером 10-
103 мкм называют еше микрометровыми (МТ) [385].
Этот класс трещин представляет наибольший ин-
терес в инженерном приложении МР.
Автомодельность. Процессы называются авто-
модельными (подобными), если их безразмерные
параметры, характеризующие явление, сохраняют-
ся неизменными с течением времени. Такие про-
цессы отличаются лишь абсолютными величина-
ми (физические, механические, геометрические
параметры и т. д.), характеризующими разные их
особенности [49].
Впервые предположение о подобии МР твер-
дых тел было выдвинуто при обосновании уни-
версальности концентрационного критерия разру-
шения [399, 429]. Данный критерий определяется
отношением среднего расстояния между дефекта-
ми в системе к среднему размеру дефектов. При
критической плотности повреждений осуществля-
ется их массовое объединение и за счет этого про-
исходит укрупнение дефектов. Значение критичес-
кой величины концентрационного критерия прак-
тически не зависит от вида материала, условий
приложения нагрузки и масштабного уровня де-
фектов. Постоянство концентрационного крите-
рия однозначно связано с критическим значени-
ем плотности трещин, определяющим среднее
расстояние между дефектами. Таким образом, ус-
ловия предельных состояний при МР являются
автомодельными, т. е. подобными самим себе.
Концепция автомодельности МР, касающаяся
не только предельной концентрации, но и подо-
бия характеристик неоднородности размеров рас-
сеянных дефектов, отражена в работах [86, 87].
Авторы обобщили экспериментальные данные о
распределении количества дефектов по размерам,
308
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
полученные для различных материалов и при раз-
личных видах нагружения. Данные распределения,
построенные в относительных координатах, прак-
тически совпадают и могут быть описаны обобщен-
ной функциональной зависимостью. Таким обра-
зом, имеет место масштабная инвариантность, на-
зываемая скелингом и связанная с независимостью
кривой распределения от выбранного масштаба.
Подобие размерной неоднородности имеет
большое практическое значение. Например для
таких дефектов, как поверхностные КТ, скелинг
кривых распределения их количества по длинам
означает, что при известных зависимостях пара-
метров приведения этих кривых от времени и по-
казателей нагруженности можно рассчитывать
количество трещин заданного размера на любом
этапе наработки.
Неоднородность размеров. Качественно и коли-
чественно неоднородность размеров рассеянных
дефектов можно охарактеризовать распределени-
ем их количества по размерам.
Как уже отмечалось выше, МР реализуется в
виде процессов зарождения, распространения и
слияния трещин. Естественно, что в любой фик-
сированный момент времени на поверхности ма-
териала будут присутствовать трещины различной
длины - те, которые возникли на более раннем этапе
нагружения, уже успели подрасти, а недавно обра-
зованные имеют относительно небольшие разме-
ры. Распределения количества трещин по разме-
рам, построенные для различных этапов нагруже-
ния, характеризуют особенности процесса повреж-
денности, связанные с размерными показателями
дефектов. Это дает возможность оценивать долю
трещин с малыми или большими длинами.
Анализ приведенных в литературных источни-
ках статистических распределений размеров по-
вреждений разных видов (трещины, поры и т. п.)
показал, что имеются характерные особенности,
присущие практически всем кривым эмпиричес-
ких распределений. Это максимум количества де-
фектов в области их наименьших размеров и экс-
поненциальное л°=ехр(-/) [308, 496, 526, 836] или
гиперболическое ««=/'“ [87] уменьшение количе-
ства дефектов п при увеличении их размеров /.
Такая общность распределений свидетельствует о
наличии определенной фундаментальной законо-
мерности процессов множественного разрушения.
Эмпирические распределения подобного типа
могут относиться к экспоненциальному, логариф-
мически нормальному или вейбулловскому рас-
пределениям. Так, для описания распределения
размеров дефектов в сварных швах экспоненци-
альное, логнормальное и гамма-распределения
давали практически одинаковый результат [526].
В работах [226, 526, 848] показано, что эмпири-
ческие распределения размеров усталостных по-
верхностных трещин удачно аппроксимируются
логнормальным и вейбулловским распределения-
ми. Например, логарифмически нормальный за-
кон распределения размеров фрагментов горных
пород при дроблении обоснован теоретически
[260], а разрушение горных пород определяется
процессами множественного разрушения [86,591].
Таким образом, имеющиеся экспериментальные
и теоретические исследования позволили выявить
следующие фундаментальные особенности МР:
а) данный вид разрушения проявляется при
многих видах нагружения, характерен для отлича-
ющихся по свойствам материалов и последователь-
но реализуется на различных размерных уровнях;
б) основная характеристика МР распределе-
ние количества дефектов по их размерам, причем
кривые данного распределения являются подоб-
ными для различных видов нагружения, материа-
лов и масштабов.
Как было отмечено выше, к одному из важ-
нейших для инженерной практики аспектов МР
конструкционных материалов относится поведе-
ние микрометровых поверхностных трещин.
Стадия МР, характеризуемая зарождением и
распространением МТ, составляет значительную
долю общей усталостной долговечности конструк-
ционных материалов. При малоцикловом нагру-
жении МТ зарождаются после нескольких первых
циклов деформирования [526]. Наблюдения за
поверхностью образцов из никелевого сплава
IN738LC при малоцикловом нагружении показа-
ли, что первые трещины длиной до 0,1 мм появи-
лись после 10 циклов нагружения (5 % общей дол-
говечности), а трещины длиной до 0,34 мм имели
место уже после 20 циклов [798]. В переходной
области от малоцикловой к многоцикловой уста-
лости стадия до зарождения поверхностных тре-
щин размером порядка 50 мкм составляет 5-15 %
общей долговечности [206].
Особенности развития индивидуальных МТ от-
носятся к отдельной проблеме механики усталост-
ного разрушения [385, 789], однако при описании
МР представляет интерес поведение системы рас-
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
309
сеянных дефектов. Наблюдения показывают, что
некоторые зародившиеся трещины могут быть не-
распространяющим ися, часть растет стабильно, но
со значительным разбросом скоростей, некоторые
существенно ускоряют свой рост из-за объедине-
ния с соседними трещинами [105, 457, 769]. Это
свидетельствует о том, что скорость роста МТ яв-
ляется случайной величиной и поэтому описание
поведения системы рассеянных трещин необходи-
мо осуществлять в вероятностном аспекте.
Таким образом, основными факторами, харак-
теризующими поврежденность реальных конструк-
ций при МР, являются количество и размеры рас-
сеянных МТ, а обобщающей характеристикой -
распределение их длины. Зависимости числовых
характеристик такого распределения от времени
дают возможность определять функцию распре-
деления ресурса без введения дополнительного
параметра меры поврежденное™, причем как
сам процесс накопления повреждений, так и пре-
дельные состояния в этом случае имеют конкрет-
ное физическое толкование.
6.4.2. Прогнозирование ресурса
при множественном разрушении
Из представленного выше материала следует,
что при МР реализация предельного состояния,
связанного с формированием трещины недопус-
тимых размеров, может осуществляться по двум
механизмам.
I. За счет подрастания одной из МТ в системе
рассеянных дефектов до пороговой длины I,, нор-
мативно обоснованной как предельно допустимый
размер дефекта в конструкции.
2. Путем случайного объединения двух или не-
скольких близко расположенных дефектов в системе
рассеянных МТ с внезапным образованием опасной
трещины длиной, близкой или превышающей /,.
Рассмотрим методологию прогнозирования ре-
сурса конструкций при МР с учетом реализации
предельного состояния по первому механизму.
В классической постановке задача вероятаост-
ного прогнозирования предельного состояния сво-
дится к определению функции распределения на-
работки до этого предельного состояния функции
распределения ресурса изделия [79]. Для решения
этой задачи при развитой системе рассеянных на
поверхности нагруженного материала неоднород-
ных по размерам трещин необходимо располагать
информацией о статастическом распределении дли-
ны таких трещин в любой момент времени t. Плот-
ность распределения f^l j) длины трещины / яв-
ляется базовой характеристикой размерной неодно-
родности дефектов и на ее основе решаются следу-
ющие задачи (рис. 6.53).
1. Вероятностная оценка реализации предель-
ного состояния в момент контроля
(651)
где Р {/>/,[/} - вероятность реализации предель-
ного состояния в момент времени t = t \ lt - пре-
дельная длина трещины, которая соответствует
начальной длине макротрешины либо устанавли-
вается директивно из соображений безопасности
конструкций.
Рис. 6.53. Схема вероятностного прогнозирования остаточного ресурса при МР
Г + 7Г
Времяt
310
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
2. Вероятностная оценка ресурса
F, (Т-l.) = T)dl, (6.52)
где FT(T;l,) - функция распределения ресурса Т
до образования трещины предельного размера /..
3. Прогнозирование остаточного ресурса.
Пусть при контроле выявлены плотность веро-
ятности длины трещины fifj'o') и математическое
ожидание т, длины трещины в момент времени
t = t'. Необходимо определить условную функ-
цию плотности распределения длины трещины
на предстоящий период времени т
при условии, что при t = t’ имеет место /,(/';/).
Тогда остаточный ресурс Тг определится из усло-
вия пересечения прогнозируемой плотности ве-
роятности с заданным предельным уровнем I. (см.
рис. 6.53). Функция распределения остаточного
ресурса Тг
Ет(Тг-,1й = ]щ--,1'+Тг\1'л')(11. (6.53)
4
Для реализации данного подхода необходимо
решить задачи, связанные с теоретическим обо-
снованием и экспериментальным подтверждени-
ем распределений длины рассеянных поверхност-
ных трещин, а также располагать информацией о
кинетике зарождения и распространения МТ при
различных условиях нагружения.
6.4.3. Множественное разрушение
никелевого сплава при малоцикловой усталости
Результаты экспериментальных исследований МР
широко используемого в авиадвигателестроснии
хромоникелевого сплава ЭИ698ВД при малоцикло-
вом отнулевом нагружении показывают, что обра-
зование и распространение рассеянных МТ явля-
ются доминирующими процессами повреждаемос-
ти вплоть до полного разрушения [219]. На поверх-
ности происходит непрерывное зарождение новых
и рост уже имеющихся МТ. Первые трещины обра-
зуются на ранней стадии нагружения и практически
весь период долговечности сплава (85...98 %) связан
с развитием системы рассеянных МТ.
Для всех режимов малоциклового нагружения
зависимости поверхностной плотности трещин f
от числа циклов нагружения N аппроксимируют-
ся линейными функциями
f = v + nN ,
(6.54)
где v и ц - коэффициенты, значения которых
для различных режимов нагружения приведены в
табл. 6.18.
Таблица 6.18. Значения коэффициентов функции (6.54)
№ п/п Температура испытаний, °C Максимальное напряжение в цикле, МПа V , мм "2 И» мм-2 • ПИКЛ-1
1 20 1000 0,2331 2,0816 - 104
2 20 1100 0,5967 7,8- 10^
3 20 1150 1,7717 1,0234 - 10 3
4 400 980 -0,2598 4,202 10"
5 600 850 -1,0038 6,4923 • 10“3
6 600 950 3,0802 6,804 10J
Зависимость (6.54) свидетельствует об однород-
ном точечном пуассоновском потоке зарождения
поверхностных трещин с постоянной интенсив-
ностью ц. Повышение температуры приводит к
интенсификации процессов образования трещин.
С увеличением максимального напряжения в цикле
интенсивность трещинообразования повышается.
Результаты экспериментальных исследований
поведения МТ при малоцикловой усталости сплава
ЭИ698ВД свидетельствуют о значительной неод-
нородности их кинетики, в том числе и возмож-
ным прекращением роста сразу после зарождения
либо по истечении определенной наработки. Рост
поверхностных трещин характеризуется значитель-
ным разбросом значений скорости (рис. 6.54).
Показательное распределение скоростей роста
МТ характерно для всех режимов испытаний
(рис. 6.55). Следовательно, для значительной доли
имеющихся на поверхности трещин присущи от-
носительно малые по значению скорости, в том
числе и равные нулю.
Согласно экспериментальным исследованиям
размерной неоднородности поверхностных МТ для
различных режимов малоциклового нагружения,
а также и при статическом растяжении сплава
ЭИ698ВД большинство эмпирических гистограмм
распределения количества трещин по их длинам
описываются логарифмически нормальным и гам-
ма-распределением. Правый «хвост» эмпиричес-
ких распределений удовлетворительно аппрокси-
мируется показательным законом распределения.
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
311
i5
§
$
t
о
о
ф
о.
о
о
I
Рис. 6.54. Значения скорости распространения поверхностных трещин в зависимости от их длины при малоцикло-
вом отнулевом нагружении сплава ЭИ698ВД (а - Т = 20 °C; °max = 1100 МПа; N = 1000 циклов; б - Т = 20 °C;
°тм = 1000 МПа; ^ = 2000 циклов)
При совмещении всех полученных распреде-
лений точки эмпирических гистограмм в относи-
тельных координатах достаточно тесно группиру-
ются между собой и укладываются в узкую полосу
разброса (рис. 6.56). Тем самым подтверждается
автомодельность распределения размеров дефек-
тов как фундаментальное свойство поврежденно-
сти при МР, о чем говорилось выше.
Зависимости математического ожидания (МО)
и среднеквадратичного отклонения (СКО) длины
трещины для исследуемых режимов нагружения
сплава ЭИ698ВД линейно зависят от числа цик-
лов нагружения, причем зависимости МО и СКО
практически эквидистантны. Это обусловливает
инвариантность значения коэффициента вариации
(КВ) длины трещины (0,53) по отношению к па-
раметрам малоциклового нагружения.
Следует отметить, что из-за сложностей мето-
дического характера получение системных экспе-
риментальных данных по размерной неоднородно-
сти дефектов, охватывающих широкую номенкла-
туру материалов, условий нагружения, различную
масштабность повреждений и фактор времени, яв-
ляется проблематичным. В этой связи для реше-
ния практически важных задач прогнозирования
предельного состояния, связанного с формирова-
Рис. 6.55. Экспериментальные гистограммы и расчетные распределения количества поверхностных трещин по ско-
ростям роста для различных условий малоциклового отнулевого нагружения сплава ЭИ698ВД (а - Т = 20 °C;
и =1100 МПа; ^= 1000 циклов; б- Т= 400 °C; о = 980 МПа; 2000 циклов)
шах них
312
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.56. Обобщение экспери-
ментальных распределений дли-
ны трещины, нормированной к
ее математическому ожиданию тг
при малоникловом нагружении
(/ 8) и деформировании растяже-
нием (9-11):
1- °тах = 1000 МПа, 7V= 2000 цик-
лов, Т= 20 °C; 2 Отах = 1000 МПа.
W = 10 000 циклов, Т = 20 °C; 3
°|тшх =1100 МПа, N = 500 циклов,
Т= 20 °C; 4- 0тах =1100 МПа, N =
= 1500 циклов, Т= 20 °C; 5- Отах =
= 1150 МПа, 2V= 500 циклов, У=20°С;
6- Onux = 980 МПа, W = 2000 цик-
лов, Т= 400 °C; 7- Отах = 980 МПа.
N= 5000 циклов, Т = 400 °C; 8- =
= 950 МПа, N= 200 циклов, Г= 400°C;
9- Ер = 9,95 %. Т= 20 °C; 10 - Ер =
= 12 %, Т= 20 °C; 11 - Ер = 12,52 %,
Т= 400 °C
нием трещины недопустимого размера, необходимо
располагать адекватными математическими моде-
лями, описывающими размерную неоднородность
дефектов в виде статистических распределений.
6.4.4. Стохастические модели
неоднородности длин микрометровых трещин
Большинство существующих подходов к тео
ретическому обоснованию размерной неоднород-
ности рассеянных трещиноподобных дефектов ба-
зируется на стохастических моделях распростра-
нения индивидуальной трешины [78, 226, 427, 709,
767]. Главным недостатком таких подходов явля-
ется требование обязательного стационарного ро-
ста каждой трещины, что, как следует из пред-
ставленных выше результатов, не соответствует ре-
альной картине поврежденности.
Нерегулярный характер роста поверхностных
трещин наглядно иллюстрируется зависимостями
их длины от числа циклов нагружения при мало-
цикловом нагружении (рис. 6.57).
Для того чтобы описать весь возможный спектр
кинетики роста для системы трещин, следует рас-
сматривать их скорость как случайную величину
с областью значений от 0 (нераспространяюшие-
ся трещины) до оо (мгновенное разрушение) [223].
При этом выделяется стационарный и нестацио-
нарный рост МТ. Формирование неоднородности
размеров рассеянных дефектов при стационарном
и нестационарном их распространении описыва-
ется различными моделями [224, 225, 747].
Стохастические модели формирования неодно
родности длин рассеянных трещин позволяют по-
лучать распределения длины трешины в фиксиро
ванный момент времени tc учетом параметров ки-
нетики их накопления (интенсивности зарожде-
ния р) и распространения (скорости роста /г).
Плотность распределения длины трещин при
их стационарном росте и различном характере на-
копления определялась соотношениями [224]
f(l:t) = pj h ' fh(h)dh при ц = const; (6.55)
Hi
f(ld)=-
t
J h-'f„(h)dh--] h'f,(h)dh
III t III
при p(z) =ar,
(6.56)
где fh(h) - плотность распределения скоростей
роста трешин.
На основании (6.55) и (6.56) моделировалось
влияние различных распределений скорости тре-
щин h на распределение их длины /. Для равно-
мерного и гамма-распределений Л получено шесть
отличающихся друг от друга выражений плотнос-
ти вероятностей длины трещины, которые пред-
ставлялись в виде распределений относительного
параметра Х = Пт1, где т, - МО длины трещины
(табл. 6.19).
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
313
Рис. 6.57. Изменение длины поверхностных трещин при малоцикловом нагружении сплава
IN738LC (Т = 850 °C; е = ±0,6 %); обозначение х - прирост длины из-за объединения тре-
шины с соседней [798]
Расчеты показали, что статистическая неодно-
родность длин трещин, представленная в виде рас-
пределений относительного параметра 7. (табл. 6.19),
характеризуется независимостью данных распре-
делений от времени, а при Л > 1,5 - совпадением
всех полученных кривых g(X) с зависимостью
£(Л) = ехр(-Л).
Таким образом, при стационарном росте тре-
щин независимо от типа распределения скорости
и интенсивности их накопления распределение
длины трещины инвариантно по отношению ко
времени и аппроксимируется функцией экспонен-
циального типа. Полученный на основании раз-
работанной модели результат согласуется с гипо-
тезой об автомодельности кривых распределений
размеров дефектов. Достоверность полученного ре-
зультата подтверждается экспериментальными дан-
ными по неоднородности длин трещин, а также
тем, что экспоненциальное распределение разме-
ров характерно для широкого класса дефектов при
различных видах нагружения обширной номен-
клатуры материалов.
Таблица 6.19. Распределения длины трещин для различных распределений их скорости
Плотность распределения скорости трешины Плотность распределения параметра X при р. = const Плотность распределения параметра Хпри|Ш) = at
Равномерное распределение
/,(Л) = йе[О.йД , 1 (4 £(Л) = —In — 4 Ц j, Ле [0,4) g(Z)=iini 4V4’ >£(°’б1 3 V ел J 1о
Гамма-распределение
[у' f ,(h) е'1*. Ле[0,о<>) Г(А) А'(л) = -е/ 2 1 х(/,) = схр(- -V-=i 2 J -Л) ,к = 2 2 А'(Л) = - 4 К<Л) = - э ч Й 1 I СП иГ Й | г" X — QJ 4 I 1 , А = 1 , А-=2
Примечание: Л — максимально возможное значение Ir.v.k ~ параметры распределения; Г( ) - гамма-функция
Е|(;) = ]л 'ехр(-л)<7л - интегральная показательная функция.
314
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Стохастическая модель формирования неодно-
родности длины рассеянных трешин при их неста-
ционарном росте позволяет по известным на момент
времени t' распределениях длины и скорос-
ти трещин спрогнозировать распределение
длины через промежуток времени т-/;(/;г'+т).
В отличие от предыдущей в данной модели учитыва-
ется возможное ускорение роста некоторых трещин
за счет случайного объединения соседних дефектов.
Общее выражение для искомого распределе-
ния имеет вид [225]
/,(/; t'+т|Г; /) = | J . (6.57)
В модели учитывались следующие эксперимен-
тально подтвержденные особенности МР: трещи-
ны зарождаются с постоянной интенсивностью ц,
распределение скорости трещин fh(h) в любой
момент времени экспоненциально, а распределе-
ние длины соответствует гамма-распределению
fl(l-,t') = vklt 'exp(-vZ)/r(/:). Теоретические иссле-
дования проведены для двух значений параметра
к : к = 1 и к — 2.
Для приведенной к своему МО длины трещи-
ны X и относительного времени 6 = р/н'т,где m'h
МО скорости роста в момент времени t , получе-
ны следующие распределения:
/(Х;6) = — е
6-1
(О+ьл
О _ е~'0+1)А
при к = 1; (6.58)
40(6 + 1) f , (26-1)(6 +1)7.1]
(20-в2 [е L 6 JJ’
к = 2, (6.59)
где р = 1/ш'- величина, обратная МО длины тре-
щины в момент времени t’.
Расчеты, проведенные по формулам (6.58) и
(6.59), показали, что кривые полученных распре-
делений подобны - в относительных координатах
они для различных значений безразмерного пара-
метра времени 0 практически совпадают (рис. 6.58)
и могут быть аппроксимированы обобщенной
функцией /(X) = 4Хехр(-2Х).
При переходе к абсолютному значению длины
трещины имеют место следующие выражения для
плотности и функции обобщенного распределения:
" 0+1 \ 6+1J
( 2В/1 ( 2&1
Е(1; 0) =1- 1+-^- exp —1-
' 0+1 0+1
(6.60)
На базе полученных распределений можно осу-
ществлять прогнозирование остаточного ресурса
Рис. 6.58. Значения плотности вероятности f (к‘,0) параметра длины трещины к рас-
считанные для различных значений безразмерного параметра 0 по формуле (6.58); 1 -
для 0 = 0; 2~ 0 = 1; 3 - 6 =3; 4 6 = 5; по формуле (6.59): 5- 6 = 0,5; 6-6 = 1;
7 - 6 = 3; 8- 0 = 5
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
315
Рис. 6.59. Прогнозные и экспериментальные значения вероятности Р, наличия трещины заданной длины I*
при малоцикловом нагружении сплава ЭИ698ВД для Т= 20 °C, Отм = 1000 МПа; У= 10 000 циклов (а) и
Т = 600 °C, Отах = 950 МПа, W = 1000 циклов (б)
(0Р) конструкций до предельного состояния, за-
даваемого условием наличия трещины недопус-
тимой длины I, (см. рис. 6.53).
Из формулы (6.53) для плотности вероятности
, задаваемой соотношениями (6.58)
и (6.60), следуют выражения для функции распре-
деления ОР, соответственно:
л.
ЗД) = т-Ц еге^-е’Х*
— 1
(6.61)
с ,а ч f, 2Л. ) ( 2Л, 3
зд,= "гпЧ’пт - <6Й>
\ г 7 \ г /
где использованы обозначения: Z* = ₽/,
6,=₽Vr-
Для нормированной вероятности предельного
состояния у F, (0T)=l-y расчетная оценка оста-
точного гамма-процентного ресурса осуществля-
ется согласно выражению
Ту = ^"[V4<1_Y)exp(A.)-3 -1]. (6.63)
Исходными данными для прогнозирования ОР
являются средние значения длины /и, и скорос-
ти тй роста трещины на момент контроля состо-
яния поверхности объекта. При этом, как пока-
зали расчеты, рекомендовано проводить прогно-
зирование ОР изделий в два этапа: первоначаль-
но по формуле (6.61) прогнозируется ОР в первом
приближении со значительным запасом по дол-
говечности, а затем по формуле (6.62), получен-
ной на основании обобщенного распределения
длины трещины, прогнозируются ОР во втором
приближении.
Результаты прогнозирования подтверждаются
соответствием расчетных значений вероятности на-
личия грещин заданной длины I, с эксперимен-
тальными данными (рис. 6.59).
6.4.5. Моделирование объединения
рассеянных дефектов
Второй механизм реализации предельного со-
стояния при МР, как отмечалось выше, осуществ-
ляется путем случайного объединения близко рас-
положенных дефектов в системе рассеянных МТ с
внезапным образованием трещины недопустимой
длины. Рассмотрим возможность построения адек-
ватных математических моделей этого процесса.
Следует отметить, что объединение рассеянных
повреждений относится к одному из ведущих ме-
ханизмов реализации процесса разрушения. Су-
щественное влияние на взаимодействие и объеди-
нение дефектов в конструкционных материалах
оказывает целый ряд факторов [185, 364,497]: спо-
соб приложения нагрузки, вид напряженно-де-
формированного состояния, физико-механические
свойства материалов и особенности их структуры,
тип, а также расположение, размеры и концент-
рация дефектов.
Можно выделить два подхода к моделирова-
нию объединения рассредоточенных дефектов -
геометрический и силовой.
316
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
При первом подходе определяющее значение
имеют факторы взаимного расположения повреж-
дений, когда оказавшиеся случайным образом ря-
дом дефекты можно считать объединенными без
учета силового взаимодействия между ними [220,
774]. Такой механизм объединения может быть
присущим для пластичных материалов и для де-
фектов, область концентрации напряжений у ко-
торых имеет незначительные размеры по сравне-
нию с размерами самих дефектов.
При втором подходе процесс объединения опи-
сывается с учетом напряженно-деформационного
взаимодействия между соседними дефектами. Сле-
дует отметить, что проблема коллективного взаи-
модействия трещин очень сложна [586]. Поэтому
при моделировании объединения с учетом взаи-
модействия трещин допускаются определенные
упрощения и допущения.
Рассмотрим методы прогнозирования предель-
ных состояний, основанные на геометрическом
аспекте объединения квазиоднородных и неодно-
родных по размерам дефектов.
Наиболее распространенные подходы к обо-
снованию предельных состояний, связанных с
объединением рассеянных дефектов, основаны на
постулатах о предельном значении концентрации
повреждений. Считается, что максимальное ра-
зуплотнение материала за счет накопления мик-
роскопических несплошностей - универсальная
величина, составляющая приблизительно 1 %
объема. Концепция универсальности значения
критической концентрации дефектов подтверж-
дается эмпирически [25, 61, 434]. При этом счи-
тается, что дефекты квазиоднородны по разме-
рам, а причины отклонения критической концен-
трации от установленных значений связывают с
влиянием неоднородности размеров дефектов
[267]. В качестве теоретической базы для обосно-
вания критических значений концентрации по-
вреждений чаще всего используют аппарат ста-
тистической термодинамики [377], позволяющий
в наиболее общей форме описать коллективные
эффекты с учетом обеспечения энергетической
оптимальности существования статистически не-
однородных систем.
Явление объединения дефектов при определен-
ных значениях их концентрации во многих случа-
ях геометрически соответствует закономерностям
формирования кластеров в полифазных системах.
Это обстоятельство обусловило ряд попыток ис-
пользования для решения задач по обоснованию
предельных состояний при множественном раз-
рушении методов и подходов из теорий фракталь-
ных кластеров и перколяции [372, 585].
Решение большинства задач о влиянии взаим-
ного расположения дефектов в системе рассеян-
ных повреждений на процесс их объединения ба-
зируется на введении критического параметра,
характеризующего соотношение между размера-
ми дефектов и расстояниями между ними. В ра-
ботах [399, 429] в качестве характеристики пере-
хода от стадии рассеянного к стадии локализо-
ванного разрушения предложено использовать
концентрационный критерий К, соответствующий
среднему расстоянию между соседними дефекта-
ми г, нормированному к их размеру Г. К = г/l, где
г выражается через объемную концентрацию де-
фектов cv как г = cvin.
Другой подход основан на описании формиро-
вания кластеров повреждений по механизму объе-
динения случайным образом рассеянных дефек-
тов [220, 746].
Предполагалось, что дефекты рассеяны в не-
которой ограниченной области, скомпонованной
из большого числа N (N » 1) плотно упакован-
ных ячеек с линейным размером /. В каждой ячейке
может быть размещен только один дефект, при-
чем ячейка с дефектом считается разрушенной.
Если две или более разрушенные ячейки оказы-
ваются рядом, они образуют кластер поврежде-
ний с массой, равной количеству входящих в него
ячеек. Одна разрушенная ячейка образует единич-
ный кластер повреждений. Масса кластера харак-
теризуется параметром з, равным количеству яче-
ек в кластере. Каждая ячейка окружена соседни-
ми, примыкающими к ней ячейками, количество
которых определяется координационным числом
решетки г, величина которого для различных ти-
пов компоновки колеблется от 2 до 14 с).
Принятая схема структурирования может быть
трансформирована в классические системы свя-
зей или узлов [594, 604].
Если в N ячейках случайным образом рассея-
ны п дефектов (n<N), то зависимость концентра-
ции кластеров njN массы s ($ = 1, 2, 3, ...) от
общей концентрации повреждений x-n/N опи-
сывается формулой
н г1 1 г'
~ = ——exp(-zx). (6.64)
N s!
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
317
Рис. 6.60. Расчетные зависимости концентрации кластеров массы 5 от общей концентрации повреждений при
z = 4 (й) и z = 6 (б)
Согласно модели (6.64), с увеличением общей
концентрации дефектов х количество кластеров
увеличивается до максимального значения, после
чего происходит уменьшение ns (рис. 6.60). Дей-
ствительно, при отсутствии «залечивания» повреж-
дений уменьшение количества кластеров может
быть обусловлено только их объединением и об-
разованием новых кластеров больших размеров.
Достоверность теоретической модели (6.64) под-
тверждается результатами численного моделиро-
вания [220|.
На основании выражения (6.64) можно полу-
чить ряд важных для оценки объединения пара-
метров [220]:
значение концентрации повреждений хт, соот-
ветствующее максимальному количеству кластеров
разной массы в системе рассеянных дефектов:
(6.65)
соотношение, определяющее максимальное
количество кластеров п* массы 5 в системе из N
ячеек:
N
П = — 7=
(6.66)
рекуррентное выражение для определения ко-
личества кластеров разной массы при любом фик-
сированном х (s > 1):
и,
(6.67)
В ходе развития кластеризации существует не-
сколько типичных стадий, которые разделяются
особыми точками.
В работе [585] на основании данных численного
моделирования выявлены особые точки кластеро-
образования: ха порог агрегации, хт критическая
концентрация агрегации, хс - порог протекания.
Порог агрегации ха соответствует моменту от-
клонения зависимости лДх) от прямой линии, что
означает начало объединения повреждений.
Если при ха < х< х„, растет как число, так и раз-
меры кластеров, то при х,„<х<хг слияние клас-
теров доминирует над их образованием и проис-
ходит в основном увеличение их размеров. Этот
участок описывается теоретической моделью (6.64).
При хс образуется бесконечный кластер, про-
низывающий всю область связей.
В работе [585] не указано значение z, принятое
при численном моделировании, но приведены
значения особых точек: ха = 0,05; хи = 0,18 и хс =
= 0,33. Значения ха и хт практически совпадают с
соответствующими величинами теоретической за-
висимости л,(х) при z = 6 (рис.6.60, б). Для данно-
го z значение хс = 0,33 очень близко к абсциссе
максимума зависимости и2(х) (хи = 0,3). На осно-
вании этого можно выдвинуть предположение, что
порог протекания соответствует критической кон-
центрации кластеров с s = 2.
Данное предположение согласуется с резуль-
татами, приведенными в [604]. Порог протекания
х из-за нарушения связей в различных типах ре-
шеток наиболее чувствителен к числу ближайших
318
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
соседей (z) и значительно менее чувствителен ко
всем прочим свойствам решеток.
Решение задачи о прогнозировании объедине-
ния рассеянных дефектов в реальных конструкци-
онных материалах должно базироваться на учете
имеющей место неоднородности размеров дефек-
тов и случайного характера их расположения в ма-
териале. Если результаты модельных расчетов тел
с системой равных по размеру и отстоящих друг от
друга на равных расстояниях трещин показывают,
что количество дефектов практически не влияет на
прочность и долговечность [601], то в реальных
системах, когда величины / и г случайные, неодно-
родность поля дефектов существенным образом
определяет ход процесса объединения.
В работе [221] при моделировании объедине-
ния в качестве параметра, характеризующего вза-
имодействие соседних дефектов, использовалось
отношение размера I одного из дефектов к рас-
стоянию между их центрами г:
Е = Иг. (6.68)
Согласно [364], взаимодействующими являют-
ся дефекты при Х> 0,2...0,5, а объединенными -
при Z> 0,5...0,9. Равные подлине коллинеарные
трещины считаются невзаимодействующими при
ЛсЛ,, при Х(<Х<Х2 - взаимодействующими, а
при Л > Л2 - объединенными. Для поверхностных
дефектов X, = 0,5; Л, = 0,73. Однако в статисти-
ческом ансамбле, состоящем из большого коли-
чества дефектов, частные особенности их взаимо-
действия при объединении должны сглаживаться.
В этом случае можно говорить о некотором усред-
ненном, универсальном значении критерия X.,
соответствующем объединению трещин и, как
следствие, разрушению материалов. Это подтвер-
ждается эмпирическими данными по множествен-
ному разрушению широкого класса материалов -
от полимеров до твердых пород земной коры [195].
На основании соотношения (6.68) условие объ-
единения любой трешины длиной / с ближайшей
к ней соседней трещиной независимо от их ори-
ентации определяется как
I > R , (6.69)
где R приведенное расстояние между центрами
соседних дефектов:
(6.70)
X. - значение параметра X, соответствующее объе-
динению трещин (А. <1); г расстояние между
центрами соседних трещин.
Величина Л. в общем случае должна зависеть
от условий нагружения, свойств материала, напря-
женного состояния, вида и ориентации трещин.
Принималось, что величина Е. для всех имею-
щихся на текущий момент времени дефектов оди-
накова и представляет собой некоторое усреднен-
ное значение [221]. Численную оценку Е, можно
получить путем корректировки результатов тео-
ретических моделей с учетом экспериментальных
данных.
В работе [221] предложены три модели объ-
единения трещин:
модель, основанная на использовании того или
иного закона распределения длины рассеянных
трещин;
модель, основанная на применении числовых
характеристик распределения длины трещин;
модель, описывающая объединение с учетом
максимальных значений длины трещин.
Исходя из анализа результатов, полученных с
использованием данных моделей, рекомендуется
для прогнозирования объединения рассеянных
трещин применять вторую модель. Согласно этой
модели, вероятность объединения хотя бы одной
пары трещин из п, имеющихся на поверхности
площадью 5 ,
+ (6.71)
А*
где px=n/S - поверхностная плотность трещин;
т,, v, - МО и коэффициент вариации длины тре-
щин соответственно.
Более сложной проблемой является моделиро-
вание объединения рассеянных трещин с различ-
ными длинами и с учетом напряженно-деформа-
ционного взаимодействия между ними [367, 712].
Экспериментально установлено, что при раз-
личных видах нагружения траектории распро-
странения близко расположенных трещин от-
клоняются от первоначальных при сближении их
кончиков [717, 723, 797, 800]. Это позволяет пред-
положить, что взаимодействие соседних квазикол-
линеарных трещин осуществляется через опреде-
ленные зоны влияния у их кончиков, а объедине-
ние трешин реализуется за счет неустойчивого
сдвига перемычки материала при соприкоснове-
нии и наложении этих зон. Размер зоны влияния
увеличивается с ростом длины трешины и нагруз-
ки [797, 800]. Поэтому при построении теорети-
ческих моделей принимается, что это зона локаль-
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
319
ной пластической деформации у кончика трещи-
ны, что она имеет квадратную форму, а ее протя-
женность .V определяется по модели Дагдайла -
Баренблатта - Билби [712, 873]:
подхода и распределения экстремальных значений
в работе [367] получено выражение для вероятно-
сти объединения трещины максимальной длины:
sec
л о
2 ст..
(6.72)
Р = 1-
1+Р
4
(6.75)
1де о-действующее макроскопическое напряже-
ние; ог - предел текучести материала; с - полудли-
на трешины; Ро- коэффициент нагруженное™.
Критерием объединения двух трещин является
соприкосновение или наложение их зон влияния.
Подобный подход использовался как для по-
строения кинетического уравнения роста МТ и
моделирования их размерной неоднородности с
учетом объединения [709, 712], так и для вероят-
ностного прогнозирования критического объеди-
нения [222, 367, 368].
В работе [367] решена задача по определению
вероятности объединения любых двух соседних
квазиколлинеарных трещин:
(6.73)
где /[-линейная плотность дефектов (у, =т~', где
тг - среднее расстояние между линейно рассре-
доточенными трещинами).
На основании (6.73) описано объединение двух
трещин в системе п рассеянных дефектов:
Р =1-
1+Р,
4
(6.74)
Формула (6.74) определяет зависимость веро-
ятности объединения трещин от нагруженное™
(₽„), средней длины трещин (яг,), их плотности
на поверхности (/, = /гМ), а также и от величины
плошади повреждающейся поверхности; (А ) мас-
штабный эффект при МР. Если имеются эм-
пирические зависимости параметров поврежден-
ности т, и f2 от времени, а также известны кри-
тические значения этих параметров, формула
(6.74) может использоваться для прогнозирова-
ния предельного состояния, связанного с внезап-
ным объединением любых по размеру рассеян-
ных трещин.
Однако определяющее значение при МР будет
иметь объединение с участием наибольших по
размерам трешин. С учетом изложенного выше
где С - постоянная Эйлера (С = 0,5772).
Расчеты, проведенные по формулам (6.74) и
(6.75) для различных значений Ро, показали, что
для 50%-й вероятности объединения значения
концентрационного критерия, о чем говорилось
ранее при рассмотрении автомодельности МР,
лежат в диапазоне 2...5, что соответствует теоре-
тически и экспериментально полученным значе-
ниям [429].
Как отмечалось вначале подраздела, практиче-
ский интерес представляет случай «быстрого» фор-
мирования трещины недопустимой длины за счет
критического объединения рассеянных поврежде-
ний. Теоретическое определение вероятности та-
кого события должно подкрепляться эксперимен-
тальными данными, полученными в результате
исследования различных материалов при разных
условиях нагружения. Однако объем эксперимен-
тальных данных по МР конструкционных мате-
риалов весьма ограничен. Из-за сложности иденти-
фикации малых трещин и трудоемкости наблюде-
ний за поведением большого количества дефектов
для исследования закономерностей МР применя-
ют метод статистического моделирования (метод
Монте-Карло) [712, 800, 870].
Результаты численного эксперимента, получен-
ные на основании специально разработанной ими-
тационной модели МР [368], свидетельствуют о
перспективности данного подхода для прогнози-
рования предельного состояния конструкций [222].
При различных режимах моделирования полу-
чено, что в процессе накопления повреждений МО
и СКО длины трещин увеличиваются, приблизи-
тельно эквидистантно* (рис. 6.61).
Отклонение кривой / от прямой линии, кото-
рая соответствует накоплению трещин с заданной
при моделировании постоянной интенсивностью
их зарождения (1 трещина за 10 итераций), обус-
* Размерные параметры трещин и повреждающейся
поверхности при моделировании задаются в единицах
масштаба (е. м.), 1 е. м. = 10 мкм.
Число итераций, х1СР
Рис. 6.61. Изменение количества трещин на поверхности (/), МО (2) и СКО (J) длины
трещин, накопление трещин без учета их объединения (4) в зависимости от числа итера-
ций при численном моделировании
МО, СКО длины трещин, е. м.
Рис. 6.62. Изменение размеров максимальной по длине трещины в зависимости от числа
итераций для пяти реализаций моделирования
6.4. Множественное разрушение материалов и конструкций
321
Рис. 6.63. Зависимость размеров трещин, имеющих максимальную длину в выбор-
ке за счет собственного роста и за счет объединения (фрактал) от числа итераций
(цифрами обозначено количество объединений)
ловлено процессами аннигиляции трещин при их
объединении [709, 798, 800]. Скачкообразное из-
менение СКО связано с периодическим образова-
нием крупных фракталов объединенных трещин.
Последний скачок зависимости 3 (рис. 6.61) обус-
ловлен формированием критического фрактала.
При моделировании реализуются два механиз-
ма распространения трещин: случайное во време-
ни и по значению приращение длины за счет соб-
ственного роста и внезапное увеличение размеров
из-за объединения соседних трещин, вершины ко-
торых соединены. Наибольшие по размерам тре-
21 8-470
Рис. 6.64. Зависимость расчетного значения (/„,) (сплошные линии) и максимально-
го размера повреждения, полученного при моделировании (линии с точками), в зави-
симости от количества дефектов на поверхности при [3 = 0,1 и различных скоростях
распространения: I — о = 1 10“3 е.м./итерацию; 2— v = 5 • 1(У4 е.м./итерацию
322
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
щины (фракталы) растут скачкообразно за счет пе-
риодического «поглощения» других дефектов, рас-
положенных в непосредственной близости от тра-
ектории их распространения (рис. 6.62).
Объединение трещин на начальной стадии на-
копления повреждений не приводит к формиро-
ванию фрактала с максимальным размером среди
всех имеющихся на поверхности трещин. Период
самостоятельного роста трещин составляет при-
близительно 70 % общей продолжительности про-
цесса накопления повреждений до разрушения,
максимальную длину имеют трещины, растущие
самостоятельно, без объединения. На заключитель-
ном этапе процесса деструкции происходит ин-
тенсивный рост лидирующего по размерам фрак-
тала за счет его объединения с другими дефекта-
ми (рис. 6.63).
Полученные данные свидетельствуют об опре-
деляющем значении объединения рассеянных по-
вреждений при формировании фракталов, распро-
странении наибольших по длине трещин, образо-
вании критических по размерам дефектов.
Усредненные по пяти реализациям численно-
го эксперимента зависимости максимального по
длине повреждения (трещины или фрактала) от
количества трещин на поверхности площадью 106
(е. м.)2 показаны на рис.6.64. Там же приведены
расчетные зависимости среднего значения макси-
мальной по длине трешины (/,„) в выборке из п
дефектов. Для экспериментально полученных при
моделировании значений МО длины в выбор-
ке из п трещин эти зависимости определялись по
формуле, полученной на основании (6.75):
(1т} = (1+2^’- mi (1п п + С). (6.76)
Из представленных на рис. 6.64 зависимостей
следует, что в качестве параметра поврежденнос-
ти при МР можно использовать размер максималь-
ной трещины независимо от природы ее образо-
вания - за счет собственного роста или вследствие
объединения. При этом для известных значений
п и wz формулу (6.76) можно использовать в ка-
честве критерия предельного состояния при МР в
виде
(/,„), (6.77)
где ~ длина наибольшей трешины из имею-
щихся на поверхности.
6.5. ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ И МОНИТОРИНГ РЕСУРСА
КОМПОНЕНТОВ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
6.5.1. Нагруженность и прочность
конструктивных элементов
и методы их анализа
Интенсификация рабочего процесса в двигате-
ле непосредственно связана с повышением теп-
ловой и силовой нагруженности основных конст-
руктивных элементов (КЭ) газотурбинного двига-
теля. В связи с этим особое значение приобрета-
ют современные методы определения ресурсных
возможностей КЭ двигателя, учитывающие реаль-
ные условия нагружения и прочности материалов.
Анализ отказов и неисправностей, устраняемых
в процессе доводки и эксплуатации двигателей,
показывает, что более половины их связаны с не-
достаточной прочностью. Это, прежде всего, от-
носится к сопловым и рабочим лопаткам, дискам
турбин, жаровым трубам камер сгорания и дру-
гим деталям. Перечисленные КЭ в значительной
мере определяют срок службы и уровень надеж-
ности двигателя в целом.
Анализ отказов и неисправностей по видам раз-
рушения дает возможность выделить из них сле-
дующие наиболее характерные дефекты:
по компрессору забоины, трещины, обрывы
рабочих лопаток, разрушение спецслоя на стато-
ре высокого давления (ВД), трешины несущих ло-
паток входного направляющего аппарата (ВНА).
Причины возникновения отказов связаны с обра-
зованием и развитием усталостных трещин, обра-
зованием концентраторов напряжений из-за по-
падания посторонних предметов в газовоздушный
тракт двигателя;
по камере сгорания - коробление, термоуста-
лостное растрескивание и прогары жаровых труб
и корпусов, связанные, как правило, с цикличес-
ким действием неравномерного поля температур
из-за нарушения процессов горения;
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
по сопловому аппарату - прогары, термоуста-
лостное и эрозионно-коррозионное растрескива-
ние кромок из-за резких теплосмен;
по рабочим лопаткам - термоусталостное рас-
трескивание кромок, пластическое деформирова-
ние, обрыв, фреттинг-коррозионное повреждение
поверхности пера и бандажных полок;
по дискам турбин и дефлекторам - возникно-
вение и развитие усталостных и термоусталост-
ных трещин в местах концентраторов напряже-
ний (замковых пазах и фланцевых соединений
дисков между собой).
Как известно, длительная работоспособность
теплонагруженных деталей ГТД обеспечивается
при сочетании высоких пределов длительной проч-
ности, текучести и высокой деформационной спо-
собности материалов. Однако для конкретных де-
талей ГТД такое сочетание прочностных и плас-
тических свойств практически недостижимо.
Для дисков турбин в число основных требований
к прочностным свойствам материала, характери-
зующих его надежную работу, относятся требова-
ния по жаропрочности, термостойкости, сопро-
тивлению ползучести, релаксационной стойкос-
ти, стойкости к хрупким разрушениям, механи-
ческой усталости и длительной прочности, которые
зависят от характера изменений температуры и
напряжения в течение эксплуатации.
Выбор материала сопловых лопаток турбин
обычно производится по характеристикам сопро-
тивления ползучести, длительной прочности и
жаростойкости, обеспечивающим заданную рабо-
тоспособность в условиях резких изменений тем-
пературы, наблюдаемых при пусках, остановах и
других переходных режимах работы двигателей в
течение длительного срока службы деталей.
К материалам камер сгорания предъявляются
требования по жаростойкости, термопрочности,
высокой теплопроводности при низком коэффи-
циенте линейного расширения.
Главным требованием к материалам рабочих
лопаток турбин является обеспечение необходи
мых запасов длительной прочности по максималь-
ным растягивающим напряжениям при работе в
условиях высоких температур, а также жаростой-
кость, сопротивление высокотемпературной кор-
розии, усталостная прочность и релаксационная
стойкость.
На лопатки компрессоров действуют значитель-
ные вибрационные нагрузки, которые обусловли-
вают высокие требования к усталостной прочнос-
ти материалов деталей, ослабленных концентра-
торами напряжений, и их деформирующей спо-
собности. Повышенные требования также предъяв-
ляются к коррозионной стойкости материала и его
сопротивлению коррозионной усталости и эрозии,
а также способности противостоять ударным на-
грузкам вследствие попадания в проточную часть
различных посторонних предметов. В компрессо-
рах современных ГТД с большой степенью повы-
шения давления температура может достигать вы-
соких значений, при которой необходимо также
учитывать ее влияние на прочностные свойства
лопаток.
В настоящее время выполнение расчетов на
прочность и долговечность деталей производится
по критериям сопротивления разрушению при
однократном нагружении, сопротивления мало-
цикловому и многоцикловому усталостному раз-
рушению. Важное место занимает также оценка
живучести, под которой обычно понимают долго-
вечность деталей от момента зарождения первой
микроскопической трещины размером 0,5-1 мм
до окончательного разрушения.
При однократном нагружении в качестве ос-
новных критериев разрушения используются де-
формационные, силовые и энергетические крите-
рии вязкого, хрупкого и квазихрупкого разруше-
ния, позволяющие установить значения предельных
нагрузок, особенности изменения напряженно-
деформированных состояний, кинетику полей
местных упругопластических деформаций и т. д.,
а также определить запасы прочности по предель-
ным нагрузкам, местным упругопластическим де-
формациям, коэффициентам интенсивности на-
пряжений и деформаций.
Традиционные инженерные расчеты на стати-
ческую прочность основаны, с одной стороны, на
номинальных напряжениях, определяемых по фор-
мулам сопротивления материалов, теории упруго-
сти и пластичности, теории пластин и оболочек
и, с другой - на характеристиках прочности мате-
риалов при однократном нагружении. При этом
используются силовые характеристики кратковре-
менной прочности: предел текучести от, услов-
ный предел текучести о0,, предел прочности о„
и деформационные - относительное удлинение 5,
относительное сужение V . При высоких темпе-
ратурах, когда возникают статические деформа-
ции ползучести, используются характеристики
324
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
длительной статической прочности о.Ц|(7,г) или
пластичности у(Гд) для заданных температур Т
и времени t. Эти зависимости чаще всего аппрок-
симируются степенными или показательными
уравнениями.
В случае многоосного напряженного состоя-
ния характеристики разрушения в рамках силовых
критериев описываются классическими гипотеза-
ми (теориями) прочности: наибольших нормаль-
ных напряжений (ст, = о,), наибольших линейных
деформаций о, = о|-Л(о,+о3), наибольших каса-
тельных напряжений ст, = о,-ст3, максимальной
энергии формоизменения о, = ст; и другими, ко-
торые сложное напряженное состояние приводят
к одноосному растяжению. Первые два критерия,
как правило, используются для расчетов на проч-
ность хрупких и малопластичных конструктивных
элементов, работающих в условиях хрупкого и
квазихрупкого разрушений. Два следующих спра-
ведливы для пластичных металлических материа-
лов, предельные состояния которых связаны с
накоплением пластических деформаций и возник-
новением вязкого статического разрушения. Ряд
других теорий прочности учитывают свойства ани-
зотропии (огибающие кругов Мора), образование
сдвиговых деформаций при предельных напряже-
ниях, что обусловливает последующие разруше-
ния сдвигом или отрывом (диаграмма Н. Н. Дави-
денкова, Я. Б. Фридмана). Обобщение этих си-
ловых подходов приводит к построению общих
уравнений предельного состояния (И. А. Биргер,
А. А. Лебедев), характеризующих вид напряжен-
ного состояния, анизотропию свойств и условий
возникновения повреждений. Используя связь
между напряжениями и деформациями, можно
также перейти к расчетам прочности по деформа-
ционным критериям разрушения.
Большинству ответственных конструктивных
элементов ГТД свойственно наличие объемного
неоднородного напряженного состояния. Это со-
стояние наиболее характерно для зон конструк-
тивной концентрации напряжений: отверстий, зам-
ков, выточек, галтелей и т. д. Анализ напряженно-
го состояния в этих наиболее напряженных зонах
детали основан на решении краевых задач теорий
упругости и пластичности численными методами
[11, 320]. Обобщение результатов этого анализа и
многочисленных экспериментальных исследова-
ний позволяет получить теоретические коэффи-
циенты концентраций напряжений, которые ис-
пользуются в расчетах на прочность. Исследова-
ния показывают, что коэффициенты концентра-
ции зависят от геометрии рассматриваемого КЭ,
способов нагружения и не зависят от уровня
номинальных напряжений и модуля упругости.
В упругопластической области для конструктивных
элементов с высокой концентрацией напряжений
наибольшее распространение в расчетах макси-
мальных местных напряжений и деформаций по-
лучили формулы Нейбера и Хардрата-Омана [67].
Расчет на прочность при малоцикловом нагру-
жении КЭ ГТД [65, 67, 113, 147, 296, 314, 375,411]
в настоящее время проводится по критериям ква-
зистатического и усталостного разрушения для
заданных условий эксплуатации (чисел циклов,
асимметрии цикла, максимальной температуры).
Квазистатическое разрушение возникает вслед-
ствие накопления в процессе малоциклового на-
гружения односторонних пластических деформа-
ций, равных деформациям при однократном ста-
тическом нагружении. Усталостные разрушения
происходят вследствие накопления усталостных
повреждений, связанных с циклическими дефор-
мациями, приводящими к возникновению уста-
лостных трещин. При малоцикловой усталости
различают нагружения в жестком (при постоян-
ных значениях циклических деформаций) и мяг-
ком (при постоянных значениях циклических на-
пряжений) режимах. Прочность при жестком на-
гружении коррелирует, в основном, с характерис-
тиками пластичности материала при однократном
нагружении, а в условиях мягкого нагружения ос-
новное влияние оказывают статические прочност-
ные свойства. При определении малоцикловой
долговечности и оценке накопленной повреждае-
мости в качестве исходных данных используют
значения циклических, упругопластических и од-
носторонних накопленных деформаций в макси-
мально напряженных зонах конструктивных эле-
ментов, значения деформационной способности
материала, кривые малоцикловой усталости и ди-
аграммы статического и циклического деформи-
рования.
В результате прочность при малоцикловом на-
гружении на этапе проектирования определяется
коэффициентами запаса прочности по деформа-
циям (напряжениям) и коэффициентами запаса
долговечности. В условиях реальной эксплуатации
оценку снижения несущей способности КЭ ГТД
при малоцикловом нагружении можно проводить
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
с использованием деформационно-кинетических
критериев малоцикловой прочности, основанных на
линейном суммировании усталостных и квазисга-
тических повреждений. При нестационарных сило-
вых и температурных нагрузках, которые имеют
место при эксплуатации ГТД на различных режи-
мах, для определения циклической прочности ис-
пользуют скорректированную линейную или нели-
нейные гипотезы суммирования повреждений [545|.
Расчет на выносливость при многоцикловом
нагружении в настоящее время проводят при чис-
ле циклов более КУ-Ю5 с использованием харак-
теристик многоцикловой усталости (выносливос-
ти), которые обычно являются прямыми линиями
вдвойныхлогарифмических или полулогарифми-
ческих координатах с горизонтальным участком
|67,107, 339, 359, 5461.
На сопротивление усталости влияет целый ряд
конструктивных, технологических и эксплуатаци-
онных факторов, наиболее существенными из ко-
торых являются: концентрация напряжений, мас-
штабный фактор, качество поверхности, темпера-
тура, коррозия, частота нагружения, асимметрия
цикла, технологические методы поверхностного
упрочнения и другие факторы. Степень влияния
этих факторов обычно оценивается с помощью
коэффициентов влияния, равных отношению пре-
делов выносливости деталей (образцов) при дей-
ствии фактора и без него. Для описания влияния
отмеченных факторов на пределы выносливости
в настоящее время используются статистические
теории прочности, основанные на модели «наи-
более слабого звена» и другие теории.
В расчетах на выносливость важное место за-
нимает оценка характеристик нагруженности де-
талей. При этом характер изменения нагрузок во
времени, в основном, носит нерегулярный (блоч-
ный, случайный), широкополосный характер.
В связи с этим, для расчета накопленного усталост-
ного повреждения применяются различные спо-
собы схематизации процесса нагружения (методы
максимумов, размахов, полных циклов, «дождя»
[67,255], целью которых является получение функ-
ции распределения амплитуд напряжений, экви-
валентной данному случайному процессу по сте-
пени вносимого усталостного повреждения. Ши-
рокое распространение получил метод «дождя»
|255], который удобен для автоматической обра-
ботки на ЭВМ и дает результаты, практически
совпадающие с наиболее точным из известных
методов - методом полных циклов. За основу рас-
чета принимают скорректированную гипотезу сум-
мирования усталостных повреждений. В резуль-
тате расчета обычно определяются коэффициен-
ты запаса прочности, долговечности и выработки
ресурса.
В большинстве случаев при эксплуатации ГТД
имеет место случайный характер изменения дей-
ствующих напряжений и прочности материала, в
связи с чем для оценки выносливости КЭ приме-
няются вероятностные методы [258].
Для проведения расчетов в вероятностном ас-
пекте необходимо располагать вероятностными
характеристиками сопротивления усталости, ста-
тистическими характеристиками нагруженности
деталей и вероятностными методами расчета на
выносливость, с помощью которых можно оце-
нить показатели безотказности и долговечности
деталей.
При наличии резкой концентрации напряже-
ний или внутренних дефектов (газовые пузыри,
литейные трешины, непровары, дефекты терми-
ческой обработки) в деталях ГТД могут возникать
усталостные трещины даже на ранних стадиях эк-
сплуатации. Поэтому большое значение имеет за-
дача опенки долговечности (живучести) детали в
условиях эксплуатации на этапе развития трещи-
ны от ее появления (0,2 4),5 мм) до окончатель-
ного разрушения [255, 362, 507, 521]. Опенка жи-
вучести, основанная на методах механики разру-
шения, определяет ресурс детали при наличии в
ней дефекта, что имеет большое практическое
значение для повышения эффективности эксплу-
атации наиболее ответственных деталей и установ-
ления длительности периодов эксплуатации меж-
ду регламентными работами, связанными с дефек-
тацией. В механике разрушения предполагают, что
условия разрушения можно представить одним
параметром, в качестве которого принимают ко-
эффициент интенсивности напряжений, или
J-интеграл, или раскрытие в вершине трещины,
т. е. используют однопараметрический критерий
разрушения.
Основная характеристика циклической треши-
ностойкости материала диаграмма усталостного
разрушения, связывающая скорость развития тре-
щины с коэффициентом интенсивности напряже-
ний, являющаяся 5-образной кривой с тремя ха-
рактерными зонами. В первой зоне кривая скоро-
сти роста усталостной трещины стремится к вер-
326
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
тикальной асимптоте, которая начинается с неко-
торого порогового уровня, зависящего от асим-
метрии цикла. Во второй зоне скорость связана с
интенсивностью напряжений степенными уравне-
ниями (Пэриса или другими [255, 431]), а в тре-
тьей, так же как и в первой, резко возрастает.
Существенное' влияние на скорость развития
усталостной трещины оказывают эксплуатацион-
ные, технологические и конструкционные факто-
ры, явления закрытия и задержки скорости роста
усталостных трещин после однократных и много-
кратных перегрузок, а также наличие порога раз-
вития трещины, который определяет безопасную
границу уровня переменных напряжений для де-
талей с дефектами. При переменном (блочном,
случайном) нагружении, которое имеет место в
реальной эксплуатации, для определения скорос-
ти роста трещины используют уравнения, пред-
ложенные Барсомом, Элбери и другими [814], где
вместо коэффициентов интенсивности напряже-
ния используется их среднеквадратичное откло-
нение или приведенный эквивалентный коэффи-
циент интенсивности напряжений.
Трещины, возникающие в реальных конструк-
циях, имеют трехмерный характер, что в значи-
тельной степени затрудняет определение коэффи-
циента интенсивности напряжений. При опреде-
лении J-интеграла и раскрытия трещины даже в
случае деталей, имеющих простую конструкцию,
необходимо проводить упругопластический ана-
лиз. Очень эффективным в этой области оказыва-
ется метод конечных элементов, который являет-
ся универсальным методом решения сложных кра-
евых задач.
В классических расчетах статической прочно-
сти КЭ ГТД основное внимание уделяется опре-
делению напряженно-деформированного состоя-
ния и оценке коэффициентов запаса прочности
[67, 157, 255, 314, 471]. В качестве основных тео-
ретических подходов при этом используются ме-
тоды теорий упругости, пластического течения,
ползучести, деформационной теории пластично-
сти, в том числе метод переменных параметров
упругости и другие, позволяющие определить на-
пряжения и деформации, возникающие в КЭ под
действием внешних нагрузок и температуры [76,
157]. Для решения практических задач с исполь-
зованием отмеченных теорий применяются чис-
ленные и приближенные методы решения диф-
ференциальных и интегральных систем уравнений,
вариационные методы, основанные на миними-
зации функционала, а также метод конечных эле-
ментов [И, 67, 157, 471].
Классический подход к расчету напряжений и
деформаций в лопатке [67,157] базируется на тео-
рии стержней, основанной на гипотезе плоских
сечений, согласно которой поперечное сечение
лопатки остается в процессе деформации «жест-
ким». При этом учитываются внешние, центро-
бежные и газодинамические силы, а также тепло-
вое нагружение лопатки. В результате определя-
ются напряжения при растяжении и изгибе, тем-
пературные и суммарные напряжения лопатки в
упруго-пластической области деформирования
материала. В случае необходимости учета трехмер-
ного напряженного состояния лопатки использу-
ются методы полупространственной теории или
теории оболочек [67, 471].
Расчеты напряженно-деформированного состо-
яния в дисках [67, 320, 471] проводят на основе
теории пластин и оболочек с применением отме-
ченных выше численных методов решения диф-
ференциальных уравнений. Учет пластичности и
ползучести производится с помощью итерацион-
ной процедуры метода переменных параметров
упругости. В процессе эксплуатации напряженно-
деформированное состояние в диске турбины ГТД
претерпевает циклические изменения. Расчет ки-
нетики деформированного состояния в этих усло-
виях проводят методом последовательных нагру-
жений с использованием уравнений теорий плас-
тичности и ползучести в приращениях. Расчеты
показывают 1157, 471], что в результате цикличес-
кого нагружения напряженное состояние в диске
постепенно устанавливается, при этом деформи-
рование практически прекращается и процессы
ползучести также стабилизируются. Повышенные
нагрузки обусловливают необходимость оценки не-
сущей способности диска по предельной частоте
вращения, которую обычно рассчитывают исходя
из условий теории предельного равновесия. При
этом для определения разрушающей частоты вра-
щения используют две формулы для случаев с не-
значительно и сильно меняющейся геометрией
диска. Эти формулы не учитывают влияние изги-
ба и температурных напряжений.
Для расчета напряженно-деформированного
состояния и прочности КЭ ГТД при малоцикло-
вом нагружении в настоящее время применяют
различные методы и схемы, основанные на де-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
327
Сложное многоосное
напряженное состояние
Теория прочности
о = /(о„ о2,о3,а„аг,...)
Нестационарные нагрузки
Линейная и нелинейная
гипотезы суммирования
Многокомпонентное
нагружение
Критерии силового
деформационного,
энергетического типов
Пластические деформации,
ползучесть,
релаксация напряжений
Ч "I
n^Ulfide + jNeffjdt
Факторы,
требующие учета при оценке
напряженного состояния КЭ ГТД
в условиях реального нагружения
Учет истории нагружения
1 Нелинейные модели
[ суммирования повреждений
^=W{n,f)
Случайная природа
нагружения и свойств
материала
F(n)=L.J/(G,T,t,a)dc...da
Влияние конструкционных,
эксплуатационных и технологических
факторов
t
Эффекты последствия
и запаздывания
1
n(f) = fk(t— т)ф(П(т),
О
Рис.6.65. Основные факторы нагруженного состояния детали
формационных критериях поврежденности мате-
риала. При расчете кинетики напряженного со-
стояния рабочих лопаток турбин ГТД в рамках
стержневой расчетной схемы используют теории
старения [336, 471], ползучести с анизотропным
упрочнением [336], деформационную теорию пла-
стичности и другие. Для расчета прочности дис-
ков турбин применяют теорию приспособляемос-
ти [143], основанную на определении предельных
условий нагружения, при которых нарушается рав-
новесие и появляется знакопеременное течение,
прогрессирующее формоизменение (разрушение),
а также теории пластического течения и ползуче-
сти, используемые для определения необратимых
деформаций, методы механики разрушения, ис-
пользуемые для оценки скорости роста термоус-
талостных трещин.
На этапах проектирования и доводки ГТД рас-
четы на прочность основаны на оценке запасов
прочности и долговечности, которые традицион-
но определяются как отношение предельных на-
грузок к действующим [157]. Запасы прочности
вводятся для того, чтобы перекрыть «ошибки»,
вызванные разбросом значений характеристик
прочности материала, неточностью определения
напряженного состояния детали из-за недостаточ-
ных сведений об условиях ее эксплуатации и ме-
тодических ошибок, связанных с выбором неадек-
ватных моделей разрушения. Кроме того, допус-
тимый запас прочности должен учитывать степень
опасности разрушения и другие факторы. Их вы-
бор обычно основывается на опыте работы анало-
гичных конструкций. Полученные коэффициен-
ты запаса затем сравниваются с нормативными
коэффициентами запасов, что позволяет свести
расчеты на прочность к сопоставлению действую-
щих амплитуд напряжений, деформаций или чи-
сел циклов с допустимыми.
Подводя первые итоги, следует отметить, что
процесс теплосилового нагружения деталей ГТД в
реальной эксплуатации представляет собой слож-
ный (многоосный), многокомпонентный, неста-
ционарный, случайный процесс, при оценке вли-
яния которого на долговечность детали необходи-
мо учитывать релаксацию напряжений, явления
пластичности и ползучести, предысторию нагру-
жения, эффекты последействия и запаздывания, а
также влияние различных конструкционных, техно-
логических и эксплуатационных факторов (рис. 6.65)
и другие особенности. Простейшими моделями,
учитывающими многоосность нагружения, явля-
ются рассмотренные выше теории прочности.
Нестационарность нагрузок учитывается на осно-
вании гипотезы линейного или нелинейного сум-
мирования повреждений. При многокомпонент-
ном нагружении, когда на КЭ одновременно дей-
ствуют статические, высокочастотные механичес-
кие и термоциклические нагрузки - с помощью
нелинейных моделей, основанных на критериях
силового, деформационного и энергетического
типов. Типичные процессы, где необходимо учиты-
вать предысторию нагружения, - процессы трени-
ровки, упрочнения и разупрочнения материала,
описываемые нелинейными уравнениями. Про-
стейшая математическая модель эффектов после-
действия и запаздывания имеет вид интегрально-
328
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
го уравнения. Для учета влияния других факторов
часто используются коэффициенты влияния.
Рассмотренные методы расчета напряженно-де-
формированного состояния и прочности КЭ га-
зотурбинного двигателя описывают процессы на-
гружения, повреждения и разрушения с детерми-
нированных позиций. Однако сложный характер
взаимодействия конструктивных элементов с ок-
ружающей средой, а также между собой, разброс
характеристик прочности материалов, трудность,
а порой и невозможность получения достоверных
данных о характере нагруженности в течение все-
го периода эксплуатации, требует применения ве-
роятностных методов анализа и использования
в расчетах на прочность показателей теории на-
дежности. Благодаря возможности применения к
физико-механическим процессам нагружения и
повреждения вероятностных методов анализа, ис-
пользование системной теории надежности позво-
ляет описать процессы нормального функциони-
рования, взаимодействия конструктивных элемен-
тов и их переход в неработоспособное состояние
с единых вероятностных позиций. При этом отка-
зы и предельные состояния конструкций тракту-
ются как выбросы некоторых случайных процес-
сов за пределы допустимых областей [77, 562], а
вероятность безотказной работы и другие показа-
тели надежности, являющиеся функционалами
случайных процессов, характеризуют изменения
состояний узлов и КЭ во времени и в вероятност-
ном пространстве.
Если исключить из рассмотрения отказы КЭ и
узлов ГТД, обусловленные резкими нерасчетны-
ми перегрузками, явными дефектами материала
или грубыми ошибками, допущенными при про-
ектировании или эксплуатации, то наступление
предельного состояния обычно связано с посте-
пенным накоплением в материале детали необра-
тимых изменений в виде микроусталостных тре-
щин, односторонних пластических деформаций,
коррозии, износа поверхностей и других явных и
неявных форм повреждений, приводящих к по-
степенному снижению длительной статической,
малоцикловой и многоцикловой прочности, а так-
же живучести конструкций. Одновременный учет
всех факторов, снижающих несущую способность
конструктивных элементов ГТД, возможен на ос-
нове комплексных критериев прочности и надеж-
ности. Одним из таких комплексных критериев
состояния является поврежденность материалов
конструкций, учитывающая снижение прочност-
ных свойств КЭ во времени и удобная для анали-
за с позиций теории надежности.
6.5.2. Методы оценки поврежденности
деталей газотурбинных двигателей
При прогнозировании ресурса ответственных
конструктивных элементов газотурбинных двига-
телей на стадии проектирования и при разработке
методов расчетной оценки эквивалентной нара-
ботки и остаточного ресурса в процессе эксплуа-
тации широко пользуются понятием поврежден-
ности материала [67, 77, 297, 460]. Под повреж-
денностью обычно понимают процесс необра-
тимых изменений, протекающий в материале
под действием напряжений, деформаций и тем-
ператур и приводящий, в конечном итоге, к раз-
рушению.
С физической точки зрения, проявлением это-
го процесса являются необратимые изменения
структуры материала (сдвиговые процессы внут-
ри зерна, образование двойников, дробление зе-
рен, процессы разрыхления и образования пус-
тот, изменение упрочняющих фаз, деформирова-
ние по границам зерен и образование субмикро-
скопических разрывов), старение и охрупчивание,
упрочнение и разупрочнение, повреждение поверх-
ностного слоя в связи с действием эксплуатаци-
онных факторов [217, 473J. Структурные измене-
ния формируют повреждения, которые вызывают
нарушения сплошности материала (макротреши-
ны, формоизменение, коробление и пр.), опреде-
ляемые характером действующей нагрузки (ста-
тической, длительной статической, многоцикло-
вой, механической, термоциклической).
Существующие модели накопления поврежде-
ний, в основном, базируются на феноменологи-
ческих представлениях. Накопленный эксперимен-
тальный материал указывает на сложность фи-
зических процессов, протекающих на макро и
микроуровне в структуре материала и на их недо-
статочно устойчивые корреляционные связи с про-
цессами силового и температурного воздействия.
Действие повреждений в материале, накопленных
к определенному моменту выработки ресурса, про-
является в интегральной форме. В частности, сни-
жаются значения основных характеристик крат-
ковременной и длительной прочности сопротив-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
ления много- и малоцикловой усталости, ползу-
I чести и пластичности, а также изменяются физи-
| ческие характеристики материала (удельное элек-
трическое сопротивление, акустическая эмиссия
I и др.), которые могут служит косвенной мерой
повревденности. Поврежденность материала оце-
нивают с помощью параметров, описывающих
поведение материала на основе методов механи-
ки сплошной среды.
Степень повреждения материала детали при-
нято оценивать относительной величиной П, ме-
няющейся в пределах 0 1, значение которой в ис-
ходном, неповрежденном состоянии равно нулю
(77= 0), а в момент достижения предельного со-
стояния - единице (77 = 1).
В качестве основных параметров, характеризу-
ющих степень влияния статического, многоцик-
лового механического, малоциклового изотерми-
ческого и неизотермического нагружений на по-
вревденность, являются температура Т, уровень
статических напряжений ост, длительность дей-
ствия режима t, амплитуда циклических нагрузок
о,, число циклов N, размах упругопластической
£W, пластической е^ деформаций в цикле, од-
носторонняя накопленная деформация ер 1 , мак-
симальная температура цикла нагрева Гтах, дли-
тельности циклов напряжения и температуры
^lin 1 7:.т •
Для оценки доли длительного статического
повреждения широко используется условный
принцип линейного суммирования повреждений
в виде относительных долговечностей
П. = f—, (6.78)
где т.и () - характеристики длительной прочности.
Аналогично долю повреждений усталостного
характера оценивают величиной
Критерии силового типа базируются на по-
строении моделей долговечности, являющихся
функцией действующих статических ост , перемен-
ных механических оа , термоциклических от и
других видов нагрузок, а также температуры Т:
Ч = Т*(Ост,СТа,СТ1,7’,...),
где тл (•) - обобщенные характеристики прочности.
Поврежденность при этом будет определяться
суммарным эффектом взаимодействия всех отме-
ченных видов нагрузок для всего многообразия
условий работы данной детали
f dt________________(6.80)
{^(ост,ов,от,Г,...)
Модели многокомпонентного нагружения, ос-
нованные на построении поверхностей предель-
ных напряжений по отдельным видам нагруже-
ния, представляют собой, в случае трехкомпонент-
ного нагружения, плоскость, эллиптический па-
раболоид или другие виды аппроксимирующих
поверхностей или прямую, эллипс и другие кри-
вые второго порядка при двухкомпонентном на-
гружении.
В связи с этим один из общих видов поверхно-
стей предельных напряжений можно представить
следующим образом:
= 1,
(6.81)
где о,п предел длительной прочности; о_, пре-
дел выносливости; Ао,пр - предельная величина
размаха термоциклических напряжений; v,(' = t3)
коэффициенты уравнения аппроксимирующей
поверхности.
Если предположить, что кривые предельных
напряжений по отдельным видам нагрузок опи-
сываются формулами вида
lgT = fli+fe,.Onp,.,
(6.82)
где А (•) характеристики выносливости.
В случае многокомпонентного нагружения для
расчета поврежденности детали применяются кри-
терии силового, временного, деформационного и
энергетического типов, которые основаны как на
линейном, так и на нелинейном способе сумми-
рования повреждений.
где о, Ь. параметры, зависящие от температуры,
то долговечность детали при многокомпонентном
нагружении можно получить из решения, в об-
щем случае, нелинейного уравнения. Например,
для линейной модели (v,=v, = v, = l) в условиях
трехкомпонентного нагружения формула для рас-
330
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
чета долговечности детали выражается уравнени-
ем третьей степени относительно Igx.
В работе Н. Д. Кузнецова и В. И. Цейтлина
[297] предлагается силовой критерий в случае со-
вместного действия циклических нагрузок с ам-
плитудой напряжений оа и повторно-статических
нагрузок от . Обобщенная диаграмма связи меж-
ду оа и от на заданном ресурсе описывается па-
раболической зависимостью, которая удовлетво-
рительно согласуется с экспериментальными дан-
ными:
= о.
(6.83)
где , ои - пределы выносливости при высоко-
частотной и низкочастотной усталости; а - коэф-
фициент, зависящий от материала и условий на-
гружения (а = 2).
Критерии смешанного типа обычно имеют чи-
сто феноменологический характер, где в качестве
меры повреждения используется время или число
циклов. К ним относится целый ряд критериев
для определения долговечностей деталей, работа-
ющих в условиях низкочастотного механического
и статического нагружений при повышенных тем-
пературах, в частности, критерии Менсона [782],
Б. Г. Гецова [131], Р. А. Дульнева [181], которые в
общем виде можно представить следующим вы-
ражением:
(6.84)
„ г dt г dn
где Пс = I— и Пц = I------поврежденности от
о ! N()
действия статического и циклического нагруже-
ний; с, а, b - коэффициенты уравнения, учиты-
вающие взаимное влияние поврежденностей Пс
и Пц; Гр и А - длительность статического и число
циклов переменного механического нагружений.
В настоящее время для описания процессов
накопления повреждений и разрушения материа-
лов при действии циклических механических и
температурных нагрузок широкое распростране-
ние получили деформационные и энергетические
критерии, которые основаны на проявлении яв-
ления неупругости металлов.
При одноосном симметричном нагружении на
основании экспериментальных исследований
С.Менсоном и Л.Коффином была предложена
эмпирическая степенная зависимость между не-
упругой деформацией за цикл и числом циклов
до разрушения:
ДеХ=с. <6-85)
где Депл - пластическая деформация за цикл; Ар -
число циклов до разрушения; к, С - постоянные
параметры уравнения.
Эта зависимость базируется на предположении
об аддитивности накопления деформаций в мате-
риале. Повреждение материала, накопленное за N
циклов упруго-пластического деформирования,
при этом может быть описано величиной
С Де N ’
(6.86)
где Де„лр - предельная накопленная пластическая
деформация; ки = \/к; Со = С'/к- параметры.
Другие критерии деформационного типа, предло-
женные С. Мейсоном, С. В. Серенсеном, Р. М. Шней-
деровичем, А. П. Гусенковым, Н. А. Махутовым,
Л. Б. Гецовым, Р. А. Дульневым и другими, при-
водятся в работах [131, 147, 181, 343, 375, 782].
Например, в работе [131] рассмотрен критерий для
описания процесса разрушения в условиях одно-
стороннего накопления необратимых деформаций
в случае, если значение деформационной способ-
ности при кратковременном Ер и длительном ел
разрыве существенно отличаются:
(6.87)
А
г Де г dl
Коо +!ер(т)
где Де - полная деформация за цикл.
Один из первых энергетических критериев
[544], предложенных для описания процессов ус-
талостного разрушения, основан на гипотезе о
постоянстве критической энергии разрушения,
поглощенной в результате циклического дефор-
мирования материалов:
(6.88)
где Ж - энергия, рассеиваемая в единице объема
за /-й цикл; JK - энергия разрушения при стати-
ческом растяжении.
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
331
При этом суммарная энергия пластического
деформирования при симметричном цикле нагру-
жения
%=2% J о/г,,, , (6.89)
О
где оа - амплитуда напряжения.
Ц.Фелтнер и Н. Морроу [714] полагают, что
разрушающей энергией является энергия дефор-
мационного упрочнения и считают, что она равна
энергии статического разрушения. В ряде других
исследований |432] показано, что суммарная энер-
гия, рассеянная в единице объема, не постоян-
ная, а увеличивается с уменьшением напряжений,
а также значительно превосходит энергию, погло-
щаемую при статическом испытании на растяже-
ние. Эти подходы использовались в работах [432]
для описания процессов малоцикловой и терми-
ческой усталости.
Анализ энергетических критериев, предложен-
ных в работах В. Т. Трощенко [546], Г. С. Писа-
ренко, Н. С. Можаровского [432], Л. В. Муратова
и ранее рассмотренных авторов показывает, что
эти критерии, так же как деформационные, имеют
свои достоинства и недостатки, а также ограни-
ченную область применения. В частности, энер-
гетические критерии являются более обоснован-
ными с физической точки зрения, однако выра-
жения для их описания довольно сложные. Отме-
ченные обстоятельства требуют поиска более
приемлемых для инженерных расчетов показате-
лей повреждаемости материалов.
В условиях интенсивного развития процессов
циклической ползучести они могут определять
долговечность материала. При этом зависимость
долговечности от деформации ползучести обычно
принимается линейной в логарифмических коор-
динатах, а накопленная повреждаемость выража-
ется суммой
п = £[ар(,)]7с, (6.90)
г-1
где ДР(,) - деформация ползучести за z-й цикл на-
гружения; k, С - константы материала.
Для описания процессов длительной прочнос-
ти и изотермической ползучести в настоящее вре-
мя используется механическое уравнение состоя-
ния с параметром состояния, соответствующим
накопленной повреждаемости [203]. При этом ско-
рость ползучести р определяется напряжением о ,
температурой Т и структурным параметром со,
характеризующим меру «растресканности» мате-
риала. В процессе установившейся и ускоряющей-
ся стадий ползучести эти параметры изменяются
в соответствии с уравнениями
Р = ао“(1-0))"'; 6) = 6av(l-w)", (6.91)
где а, Ь, Ц, v , т, п - параметры.
При постоянном напряжении решения урав-
нений (6.91) имеют вид
Р(г) =
а
b(n-m
ю(г) = 1-[ 1-4
I t
(6.92)
где г* =[6(l+n)ov] ' — время до разрушения.
В работах [76, 252, 315, 316] рассмотрены дру-
гие кинетические модели накопленной повреж-
даемости при ползучести.
При многокомпонентном нагружении, когда
разрушение может наступить по нескольким при-
чинам, в случае использования линейной модели,
предельное суммарное повреждение можно запи-
сать в виде суммы слагаемых относительных по-
вреждений
где первое слагаемое учитывает повреждения от
статической нагрузки, второе от циклической,
третье - от циклической ползучести.
В общем случае действия S одновременных
факторов, как независимых, так и влияющих друг
на друга, предельное состояние можно определить
из следующих условий:
£п, = 1- линейная гипотеза суммирования;
7=1
тах(пу) = 1 при независимых факторах;
£g(nj = 1 - нелинейная гипотеза суммирования.
(6.94)
Такой метод оценки повреждаемости особен-
но удобен в инженерной практике, так как в этом
332
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
случае в качестве предельных характеристик ис-
пользуются характеристики прочности при одно-
компонентном нагружении.
Более обоснованный и точный метод оценки
предельной повреждаемости в случае действия
сложного нагружения при термоциклировании
основан на анализе кинетики напряженно-дефор-
мированного состояния конструкционных элемен-
тов. В работе [157] рассмотрены приближенные
подходы к такому расчету с использованием диа-
грамм циклического деформирования. Однако рас-
чет циклических упругопластических деформаций
в динамике является очень трудоемким и возмо-
жен только в том случае, когда стабилизация про-
цесса деформирования наступает после незначи-
тельного числа циклов нагружения.
Множество других интересных в этом плане
идей рассмотрено в работах [77, 181, 216, 252, 278].
Д. А. Киялбаев и А. И. Чудновский [252] исполь-
зуют представление об энтропийной природе раз-
рушения материала, В. С. Иванова [216] процесс
разрушения рассматривает как результат наруше
ния межатомных связей вследствие поглощения
кристаллической решеткой предельной энергии.
В. В. Болотин [77], анализируя имеющийся опыт,
разработал математические модели обобщенной
теории накопления повреждений, описывающей
зависимости долговечности от истории нагруже-
ния, а также многостадийные теории, где процесс
разрушения представляется в виде двух стадий,
например подготовительной и стадии развития и
углубления трещин. X. Б. Кордонский [278] рас-
сматривает теорию суммирования повреждений,
описывающую явление тренировки.
В дополнение к многообразию видов теплона-
пряженно-деформированных состояний, а также
видов и критериев разрушения деталей, рассмот-
ренных ранее в расчетах на прочность и надеж-
ность, следует учитывать и некоторые особеннос-
ти процессов накопления повреждений. Рассмот
рим обобщения моделей поврежденности и свя-
занные с ними критерии предельного состояния.
Распределение напряжений, деформаций и тем-
ператур по объему деталей, как правило, неодно-
родно. Поэтому процессы поврежденности, про-
текающие в различных точках детали, неодинако-
вы, что обусловливает зависимость поврежденно-
сти не только от времени, но и от координат. Это
приводит к континуальным моделям поврежден-
ности материала [232], примерами которых могут
служить модели теорий пластичности и ползучес-
ти или поля повреждений, характеризующие плот-
ность микротрещин, дислокаций, линий скольже-
ния или других дефектов кристаллической решет-
ки. На практике использование таких мер повреж-
денности вызывает значительные трудности, и
поэтому обычно поврежденность оценивается в
наиболее напряженных зонах.
Детали ГТД работают в условиях, когда наступ-
ление предельного состояния возможно по не-
скольким как независимым, так и зависимым друг
от друга причинам (образование трещин, недопу-
стимые деформации, предельный абразивный или
коррозионный износ). При этом целесообразно
введение нескольких мер поврежденности, харак-
теризующих различные процессы с различными
видами предельного состояния. Такие взаимосвя-
занные параллельно протекающие процессы мож-
но описать вектор-функцией П, а их предельное
состояние представить в виде некоторой нормы,
типичное выражение для которой имеет вид
|п|= £п;
(6.95)
где v,(z = O,a) - параметры, характеризующие взаи-
мосвязь между компонентами; к - число факторов.
Как отмечалось, процесс поврежденности ма-
териала деталей состоит из нескольких последо-
вательных стадий, характеризующихся своими
структурными элементами, законами зарождения
и развития повреждений. Скорость накопления
повреждений на каждой стадии развития процес-
са зависит как от уровня действующих напряже-
ний и температур, так и от порядка приложения
нагрузок. Это находит отражение в том, что время
разрушения будет зависеть от предыстории нагру-
жения. Полуэмпирические модели, отражающие
эти явления, подробно рассмотрены далее.
Многостадийными моделями можно описать
влияние «дальней» предыстории нагружения. Для
учета «ближней» истории, в частности эффектов
последействия и запаздывания, проявляющихся,
например, при ползучести металлов, используют-
ся математические модели из интегральных урав-
нений типа свертки [298]:
П(г) = jк(t - г')ф[п (/')> а(0] dt > (6.96)
О
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
где - функция, описывающая зависимость
скорости накопления повреждений в момент вре-
мени t от нагрузки и повреждения в момент вре-
мени г'.
Таким образом, при построении обобщенных
моделей поврежденности материала следует учи-
тывать многостадийность, многокомпонентность
процессов поврежденности, их зависимость от
времени и координат и другие особенности.
В заключение заметим, что все предложенные
гипотезы суммирования поврежденности имеют
ограниченную область применения. Каждая гипо-
теза базируется на допущениях, которые нельзя
считать полностью справедливыми в общем слу-
чае. Статистических данных для надежного под-
тверждения той или иной теории явно недоста-
точно. Материалы, различные по природе, отли-
чаются закономерностями накопления поврежде-
ний. В этом плане из всех теорий суммирования
наиболее простыми и удобными для практичес-
кого использования являются теории, основанные
на линейной гипотезе или ее модификациях и на
раздельном учете влияния на накопленную по-
вреждаемость различных составляющих нагрузок
конструктивных элементов. Линейные модели так-
же удобно исследовать с вероятностных позиций.
6.5.3. Вероятностный подход
к исследованию процессов
накопления повреждений
Растущие требования к повышению прочнос-
ти и росту долговечности деталей авиационных
двигателей приводят к необходимости совершен-
ствования методов расчета на прочность и надеж-
ность как на стадии проектирования, так и в про-
цессе эксплуатации. Для решения этих вопросов
в последнее время особое внимание уделяется раз-
работке вероятностных подходов [27, 64, 65, 77,
80, ПО, 113, 309-316, 367, 411, 454, 456, 519 и др.].
Это связано, в первую очередь, со статисти-
ческой природой прочности материалов. Явления
повреждения и разрушения обнаруживают четкую
вероятностную природу, начиная с атомно-моле-
кулярного уровня и кончая уровнем конструкци-
онной прочности. На прочностные свойства дета-
лей оказывает влияние целый комплекс внутрен-
них факторов, определяющих течение дислокаци-
онных, диффузионных и коррозионных процессов,
перераспределение легирующих элементов, струк-
турные превращения, старение и охрупчивание,
упрочнение и разупрочнение материалов. К чис-
лу факторов, влияющих на разброс прочностных
свойств, можно также отнести механические де-
фекты материала, в частности, инородные вклю-
чения, пустоты, микротрещины, концентраторы
напряжений, а также несовершенство или неус-
тойчивость технологического процесса. Прочност-
ные свойства конструкционных материалов не-
одинаковы для различных плавок и тем более для
продукции различных заводов. Так, например,
циклическая долговечность при испытаниях на
выносливость в одних и тех же условиях может
изменяться на порядок и более. Все эти факто-
ры приводят к значительному статистическому
разбросу характеристик прочности материалов
деталей.
Воздушные суда летают на трассах различного
профиля, в разных климатических условиях. При
этом характеристики нагруженности конструктив-
ных элементов, являющиеся функцией режимов
работы, существенно зависят от внешних условий
и интенсивности процессов эксплуатации. В этом
случае тепловое, силовое и химическое воздействия
на конструктивные элементы носят также явно
выраженный случайный характер, для определе-
ния влияния которого на характеристики надеж-
ности целесообразно проведение вероятностных
расчетов.
Следующая причина, обусловливающая приме-
нение вероятностных методов для анализа харак-
теристик повреждаемости и надежности, заклю-
чается в том, что проблема получения достовер-
ных данных о нагруженности конструктивных эле-
ментов ГТД в процессе эксплуатации практически
не может быть полностью решенной. Сложный
многоосный, многокомпонентный нестационар-
ный спектр нагружения деталей, многократное
чередование различных режимов работы двигате-
ля не позволяют точно идентифицировать нагру-
женное состояние КЭ ГТД. Кроме того, данные о
нагруженности во время полета невозможно по-
лучить прямыми измерениями, а только через кос-
венные параметры, где наблюдается потеря точ-
ности в оценке характеристик нагруженности, осо-
бенно на переходных режимах. С другой стороны,
из-за несоответствия идеализированных схем, мо-
делей и методов расчета реальным процессам на-
гружения, накопления повреждений и разруше-
334
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
ния, в оценках этих величин содержатся система-
тические ошибки. Поэтому получить наиболее
достоверные оценки параметров нагруженности и
оценить их точность можно только на основе ве-
роятностно-статистических методов анализа. Не-
обходимо отметить, что вероятностно-статистичес-
кий подход к оценке характеристик прочности и
надежности приводит к единому вероятностному
критерию возможные отклонения действующих
температур и напряжений, разбросы характерис-
тик материала, что дает возможность использо-
вать их в качестве нормативных характеристик.
Это, в свою очередь, создает условия для прове-
дения анализа о степени влияния различных фак-
торов на выходные характеристики, а также пред-
ставляет возможность для более ответственных де-
талей назначать более высокие вероятности не-
разрушения.
На стадии проектирования расчет характерис-
тик основан на статистических данных о прочно-
сти материалов, возмущающих внешних воздей-
ствиях и условиях эксплуатации деталей и узлов,
аналогичных проектируемым. Расчет дает возмож-
ность подобрать материалы, размеры и конструк-
ционные формы деталей, технологические процес-
сы для их обработки, которые бы обеспечили
назначенные показатели надежности. При этом
большую роль играют ограничения на стоимость
материалов и комплектующих изделий, их вес,
требования к безотказности и другие технико-эко-
номические показатели.
В отличие от этапа проектирования, где ис-
пользуются данные о генеральной совокупности
еще не созданных деталей и узлов, на стадии экс-
плуатации оценка характеристик надежности вы-
полняется для конкретных работающих изделий.
Из-за естественного разброса свойств деталей,
различных условий эксплуатации, предыстории
нагружения, индивидуальные показатели надеж-
ности лежат в широких пределах. Их оценка по-
зволяет предупредить возможные отказы или не-
предвиденные достижения предельных состояний,
а также более правильно планировать режимы
эксплуатации двигателей, профилактические ме-
роприятия и снабжение запасными частями. Пе-
реход к обслуживанию с учетом индивидуальных
характеристик надежности ведет к увеличению
срока службы деталей ГТД, поскольку уменьша-
ет долю двигателей, преждевременно снимаемых
для ремонта, а также обеспечивает более высо-
кую безотказность для остальных двигателей, что
открывает путь для их эксплуатации по техни-
ческому состоянию и повышения безопасности
полетов.
Прогнозирование прочностных свойств дета-
лей ГТД на этапе проектирования, а также оценка
характеристик прочностной надежности на стадии
эксплуатации связаны, главным образом, с иссле-
дованием процесса накопления необратимых по-
вреждений. К этим процессам можно отнести ус-
талость, «растрескивание», накопление пластиче-
ских деформаций, изнашивание, коррозию, эро-
зию и другие процессы.
Для описания процессов повреждения и раз-
рушения материалов деталей под действием на-
грузок в настоящее время используются полуэм-
пирические и структурные модели накопления
повреждений. Структурные модели основаны на
математическом описании физики процесса на-
копления повреждений на одном или нескольких
уровнях структуры [3671. При этом развитие про-
цессов поврежденности зависит от многих внут-
ренних и внешних причин, а их масштаб может
меняться в широком диапазоне - от уровня крис-
таллической решетки до макродефектов.
Полуэмпирические модели не включают яв-
ного описания механизма повреждений, однако
они являются более простыми с математичес-
кой точки зрения и на макроуровне достаточно
полно отражают основные закономерности про-
цессов повреждения, так как базируются на эм-
пирических данных о прочностных свойствах ма-
териала деталей, полученных в условиях нагру-
жения, близких к реальным условиям эксплуа-
тации. Полуэмпирические модели могут служить
в качестве моделей макроуровня, в которых вме-
сто структурных параметров, отражающих реаль-
ные физические процессы, используются по-
врежденности, соответствующие относительной
наработке деталей, а за критерий разрушения
принимается мгновенное превышение накоплен-
ной повреждаемостью предельно допустимого
уровня. Несмотря на большие различия в физи-
ческой природе процессов поврежденности, для
их описания можно использовать одни и те же
математические модели. Важным преимуще-
ством полуэмпирических моделей является так-
же то, что их можно применять для непосред-
ственного нахождения характеристик прочност-
ной надежности по информации о теплонапря-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
женном состоянии деталей, регистрируемой в
процессе эксплуатации.
В настоящее время в вероятностных расчетах
на прочность деталей ГТД наибольшее внимание
уделяется трем видам отказов: статическому или
повторно-статическому, малоцикловому и много-
цикловому усталостному разрушению. При этом,
за критерий разрушения в первом случае прини-
мают мгновенное превышение действующими на-
пряжениями допустимого предела прочности, а в
других - рассматривают постепенное накопление
повреждений под действием многократно прила-
гаемых нагрузок до предельного уровня.
При вероятностных расчетах на статическую
прочность обычно принимают, что нагрузка о и
прочность оп являются независимыми случайны-
ми величинами. Вероятность безотказной работы
определяется из условия о<оп (или о-оп<0) с
помощью операции свертки этих случайных ве-
личин с последующим интегрированием:
Р„ = рнр = И Ш+^f^dadU , (6.97)
где /„() и /,,,() - плотности распределения дей-
ствующих и предельных напряжений; Рр и Рнр -
соответственно вероятность разрушения и нераз-
рушения.
Причем случайные величины о и оп считают
независимыми от времени (наработки), полагая
при этом, что если получена достаточно высокая
вероятность неразрушения, то это гарантия рабо-
тоспособности в течение всего рабочего ресурса
детали.
В вероятностных расчетах на многоцикловую
усталость можно воспользоваться скорректирован-
ной гипотезой линейного суммирования повреж-
дений в виде
Л ^(о)
с помощью которой среднее время до разрушения
(средней ресурс) детали определяется по формуле
- Л'с
г =-^ = Я|
О)
,J N(a)
где - число циклов до разрушения детали; со -
среднее число циклов в единицу наработки; ар -
величина, зависящая от материала детали и нара-
ботки; /п(-) - плотность распределения действу-
ющих напряжений; Д'(о) - предельное число
циклов работы детали при напряжении о ; о„„„,
оП1ах - минимальные и максимальные напряже-
ния, участвующие в накоплении повреждений.
Здесь величина ар при непрерывном спектре
нагружения определяется по формуле
J с^Дсф/о-Ло., j /п(о)</о
> (6-99)
(о11ИХ-Аю_1) J /О(о)</о
где о_, - предел выносливости; к - коэффициент
(0,4-0,7).
Вероятность разрушения для случая плоского
напряженного состояния с компонентами сит,
изменяющимися по асимметричному циклу, и
кривыми усталости с горизонтальными участка-
ми можно также определить с использованием
условных вероятностных характеристик коэффи-
циентов запаса прочности. В этом случае кванти-
ли нормального распределения (/, соответствую-
щие заданной вероятности разрушения (неразру-
шения) Рр = 7 — Рнр = Ф”‘(6/р) 100 %, находят по
формуле
и°~ Г t______ —1______xi
У п-"’ 1+(V*T)’ к
где Ао=и_,„/оа,к; kx = r_w/x^,
\,к = /Т-: =С7» +VaoV’ = Ч + VoJ,,,;
S; = S; +<£; ; \2 = 5; , 5Т2 -дис-
аэк а и т аэк a ш а а
Персии амплитуд действующих напряжений; S„ ,
S; - дисперсии средних напряжений; ои, ти,
ГП|и , Ц f _ средние значения и коэффициенты ва-
риации средних напряжений циклов; оа , та, Ка,
средние значения и коэффициенты вариа-
ции амплитуд напряжений; vOp , v,„ - детерми-
нированные коэффициенты, учитывающие влия-
ние асимметрии цикла при действии нормальных
336
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
и касательных напряжений; V„ р - коэффициент
вариации пределов выносливости материала дета-
ли; индексом эк обозначаются параметры эквива-
летного режима.
Аналогичные подходы к оценке вероятностных
характеристик ресурса рассмотрены в работах [65,
77, 80].
В других вариантах вероятностных расчетов на
усталостную прочность используются статистичес-
кие теории, основанные на гипотезе «слабого зве-
на» (теории Вейбулла, Серенсена Когаева), кото-
рые предполагают, что источником разрушения
является наиболее опасный дефект, имеющийся в
детали, а свойства материала описаны кривой рас-
пределения критических напряжений, при этом
считается, что характеристики дефектов не меня-
ются в процессе нагружения. Эти теории проти-
воречат экспериментальным данным по эффекту
масштаба, а также не описывают исходного рас-
сеивания результатов испытаний на усталость.
В рассмотренных вероятностных расчетах на
прочность не учитывается в явном виде предыс-
тория нагружения, а также влияние температур и
других случайных факторов на вероятностные ха-
рактеристики разрушения деталей.
В настоящее время для количественной оцен-
ки надежности используются методы, основанные
на статистическом анализе отказов [278, 287, 567].
Обработка информации при этом включает в себя
накопление данных об отказах изделия во время
эксплуатации, при испытаниях, а также в процес-
се ремонта или хранения и получения статисти-
ческих оценок результатов наблюдений. В соот-
ветствии с этими методами для эксперименталь-
ной оценки показателей надежности (безотказ-
ности, долговечности, ремонтопригодности и
сохраняемости) с удовлетворительной степенью до-
стоверности необходимо иметь достаточно боль-
шой статистический материал. Для сбора этого
материала нужны длительные испытания изделий,
что требует больших затрат времени и средств.
Следует также отметить, что с физической точки
зрения статистические модели надежности опи-
сывают только закономерности появления отка-
зов и не затрагивают процессов их возникновения
и развития.
В последнее время интенсивно развиваются
методы оценки надежности, основанные на изу-
чении и моделировании физических процессов,
обусловливающих отказы, где основную роль иг-
рают функциональные или физические зависимо-
сти, которые устанавливают связь выходных ха-
рактеристик, определяющих работоспособность
систем двигателя с параметрами, характеризую-
щими действующие нагрузки, прочностные свой-
ства материала и наработку [367]. При этом, в за-
висимости от абстрактности моделей по отноше-
нию к физическим процессам, можно выделить
функционально-статистические и физические
модели отказов (модели надежности). В первых
моделях определяющие параметры нагруженнос-
ти и прочности - случайные величины, а модели
отказов представляются в виде квазидетермини-
рованных зависимостей от этих параметров и вре-
мени. Физические модели устанавливают причин-
ную связь между конструктивно-технологически-
ми параметрами систем и параметрами физико-
химических процессов, происходящих в материале
деталей и узлов ГТД в процессе эксплуатации. Эти
модели являются еще более информативными, чем
функционально-статистические. Основной недо-
статок этих моделей, сдерживающий их примене-
ние на практике, заключается в том, что каждая
модель характеризуется конкретной индивидуаль-
ностью и достаточно сложна в построении и ис-
пользовании. Поэтому важное условие использо-
вания рассмотренных моделей - их обобщение и
типизация, которые идут по пути применения еди-
ных физических параметров, таких как энергия,
энтропия, ресурс или повреждаемость. Наиболее
обобщающим в этом плане параметром служит
поврежденность, которая может опираться на энер-
гетические (накопление энергии кристаллической
решеткой) или энтропийные (мера неопределен-
ности) представления повреждаемости.
Целью дальнейшего исследования является
построение и вероятностный анализ моделей на-
дежности конструктивных элементов, в которые
входят модели материала, формы детали, нагру-
жения и разрушения. В результате расчетов опре-
деляются показатели безотказности, долговечно-
сти, вероятностные характеристики запасов проч-
ности и другие показатели, отражающие способ-
ность детали сохранять работоспособность в
течение длительного периода эксплуатации и ха-
рактеризующие постепенное накопление в мате-
риале деталей необратимых изменений, связанных,
в основном, с прочностными или износовыми
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
337
группа ПОКАЗАТЕЛИ
1 БЕЗОТКАЗНОСТИ
Вероятность прочностного отказа
(вероятность разрушения)
РР=^п,(П=П0)
Вероятность безотказной работы
по прочностным критериям
(вероятность неразрушения)
^=1-ГП(1(П=Ц),
где По- предельная поврежденность
НАКОПЛЕННАЯ
ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ
^пл(Пв),/Пг|(Пв),т„,5:
3-я
группа
КОЭФФИЦИЕНТЫ
ЗАПАСА
Коэффициенты запаса
долговечности
2-я
группа
ПОКАЗАТЕЛИ
ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Число циклов (время) до разрушения
(гамма-процентный ресурс)
P,=]Jo=F,(tn,),Z(O.MO
Медианное число циклов
(время) до разрушения
W = 0,5; F,(tJ= 0,5
Квантильные оценки na, ta
ВЕРОЯТНОСТНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
F(Q- интегральный закон
распределения;
fig) - плотность распределения;
Щ) - функция интенсивности;
m(Q - математическое
ожидание;
S[ -дисперсия;
- наиболее вероятное
значение;
- квантильные оценки
4-я
группа
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ
НАРАБОТКА
^нэ(’)»Лэ(‘)< WH3> ^нэ
Коэффициенты выработки
ресурса
^кв(’)>7кв(')» ткв> ^кв
Прогнозируемое число циклов
до полной выработки ресурса
Рис. 6.66. Показатели прочностной надежности КЭ ГТД, полученные в результате исследования
отказами. Поэтому, по аналогии с [343], их будем
называть показателями прочностной надежности
или вероятностными характеристиками работо-
способности КЭ ГТД. К этим показателям отно-
сятся вероятность безотказной работы, вероятность
прочностного отказа, гамма-процентный, средний
и наиболее вероятный ресурс детали, вероятност-
ные характеристики эквивалентной наработки,
коэффициенты выработки и остатка ресурса, ве-
роятностные характеристики коэффициентов за-
паса прочности и долговечности и другие харак-
теристики. На рис. 6.66 показаны основные веро-
ятностные характеристики показателей прочност-
ной надежности КЭ ГТД, которые можно получить
на основе анализа процессов накопления повреж-
дений.
Как свидетельствует обработка и анализ дан-
ных о дефектах и неисправностях досрочно сня-
тых двигателей, отказы основных конструктивных
элементов (рабочих лопаток и дисков компрессо-
ров и турбин, камер сгорания, лопаток направля-
ющего и соплового аппаратов) носят постепен-
ный износовый характер, обусловленный процес-
сами старения. Для количественного описания
этих изменений в материале деталей, вызванных
действием напряжений и температур, в физичес-
кой теории отказов используют понятие повреж-
денности, которое характеризует отклонение кон-
тролируемых свойств материалов КЭ от исходных.
В прочностных расчетах для решения задач оцен-
ки долговечности в условиях нестационарного
нагружения широко распространены критерии
поврежденности в виде отношения текущего зна-
чения контролируемого параметра к его предель-
ному значению при отказе. Математическим от-
ражением этих процессов служат кумулятивные
модели отказов, основанные на гипотезе линей-
ного или нелинейного суммирования поврежде-
ний [77, 309, 310, 312, 313, 315, 316].
Следует отметить, что наибольшей универсаль-
ностью обладает метод линейного суммирования
повреждений. Линейная гипотеза имеет опреде-
ленное фундаментальное теоретическое обосно-
вание, основанное на энергетических критериях
поврежденности, общих для целого ряда процес-
сов исчерпания прочности. Они также универсаль-
ны относительно вида термомеханического нагру-
жения, что позволяет использовать ее для сумми-
22 8-470
338
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
рования статических и циклических повреждений
во временной и деформационной трактовке. От-
метим, что нелинейные законы суммирования,
обладающие свойствами автомодельности, можно
свести к линейным моделям. Линейные процессы
также удобно исследовать с вероятностных пози-
ций. Поэтому этот принцип в дальнейшем при-
нят за основу при рассмотрении вероятностных
методов суммирования повреждений.
Проведенный анализ показывает, что вероят-
ностно-временная оценка показателей работоспо-
собности КЭ ГТД по прочностным критериям,
связанным с процессами старения, учитывающая
случайную природу прочности и нагруженности,
основана на изучении вероятностных процессов
поврежденности и разрушения конструктивных
элементов. Главные задачи, требующие при этом
решения, состоят в определении вероятностных
характеристик теплосиловой нагруженности дета-
лей газотурбинных двигателей в процессе эксплу-
атации и прочности их материалов, вероятност-
ной оценке поврежденности на стационарных и
переходных режимах работы двигателя и в целом
за полет в зависимости от вида предельного со-
стояния и критериев разрушения, определения ве-
роятностных характеристик накопленной повреж-
даемости за весь период подконтрольной эксплу-
атации и оценке исходя из этого показателей проч-
ностной надежности.
В настоящее время для описания характерис-
тик прочности материала в основном использу-
ются детерминированные модели. В целях прове-
дения вероятностных исследований необходимо
получить вероятностные модели прочности, учи-
тывающие стохастический характер свойств мате-
риала, а также решить ряд задач по температурно-
временной аппроксимации эмпирических данных
по длительной, мало- и многоцикловой прочнос-
ти [114, 311, 453].
Работа авиационного двигателя характеризует-
ся чередованием режимов с различными уровня-
ми действующих на деталь напряжений и темпе-
ратур, совместное влияние которых на снижение
несущей способности можно оценить через на-
копленную повреждаемость с помощью гипотез
линейного или нелинейного суммирования по-
вреждений. В рамках одного полета вероятност-
ная оценка поврежденности связана с двумя ос-
новными задачами: расчетом поврежденности на
стационарных и переходных «элементарных» ре-
жимах и с суммированием элементарных повреж-
дений. С математической точки зрения первая из
них состоит в решении нелинейных стохастичес-
ких уравнений, аргументами которых служат слу-
чайные величины либо случайные функции. Вто-
рая может быть сведена к определению вероятно-
стных характеристик сумм последовательностей
зависимых случайных величин или интегрирова-
ния случайных функций.
С процедурой вероятностного суммирования
повреждений также связана и проблема опреде-
ления накопленной повреждаемости за весь пе-
риод подконтрольной эксплуатации. Современные
методы суммирования повреждений, в основном,
опираются на детерминированный подход. Ис-
пользование вероятностных методов ограничено
суммированием повреждений как независимых
случайных величин [77]. Поэтому разработка ме-
тодов вероятностного суммирования повреждений,
представляющих собой зависимые случайные ве-
личины, последовательности случайных величин
с заданными корреляционными функциями, мар-
ковские или случайные процессы, являются акту-
альной задачей [73, 113, 310, 313].
Для практической реализации разрабатываемых
методов оценки и прогнозирования работоспособ-
ности КЭ ГТД по прочностным критериям на ста-
дии проектирования и эксплуатации, их верифи-
кации, анализа эффективности и создания оп-
тимальных вычислительных алгоритмов расчета
необходима разработка соответствующего алгорит-
мического и программного обеспечения и прове-
дение численного эксперимента.
6.5.4. Вероятностные модели прочности
материалов деталей
Для описания характеристик длительной проч-
ности и других характеристик сопротивляемос-
ти длительному действию нагрузки предложено
множество параметрических моделей, которые,
главным образом, базируются на гипотезах подо-
бия геометрического или физического характера.
К числу наиболее широко применяемых моделей,
отражающих физические закономерности процесса
разрушения, относятся формулы С. Н. Жукова и
И. И. Трунина [135], а к моделям, основанным на
геометрическом подобии, принадлежат парамет-
рические зависимости Ларенса-Миллера, Шерби-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Дорна, Менсона-Саккопа, Менсона-Хаверда, Кон-
рада, Корчинского-Клаусса, Крита, модель Цен-
трального котлотурбинного института (ЦКТИ),
модель обобщенных диаграмм (МОД) Ковпака и
др. [107, 549, 581].
Для оценки параметров указанных моделей мож-
но воспользоваться известными методами описа-
ния зависимостей: наименьших квадратов (МНК),
максимума правдоподобия (ММП), корреляцион-
но-регрессионного анализа, минимизации функ-
ций многих переменных, методом группового учета
аргументов и др. [161, 218, 453, 558].
Рассмотренные модели и методы аппроксима-
ции семейств кривых прочности материала пред-
назначены для описания характеристик прочнос-
ти в детерминированной постановке. Для пред-
ставления их в вероятностной форме в работах
[114, 311] разработаны специальные модели, суть
которых заключается во введении в уравнения се-
мейства кривых прочности параметра а, являю-
щегося случайной величиной, распределенной по
одному из известных законов. Выбор формы за-
кона и оценка параметров распределения случай-
ной величины а, характеризующей вероятностные
свойства материала, можно проводить исходя из
анализа экспериментальных данных.
В настоящее время предложено большое коли-
чествотеоретических распределений для долговеч-
ностей и характеристик механической прочности.
При этом, в большинстве случаев, механические
свойства материала, такие как пределы длитель-
ной прочности, текучести и выносливости, рас-
пределены по законам, близким к нормальному
[107, 258], а характеристики долговечности обыч-
но имеют логарифмически нормальное распреде-
ление. Кроме этих распределений на практике на-
шли применение также распределения Вейбулла,
Гумбеля, гамма и др. [258].
Известно, что формы различных законов рас-
пределения статистических пределов прочности в
значительно меньшей степени влияют на вероят-
ность разрушения, чем их дисперсии. Поэтому, в
дальнейшем, в качестве определяющих парамет-
ров для а будут задаваться значения математичес-
кого ожидания М[о] и дисперсии D[«] = 5^.
При оценке параметров уравнений прочности
с помощью метода наименьших квадратов исхо-
дят из предложения о нормальности закона рас-
пределения отклонений и требования максималь-
ной по вероятности близости экспериментальных
и расчетных значений долговечности. Предполо-
жение о нормальном законе распределения откло-
нений в логарифмических координатах является
вполне оправданным, а метод наименьших квад-
ратов при такой постановке задачи будет коррект-
ной статистической процедурой.
В качестве аппроксимирующих функций, пред-
назначенных для описания кривых прочности, мож-
но использовать целый ряд эмпирических зависи-
мостей [107], приведенных в табл. 6.20, которые
даны в прилагаемой вероятностной трактовке. При
этом, если в результате опыта получен ряд долго-
вечностей т,-, соответствующих заданным услови-
ям испытаний (напряжению о, и температуре Т.)
и необходимо оценить параметры зави-
симости lgT = ip(o,T,a), то функционал для опре-
деления коэффициентов а. в общем случае нели-
нейного уравнения lgT = <p(G/,Tj,a) имеет вид
0 = j^P,[lgT,-<p(oj,'I[,a)]2—> min , (6.100)
где Р - весовая функция.
Описание кривых долговечности методом мак-
симального правдоподобия позволяет получить
квантильные оценки пределов прочности, соответ-
ствующие заданной вероятности разрушения. Сле-
дует отметить, что метод наименьших квадратов
является частным случаем ММП, где предполага-
ется нормальный закон распределения разности
расчетных и экспериментальных долговечностей.
Метод максимального правдоподобия всегда дает
эффективные оценки определяемых параметров.
Для получения ММП оценок неизвестных па-
раметров at, 1 = 1,к на базе независимых наблюде-
ний случайных долговечностей т,, i = 1,и, распреде-
ленных с плотностью f (т. о. Т. а), составляют функ-
цию правдоподобия £(т|,т,,...,тя) = ]^[/(т,,сг,,7;,я).
При этом оценки а,, максимизирующие функцию
правдоподобия (или логарифм функции правдопо-
добия), находят из решения системы уравнений
dinL d v-4. _/ _,
—— = — Xln/(T-’af7i’a)+
da, da “7
+—£1пГ1-Г(ту,Оу,Т},я)] = 0, / = LC (6.101)
J=1
340
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Таблица 6.26. Уравнения для вероятностного описания характеристик прочности
Jit Уравнение Аналитическое выражение
1 Экспоненциальное lgT=A(7') + B(7’)(c + e0) или G = C(7’) + D(7’)lgT + ao
2 Степенное IgT = А(Т) + B(7-)(lg о + «„,), 1g G = С(Г) + D(T) 1g т + a„L
3 Ларсена-Миллера IgT = a0 + y-(lgc + aa ) + ^(igo + a„L
4 Шерби-Дорна !g T = a0 + +a2 (1g О + aOi) + a, (1g a + ao )'
5 Менсона-Саккопа 1gT = a0 + a,T + a, (iga + ) + a3 (igo + )’
6 Конрада 1gT = flo+|L + a2(0 + a<,) + a3r(0 + aa)
7 Корчинского-Клаусса IgT = a0 + + аг (igo + aOi ) + a,7(lga + ao )'
8 Экспоненциально- квадратичное IgT = A(T) + B(T) (a + aJ + C(T) (a + a, )2
9 Степенно-квадратичное 1g т = A(T) + B(T) 1g (a + a J + C(T) 1g2 (a + «„ )
10 Криша (модифицированное) lgT= A(7") + B(T)(lgG + an )2
Кордонского-Фридмана (модифицированное)
11 lgT = A(T)>/B(T) + lgO + a„
12 Показательно-степенное IgT = A(T) + B(T) (a + ao ) + C(T) lg(a + a, )
13 Кусочно-экспоненциальное 1g т = A(T) + B(T) (a + a, ) + Abs [C(T) + D(T) (a + )]
14 Кусочно-степенное IgT = A(T) + B(T)(lga + )+ A/zs[c(7) + D(T)(lga + )]
15 Журкова t7 „ a . . 1g T - = a0 + — (g + ), где t/o - энергия активации;
к - постоянная Больцмана
16 Трунина lgT-21gT = «0+^- + ^-(O + aJ + ^-lg(O + aJ
Примечание: д,,/ = 1,4 - коэффициенты семейства уравнений прочности; а„,а„ -параметры,
характеризующие вероятностные свойства материала; М[аП] = М[ап ] =0; О[а„] = 5^; Е)[аа ]-S~
где т,., о,, Т. - долговечность, напряжение и тем-
пература /-го разрушившегося образца; т,-, оу, Т. -
долговечность, напряжение и температура у-го
неразрушившегося образца; п - общее число ис-
пытаний; г - число неразрушившихся образцов;
F[1g(т),о,Г,а] - функция распределения долго-
вечности.
При известных параметрах at (1 = 1,к) из урав-
нения
F[lg(T),Gt7z,,r,a] = P (6.102)
можно найти предел прочности отТр, соответству-
ющий заданной долговечности т, температуре Т
и вероятности разрушения Р.
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
341
При выборе моделей характеристик прочности
можно также воспользоваться критериями, пред-
ложенными в [671. В этом случае точность ап-
проксимации определяется статистиками
Л j=l Л j=i у Л. j=i
^=лтЕ5?’ (6-ЮЗ)
V * 7=1
где ЮО % (по напряжению) или
5;=[(lg^ -Ig'tJ/lg'ty] 100 % (подолговечности); о“-
расчетные значения предела прочности, получен-
ные по модели для долговечности = т;; и, - на-
пряжение, при котором получено эксперименталь-
ное значение долговечности ; к - число прове-
рочных экспериментов.
Величина 5, характеризует статистическое
смещение оценки о" относительно о,, величины
J2 и являются среднеарифметическим и средне-
квадратичным отклонениями и характеризуют об-
щую точность метода, а величина 53 - рассеивание
относительно среднего, т. е. устойчивость оценки.
Рассмотрим методику определения дисперсии
логарифма долговечности , а также дисперсий
пределов прочности S? и в случае описания
характеристик прочности материала экспоненци-
альным или степенным уравнениями [311].
В случае экспоненциальной зависимости ма-
тематического ожидания долговечности от напря-
жения при постоянной температуре статистичес-
кие свойства материала могут быть описаны с по-
мощью трех различных уравнений, которые будут
тождественны при определенном подборе пара-
метров случайных величин:
lgT = 4 + Bo + flt; lgr = А + В(а + аа):
lgo= А + Во + я„(1+В2)°", (6.104)
где а„ и аг - случайные величины с нулевыми
математическими ожиданиями и дисперсиями S2,
S2 и 5;. Следует отметить, что если эти случай-
ные величины нормальны, то условная плотность
распределения долговечности является логариф-
мически нормальной, что соответствует данным
многочисленных прочностных исследований.
Исключив случайные величины аг, ас и ап из
формул (6.104) и определив дисперсии от обеих
частей уравнений при равенстве нулю их матема-
тических ожиданий, получим дисперсии этих слу-
чайных величин:
£»к] = ^2=-!--^(^т;-А-Во7)2 ; (6.Ю5)
гП 1 j=i
= ; (6.106)
в J
г , , 1 (1етг“А-Во,)
= [S'----...г (6.Ю7)
ГП — 1 j~i 1TD
где Oj и т,, j = l,m - экспериментальные значе-
ния пределов прочности и долговечности; т -
число испытаний.
Рассмотрим статистический смысл и связи вве-
денных случайных величин. Очевидно, что дис-
персия случайной величины а, - это также и дис-
персия логарифма долговечности материала 5,2Т,
дисперсия ап служит мерой рассеивания экспе-
риментальных точек по напряжению, т. е. являет-
ся дисперсией предела прочности, а среднеквад-
ратичное отклонение Sn - мерой рассеивания вок-
руг линии регрессии. Отметим, что дисперсию S2
можно определить путем геометрических постро-
ений из решения прямоугольного треугольника
ОАВ (рис. 6.67), высота которого пропорциональ-
на величине S:
Рис. 6.67. Схема к оценке дисперсий долговечности S,2T
и параметра материала S2, S2, S2
342
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
1 т С2 Г)2
<6|08>
где Cj=\gxj-A-Buj; О}=(\^х}-а)/в-о} .
Таким же образом, исходя из геометрической
интерпретации дисперсий случайных величин аг,
аа и ап и тождества выражений (6.104) между дис-
персиями, можно установить следующие зависи-
мости:
S2=^=^i+_LA S’S° _ Sj _ S;B
° В2 В2)' " S2X+S2„ 1 + В2 1 + В2’
(6.109)
Аналогичные результаты можно получить и при
степенной зависимости долговечности от напря-
жений: lgt = A + B(lgo+aaZJ. При этом случайная
величина a„L характеризует рассеивание экспери-
ментальных точек относительно логарифма пре-
дела прочности . В этом случае в выражениях
для дисперсии (6.105) - (6.107) следует о. заме-
нить на 1g о;.
Для семейств кривых прочности при перемен-
ных напряжениях и температурах в случае экспо-
ненциальной зависимости оценки усредненных по
семейству кривых длительной прочности диспер-
сии случайных величин и ап можно полу-
чить по формулам
1 к ,п1
5>-£Жт,у-а(7;)-в(7;)о„]2 ; (6.1Ю)
П 1=1 у=1
lgT,y-A(7;)
В(ТД
(6.111)
С2 = 1 f f [ig-^.7 -А(7])~b(t>J2
" 1+В2(Т,)
(6.112)
где т.., о,.., Г - долговечность, напряжение и тем-
пература испытания образцов на прочность; mi -
количество образцов в z’-й серии; к - количество
серий испытаний при различных температурах.
В этом случае для соблюдения равенств при
постоянстве одной из дисперсий две другие явля-
ются функцией от температуры. Причем, если
принять s,2 = const, то увеличение наклона кривых
прочности относительно оси напряжения приво-
дит к увеличению дисперсии S2 и уменьшению
дисперсии S;.
Для примера рассмотрим описание характери-
стик длительной прочности жаропрочного сплава
ЖС26ВСНК, из которого изготовлены рабочие
лопатки турбин 1-й и 2-й ступени двигателя
ПС90А. В вероятностных моделях оценки ресурса
их целесообразнее всего использовать в виде сте-
пенной или экспоненциальной зависимости долго-
вечности от напряжения. Полученные уравнения,
которые с минимальной погрешностью описыва-
ют экспериментальные данные в рабочей области
действующих на лопатки турбины напряжений и
температур, имеют вид
1ё(т) = -14,28588 - 0,004161087’ +27612,08/(7’+ 273) +
+о(-0,295976 + 0,0003742137’ -0,000000157Г2),
5Й1= Тад =0,41;
(6.113)
lg(T) = 16,88129-0,02685737’ + 26795,35/(7’ + 273) +
+lg(o) (-26,7282 + 0,023351ТГ - 0,0000038464Г2),
5ет=Тад=1,о.
Следует отметить, что возможны и более слож-
ные модели прочности материала, основанные на
введении в уравнение нескольких случайных ве-
личин. Примером может служить степенная мо-
дель характеристик прочности следующего вида:
IgT = А(7) + В(г)[1п(о + ап) + дпЛ] . В этом случае при
малых нагрузках разброс характеристик прочнос-
ти определяет параметр ап, а при больших .
Для оценки параметров семейства кривых проч-
ности можно воспользоваться критерием мини-
мума дисперсий (S; -» min , S2 -> min , .S’; -> min ),
что соответствует критерию минимизации мето-
дом наименьших квадратов, который дает наилуч-
шие оценки в случае нормального распределения
соответствующих отклонений. При этом для каж-
дого семейства будет получена своя математичес-
кая модель. Параметры первой модели могут быть
получены из решения системы линейных уравне-
ний, так как она линейная относительно парамет-
ров, а для остальных моделей параметры опреде-
ляются с помощью методов минимизации функ-
ций многих переменных, в частности, методов,
использующих матрицу вторых производных: мо-
дифицированного метода Пауэлла, методов Дави-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
343
дона-Флетчера-Пауэлла или Ньютона и др. В ка-
честве первого приближения при этом принима-
ются значения параметров, полученных для пер-
вого семейства.
Если плотность распределения отклонений от-
личается от нормальной, то для оценки парамет-
ров уравнений можно воспользоваться методом
максимума правдоподобия (2.4), где в качестве
функции правдоподобия следует рассматривать
совместную плотность распределения соответству-
ющих отклонений. При этом решение системы
уравнений (2.4) при непосредственном использо-
вании процедуры минимизации функции правдо-
подобия представляет значительные вычислитель-
ные трудности, хотя в результате этот метод дает
наиболее эффективные оценки.
Анализ многочисленных экспериментальных
исследований характеристик сопротивления дли-
тельной прочности, а также усталости различных
жаропрочных материалов при нормальных и по-
вышенных температурах позволил установить, что
рассеяние логарифма долговечности мало зависит
от величины напряжений и практически может
приниматься постоянным: 5\2= const [107, 258|.
6.5.5. Вероятностные модели поврежденности
и разрушения деталей
В каждом полете летательного аппарата конст-
руктивные элементы (КЭ) двигателя испытывают
комплекс силовых и тепловых воздействий раз-
личной интенсивности и продолжительности. По
своей природе этот процесс нагружения деталей
представляет собой сложный (многоосный), мно-
гокомпонентный, нестационарный случайный
процесс, характеристики которого определяются
режимами работы двигателя, климатическими ус-
ловиями, особенностями конструкции и другими
факторами.
Определение поврежденности КЭ с полным
учетом эксплуатационных условий связано со зна-
чительными трудностями и может быть осуществ-
лено только путем различного рода упрощений
и схематизации реального процесса нагружения.
В случае многоосного нагружения статистически
связанные компоненты тензора напряжений в рас-
четной практике обычно заменяются эквивалент-
ным (по некоторой теории прочности) напряже-
нием, представляющим собой одномерный про-
цесс. Учет многокомпонентности нагружения осу-
ществляется путем выделения и независимой оцен-
ки различного вида нагрузок (статических, высо-
кочастотных механических, термоциклических и
др.) и рассмотрения их комплексного влияния на
поврежденность по одному из критериев прочно-
сти силового, временного, деформационного или
энергетического типов. При оценке поврежден-
ности в случае нестационарного нагружения эле-
ментов ГТД в полете наибольшее распростране-
ние получили методы, основанные на линейной
гипотезе суммирования повреждений.
В общем случае поврежденность за полет мож-
но определить по формуле
„ Д v- G v'f dt
n'=Sn'=?W2fe- <6114>
где П. - поврежденность за г-й полет; П„ - по-
врежденность на j-м режиме /-го полета; т(-) -
обобщенные характеристики прочности, характе-
ризующие сопротивляемость материала детали
совместному действию в общем случае многоос-
ных длительных статических, циклических и тер-
моциклических нагрузок и других факторов; Q -
вектор нагрузок, действующих на у-м режиме; а -
параметр, характеризующий вероятностные свой-
ства материала; т;. - время действия нагрузки на
у-м режиме; А. = ки + А2/; klP k2i ~ число стацио-
нарных и переходных режимов работы двигателя.
На детали ГТД во время полета, с одной сто-
роны, действуют комплексные напряжения o(z)
и температура Г(Г) - нестационарные случайные
процессы. С другой стороны, им противостоят
прочностные свойства материала, характеризую-
щиеся предельным напряжением о„(г), которое
также является нестационарным случайным про-
цессом, так как зависит от характеристик матери-
ала, температуры, предыстории нагружения и дру-
гих случайных причин. Условие разрушения дета-
ли в теории прочности - пересечение отдельных
реализаций действующих и предельных напряже-
ний. Для определения вероятностных характерис-
тик надежности КЭ, в частности, вероятности раз-
рушения, в статистической теории прочности рас-
сматривается разность этих величин ип(/)-о(/)<0
или частное оп(г)/о(г)<1.
Эти выражения можно рассматривать как ма-
тематические модели процесса разрушения. При
344
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.68. Кинетическая вероятностная модель прочности и разрушения мате-
риала детали
этом решение сводится к задаче о выбросах слу-
чайных процессов, где, в частности, определяют-
ся вероятностные характеристики времени перво-
го достижения границ, а также решаются другие
задачи. Если действующие и предельные напря-
жения - случайные величины, то характеристики
прочностной надежности определяются с помо-
щью математического аппарата статистической
теории прочности. В настоящей работе рассмот-
рены более сложные модели, где учитывается ди-
намика изменения действующих и предельных
нагрузок. На рис.6.68 приводится схематическое
изображение вероятностной динамической моде-
ли долговечности КЭ, у которой характеристики
нагруженности о(т) в общем случае являются не-
стационарным случайным процессом, характери-
стики прочности одл(т,яо) - функцией случайно-
го параметра о0, характеризующего вероятност-
ные свойства материала в стационарных услови-
ях, а снижающиеся обобщенные характеристики
прочности оп(т), учитывающие историю нагру-
жения, функционалом от o(z) и oTI,(z). В даль-
нейшем будет рассмотрена методика расчета ве-
роятностных характеристик прочностной надеж-
ности деталей ГТД посредством приведения дей-
ствующих нагрузок к эквивалентному режиму, в
которой неявно можно учесть влияние на ход ста-
рения материала температуры и других парамет-
ров режима работы ГТД.
Рассмотрим другие модели разрушения, осно-
ванные на анализе повреждаемости. Среди воз-
можных вероятностных моделей реальных процес-
сов нагружения, повреждения и разрушения деталей
следует выделить линейные модели со случайны-
ми величинами или со случайными квазистацио-
нарными функциями (табл. 6.21). Эти модели пред-
назначены для решения задач прочностной надеж-
ности в условиях стационарного и нестационар-
ного нагружений.
Схема самой простой вероятностной стационар-
ной модели показана на рис. 6.69. Эта модель по
своей структуре является нелинейной функцией
случайных величин и может быть описана выраже-
ниями, приведенными в табл. 6.21, в которой о,
Т - параметры нагруженности; t время наработ-
ки на режиме; а„ - параметр, учитывающий веро-
ятностные свойства материала; т(-) - характерис-
тики прочности. С помощью этой модели можно
рассчитать вероятностные характеристики повреж-
денности и надежности на установившихся режи-
мах работы двигателя, а также при испытаниях об-
разцов на длительную прочность, выносливость и
других видов испытаний в условиях стационарного
нагружения. В общем случае прогнозирования ве-
роятностных характеристик прочностной надежно-
сти КЭ двигателя на этапах проектирования и до-
водки в данной модели все параметры о , Т, ап и /
являются случайными величинами.
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Более сложную картину процессов поврежден-
ности для стационарного нагружения отражает
линейная модель (см. табл. 6.21, вторая строка), в
которой действующие напряжения и температура
являются стационарными случайными процесса-
ми о(/) и T(t) с математическими ожиданиями
м[о(г)]=о(г) = то, М [Т(г)] = Г(г) = тт, корреляци-
онными функциями кП (т) = S*rn (т), к7 (т) = S'V (т),
где S2, S; и гп(т), г (т)-дисперсии и норми-
рованные корреляционные функции случайных
стационарных процессов о(Г) и T(t). В случае не-
стационарного нагружения для оценки вероятно-
стных характеристик поврежденности можно ис-
пользовать нелинейные модели, в которых про-
цессы о(Г) и T(f) будут представлены в виде функ-
ций времени и случайных величин о(г) = о(г,оа) и
ДО = T(t, aj или в виде квазистационарных слу-
чайных функций o(t) = mCI(r) + o0(r) и 7\t) = mT(t) +
+ /’„(О, где m„(t) и /ит(г) - зависящие от времени
математические ожидания о и Т, о0(г) и Го(/) -
стационарные случайные функции.
С физической точки зрения процесс повреж-
денности материала связан с движением и раз-
множением дислокаций, образованием и скопле-
нием вакансий, развитием полос скольжения, об-
разованием микропор и микротрещин, упрочне-
нием и разупрочнением и другими необратимыми
изменениями структуры материала. На развитие
этих процессов поврежденности, в свою очередь,
влияют внешние случайные факторы: изменение
климатических условий, параметры нагруженно-
сти и условия эксплуатации. При каждом воздей-
Рис. 6.69. Вероятностная стационарная модель повреж-
денности детали
ствии нагрузки (случайной или регулярной) про-
исходит элементарный акт разрушения материала
(увеличение поврежденности), величина и харак-
тер которого зависит от механических характери-
стик материала, величин напряжений, температур,
числа циклов и других факторов. Процесс накоп-
ления повреждений рассматривается как резуль-
тат стохастического суммирования большого чис-
ла равномерно малых мйкроскачков элементар-
ных независимых повреждений. Если обозначить
через П. величину поврежденности в z-м элемен-
тарном цикле, то за п циклов величина накоплен-
ной повреждаемости П„ выразится суммой
п„ = £п;.
z=l
(6.115)
Таблица 6.21. Вероятностные модели поврежденности конструктивных элементов ГТД
Модель Вероятностные модели нагруженности конструктивных элементов ГТД Вероятностная модель повреждаемости на стационарных режимах (бЦ).Г (/)-const) Вероятностная модель повреждаемости на нестационарных режимах
Со случайными величинами ZW[o(t)] = 6(z) М [по] = T(t) /j[oU)] = .S; D[T(r)] = 5; П= - п='[ ;от[б(О + а,Т(/) + Т,«]
Со случайными квазиста- ционарными функциями М [a(z)] = 6(z) М [r(z)] = F(r) *„('р'г) = 5>о(Т) А;(?1,г2) = 5‘г/(т) п = Г -—d- ,. т[о(0,Г(г),«] п (* & J т[о(Г),Т(Г),Я]
346
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
В этом выражении величина П;, а следователь-
но и Пи, случайны. За некоторый период вре-
мени, когда п достаточно велико, в силу централь-
ной предельной теоремы и сделанных пред-
положений о характере нагружения, накоплен-
ная повреждаемость Пл сходится к нормальному
распределению. Такой процесс накопления по-
вреждений можно рассматривать как случай-
ный процесс с независимыми приращениями,
построенный по типу марковской последователь-
ности.
За каждый отдельный полет случайная вели-
чина повреждаемости может принимать различ-
ные значения, обусловленные различной интен-
сивностью силовых и тепловых воздействий. Ве-
личины поврежденности за полет достаточно ма-
лые, и это позволяет предположить, что они
подчинены одному и тому же закону распределе-
ния. При статистически независимых поврежден-
ностях за полет описанный процесс является од-
нородным случайным процессом с независимы-
ми приращениями. Вероятностные характеристи-
ки закона распределения поврежденности можно
определить посредством усреднения вероятност-
ных характеристик за п полетных циклов.
Укажем на два случайных процесса (последо-
вательности), которые будут использоваться в даль-
нейшем. Это, во-первых, исходный процесс по-
врежденности КЭ ГТД П'(/,), П'(г,),..., П'(/„) и по-
рожденный им процесс накопленной повреждае-
мости
П(/,) = П'(г,), П (г2) = П'(»,) + П'(г2),..., П (/„) = £п'(г,-).
(6.116)
Причем первый обычно называется прираще-
нием процесса накопленной повреждаемости, так
как П (г,) - П ) = П' (г,).
Таким образом, для процесса накопленной
повреждаемости за п полетов можно записать
п (г„) = X п (t,) - П ) = Хп'(г,), П (/о) = 0, (6.117)
1=1 1=1
где П'(г) и II(г) - случайные процессы повреж-
денности и накопленной повреждаемости.
В случае, если вместо процессов рассматривать
случайные последовательности, соотношение (6.117)
преобразуется к виду
П» = ХП^ (6.118)
i=i
где П' и П„ - случайные величины поврежден-
ности за цикл и накопленной повреждаемости.
Используя гипотезу линейного суммирования
повреждений в непрерывном времени, зависимость
между процессами можно представить следующим
образом:
n(f) = jn'(r)A. (6.119)
О
С физической точки зрения процесс П'(г) пред-
ставляет собой среднюю линейную скорость из-
менения поврежденности. В дальнейшем штрих в
обозначении величины П' будет опускаться и для
элементарной поврежденности за цикл принято
обозначение П,. или П, а для накопленной — Пл.
6.5.6. Расчет поврежденности за полет
при статическом и циклическом нагружении
Рассмотрим несколько возможных моделей
процесса накопления повреждений в деталях ГТД
во время полета.
Пусть на деталь действуют случайные эквива-
лентные напряжения, медленно меняющиеся в
соответствии с функцией (рис. 6.70),
о(г) = о0+х(0> (6.120)
где о„ - случайная величина, распределенная по
нормальному закону с параметрами Л/[о0] = 0,
D[o0] = 5o; x(t) - детерминированная функция.
Физически это будет отражением того, что в
течение всего полета величины нагрузок, действу-
ющих на деталь в полете, будут отличаться на по-
стоянную величину от среднестатистических зна-
чений для этих режимов. Это, например, может
быть связано с изменением климатических усло-
вий, регулировок и другими внешними фактора-
ми полета.
При действии статических или медленно изме-
няющихся нагрузок и постоянных температур проч-
ностные свойства материала деталей могут быть
описаны с помощью кривой длительной прочнос-
ти, для которой справедлив экспоненциальный за-
кон связи между разрушающим напряжением о„ и
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Рис. 6.70. Модель поврежденности при случайном нагружении
временем до разрушения. В вероятностной трак-
товке эта кривая имеет следующий вид:
lgT = fl + fe(o+flo), (6.121)
где ап - параметр, характеризующий вероятност-
ные свойства материала
М[Я„] = 0, D[«o] = Sj.
Согласно линейной гипотезе суммирования
повреждений, степень накопленных в материале
детали повреждений П за время действия нагруз-
ки t* определяется по формуле
п('’Нт4п- (6Л22)
Ж')]
Подставив выражения (6.120) и (6.121) в эту
формулу, получим
В этом выражении случайная величина повреж-
даемости за полет П связана со случайными вели-
чинами о0 и а„ монотонной экспоненциальной
зависимостью. Поэтому для определения плотно-
сти распределения повреждаемости ДП) восполь-
зуемся формулой
Л(П) = А['Р(П)]|'Р'(П)|, (6.125)
где f, () - плотность распределения суммы нор-
мальных независимых случайных величин о0 и
Af[v] = 0; D[vj = 5\2 = 5’; +5’^ ; 'Г(П) - функция,
обратная по отношению к <р( ).
Согласно выражению (6.123),
'Р(П) = у=[у(«*)-1пП-а]Д; (6.126)
|’?(П)| = У(&П). (6.127)
Возвращаясь к формуле (6.125), получаем
Л
Jcexp{0+6[o(f)+«„]} ехр[а+6(о0+ап)] ф(СТ°+Я^’
л(п)=
yJ2nS0bII
рпП -1пу(г’) + а
2(bSv)2
(6.128)
(6.123)
Интегрируя полученное выражение, определя-
ем закон распределения повреждаемости за полет
(6.124)
Л,(п)=}/п(прп=Ф
о
1пП-1пу(г’)
bS,
(6.129)
детерминированная функция.
348
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.71. Модель поврежденности при статическом нагружении
2 Л
U
1 и I
где Ф (1/) = -/== jexp dt - интеграл вероят-
ности.
Таким образом, для этой модели повреждае-
мость за полет является логнормальной случай-
ной величиной с постоянным значением диспер-
сии логарифма повреждаемости
О[1пП] = 62(\2 + $2) (6.130)
и зависящим от наработки математическим ожи-
данием логарифма повреждаемости
Л/[1пП] = lny(t *)-<?. (6.131)
Отметим также, что с учетом некоторых вы-
числений простота и наглядность модели обуслов-
лена возможностью разделения в выражении
(6.123) случайной и нестационарной составляю-
щих нагрузки.
Рассмотрим еще одну общую модель накопле-
ния повреждений за полет при статическом на-
гружении, схематическое изображение которой
показано на рис. 6.71.
Согласно линейной гипотезе суммирования
статических повреждений, степень накопленных
в материале детали повреждений П за полет дли-
тельностью t* определяется по формуле
П(г*)=[------------= V-----$----, (6.132)
1 > Ь[о(г).Г(г)] £т(о,,т>п)
где Г, о,., /. - температура, напряжение режима и
время его действия; к - число режимов нагружения.
Процесс статического нагружения детали здесь
разбит на ряд элементарных участков с постоян-
ными случайными значениями температур и на-
пряжений на отдельных режимах:
Tt',= То + Т„„-, о, = о0 + о„,; i = \,к , (6.133)
где Тп, ст0 - нормальные случайные величины с пара-
метрами Л/[7’о] = Л/[ао] = О; D[To] = S2; D[o0] = 52;
Tmi cmi - уровни действующих температур и на-
пряжений.
В случае экспоненциальной зависимости ма-
тематического ожидания долговечности от напря-
жения вероятностные свойства материалов могут
быть описаны с помощью трех эквивалентных (при
Т - const) уравнений вида
1ёт = Д(Т)+В(Г)о+«т; (6.134)
lgx = А(Г)+В(Г)(о + ао); (6.135)
lga = 7t(r) + B(7’)o + fl„>/l + B2(T) , (6.136)
где ах, и случайные величины с нулевыми
математическими ожиданиями и дисперсиями 52,
52 и S2. Случайная величина ят характеризует
рассеяния точек вдоль оси долговечности (1g(т)),
а также является дисперсией логарифма долго-
вечности материала S,2t, а„ служит мерой рас-
сеивания вдоль оси напряжения (о), т. е. пред-
ставляет из себя дисперсию предела прочности, а
ап - меру рассеивания относительно линии рег-
рессии lg(x) = 4 + Bo.
Остановимся на втором уравнении, которое в
упрошенном кусочно-линейном варианте задает-
ся выражением
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
\пх = а}+а2Т + (б|+6,7’)(о + п0), (6.137)
где Лфп] = О; D[ao] = S2.
Вначале рассмотрим вероятностные характери-
стики логарифма долговечности материала г'-го ре-
жима работы двигателя. Поскольку параметры То,
о0, ап имеют нормальное распределение, а урав-
нение (6.137) почти линейное, закон распределе-
ния 1пт также близок к нормальному и его пара-
метры можно определить с помощью разложения
функции (6.137) в ряд Тейлора. В случае незави-
симых случайных величин То, $0, ап
М [1пт,] = Ц = а, + а2Т„. + b,ami + b2Tmiami; (6.138)
О[1пт,] = 5Л2 ,=(«2+62o„11)2S72 +
+(А + b2Tmi )2 (s2 + S2)+fe2ST2 (s2 + S2); (6.139)
M [1пт,1пт,.]-Л/[inT, J/W [lnT2]
^D[lnT,.]D[lnT.]
= -^{[«2 +а262(о„л %) + ^ЧлУ]^2 +
+[fl2 + a2b2 (o„, + o„ -) + 62am;o,„7 ] S2 +
+[b; + b,b2 (Tmi + тп])+бХл,, p;+$;)+
+62S2(s2+5;)}. (6.140)
Для общего случая, используя разложение функ-
ции в ряд Тейлора, имеем
М[1пт,] = 4 =а(Тто)+б(7;„,)о,„; (6.141)
О[1пт,] = 52 = ^(7;J + o,m^(7;J 52 +
+ h(7j2(sj+S2J + S2(52+S2J; (6.142)
Для оценки повреждаемости используем гипо-
тезу аддитивности повреждений в ее дискретном
варианте
<6|44>
где / время действия /-й нагрузки.
Плотность распределения повреждаемости на
z-м режиме в этом случае имеет вид
. . 1 ( -т,:)2
/(П,)=ЖД—-| <6145>
где П. - повреждаемость на г-м режиме; ти = 1п/-
- L., что соответствует логнормальному закону рас-
пределения с параметрами, которые зависят от
уровня напряжений и температур.
Для расчета накопленной повреждаемости за
полет воспользуемся свойством безграничной де-
лимости логнормального закона распределения.
Параметры суммы логнормальных случайных ве-
личин можно приближенно определить через его
моментные характеристики. Вначале определим
моменты случайных повреждаемостей т., S2 и г.:
гл, = exp(S'2j/2 + /n,;);.S',2 = exp(S,2 + )^ехр(52 J-1J
Л/[П,П,]-/п,т7 exp(rLilSLiSLj)-l
№s; 7ехр(5^)-1Vexp(5U~l
(6.146)
здесь ковариационный момент Л/Гп(Пу] опреде-
ляется по формуле
л/[п,п,]=
= J jехр(5иП„ +m,J)exp(syn4,+mM)[/3(n,„nt,)dn;i.,n^,
где
М [1пт; Int/J-M [1пт ]Л7 ^пту]
^D[lnT,]D[lnT-]
Л(П,П,) =---f=rexP
2л^1 — rnj
nL-2^n/jn/.7+n/j
2(!-4)
+ fcA; +b(Tmi)b(Tmj,)(s2a + S2) +
LdT dT J
+-(?;,,,)-(t;„2>2(s2+s2)1. (6.143)
dT dT J
совместная плотность распределения логарифмов
поврежденности Пь = 1пП, П1; = 1пПу.
Согласно теореме о сложении математических
ожиданий и дисперсий, их можно вычислить по
формуле
,«5 = Si = £s2 + 2X<j5;57 , (6.147)
350
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
где г. - коэффициент корреляции между повреж-
даемостями z-го и j-ro режимов.
Отсюда, путем обратных формулам (6.146) пре-
образованиям, получаем параметры логнормаль-
ного закона распределения повреждаемости за
полет при статическом нагружении
= In
Г v2 4
sL=in ^+i .
т.
(6.148)
В современных высоконагруженных авиаци-
онных двигателях детали роторов турбины и ком-
прессора работают при нестационарных темпе-
ратурных режимах в упругопластической облас-
ти деформирования материала, т. е. в условиях
неизотермической малоцикловой усталости, что
обусловливает возникновение пластических де-
формаций и ползучести. Разрушения от малоцик-
ловой усталости характерны для дисков, рабочих
лопаток турбин, валов и других деталей роторов.
Неупругие деформации изменяют размеры дета-
лей и влияют на сопротивление материала по-
вторным нагрузкам. Деформации ползучести вли-
яют на перераспределение напряжений в деталях
даже в случае незначительных пластических де-
формаций, поэтому их необходимо учитывать при
расчете прочности деталей. Наиболее распрост-
раненными и используемыми в расчетной прак-
тике методами анализа пластичности и ползуче-
сти являются теории деформационного типа, а
также теории пластического течения и упрочне-
ния.
Малоцикловое неизотермическое нагружение
деталей горячей части ГТД обусловлено много-
кратными запусками и остановами, переходами из
режима на режим внутри полетного цикла работы
двигателя и сопровождается выдержками на раз-
личных режимах полета при постоянных напря-
жениях и температурах. При таких сложных про-
граммах нагружения оценить сопротивление ма-
териалов малоцикловой усталости методом пря-
мого эксперимента практически невозможно.
Поэтому расчетные программы нагружения целе-
сообразно приводить к более простым эквивалент-
ным режимам циклического нагружения, для ко-
торых можно получить типовые эксперименталь-
ные характеристики малоцикловой прочности
материалов. Пределом схематизации являются ха-
рактеристики диаграммы изотермического дефор-
мирования.
Эксплуатационную программу изменения дей-
ствующих напряжений о(г) перед приведением к
эквивалентной необходимо разложить на малоцик-
ловую oM(f) и статическую ост(?) компоненты.
Циклические компоненты о„(г) можно выделить
методом полных циклов, «потока дождя» или дру-
гим методом, начиная с основного цикла, в кото-
ром напряжение меняется от нуля до абсолютно-
го максимума о1тк, соответствующего максималь-
ному режиму работы ГТД. Кроме основного цикла
методом «потока дождя» выделяются элементар-
ные циклы со своими минимальными и макси-
мальными значениями (размахом и средним) на-
пряжений в цикле. Повреждения за каждый эле-
ментарный цикл определяются отдельно и сум-
мируются. При этом общее повреждение за полет,
на основании гипотезы линейного суммирования
повреждений, определяется по формуле
= J_ у 1 _ 1
™ ^(Т^.о^Де)
nt
у-----------------,
1
(6.149)
где т - число элементарных циклов в основном
цикле блока; Np, Npi - количество циклов до раз-
рушения основного и элементарных циклов.
Для простейшего случая нагружения детали
циклическими случайными напряжениями о(,
которые подчиняются одному закону распределе-
ния F(o), повреждаемость за один цикл нагруже-
ния детали, в соответствии с линейной гипотезой,
можно найти по формуле
П = -— ---, (6.150)
7V(o,aT)
где Е'(-) - функция выносливости материала, ко-
торая позволяет найти число циклов до разруше-
ния детали при постоянном циклическом напря-
жении, равном о ; о - случайные нагрузки в
полетном цикле (М [о] = б, D(o] = 5;); ат - центриро-
ванная случайная величина, которая характери-
зует рассеяние свойств материала (ЛДат] = 0,
О[«,1 = ^)-
Квазистатическое разрушение возникает в связи
с накоплением в процессе малоциклового нагру-
жения односторонних пластических деформаций,
равных деформациям при однократном статичес-
ком нагружении. Разрушение от усталости с воз-
никновением трещин происходит вследствие на-
копления повреждений усталости.
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Если эксплуатационные местные напряжения
от силовых нагрузок в конструкции определены
экспериментально или решением упругой или
упругопластической задачи, то, независимо от
циклических свойств металлов, разрушающие ам-
плитуды о’ напряжений для конструкций при за-
данном числе циклов до разрушения N по крите-
рию усталостного разрушения (жесткого нагруже-
ния) определяются по формуле Мэнсона [375, 411]
Е ,100 о .
--------Г In---+-----Т---- ,
10°-'Р ! ! о-.р + Н
1-/
(6.151)
где Е - модуль упругости; тг - показатель степе-
ни - характеристика металла; г*,г- соответствен-
но коэффициенты асимметрии цикла условной
упругой и соответствующей действующей нагру-
зок; <р- относительное сужение площади попе-
речного сечения исследуемого образца; о , - пре-
дел выносливости при симметричном цикле на-
гружения (растяжение-сжатие); ов -предел проч-
ности.
Кривую усталости (6.151) можно выразить от-
носительно числа циклов до разрушения в виде
1 ™
где с,=—tin
4
100 ) о .
------; °i=-----т—т
юо-т) t | 0.71+гА
оД1-'- j
if1+г*)
а, = - --- •
41 1-г* I
(6.152)
(6.153)
Для вероятностного описания характеристик
прочности рассмотренную детерминированную
модель (6.152) следует дополнить параметром <хт,
который характеризует вероятностные свойства
материала [311, 411]. В случае степенной зависи-
мости математического ожидания числа циклов
от напряжения (6.152) стохастические характери-
стики выносливости материалов могут быть опи-
саны с помощью трех разных зависимостей:
(6.154)
(6.155)
Введенный параметр ат является случайной
величиной с нулевым математическим ожидани-
ем М [а,] = 0 и дисперсией S2. В уравнении (6.154)
он определяет равномерное рассеяние характе-
ристик прочности вокруг логарифма напряжений
1п(оа), в модели (6.155) - вокруг логарифма ко-
личества циклов ln(/V). Модель характеристик
прочности (6.156) включает две зависимые слу-
чайные величины в общем случае с разными дис-
персиями S2a2 и М[а1] = М[а2] = 0 и опреде-
ляет рассеяние характеристик вокруг кривой вы-
носливости.
На рис. 6.72 показана кривая усталости <за(Е)
для детали из материала 08Х18Н10Т при симмет-
ричном цикле нагружения и вероятностной моде-
ли усталости oal(/V,aT), а,), построенных по
формулам (6.154)-(6.156). Кривые oBl(/V) и <\,(7V)
соответствуют квантилям oa(W)±35,^, характерис-
тики стали и параметры цикла нагрузки -
заводским расчетам и имеют значения [411]:
Е = 205 000 МПа, Т = 42,5, ов = 491 МПа,
о_,=0,4ов = 196 МПа, г* = г = ^ = о.
Рис. 6.72. Вероятностные модели характеристик вынос-
ливости стали 08Х18Н10Т
352
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
В более простом случае функцию 2V( ) для
многих материалов можно также описать степен-
ными зависимостями вида
С(о+сст)"' при о > о.
оо при о <= О_]
(6.157)
или
ln(7V) =
где С, = 1п(С);
С, + т 1п(о + ат) при о <= о
ОО при О <= о_
(6.158)
Сст"'е“” при о > о.
оо при о <= о ,,
(6.159)
Рис. 6.73. Общая и линейная модели усталостной вы-
носливости стали 08Х18Н10Т
С(о + ат1)'" е1'1 при о > о
о° при о<=о_,.
(6.160)
В пределах погрешностей соответствующие
модели (6.154)—(6.156) и (6.157)—(6.160) достаточ-
но близки (см. рис. 6.73).
Для определения повреждаемости деталей, ра-
ботающих в условиях многокомпонентного нагру-
жения, предложен целый ряд детерминированных
критериев, по-разному учитывающих взаимное
влияние факторов на процесс разрушения дета-
лей. Весьма широкий класс критериев временно-
го и смешанного типов может быть выражен с
помощью соотношения
<1
(6.161)
где П5, П. — степень повреждения при многоком-
понентном и отдельных видах нагружения;
vs,v,.,(i = l,n) — положительные коэффициенты,
учитывающие взаимное влияние факторов; ps, ц(. —
коэффициенты относительной долговечности при
нестационарном нагружении.
Это соотношение, в целом, выражает гипотезу
нелинейного суммирования повреждений. При этом
поверхность предельного состояния при v,,vs < 1,
будет вогнутой, при v(,vs>l — выпуклой, а при
V, = vs = 1 — иметь вид плоскости, соответствующей
гипотезе линейного суммирования повреждений
(IX =1) . В случае v(,vs—предельное состоя -
ние определяется из условия тахП; =1, т. е. соот-
ten
ветствует предельному состоянию хотя бы одного
из компонентов.
Вероятностные характеристики накопленной
повреждаемости П( будем определять исходя из
предположения, что случайные повреждаемости
П; имеют логнормальные распределения с пара-
метрами mLi, Sjj.
Введем обозначения
vi
, < = й . (6.162)
Тогда плотность вероятности величин П', со-
гласно выражению (6.125), будет иметь вид
Л(П;)“^Лп,ехр
£ In П- —V, - In |i
(6.163)
т. е. также соответствует логнормальному закону
распределения с параметрами
т'и = у(и1,,-1пя1;);S'l: =vfS^ . (6.164)
Используя модель, рассмотренную выше, мож-
но по формулам, аналогичным (6.146—6.148), оп-
ределить параметры вероятностных характеристик
суммы П' = £п,., которые обозначим через m's и
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
S'tJ, а затем, учитывая функциональное преобра-
I
зование п,=ц,(П5)*. , получить требуемые веро-
ятностные характеристики комплексной повреж-
даемости Пл. Выражения для параметров при этом
будут определяться соотношениями
—-tap,;
V. V?
(6.165)
Известный интерес вызывают коэффициен-
ты корреляции гу (6.146) величин ГГ, которые в
отличие от параметров vz, характеризующих
функциональные зависимости между компонен-
тами повреждаемости, отражают их статистичес-
кие связи. Физически их можно интерпретиро-
вать как параметры, ответственные за разброс
характеристик повреждаемости, вызванный вза-
имным влиянием факторов. Вариант г = 0 от-
носится к случайно независимым, а / — 1 — к
полностью корреляционно зависимым компо-
нентам повреждаемости.
6.5.7. Вероятностные модели суммирования
независимых случайных повреждений
В рассмотренной выше модели (6.118) накоп-
ленная повреждаемость является суммой большо-
го числа независимых случайных величин, харак-
теризующих элементарные повреждения, которые
в своей совокупности подчинены единому закону
распределения Г(П). Такая сумма, согласно цент-
ральной предельной теореме, удовлетворительно
аппроксимируется нормальным распределением.
Математическое ожидание тп и дисперсию
накопленной повреждаемости Пй можно опреде-
лить по формулам
/I и
т„ ='£mi = пт; S2 = ^S2 = nS\ (6.166)
i=l i=i
где m, S2 — среднее математическое ожидание и
дисперсия поврежденности за цикл.
Плотность и функция распределения суммар-
ной повреждаемости при этом будут иметь вид
А,(п-');т~техр "
\l2itnS
(П„ -пт)2
2nS2
(6.167)
„ г х п, -пт'
Fn„w=^ • <6168)
Кроме вероятностных характеристик повреж-
даемости можно определить и вероятностные ха-
рактеристики долговечности детали, в частности,
вероятностные характеристики чисел циклов до
разрушения конструктивного элемента. Для нео-
братимых процессов условие разрушения КЭ мож-
но записать в виде Пя > По, где По — предельный
уровень повреждения. Тогда при заданной пре-
дельной степени повреждения По вероятность чис-
ла циклов до разрушения равна вероятности пре-
вышения накопленной повреждаемостью Пп пре-
дельно допустимого уровня По:
А (л) = Р( N < п) = Р(П„ > По ) = J /п> (П„ )^П„ =
П»
= 1-ф|
I \nS
(6.169)
Аналогично определяется и вероятность нераз-
рушения Рнр, которая соответствует гамма-про-
центному ресурсу детали
п„
P(N > п) = Р(П„ < По) = J Д (П„)dYI„ - 1 - = Р„р.
(6.170)
Плотность распределения чисел циклов до раз-
рушения находят дифференцированием выраже-
ния (6.169):
с („ X dF» («) - _ 1 _ П0 + п,п г(П« - ,1тУ
} dn JtnnS2 Р 2nS2
(6.171)
Используя известные соотношения, можно
определить ряд числовых характеристик этого рас-
пределения. В частности, выражения для мате-
матического ожидания, дисперсии и коэффици-
ента вариации чисел циклов до разрушения име-
ют вид
7 П V
"'u = J «А ("Мп = -2- + ;
• т 2т
7 П V2 5 V4
5Ц2 =\(n-mny-f„(n)dn=-^T- + -—
• т 4 т
(6.172)
23 8-470
354
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
L 5S7
S V о + 4/п
Л П.Х '
(6.173)
При известных функции и плотности распре-
деления чисел циклов до разрушения можно оп-
ределить функцию интенсивности отказов, кото-
рая называется также функцией риска, по формуле
Ап(«)=
1-ВД
(6.174)
Величина Л„(и)Аг — приближенное значение
вероятности того, что отказ КЭ произойдет за вре-
мя [z,z + Az] при условии, что он не произошел за
время [0,z]. Если за Az принять продолжитель-
ность полета Az = z„, то величина \(n)zn будет
определять вероятность возникновения отказа КЭ
в текущем полете.
Таким образом, при независимых, близких к
нормальным случайных поврежденностях за цикл,
по вышеприведенным соотношениям можно оце-
нить основные вероятностные характеристики
накопленной повреждаемости и чисел циклов, за
которые накопленная повреждаемость превышает
уровень По.
6.5.8. Вероятностные модели суммирования
зависимых случайных повреждений
Рассмотренные выше модели вероятностного
суммирования повреждений предназначены для на-
хождения вероятностных характеристик сумм неза-
висимых случайных величин поврежденностей. Од-
нако между поврежденностями в / и/ полетах суще-
ствуют корреляционные связи, которые значитель-
но влияют на характер изменения вероятностных
характеристик накопленной повреждаемости и дру-
гих характеристик прочностной надежности.
Природу этих связей можно установить путем
анализа влияния каждой из случайных составляю-
щих о, Т, а„, t функций поврежденности. При
этом, в общем случае, каждый исходный параметр
можно условно представить в виде суммы двух не-
зависимых составляющих, из которых одна пре-
допределяет зависимость, а вторая — независимость
между поврежденностями в / и/ полетах. В первом
случае поврежденности П( и П по этим парамет-
рам являются зависимыми, во втором — независи-
мыми случайными величинами. Так, параметр,
определяющий вероятностные свойства материала
деталей, можно полностью отнести к первой груп-
пе, так как вероятностные характеристики проч-
ности материала обусловлены его внутренней струк-
турой и частично особенностями конструкции' и
не зависят от номера полета, а параметры нагру-
женности и длительности действия режима боль-
ше относятся ко второй, исходя из того, что поле-
ты ЛА осуществляются по различным трассам, в
отличающихся климатических условиях и на них
влияет целый ряд других независимых случайных
факторов. Следует отметить, что при решении за-
дач оценки влияния систематических погрешнос-
тей в изменения параметров и ошибок методов
расчета на вероятностные характеристики накоп-
ленной повреждаемости эти параметры будут пре-
допределять зависимость между поврежденностя-
ми. Рассмотрим феноменологическую модель
накопления повреждений, в которой случайный
процесс построен по типу марковской последова-
тельности с зависимыми приращениями:
п» = £п/, (6.175)
1=1
где П — случайная поврежденность в z-м полет-
ном цикле; Апп =м[п.Пу] — корреляционный
момент между П. и П .
Величину корреляционной связи между повреж-
денностями /-го и у-го полетов, а также другие ве-
роятностные характеристики поврежденности за
цикл можно оценить при помощи методов, рас-
смотренных в подразд. 6.5.6. Только в этом случае
в выражениях для моментных характеристик учи-
тываются факторы или составляющие факто-
ров, которые устанавливают корреляционные свя-
зи между поврежденностями /го и у-го полетов.
В общем случае, как было показано выше, по-
врежденности за полетный цикл являются зави-
симыми случайными величинами. Поэтому для
числовых характеристик накопленной поврежда-
емости можно записать следующие соотношения:
=Ё'Ч; (6.176)
/=1
(6.177)
ы ;<у
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
пет., Sj; i = l,n ~ математические ожидания и
среднеквадратичные отклонения поврежденностей
_ ^п.п,
в ьм полете; <7_ — коэффициент корреля-
ции случайных величин П и Пу.
Рассмотрим случай, когда случайные величи-
ны поврежденности за полетный цикл в своей
совокупности подчинены единому закону распре-
деления вероятностей Е;(П). Вид этого закона
может быть произвольным с конечными значени-
ями математического ожидания т и дисперсии 52.
Для достаточно большого п, согласно централь-
ной предельной теореме, закон распределения
суммы зависимых случайных поврежденностей
будет близким к нормальному. Если между всеми
поврежденностями П.и П , /,у = !,«,/* j существу-
ет связь с постоянным коэффициентом корреля-
ции г = г, то выражения (6.176) и (6.177) преобра-
зуются к виду
тп - (6.178)
s; = ts; + 2Х = S2n[l + (n -l)r]. (6.179)
Плотность и закон накопленной повреждае-
мости выражаются при этом следующими фор-
мулами:
P(N < п) = Р(П„ > По) = F„(n) = J /п. (П„) Л1„ =
По
По - пт
^п[1 + (л - 1)г]
(6.182)
Плотность распределения чисел циклов
полученная дифференцированием выражения
(6.182), будет иметь вид:
/п(«) =
ехр
(П0-илг)2
252п[1 + (п-1)г]
По (1 - г + 2пг) + тп(\ - г)
2л[1 + (л-1)г]
(6.183)
Эти выражения дают возможность рассчитать
вероятностные характеристики накопленной по-
вреждаемости и надежности при произвольном
постоянном коэффициенте корреляции между по-
врежденностями различных циклов. С помощью
выражений (6.182) и (6.183) можно найти вероят-
ностные характеристики чисел циклов до разру-
шения, принимая По= 1. Формула (6.181) позволя-
ет определить вероятность разрушения Р и веро-
ятность неразрушения Р деталей ГТД при задан-
ном числе циклов с помощью подстановки Пл= 1:
/п (п„) = -т--------==схр
^2л5'п[1 + (л - 1)г]
/?п(П„) = Ф
(П„~ии1)2
2$2л[1 + (л-1)г] ’
(6.180)
Р = 1 - Р = F (1).
раз нр иv '
(6.184)
П„ - пт
Sjn[l+(n-l)r]
(6.181)
Кроме вероятностных характеристик суммар-
ной повреждаемости можно определить и вероят-
ностные характеристики долговечности детали, в
частности, вероятностные характеристики чисел
циклов до разрушения.
При заданной степени повреждения П(| веро-
ятность того, что случайная величина числа цик-
лов до появления отказа W меньше п, равна веро-
ятности превышения накопленной повреждаемо-
стью Пл допустимого уровня Пи:
При г = 0 выражения для вероятностных ха-
рактеристик накопленной повреждаемости и чи-
сел циклов до разрушения совпадают с формула-
ми (6.167)—(6.171), которые были получены для
аналогичных характеристик сумм независимых
случайных поврежденностей.
Рассмотрим пути обобщения полученных ре-
зультатов на случай, когда поврежденность явля-
ется стационарным случайным процессом (пос-
ледовательностью) с нормированной корреляци-
онной функцией
ri} = r(y-t) = r(A:)* const, (6.185)
где k=j~ i.
Выражение для дисперсии 5, в этом случае
приводится к виду
52=52 к + 2£
= S2 п
+ 2§(л-А)г(А)
k=l
(6.186)
356
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.74. Схема накопления повреждений для независимых (а) и зависимых (6) случайных поврежденностей
Используя эту формулу, можно получить кон-
кретные выражения для дисперсий накопленной
повреждаемости в ряде интересных для практики
случаев. В частности, при =exp(-a|j-i|);
sl.=s' И[! + (и-1)г]+(!-').— 1-
п(1-х)
;(6.191)
s'- = S2
2п
где х = ехр(-а).
При л = cos(j - О
пх
iTx
n(l-x)
(6.187)
st, = s2
1-COS(/?P)
l-COS(P)
(6.188)
С физической точки зрения, формула (6.187)
предназначена для процесса, в котором корреля-
ционные связи между элементами с течением вре-
мени убывают, формула (6.188) — для цикличес-
ких стохастических процессов.
С учетом того, что коэффициенты корреляции
г между поврежденностями в /-м и у'-м полетах
из-за влияния стохастических свойств материала
положительны и больше некоторой величины г,
для общего анализа представляют также интерес
процессы с корреляционными функциями вида
<7 = r + (l-/-)exP(-a|j-i|)
(6.189)
С2 2 .l-cos(«P)
S, =S п г + (1 - г)--—
L l-cos(P) J ’
При корреляционных функциях более сложного
вида выражения для числовых вероятностных ха-
рактеристик применительно к марковским про-
цессам будут рассмотрены далее.
На рис.6.74 изображены модели суммирования
повреждений для зависимых случайных поврежден-
ностей за цикл. На рис.6.74, а приводятся траекто-
рии изменения накопленной повреждаемости при
незначительной корреляционной зависимости меж-
ду поврежденностями r< 1, а на рис. 6.74, б — при
полной корреляционной связи. На рис. 6.75, а, б
показаны плотности и законы распределения ве-
роятностей чисел циклов до пересечения заданно-
го уровня для различных коэффициентов корреля-
ции.
Рассмотрим один частный случай процесса
накопления повреждений при полной корреляци-
онной связи между поврежденностями отдельных
циклов (г = 1). Выражение (6.177) в этом случае
можно преобразовать к виду
(6.192)
rj/ = r + (l-r)COsP(y-/). (6.190)
В этом случае дисперсии накопленной повреж-
даемости определяются в соответствии с выраже-
ниями
s,; = £s,2+2£5,.5,.= £5,
= "2S2. (6.193)
Используя формулы для математического ожи-
дания (6.178) и дисперсии (6.179), для вероятност-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
357
Рис. 6.75. Плотности и законы распределения вероятностей чисел циклов до предельного состояния для различных г
ных характеристик накопленной повреждаемости
и числа циклов до достижения процессом задан-
ной повреждаемости По будем иметь
/,(') = Л,
по^ Пд
t2 ^fzRst2
exp
(Пд-fflt)2
2t2S2
(6.197)
/п(Пя) = -Д—ехр
(П„-пш)2
2nS2
(П0-шп)2
2n2S2
(6.194)
nS
(6.195)
К определению вероятностных характеристик
(6.195) можно подойти и с другой стороны. Как
отмечалось ранее, элементарные поврежденности
П. подчинены единому закону распределения по-
врежденности за цикл ДДП), который в рассмат-
риваемом случае можно считать законом распре-
деления средней линейной скорости со измене-
ния накопленной повреждаемости. Как показано
на рис. 6.74, б, траектории процесса имеют вид
прямых линий, выходяших из начальной точки под
углами, тангенсы которых распределены по зако-
ну F, (<°) = (ю) Очевидно, число циклов (или
время г) до пересечения процессом уровня По мож-
но определить по формуле
t = По/со = <р(со). (6.196)
Если закон Fm(oi) нормальный, то, используя
формулу для нахождения плотности вероятности
распределения от сложной функции (6.125), по-
лучаем
F,(г) = jfAOdt = = ф[~П° .(6.198)
о V r J V )
Эти выражения для плотности и функции рас-
пределения вероятностей времени достижения
процессом заданной степени повреждения П|Р как
и следовало ожидать, совпадают с формулами
(6.195) при замене t на п.
Рассмотренный пример показывает, что вто-
рой способ нахождения вероятностных характе-
ристик при г — 1 намного проще и может исполь-
зоваться для случайных величин с любыми исход-
ными законами распределения поврежденностей
за цикл.
Как известно, вероятностные характеристики
сумм случайных величин можно получить при
помощи многократного интегрирования их совме-
стной плотности распределения
/п (n„)=J'"j/(n1,n2-n1,...,n„-n„1)jn1...n„_l;
J/(n„n2,...,n„)jn,...n„
Хп,<п,, • <6’199
7=1
Для безгранично делимых законов, к которым
относятся нормальный и гамма-распределения,
закон распределения сумм независимых случай-
ных величин также будет принадлежать к виду
порождающих их законов. Для нормального зако-
на свойство безграничной делимости сохраняется
358
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
и при слабо зависимых случайных величинах. Как
доказал в 1977 г. шведский математик О. Торин^
очень важный для практики логарифмически нор-
мальный закон также является безгранично дели-
мым [853]. Однако в явном виде определить пара-
метры этого закона с помощью обычных методов
не представляется возможным. Поэтому рассмот-
рим приближенный метод оценки параметров за-
конов распределения накопленных сумм, исполь-
зуя их связи с числовыми характеристиками и
общими свойствами математических ожиданий и
дисперсий. При г = r= const математическое ожи-
дание тп и дисперсия S2 накопленной поврежда-
емости при суммировании одинаково распре-
деленных случайных величин вычисляются по
формулам (6.178), (6.179). Связь между этими чис-
ловыми характеристиками и параметрами распре-
деления можно выразить в соответствии с мето-
дом моментов. Аналогичные зависимости можно
получить и для связи параметров исходного рас-
пределения поврежденности за цикл с его теоре-
тическими моментами. Следует отметить, что при-
менительно к нормальному и гамма-распределе-
нию этот метод приводит к тому же результату,
что и классический.
Исходя из вышеизложенного, при логарифми-
чески нормальных распределениях поврежденно-
стей за цикл, выражения для параметров накоп-
ленной повреждаемости можно записать следую-
щим образом:
поврежденности; m,S2,mn,S2 ~ соответствующие
моменты распределений.
Функции и плотности для логнормального рас-
пределения чисел циклов до достижения накоп-
ленной повреждаемостью заданного уровня По,
имеют при этом вид:
/гЬ1(п) = 1-Ф 1пП° т,я (6.202)
ап
1 схпГ
252,
„ . (1пП0-ТОь,)
25^,
_ 2 а(1 - г + 2пг) + 2п
где " п 2{an[l + (n-l)r] + n2} >
аг д[1 + (п-1)г]
b =-Б_______TL____ .
" о[1+ (л-1)г] t ; а=ехр(5;)-1.
п
Используя полученные выражения, можно най-
ти наиболее вероятный и гамма-процентный ре-
сурс детали. Медианное значение ресурса опреде-
ляется из решения уравнения
mL,, = 1П I т" ? = 1П
1п(П0)-ш,л =0.
(6.204)
/Г exp
Подставляя в формулу (6.204) выражение для
т1п (6.200), находим, что число циклов до разру-
шения является одним из корней кубического
уравнения
^exp(S,2)-l]n[l + (n-l)'-] +
(6.200)
и3 + рп + q = О,
где
(6.201)
где wiL,52,m;ji,52, — параметры законов распреде-
ления поврежденностей за цикл и накопленной
p = -(b + ar)', q = —{а - г); а =—°—
т~ т~
п2 Tv2 A v2
Ь = —°;/п = ехр — + тг ;—- = ехр(5,2)-1. (6.205)
пг ^2 j т~ ' ’
При больших значения п в случае, если пара-
метры и и 5 одного порядка, возможно прибли-
женное решение
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
359
п - -y/b + ar
Для нормально распределенной накопленной
повреждаемости медианное число циклов, соглас-
но уравнению (6.181), определяется по формуле
п = П0/т. (6.206)
Гамма-процентный ресурс, т.е. предельное чис-
ло циклов при заданной вероятности разрушения
(неразрушения) ир для логнормального закона,
можно найти из решения уравнения:
(6.211)
(6.212)
где а — квантиль нормального распределения, со-
ответствующий заданной вероятности разруше-
ния Р-.
р
а = ф-,(1-Рр) = ф-1(Рнр). (6.208)
Используя выражения (6.200) и (6.201), для
определения ир получаем следующее нелинейное
уравнение:
in Ul+^
тпр\ пр
-a In Ut +^-
= 0,(6.209)
S2r S2
где t/,=l+—, £7, =—(1-г).
т~ т~
В случае нормальных случайных величин по-
врежденностей с учетом (6.178), (6.179) и (6.182)
ир определяется из решения квадратного уравне-
ния
где х = ехр(-сс).
Как отмечалось ранее, процесс накопления
повреждений связан с процессом поврежденнос-
ти интегральной зависимостью
I
Пя(0 = /П(0Л (6.213)
О
Исходный процесс поврежденности П(Г), ха-
рактеризующий линейную скорость изменения
поврежденности, можно представить как квази-
стационарный случайный процесс с математичес-
ким ожиданием m(t), дисперсией S2 и нормиро-
ванной корреляционной функцией г(т). Учиты-
вая зависимость (6.213), дисперсию накопленной
повреждаемости можно вычислить по формуле
c2(t) = 2S2$(t-T)r(T)dT
О
(6.214)
или при г(0)*1 по формуле
ап2 -Ьпр +с=0,
(6.210)
<t(t) = S2
t + 2J (Z - т)г(т)dr - r(O)t
о
(6.215)
где а = т2 -a2S2r\b = 2/нП0 + (1-r)a S2;с = П’.
Аналогичные выражения для параметров зако-
нов распределения накопленной повреждаемости
можно получить и в случае, если процесс накоп-
ления повреждений является стационарным слу-
чайным процессом с корреляционной функцией
= r(j - i).
В частности, при экспоненциальной корреля-
ционной функции Гу =exp(-a|/-/j) для логнор-
мальных случайных поврежденностей эти выра-
жения имеют вид
Значительная перемешанность процесса по-
вреждения от полета к полету, малая величина
поврежденности, внесенная за один полет в срав-
нении с предельной, позволяют предположить нор-
мальный характер распределения накопленной
повреждаемости.
Функция распределения времени до разруше-
ния при этом
^(г) = 1-Ф
По~т„(О
о„(П
(6.216)
где По — предельная повреждаемость.
360
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Таблица 6.22. Характеристики случайных процессов поврежденности
Дисперсия накопленной повреждаемости
№
n/n
Нормированная корреляционная
функция процесса поврежденности
За7 - [У
I ОС
ехр(-а|т|)1 cos(3t+—sin
sin0T
’К’
Локальная скорость изменения дисперсии
2.S'2 г / м
---D-exp(-ar)]
a
ехр(-аг)Г, 2 „
' - (За -(TjcosPr+
25
ехр(-аг) .
— v z 'г (Р + а )(-2a)cos0r +
+|р3-— Isin [3/ +
ехр(-а2т2
+ Зар+— sinpf +—
erf (ar),
2S2 r5i((3r)+—(cos(3r~l)
2а
а2+р:
где erf (г) = -r=jexp(-r2)dr
v 71 о
2S2Si((3r), где Si{t)= f——dt
,, t
Условную плотность вероятности времени до
разрушения можно найти дифференцированием
выражения (6.216):
/,(') =
1
= -t=-----ехР
v2no„(r)
[п0 - «„а)]2
2cr(r)
«o(f) + -^77(no-™„(')) ’
°,У)
(6.217)
где a0(f) =—mn(t), b0(t) = —о (г) — локальные ско-
dt dt
рости изменения математического ожидания и
дисперсии процесса поврежденности.
В качестве примера рассмотрим определение
этих характеристик при экспоненциальной кор-
реляционной функции процесса поврежденности
г(т) = ехр(-а|т|). (6.218)
В этом случае выражение для дисперсии на-
копленной повреждаемости, согласно (6.214), при-
нимает вид
о2(г) = 252
----^-Г1-ехр(-а/)1)
a a L JJ ’
(6.219)
Как видно из выражения (6.219), дисперсия
накопленной повреждаемости зависит от времен-
ной координаты, т.е. процесс нестационарный.
При ar»1 процесс поврежденности близок к ли-
нейному.
Аналогичный смысл имеет выражение для дис-
персии (6.187). При значениях а<0,1 эти выра-
жения практически совпадают, так как
1 + ехр(-а) _ 2 ехр(-а) _ 1
l-exp(-a) a’ [i-exp(-a)]2 а2
Локальная скорость изменения дисперсии про-
цесса накопления повреждений, согласно (6.219),
выражается следующим образом:
d 2
b0(t) = — о (t) = S2 — Г1-ехр(-аг
dt aL
)] (6-220)
В табл. 6.22 приводятся выражения для дис-
персий накопленной повреждаемости и их ло-
кальных скоростей, полученных для различных
нормированных корреляционных функций про-
цессов поврежденности. Эти соотношения мо-
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
гут использоваться для описания процессов по-
врежденности и определения вероятностных ха-
рактеристик надежности и долговечности дета-
лей ГТД.
(6.221), (6.222) выражают известное линейное пра-
вило суммирования повреждений:
(6.223)
6.5.9. Нелинейные модели
вероятностного суммирования повреждений
Ранее рассматривались кинетические моде-
ли, согласно которым мера повреждения увели-
чивается по линейному закону. Однако кинети-
ка процесса поврежденности при усталости, из-
носе, накоплении пластических деформаций и
других видах подчиняется нелинейным законам,
исследование которых связано с известными
трудностями.
Нелинейную динамическую модель процессов
поврежденности, основанную на гипотезе об ав-
томодельности накопления повреждений, можно
представить как в виде дифференциального урав-
нения, так и с помощью нелинейной функцио-
нальной зависимости поврежденности от наработ-
ки. параметры которой можно определить по дан-
ным эксплуатационных измерений с помощью
инструментальных методов контроля. Рассмотрим
два подхода к описанию процессов накопления
повреждений [315, 316].
Пусть функция Q(r) в любой момент времени
I описывает кумулятивный процесс накопления
повреждений
— W(Q,e), t = O,T (6.221)
at ' '
с граничными условиями
Q(0) = 0,Q(T) = Q*
или в дискретном времени
Q„-S2„4=w(Q„_„C), n = UV (6.222)
с граничными условиями
£20 = О, = £2',
где W(•)<&, w( ) — приращения процессов в не-
прерывном и дискретном времени (w( )>0. w( )>
>0); Q — вектор нагрузок.
В частности, когда приращение процесса не
зависит от накопленного повреждения, формулы
Qw=x(^-4-,)=z^=1,
(6.224)
где т(-) — характеристики прочности.
К линейному закону можно подойти и при сум-
мировании повреждений, нелинейно зависящих от
времени, используя гипотезу об автомодельности
процесса накопления повреждений. Для этого
вместо повреждений, отражающих наблюдаемые
процессы £2(г), рассмотрим псевдоповреждения
П(г), которые связаны с исходным процессом не-
линейной функциональной зависимостью вида
n(t) = 4'(Q(r)). (6.225)
При этом в начальный момент времени значе-
ние псевдоповреждения равно нулю, а в момент
разрушения — единице. В качестве такого псевдо-
повреждения можно рассматривать относительную
наработку детали. С учетом граничных условий
(6.221) для крайних значений функции ’Р(-) мож-
но записать
xP(0) = 0,'P(Q*) = l. (6.226)
С математической точки зрения, гипотеза об
автомодельности процесса накопления поврежде-
ний фактически сводится к разделению перемен-
ных в уравнении (6.221):
^ = W,(Q)W2(c), (6.227)
что приводит к возможности получения решения
в виде
£2 АС)
<6'228)
где интеграл в левой части уравнения является
псевдоповреждением.
В случае существования интеграла (6.228) фун-
кции Ч'(-) и W,(-) связаны между собой следую-
щими выражениями:
(«29)
362
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
W,(Q) =
1
(6.230)
Обратная функция, согласно зависимости
(6.225), имеет вид
из которых видно, что имея функциональную за-
висимость (6.225), можно описать процесс повреж-
денности с помощью дифференциального урав-
нения (6.227), а из описания процесса в виде диф-
ференциального уравнения следует выражение,
связывающее процесс поврежденности с эквива-
лентной наработкой детали.
При описании процесса поврежденности обыч-
но исходят из обратной зависимости поврежден-
ности от эквивалентной наработки или псевдо-
поврежденности:
£2 = <р(П) = Ч/|(П). (6.231)
В формулах (6.225) и (6.231) в качестве выра-
жений для функций <р( ) и 'Р(-) удобно выбрать
зависимости, которые имеют однозначные моно-
тонные обратные функции.
В частности, при описании процессов длитель-
ной прочности [203] в качестве поврежденности
q часто используют структурный параметр, ко-
торый является мерой «растресканности» матери-
ала. Функциональную связь, устанавливающую за-
висимость между мерой растресканности и экс-
плуатационной наработкой, можно описать выра-
жением
(6.234)
Используя формулу (6.230) для параметра об-
ратной скорости изменения поврежденности И7, (•),
можно записать
и;(а)=М1—
v I ц
или, учитывая (6.232), получим
(6.235)
«zi(r) = lVI[<p(O] = ^^l-^J •
Таким образом, дифференциальное уравнение,
описывающее процесс «растресканности» матери-
ала под действием нагрузок, приобретает вид
dt v ц
V г 7
1
(6.236)
Q=<p(r) = p 1—^1 —— J = ц(1-
<р(0) = 0, <p(f) = Q',
(6.232)
где p,v,A — параметры модели; Q', f — повреж-
денность и наработка в момент разрушения; П =
= t/f — псевдоповрежденность, соответствующая
относительной наработке.
Параметры модели ц и v удобно определять
исходя из граничных условий. Если v = f и p = Q*,
то граничные условия удовлетворяются и парамет-
ры приобретают ясный физический смысл. Пара-
метр к можно определить, когда известно еще хотя
бы одно значение поврежденности Q' для задан-
ной наработки t . При этом
где т(-) — характеристики длительной прочности
материала КЭ.
Аналогичные результаты можно получить и для
других функциональных зависимостей поврежден-
ности от наработки и при этом удовлетворяющих
граничным условиям (6.232). В табл. 6.23 приве-
дены двухпараметрические и трехпараметрические
зависимости, обратные функции, уравнения для
скорости изменения поврежденности, выражения
для определения коэффициентов этих зависимос-
тей по экспериментальным данным. Приведенная
система функций дает достаточно полное матема-
тическое описание нелинейных процессов повреж-
денности и скорости их изменения. Подбором па-
раметров этих зависимостей можно записать раз-
личные нелинейные процессы поврежденности,
наблюдаемые на практике. На рис.6.76 показаны
зависимости Q = <p(r), при этом используют урав-
нения (2)—(8) табл. 6.23.
При известной скорости изменения поврежден-
ности для определения параметра к можно вос-
пользоваться зависимостью W(f) = Wz • В частно-
сти, для функции (6.235) при t = 0
к = In 1--- / In 1-— .
Q J/ t J
(6.233)
W* =W(0) = ^ = ^
v t
(6.237)
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Рис. 6.76. Двухпараметрические зависимости поврежденности q/q* от псевдо-
поврежденности tit* (1—7— функции поврежденности, описываемые уравнения-
ми (2)—(8) из табл. 6.23)
Таблица 6.23. Уравнения нелинейных процессов поврежденности
№ п/п Зависимость поврежденности от псевдоповреждеиности £2 = <p(z/v) = <р(П) Обратная зависимость t = <p(Q) = <p_| (q) Парамет W(Q) = 1^ p модели d . J —T(Q) J Коэффициенты модели Jl,v = f
Двухпараметрические зависимости
1 ц- = цП - V критерий Бейли G > 1 л V p = Q*;v = f*
2 р 1-ехр L 1 м Л —v In 1 I P > p-Q V p = Q*e;v = z*;e = ej{e -1)
3 -ц1п| 1-— | V v ) Г f Q v 1-exp I M s - —exp V (—"l I M J p = Q*;v = f*e;e = e/(e-l)
4 v—t v£l =L| > 1 G| =L 1 2 p = Q*;v = r*
5 pg“ V Q v aictg— P -1 vp p2 + Q2 ) p = Q*;v = z‘/arctg(l)
6 ц th— V -In 2 S' af д at -1 vp 'p2-Q2 ) * * € +1 p, = Q e,;v = r ;e, =—— e -1
364
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Продолжение табл. 6.23
№ п/п Зависимость поврежденности от псевдоповреждеииости £2 = <p(z/v)= <р(п) Обратная зависимость t = (₽(&)== <p-' (q) Парамс И’(й) = у ‘тр модели /Г d . .1 У (£2) _<1Q Коэффициенты модели p,v
7 . t P-Sin — V £2 varcsin — -^-£12 V p = Q*;v = z*/arcsin(l)
8 t p sh— V vln £2 — + . P ’ T 1 Ю +i V . » 2e p = fie2;v = z ;e2=^—- e -1
Трехпараметрические зависимости
9 p('/v)‘ - критерий Ильюшина v(fi/p)'A -(я/р)4 V p = Q*;v = z*; Х = 1п(й'/й*)/1п(г7Г)
10 P кр ( 1 1- 1 V v J итерий Качаь юва V 1-[ -4 p J Хр/ V k 1 г | Ю II И 3 £) ;v =r*; [l-Q7fi’)/ln( l-z7r‘)
11 -pin (t A 1- - k V 7 V 1 -ex ( £2' p — I p £ X Xp exp(£2/p) p = Q*;v = z*e'/l;e = e/(e-l);
V [l-exp(-fi/p)]‘- X={ln 1-exp (-й7^')] + In sj/ln^/z*
12 И 1 - exp ( 1 k V V - ln^ £2^ 1— P 7 k X(-£2 + p) p = Qe;E = б7(е- l);v = Z*;
v[ -ln(l-£2/p)]‘ ' Inf-In Г k=—± n(z7z‘)
13 k 1 Mg - V v arct a 1 д kQ. V Z- X Ю |t= a| д < J /* P = X = Q*;v = z /arctgl; 1п(й7й*)
Intg(z7z'arct gl)
14 к 1 pt th — V vje/pf +l 2 (Q/pf-1 kQ. V Ю |t= у* . P !/l“ p = J E,= 7’eJ; (e41) ln(fi /(^->) ,v = f*;
In z/i(z
15 . k 1 psin — V varcsin(Q/p)l/< ^1 a' y< -1 P k = Q*;v 1 = z’/arcsin 1; 1(q7^*)
In sin (t'/t* arc sin 1)
16 * t psh — V vln (Q/pf + h U P - +1 J kQ. j v \ Ю |t + 1 P = E2 = k = Q*e‘, 2e/( In c2-l);v = Г:
n(sl z(z7z’)e )
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
365
откуда
k_W*t*
£2* ’
Для более сложных нелинейных процессов по-
врежденности, уравнения которых имеют одну или
несколько точек перегиба, можно воспользовать-
ся системой из двух (или более) вложенных функ-
ций или многостадийными моделями. В первом
случае процесс поврежденности имеет вид
<Р(/) = <Р1(<Р2(0) ’ (6.238)
где <р, (•) и Ф2 (•) — функции табл. 6.23.
При этом обратные функции и обратные ско-
рости изменения процессов поврежденности мож-
но найти по формулам
У(й) = 'Р2('Р1(£2));
IV (£2) = 1V2['P1(£2)]1V1(£2). (6.239)
В частности, если функции Ф,() и ф2(-) пред-
ставить выражениями (9) и (10) табл. 6.23, то для
<р( ) можно записать
Рис. 6.77. Зависимость поврежденности £2 от наработ-
ки t для модели вложенных функций, описываемых
уравнениями (9) и (10) из табл.6.23
при Г, = 500; t2 = 1000; f = 2000; £2, = 0,3; £22 =
= 0,7; £2* = 1. Параметры уравнений при этом
равны а = 3,3755; к2 = 1,5531; Л, = 2,8893.
Для двухстадийных моделей функцию ф(-)
можно представить в виде
где Ц, =vI;pl =Q’;V2 =t‘;
<p(r) = pjl-
Е определяется из решения уравнения
(6.240)
Ф,(0, t<tr
ф2(г—r,) + £2,, t>tt,
(6.241)
где ф,(г1) = £21.
Согласно выражению (6.241), на первом участ-
ке функция ф(-) изменяется по закону <р1 (•), а на
втором, начиная с точки (г,,£2,), по закону Ф2( ).
При этом выражения для обратной функции и
скорости принимают вид
Ч/(£2) =
'Р|(£2), £2<£2„
'Р2(£2-£2|)+Гр £2>£2Р
при г. =ф,(£2,);
/р t2, £2,,£2, — значения нарабо-
W.(£2), £2<£2„
W(Q) = -^ ' 1 /КЭИЭЛ
|w2(£2-£2|) + fp £2 >£2,. (6.242)
Если для зависимостей ф,(-) и ф2( ) выбраны
из таблицы соответственно выражения (9) и (10),
то систему уравнений для двухстадийной модели
можно записать в виде
ток и соответствующие им поврежденности.
На рис. 6.77 показаны зависимости поврежден-
ностей от наработки для моделей из двух вложен-
ных функций, описываемых уравнением (6.240)
366
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Используя данные о поведении функции на
первом (Л £2') и втором (f',£2') участках, коэффи-
циенты модели можно определить по формулам
p,=Q,; v,=r,;
Л, = k(£il,tl, £2,,Г<) = ln(£2,/£21)/ln(r'/f1);
ц, = £2*-£2,; v, =t' - t,;
k2 = =
£1* — £2,
£2^
(6.244)
В качестве одного из условий, накладываемых
на модель (6.243), может служить равенство ско-
ростей изменения составляющих функции в точ-
ке стыковки: W1(Q1) = W2(Q1).
В этом случае коэффициенты кх (или связа-
ны зависимостью
Л Q Qi _6 к,
£2, t -t, ’
(6.245)
Таким образом, приведенная система функций
дает возможность описать нелинейные процессы
поврежденности, наблюдаемые эксперименталь-
но, и связать их с псевдоповрежденностью (отно-
сительной наработкой П = t /Г).
Полученные результаты можно использовать
для расчета вероятностных характеристик проч-
ностной надежности при нелинейных процессах
поврежденности.
Рассмотрим методику определения вероятност-
ных характеристик накопленной повреждаемости
и числа циклов до разрушения (ресурса) при не-
линейных законах суммирования повреждений.
Ранее аналогичные вероятностные характери-
стики получены для случая использования гипо-
тезы суммирования зависимых случайных повреж-
дений, распределенных по нормальному, логнор-
мальному законам. В случае нелинейного сумми-
рования такие же вероятностные характеристики
будут иметь псевдоповреждения. Это позволяет
определить плотность распределения поврежден-
ности по формуле
4(£2) = /„['Р(£2)]|Г(£2)| , (6.246)
где /„(•) — плотность распределения псевдопо-
врежденности; ’Р(-) - функция обратная <р(-);
|'Р'(£2)| = 1/^(£2) (см. табл. 6.23).
Для процессов, которые изменяются в соответ-
ствии с функциями <р(П), плотности распределе-
ния повреждения при нормальном или логнор-
мальном законах распределения псевдоповрежде-
ния имеют соответственно вид
fn (£2) .— exp
х/2л5,>(£2)|
fr) 1----------- । [ eXp
V2nS;j,4'(£2)|W(£2)|
[*P(£2)-ffl„]2
25,: ;
[ln*F(£2)-fflJ2
25^
(6.247)
где mn, S2„, mLn, S^, — параметры законов распре-
деления псевдоповрежденности за п циклов:
т„ = пт, S2 = S2 [1 + (п ~ 1)г];
2 S
и'ехр -y-+w(
^[ехр ( 5£ ) - 1]и [1 + (п - 1)г ]+п2
здесь т, S2, mL, S[ — параметры законов распре-
деления псевдоповрежденности за цикл.
Для интегральных законов в этом случае мож-
но записать
(£2) = J/(£2)J£2 = Ф У(П) т"
О L
(6.248)
В частности, для процессов, характеризующих
меру «растресканости», логнормальные вероятно-
стные характеристики можно выразить форму-
лами:
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Используя условие разрушения в виде Q > Q*,
вероятностные характеристики чисел циклов до
разрушения можно определить по формулам
F„W) = P(N < п) = F(Q„ >£2) =
= J/n(Q,)dQ„=l-Fo(Q-);
= К(п^-^-. (6.250)
В частном случае при логнормальном распре-
делении поврежденности выражения для плотно-
сти и функции распределения, а также функции
интенсивности имеют вид
F„(n) =1-Ф
1пУ(£2)-»^„
2Sl, j[c-+ 2S;. ‘J’
(6.251>
l-F„(/i)
2 a(l - r + 2nr) + 2n
где c =-------------------------------r ;
n 2|an[l+(n - l)r] + n2}
ar _a[l + (/i-l)r]
t> =dl________oL______
" a[l + (n-l)r] t
n
a =exp(Sz2)-l.
Используя полученные выражения, можно оп-
ределить наиболее вероятный и у-процентный
ресурс детали. Медианное значение ресурса опре-
деляется из решения уравнения
In'P(Q’)-mL„=0 . (6.252)
Подставляя в формулу (6.252) выражение (6.200)
для znin, после несложных преобразований полу-
чаем, что число циклов до разрушения является
одним из корней кубического уравнения
п3 + рп + q = 0,
где
р = ~(.Ь + ar); q = -(а - г)', а =-;-у;
т т
^(Q’) (S? S* 2 /е2\ , ,,
t =---;—;/п = ехр — + т, ;—y = exp(S, 1-1. (6.253)
т 2 т ' '
\ 7
Для нормально распределенной накопленной
повреждаемости медианное число циклов, соглас-
но первому уравнению (6.248), определяется по
формуле
n = 'P(Q')/wi. (6.254)
Квантильные оценки ресурса, т. е. предельное
число циклов при заданной вероятности разруше-
ния (неразрушения) лр можно найти из решения
уравнения
1пУ(£2') -
(6.255)
где а — квантиль нормального распределения,
соответствующий заданной вероятности разруше-
ния Р:
р
а = Фч(1-Рр) = Ф'(Рнр). (6.256)
Используя выражения (6.200) и (6.201), для
определения лр получаем следующее нелинейное
уравнение:
-a In 1/,+^- =0
V п„
In
тп„ V п
р V р
(6.257)
где
t/,=l+^,t/,=^(l-r).
т~ пг
В случае нормальных случайных величин псев-
доповрежденностей лр определяется из решения
квадратного уравнения
ап^ - Ьпр + с = 0,
(6.258)
368
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
где
а = пг-a2S2r, 6 = 2m4/(Q*)+(l-r)a252; c = T2(Q').
Приведенная методика дает возможность оп-
ределить вероятностные характеристики накоплен-
ной повреждаемости и выработки ресурса при
нелинейных законах суммирования повреждений.
Удобные с вычислительной точки зрения кван-
тильные оценки ресурса позволяют для заданных
вероятностей разрушения (неразрушения) опре-
делить прогнозируемые значения чисел циклов до
разрушения.
6.5.10. Марковские модели
накопления повреждений
Рассмотрим кумулятивную марковскую модель
с дискретным временем (рис. 6.78). Механизм
накопления повреждений такой модели характе-
ризуется единичными скачками и зависит от со-
стояния [73].
Пусть случайная величина По характеризует
состояние повреждения в момент времени 1 = 0.
Начальное распределение вероятностей р0 по со-
стояниям повреждения в момент времени Z = 0
задается вектор-строкой
р0 =|л,,л;!,..,л„1,0],
Р[П0 = у] = лу > 0, £ л; = 1. (6.259)
;=|
Здесь подразумевается, что изделие не начина-
ет эксплуатироваться в состоянии отказа, посколь-
ку л„=0. Величины л- образуют вероятностную
весовую функцию для По.
Матрица переходных вероятностей (матрица
жесткости) верхнедиагональная и имеет вид
Pl 0 0 . . 0 0
0 Pl 41 0 . . 0 0
р= 0 0 Pl <7з .. 0 0
, (6.260)
0 0 0 0 . p„-l <7„-i
0 0 0 0 . .. 0 1
где 1 > р,> 0, + q] = 1, pj — вероятность остаться в
состоянии У за один шаг; q, — вероятность пере-
12 3 4 5п
Рис. 6.78. Граф переходов цепи Маркова модели 1
хода повреждения за один шаг из состояния j в
состояние у+1. Из структуры матрицы вытекает,
что все состояния 1,...,п-1 — переходные, а со-
стояние п — поглощающее.
Пусть П, — состояние поврежденности в мо-
мент времени i , и
ЛП,=у] = р,(Д/=Б- (6.261)
Здесь р,(у) > 0, Xр/у) = 1. Таким образом, р,(У)
образуют матрицу переходных вероятностей Р в
момент времени / для состояний повреждения
1,..., п . Для представления этой матрицы исполь-
зуется вектор-строка
р, =[р;(1),р;(2),..., р.\п)}. (6.262)
Из теории марковских цепей известно, что
/7, = Р0Р' = Р,-\Р-. I= 0,1,2,...., (6.263)
где Р° = / , / — единичная матрица.
Эти матричные уравнения описывают динами-
ку переноса вероятностей во времени по перемен-
ной i. Величина р,(л) является интегральной
функцией распределения во времени i. При
p,.(n) = 1, поскольку весь вероятностный вес в пре-
деле переходит в состояние и и там остается. От-
метим, что промежуточная величина р,(у) — ве-
роятность того, что поврежденность П, находит-
ся в состоянии У в момент времени Z.
Интегральная функция распределения време-
ни поглощения гл в состоянии л, т. е. рДл) в
рассмотренной модели кумулятивного поврежде-
ния определяется по формуле
F,(i,n) = P[t„ < /] = р,(п), i = 0,1,2,... (6.264)
Функция надежности при этом
Р„е = #//.„) = 1- F(/,n), i = 0,1,2,... (6.265)
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
Функция интенсивности отказов Л,(/,л) опре-
деляется по формуле
Л,(/» = 1- /°’и) • (6.266)
Числовые характеристики математического
ожидания и дисперсии времени до разрушения
равны
ЛФ„] = ЁЛ(пл);
(-0
D[z„J = 2^iF,(i,n) + М [/J2. (6.267)
i=0
Среднее и дисперсию накопленной поврежден-
ности П,. можно найти из выражений
М[П;]=Х/Р>(У), О[П;] = XУ2а(У)-Л/[П,]2 (6.268)
7=1 7=1
Рассмотрим некоторые аналитические резуль-
таты, которые можно получить на основании мо-
дели 1. Предположим, что процесс начинается из
состояния j = 1 при i = 0 . При этом вначале л, = 1,
р„ = 1. Пусть случайная величина г1л означает вре-
мя до отказа в состоянии п при условии, что про-
цесс начался из состояния 1 при i = 0 . Если при-
нять, что
1 > Pl > Р1 > - > Р„~1 > ° > (6.269)
то, используя свойства характеристической функ-
ции путем ее дифференцирования, можно найти
числовые характеристики времени до разрушения:
A/[rI.„J = X1 + G-
>1
o['1j=2'-/i+'-7); (6-270)
ИзР, J = X М1 + б X1 + 2ri
7=1
g4[f, J = 3D[T, „]2 + г,)(1 + 2г, )(1 + Зг;) + Jr;(l + rj,
7=1 7=1
(6.271)
где
= р.=-^. (6.272)
Q, 4j l + '-y
В частном случае для линейной марковской
модели накопления повреждений при равных ве-
роятностях р; переходной матрицы Р
Р,= Рг=- = Р,,-> = Р (6.273)
и при этом
9i=92= - = «„-i=1-P = 9, ?; = —= г 6 = 1,л-1,
<Ь
то вероятностная весовая функция поврежденно-
сти, т. е. вероятность того, что поврежденность
П,. находится в состоянии j = l,...,п-1 в момент
времени /, имеет вид отрицательной биномиаль-
ной функции
Pn(tJ;O =
С-^,р‘ ^~'.
0, 0<i< j-1,
(6.274)
где с; =----— — число сочетаний, а интеграль-
/!(Л-/)!
ная функция распределения времени до предель-
ного состояния и ее числовые характеристики
представляются в виде
Г,(г;1,л) =
2, С1-,^Р 4
/> л-1,
0, 0 < i < п -1;
(6.275)
М[г1.„] = (л-1)(1 + г); Р[г,„] = (л-1)г(1 + г), (6.276)
Рз[г1л] = (И-1)г(1+г)(1 + 2г);
] = 3(л-1)2 г2 (1 +г)2+
+ (л - 1)г(1 + г)(1 + 2г)(1 + Зг) + (л - 1)г (1 + г). (6.277)
Функция интенсивности отказов определяется
по формуле
г-н+1 «-!
\(г,1,л) =--------------------
1- £ СМ,/-"+,9'
(6.278)
Рассмотренные распределения и моменты для
простой стационарной модели с единичными скач-
ками и матрицами переходных вероятностей типа
(6.260) можно получить и для моделей с началь-
ным распределением вероятностей, заданным в
обшем виде (6.259), а также для циклов нагруже-
ния различной жесткости, которые вводятся в
модель с помощью различных матриц переходных
вероятностей типа Р (6.260).
24 8-470
370
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Рис. 6.79. Граф переходов цепи Маркова модели 2
Некоторым обобщением простой стационарной
модели с единичными скачками, которые могут
использоваться для описания процессов накопле-
ния повреждений, являются модели с матрицами
переходных вероятностей типа верхней треуголь-
ной матрицы и типа (6.279), граф переходов кото-
рой показан на рис. 6.79:
из состояния j в поглощающее состояние /1, т. е.
вероятность случайного отказа изделия, находя-
щегося в состоянии i.
Конечной целью построения моделей повреж-
денности является их использование для описа-
ния реальных процессов поврежденности и дол-
говечности. Для подбора параметров, например,
линейной модели с постоянными параметрами
(идентификации модели) можно воспользоваться
выражениями для математического ожидания и
дисперсии времени достижения процессом пре-
дельного значения (6.276). При известных M[tt „],
£>[?,„] параметры модели п, г находятся по фор-
мулам
W.J2
------; п --------------
Лф,.,]+£>[',.„]
(6.280)
~Рх <7> 0 0 . . 0 g.
0 Pi 0 . . 0 gl
р= 0 0 Рз Чз • . 0 g3 . (6.279)
0 0 0 0 . • P„-i 9,,-!
0 0 0 0 . . 0 1
Для решения задач с такими матрицами также
можно воспользоваться матричным уравнением
(6.263). Следует отметить, что вероятности g, оп-
ределяют вероятности скачкообразного перехода
Для полной стационарной модели (6.260) с раз-
личными вероятностями перехода pt, qt, имею-
щихся в распоряжении, постоянных п, намно-
го больше, чем известных числовых характерис-
тик времени до разрушения (6.270), (6.271). По-
этому существует большой набор сочетаний этих
значений для подгонки модели.
Расширением области применения рассмотрен-
ных выше линейных моделей являются нестацио-
нарные модели, которые описывают процессы,
меняющиеся во времени путем изменения матри-
цы жесткости:
Рис. 6.80. Графики функций: а — по формуле (6.282); б — в соответствии с выражением (6.283) (для параметров
а = 0, b = 0,4, с — var, /0 = 21)
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
371
Рис. 6.81. Интегральные функции распределения для раз-
личных /0 (7- 1; 2— 10; 3- 100; 4- 1000; 5- 10 000)
при а = 0,01, b = 0,4, с = 0,25
Л(*) 0 Pi(k) 0 0 . 0 .. 0 0 0 0
0 0 P3W 7#) 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 (6.281)
Выбирая различные формы qj(k), можно по-
лучить множество нестационарных моделей. Для
модели, жесткость цикла нагрузки которой умень-
шается во времени, можно воспользоваться функ-
цией <?,(А) вида (рис. 6.80, а)
q^k) = « + 6ехр[-(А7/0)‘ ], J = l,n-1 . (6.282)
Это выражение содержит четыре параметра:
a,fc,c,i0 при л = 1 и фиксированном п. Скорость
уменьшения жесткости цикла нагружения сильно
отличается для различных с . Интегральная функ-
ция распределения для выбранных параметров i0
показана на рис. 6.81.
Подбором параметров a, b, с, i0 модели можно
описать различные нестационарные, уменьшаю-
щиеся во времени, процессы поврежденности.
Аналогично, если жесткость цикла нагружения
увеличивается во времени, то можно воспользо-
ваться выражением (см. рис. 6.80, б)
qj(k) = д+б|1-ехр[-(А770)']|, у = 1,л-1. (6.283)
Другие модели этого вида, которые можно ис-
пользовать в качестве моделей поврежденности
физических процессов износа, коррозии, эрозии,
ползучести, выносливости, роста усталостных тре-
щин, представлены в табл. 6.23.
Для идентификации, т. е. подгонки парамет-
ров моделей к опытным данным, можно восполь-
зоваться методами субординации или сгущения —
преобразования времени [73].
6.5.11. Определение
вероятностных характеристик
коэффициентов запаса прочности
и выработки ресурса деталей
газотурбинных двигателей
Наиболее выгодная форма использования авиа-
ционных конструкций — эксплуатация их по фак-
тическому состоянию. Ресурс по состоянию по-
зволяет наиболее полно использовать заложенные
в конструкцию запасы работоспособности элемен-
тов и будет обеспечивать благодаря этому наиболь-
ший экономический эффект при сохранении вы-
сокой безотказности двигателей в эксплуатации.
При любом способе установления ресурса (фик-
сированном, дифференциальном) первоначальной
основой для оценки допустимой наработки явля-
ются расчетные запасы прочности наиболее от-
ветственных элементов конструкции двигателя, к
которым, в первую очередь, относятся рабочие
лопатки и диски вентилятора, компрессора и тур-
бины, валы роторов. Расчет выработки и монито-
ринга ресурса и других характеристик прочност-
ной надежности выполняется на основе оценки
характеристик нагруженности КЭ на всех режи-
мах эксплуатационного цикла работы ГТД и при
использовании стандартных характеристик проч-
ности конструкционных материалов (длительной
прочности, много- и малоцикловой усталости)
через соответствующие характеристики накоплен-
ной повреждаемости.
В расчетной практике для сравнительной оцен-
ки конструкционной прочности деталей ГТД ис-
пользуют детерминированные коэффициенты за-
паса прочности, определяющие их напряженность,
деформативность, несущую способность и долго-
372
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
вечность [157, 250, 471]. Для оценки прочности
коэффициенты запаса к сравнивают с минималь-
но допустимыми нормированными коэффициен-
тами запаса Ainjii и в случае выполнения неравен-
ства
<6-284)
считают, что запас прочности по рассматривае-
мому параметру удовлетворяет существующим нор-
мам прочности.
Одним из основных критериев, используемых
для оценки конструкционной прочности деталей
ГТД, является коэффициент запаса прочности
(6.285)
где и„р — предельное напряжение, характеризую-
щее предельные свойства материала детали; ожв —
эквивалентные действующие напряжения.
Предельные и действующие напряжения оце-
ниваются в зависимости от условий работы дета-
лей. При статическом нагружении в качестве оП[,
принимают предел прочности ов, а в качестве
— максимальные растягивающие нагрузки оП1ах.
В случае сложного напряженного состояния экви-
валентные напряжения рассчитываются по одной
из моделей прочности [67, 131]. В эксплуатацион-
ных условиях при повышенных температурах и
постоянных, либо медленно меняющихся нагруз-
ках, когда свойства материала непрерывно изме-
няются, в качестве предельных напряжений при-
нимают предел длительной прочности , а для
переменных симметричных циклических нагру-
зок — предел выносливости о ,. Выражения для
коэффициентов запаса прочности в этом случае
имеют вид
Ч,=—А = —• (6.286)
СТЭКВ СТЭИ>
Предел длительной прочности выбирается в
соответствии с рассматриваемым временем рабо-
ты t и температурой Т , предел выносливости — с
числом циклов N и температурой Т.
При совместном действии повторно-статичес-
ких и высокочастотных механических и термоцик-
лических нагрузок или их парных комбинаций
коэффициенты запаса прочности выражают более
сложными формулами [471]. Эти коэффициенты
лучше согласуются с экспериментом, однако их
применение связано с необходимостью проведе-
ния специальных исследований.
Кроме коэффициентов запаса прочности по
напряжению для оценки конструкционной проч-
ности деталей ГТД используют коэффициент за-
паса долговечности
= (6.287)
t
где т( ) — время до разрушения при напряжениях,
равных эквивалентному oJltB; t — время действия
нагрузки.
В инженерной практике коэффициенты запа-
сов главных деталей ГТД устанавливают на осно-
ве сопоставления расчетных и экспериментальных
значений со значениями, полученными при экс-
плуатации. Обычно регламентированные запасы
при таких расчетах устанавливают применитель-
но к лопаткам, предназначенным для работы в оп-
ределенных условиях и изготовленных из данного
материала. В этом случае коэффициенты запасов
представляют собой своеобразные критерии по-
добия деталей и их можно устанавливать в зави-
симости от результатов испытаний деталей рас-
сматриваемого типа.
В условиях эксплуатации коэффициенты запа-
са прочности и долговечности рассматриваются
как динамические характеристики, которые изме-
няются в зависимости от наработки и предысто-
рии нагружения.
Мониторинг этих характеристик прочности
лучше всего исследовать через характеристики
поврежденности деталей с помощью моделей ли-
нейного суммирования повреждений путем при-
ведения параметров нагруженности к эквивалент-
ному режиму.
Рассмотрим методику определения детермини-
рованных коэффициентов А.одл и kt в условиях
эксплуатации [314].
Каждый J-й режим работы двигателя характе-
ризуется некоторыми уровнями действующих в
конструктивном элементе напряжений оу и тем-
ператур Tj. Степень длительных статических по-
вреждений КЭ на j-м режиме в соответствии с
гипотезой линейного суммирования повреждений
равна относительной продолжительности работы
на этом режиме:
П =—, (6.288)
т(о,,7р
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
373
где П, — поврежденность на режиме; t] — дли-
тельность режима; т(-) — характеристики долго-
вечности материала.
Для эквивалентного режима с параметрами
поврежденность П,( можно найти по ана-
логичной формуле
Согласно условию эквивалентности П.= Пэ>,
эквивалентный режим должен вносить те же по-
вреждения, что и действующий. Поэтому длитель-
ность эквивалентного режима можно определить
по соотношению
решить относительно величин напряжения и дол-
говечности. В противном случае эквивалентный
предел длительной прочности рассчитывают ите-
рационным путем. Непосредственно рассчитать
можно экспоненциальное и степенное уравнение,
для которых и рассмотрим методику определения
детерминированных коэффициентов запаса дли-
тельной прочности.
В случае, если характеристики длительной
прочности материала описаны экспоненциальным
выражением
lgt = Д(7’) + В(7’)и, (6.294)
коэффициент запаса прочности, согласно (6.292),
имеет вид
lgz,-A(7;)
(6.295)
Суммарную длительность эквивалентного ре-
жима для некоторого /-го полета находят из выра-
жения
'„=2А, (6.291)
где и, - число участков нагружения в i-м полете.
Для п полетов накопленная длительность эк-
вивалентного режима выразится суммой
С = (6.292)
f=l
В качестве эквивалентного режима обычно
выбирают один из наиболее тяжелых режимов
работы детали. Для лопаток турбин это максималь-
ный режим работы двигателя.
Имея величину эквивалентного времени г, для
соответствующей температуры С,, можно по урав-
нению семейства кривых длительной прочности
материала КЭ т(о,,7Д найти эквивалентный пре-
дел длительной прочности о,„(Г,,о,) и определить
накопленный эквивалентный коэффициент запа-
са длительной прочности по формуле
An=Sn(W. (6.293)
о,
’ Чтобы получить удобную для вычислений фор-
мулу для А„ , необходимо, чтобы уравнение семей-
ства кривых прочности можно было в явном виде
где А(Т), В(Т) — функции температуры.
Учитывая соотношения (6.288)—(6.292), коэф-
фициент запаса прочности можно выразить через
накопленную повреждаемость детали П„ за п
полетов:
(6.296)
где
л я 'п1.
П» = ЁП. = Х£П«; (6.297)
1=1 1=1 >1
1] = 1п(10)В(т;)аэ. (6.298)
При использовании характеристик прочности
вида
lgT = A(D + S(r)lgo, или т = С(7’)оВ|Г’, (6.299)
где С(Т) = Ю''”’, зависимость коэффициента запа-
са прочности А' от накопленной повреждаемости
выразится формулой
= П*
(6.300)
374
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
где
О = В(Гэ). (6.301)
Используя выражения (6.287), (6.288), (6.297),
можно найти эквивалентный запас долговечнос-
ти, который определяется как величина, обратная
накопленной повреждаемости
А,,=1/П„. (6.302)
Учитывая соотношения (6.296), (6.300) и (6.302)
при равенстве накопленных поврежденностей,
можно также установить зависимости между ми-
нимальными нормированными коэффициентами
запаса долговечности kDnin и прочности или
о
о min '
In к
*onM=i——; (б.зоз)
п
Г. =(кп.\',е. (6.304)
Соотношения (6.303) и (6.304) нормируют, при-
водят к одному критерию значения предельных
коэффициентов запаса прочности по напряжени-
ям или долговечности для различных видов опи-
саний характеристик прочности.
Для исследования количественных закономер-
ностей процесса исчерпания длительной прочно-
сти материала детали во времени в процессе экс-
плуатации часто используют коэффициент выра-
ботки ресурса, который обычно принимают про-
порциональным эквивалентной наработке детали
или числу полетных циклов п :
к =—-100%. (6.305)
где л„ — предельное число полетных циклов до
полной выработки ресурса.
Если использовать в качестве критерия проч-
ности величину kD , коэффициент выработки ре-
сурса будет пропорциональным накопленной по-
вреждаемости:
-100 % = А„т1ПП„ • 100 %. (6.306)
к„
При этом для предельного числа циклов до
полной выработки ресурса можно записать
п = — 400% = -^- =—-—. (6.307)
к к к П
Для иллюстрации предлагаемых для монито-
ринга ресурса детерминированных зависимостей
коэффициентов запаса прочности, долговечности
и выработки ресурса был проведен численный
эксперимент путем моделирования процесса по-
врежденности лопатки турбины ГТД, изготовлен-
ной из сплава ЖС26ВСНК (см. (6.113)). При этом
использовались характеристики длительной проч-
ности в виде экспоненциальной (6.294) и степен-
ной (6.299) зависимостей времени до разрушения
от действующего напряжения. В качестве эквива-
лентного принят режим с Т, = 900 °C, и оз =
=15 кгс/мм2. Необходимые при расчете коэффи-
циенты уравнений длительной прочности (6.298)
и (6.301) при этом имеют вид
Т] =1п(10)В(Т;)стэ =
= 1п(10) (-0,2959671 + 0,0003742137; -
- 0,00000015707;2 )оэ;
v = В(7) = -26.7282 + 0,023351227; -0,0000038464?;2.
На рис. 6.82—6.84 приводятся полученные в
результате моделирования зависимости накоп-
ленного эквивалентного времени г, (6.292),
эквивалентного предела длительной прочности
о,„(7;,иэ), коэффициентов запаса прочности для
разных видов описания характеристик прочнос-
ти материала лопатки (6.296) и (6.300), коэффи-
циентов выработки ресурса по напряжениям
(6.305), а также прогнозируемое число полетных
циклов до предельного состояния ипп (6.307) (при
=10). В качестве независимой переменной
используется число полетных циклов. Эквивалент-
ное время пропорционально накопленной по-
вреждаемости с коэффициентом пропорциональ-
ности, равным т(7'1,и,). Если эта характеристика
близка к линейной, то процесс выработки ресур-
са от полета к полету является равномерным.
Эквивалентный предел длительной прочности, а
также коэффициенты выработки ресурса по напря-
жениям снижаются пропорционально in и, коэф-
фициент выработки ресурса по долговечности пря-
мо пропорционален накопленной повреждаемос-
ти, поэтому он, как и эквивалентное время, носит
линейный характер. Прогнозируемое предельное
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
375
Рис. 6.82. Графики зависимости г, и оэп от п
число полетных циклов с увеличением числа поле-
тов приближается к истинному значению.
Все отмеченные характеристики, в том числе и
накопленную повреждаемость, можно использо-
вать для оценки и мониторинга (отслеживания)
выработки индивидуального ресурса деталей ГТД
во время эксплуатации, а также для сравнитель-
ной оценки выработки ресурса деталей в отдель-
ных полетах, для разных двигателей, в различные
периоды эксплуатации.
Рассмотренные выражения для расчета коэф-
фициента запаса прочности, выработки ресурса
носят детерминированный характер. Они не учи-
тывают должным образом неизбежное рассеивание
предельных и действующих нагрузок. Этот недо-
статок можно устранить статистическими запаса-
ми прочности, которые более обоснованно можно
использовать и в качестве нормативных характе-
ристик. Статистические запасы прочности приво-
дят к единому вероятностному критерию возмож-
ные отклонения действующих напряжений и тем-
ператур, разбросы характеристик материала и дру-
гих факторов. Зная функцию распределения запасов
прочности, можно для более ответственных дета-
лей назначать более высокие значения коэффици-
ентов запаса прочности для соответствующих уров-
ней вероятности неразрушения.
Как следует из выражения (6.302), коэффици-
ент запаса долговечности связан обратной зави-
симостью с накопленной повреждаемостью. По-
этому его вероятностные характеристики опреде-
ляются с помощью простых соотношений
376
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
1,77
— —
— -
Рис. 6.83. Графики зависимости коэффициентов запаса прочности от числа полетных циклов п
где /„„(•) и — плотность и функция распреде-
ления накопленной повреждаемости.
В частном случае, при логнормальном законе
распределения накопленной повреждаемости, эти
вероятностные характеристики принимают вид
Воспользовавшись формулами (6.296) и (6.300)
для плотности распределения эквивалентного за-
паса прочности, получим
Л (А) = /п, {exp[n(*o - l)]}|n|exp[ri(A(, -1)],
Л(^)=/п „(С)МС’.
(6.310)
Отсюда при логнормальном распределении на-
копленной повреждаемости имеем
А/.(^) г— ехр
г /, ч , Ini. +m,„
^п) = 1-Ф-----------. (6.309)
l J
/и(м-Д,ехр
6.5. Оценка поврежденности и мониторинг ресурса компонентов авиационной техники в эксплуатации
377
Рис. 6.84. Графики зависимости коэффициентов выработки ресурса и прогнозируемого числа полетов
1
LZ
от числа ресурсов
(6.311)
Эти выражения представляют собой соответ-
ственно нормальный и логнормальный законы
распределения с параметрами
«'• =1 + ^:5( =^;т'и= l+^-,S'u = . (6.313)
ЦТ] V V ' ’
Функции распределения эквивалентных запа-
сов прочности в этом случае определяются по со-
отношениям
Что касается коэффициента выработки ресур-
са по долговечности (6.222), то он прямо пропор-
ционален накопленной повреждаемости. Поэто-
му его вероятностные характеристики можно найти
по формулам
, /п, ,
;6;(ав;))=гПп 1.(6.314)
Dinin /
378
6. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Эквивалентная наработка на режиме опреде-
ляется соотношением
г,;=гэП7, (6.315)
где т, =т(и,,7’,) — эквивалентная долговечность,
которая соответствует эквивалентным параметрам
нагружения Г, ио,. Величины Г, и и,, а значит
их, — детерминированные. Поэтому в равенстве
(6.314) случайные величины и П( линейно за-
висимые с коэффициентом пропорциональности
т,. При логнормальном распределении повреж-
денности П7 закон распределения г,7 также лог-
нормальный с параметрами
т,и = |1Ч + ти< s,u=sl (6.316)
и числовыми характеристиками
’о о
Л/ tjit3j
S* = T^S,2; rtij = I J = rtj.
Wij
Таким образом, определены вероятностные
характеристики коэффициентов запаса прочнос-
ти, долговечности, эквивалентной наработки и
коэффициента выработки ресурса, а также уста-
новлены: их связь с накопленной повреждаемос-
тью; зависимость между минимальными коэф-
фициентами запаса прочности и долговечности в
условиях равной повреждаемости. Следует отме-
тить, что характер этой зависимости в значитель-
ной мере определяется видом кривой прочности.
Кроме того, получены формулы для определения
прогнозируемого числа циклов до разрушения и
коэффициентов выработки ресурса через накоп-
ленную повреждаемость для степенных и полуло-
гарифмических характеристик прочности, вероят-
ностные характеристики коэффициентов запаса
для ряда основных законов распределения накоп-
ленной повреждаемости.
Как видим, в наиболее характерном случае при
логнормальном распределении накопленной по-
вреждаемости и полулогарифмических характери-
стиках прочности коэффициенты запаса долговеч-
ности имеют логнормальное распределение, ко-
эффициенты запаса прочности — нормальное.
Глава 7
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
7.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ДИАГНОСТИКИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Техническая диагностика - наука о распозна-
вании состояния технической системы, включа-
ющая широкий круг проблем, связанных с полу-
чением и оценкой диагностической информации.
Изучение физико-механических характеристик
изделий с применением различных методов ис-
следований, формирование признаков отклоне-
ний, создание моделей (формализованного опи-
сания) исправного (работоспособного) состояния
изделия и того же изделия в неисправных состоя-
ниях, создание алгоритмов и технических средств,
обеспечивающих возможность оценки техничес-
кого состояния, остаточного ресурса и пригодно-
сти изделий к эксплуатации, решение проблем,
связанных с автоматизированным контролем, по-
иском неисправностей и разработкой структуры
диагностического процесса, является предметом
технической диагностики.
При проведении исследований оценка остаточ-
ного ресурса изделий базируется на методах мате-
риаловедения (структурный анализ), общей теории
прочности материалов (потеря несущей способно-
сти вследствие изменения физико-механических
характеристик материалов), расчетных методах
механики разрушения материалов с дефектами типа
трещин, интегральных методах, основанных на
анализе процессов, сопутствующих развитию де-
фектов, и включающих неразрушающие методы
контроля и малоразрушаюшие методы, которые не
приводят к ухудшению характеристик изделий.
Теоретическим фундаментом для решения задач
оценки технического состояния изделий является
теория распознавания образов, методы теории ста-
тистических решений, трендового анализа, теория
контролепригодности изделий.
Техническая диагностика использует алгорит-
мы распознавания, которые рассматриваются как
задачи классификации. Алгоритмы распознавания
в технической диагностике обычно основываются
на диагностических моделях, устанавливающих
связь между состояниями технической системы и
их отображениями в пространстве диагностичес-
ких признаков. Важной частью проблемы распоз-
навания являются правила принятия решений,
напрямую связанных с риском ложной тревоги или
пропуска цели. Для принятия обоснованных ре-
шений используются методы теории статистиче-
ских решений.
Решение задач технической диагностики все-
гда связано с прогнозированием надежности на
ближайший период эксплуатации - полет или до
следующего технического осмотра. В этом случае
решения основываются на моделях отказов, рас-
сматриваемых в теории надежности (прочностной
надежности).
Важным направлением технической диагнос-
тики является обеспечение достоверной оценки
технического состояния и раннего обнаружения
неисправностей и отказов изделий. В сложных
технических системах используются автоматизиро-
ванный контроль и мониторинг состояния изде-
лий, которым предусматривается обработка диаг-
ностической информации и формирование управ-
ляющих сигналов, направленных на обеспечение
работоспособного состояния изделий авиацион-
ной техники, а также автоматизированный поиск
неисправностей с использованием специальных ал-
горитмов, диагностических тестов и моделей ди-
агностируемых систем.
Среди авиационных изделий по использованию
диагностических методов первое место занимают
ГТД. Авиационные двигатели являются наиболее
сложными и дорогостоящими функциональными
системами воздушных суден, эксплуатационная на-
дежность которых непосредственно влияет на без-
опасность полетов. Поддержание заданного уров-
ня эксплуатационной надежности двигателя - одна
из самых важных задач, которые ставятся перед
эксплуатирующими авиационную технику пред-
приятиями.
В рамках существующих методов технического
обслуживания широкое применение нашли мето-
380
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ды инструментального контроля технического со-
стояния ГТД, обеспечивающие выявление различ-
ных неисправностей деталей, узлов и систем дви-
гателя.
Наиболее простым и доступным методом, да-
ющим информацию о состоянии поверхности уз-
лов и деталей двигателя (лопатки компрессоров и
турбин, камера сгорания, диски, сварные швы
корпусов), является визуальный метод контроля с
использованием различных электронно-оптичес-
ких средств: бароскопов, эндоскопов, средств тех-
нического зрения. С их помощью успешно выяв-
ляется обширная группа неисправностей, связанных
с растрескиванием, прогарами, короблением, кор-
розией, эрозией, выработкой контактных поверх-
ностей, износом элементов лабиринтных уплот-
нений, нагарообразованием и др.
Для выявления микротрещин, раковин, непро-
варов и других повреждений деталей, к которым
есть доступ при техническом обслуживании, при-
меняются такие методы неразрушающего контро-
ля, как методы магнитной дефектоскопии, вихре-
вых токов, ультразвуковой, а также капиллярный
(метод проникающих красок).
В последнее время все большее развитие полу-
чают методы и средства радиографического кон-
троля деталей двигателей в эксплуатации, что имеет
большое значение для своевременного обнаруже-
ния скрытых дефектов в деталях ГТД, располо-
женных в местах, которые недоступны для конт-
роля другими методами.
Для оценки ТС деталей, контактирующих с
маслом, используют методы и средства обнаруже-
ния продуктов износа в масле, анализа их содер-
жания и состава. К их числу относятся, напри-
мер, применение магнитных пробок, устанавли-
ваемых в маслоотводящих магистралях двигателя,
детекторов (сигнализаторов) стружки, методы кон-
троля содержания металлов в периодически отби-
раемых пробах масла. Известен целый ряд мето-
дов оценки содержания продуктов износа в масле,
к числу которых относятся полярографический,
калориметрический, химический, механический с
центрифугированием и фильтрацией, метод «пят-
на» и др. Наиболее широкое применение получил
спектрометрический анализ.
При контроле ТС ГТД на земле все большее
развитие получают сложные с точки зрения при-
меняемой аппаратуры методы анализа вибраций
и шума (акустический), а также способы обнару-
жения заряженных частиц в выхлопных газах с
помощью электростатических зондов. К перспек-
тивным следует также отнести поиск усталостных
трещин и других разрушений деталей методами
акустической эмиссии и голографии.
Некоторые из рассмотренных диагностических
методов пока еще находятся на стадии экспери-
ментально-теоретических исследований, интенсив-
но выполняемых у нас и за рубежом. Такими, на-
пример, являются специальные методы диагнос-
тического анализа вибраций и шумов двигателя
(виброакустическая диагностика), диагностичес-
кая интерпретация состава заряженных частиц в
выхлопе и др.
Некоторые из отмеченных методов обеспечи-
вают обнаружение неисправностей задолго до
опасного, требующего немедленного вмешатель-
ства, их развития. Такие методы, например, как
контроль наличия и концентрации металлов в
масле, контроль вибраций и шумов, анализ заре-
гистрированных в полете параметров двигателя
могут обеспечить раннюю диагностику и прогно-
зирование состояния его элементов.
Для обеспечения возможности оценки ТС ГТД
на всех этапах эксплуатации применяются пара-
метрические методы контроля и диагностирова-
ния. Современные подходы к оценке ТС, реали-
зующие параметрические методы, базируются на
математическом описании рабочего процесса дви-
гателя (математической модели). Наличие мате-
матической модели (ММ), достаточно точно опи-
сывающей физические процессы, происходящие
в двигателе, позволяет выявлять неисправности,
приводящие к изменению параметров его рабоче-
го процесса.
Как показывает опыт, ни один из приведен-
ных способов диагностики не является универсаль-
ным и не позволяет исключить необходимость
применения остальных. Это относится не только
к методам принципиально различного характера,
например, как сигнализация, анализ стружки и
визуально-оптический контроль, но и к аналогич-
ным по своей структуре подходам. Все они в той
или иной степени дополняют один другого, по-
этому для наиболее полного выявления вероят-
ных неисправностей двигателей должны приме-
нятся, по возможности, в совокупности.
Диагностическое и прогностическое использо-
вание информации, представляемой рассматрива-
емыми устройствами и методами, базируется на
7.2. Методы и средства дефектоскопии
381
том, подтвержденном многолетним опытом обсто-
ятельстве, что термодинамические, а также меха-
нические (например, уровень вибраций, концент-
рация металлов в масле и т.п.) параметры, изме-
ренные в различные моменты времени на одном
и том же режиме и при одинаковых внешних ус-
ловиях, остаются, пока двигатель исправен, ста-
тистически одинаковыми в течение достаточно
длительного срока эксплуатации.
В ряду различных методов контроля и диагно-
стирования авиадвигателей особое место занима-
ют параметрические методы, так как им присуши
важные для практики особенности, заключающи-
еся в следующем:
диагностическую информацию получают на
работающем двигателе, что позволяет при непре-
рывной или достаточно частой регистрации пара-
метров выявить ряд неисправностей на ранней
стадии, проследить последовательность их разви-
тия и прогнозировать дальнейшее изменение со-
стояния;
получение информации, необходимой для при-
менения параметрической диагностики в эксплу-
атации обычно не требует специального препари-
рования и дооборудования двигателей;
параметры рабочего процесса ГТД связаны со-
отношениями, основанными на хорошо согласу-
ющейся с экспериментом теории этих двигателей,
что обеспечивает возможность достаточно стро-
гого математического описания процессов, про-
текающих в проточной части двигателя, и приме-
нения математических моделей для решения раз-
личных задач.
Рассмотренные вопросы технической диагнос-
тики не охватывают всех ее проблем. В данном
разделе основное внимание уделяется методам
неразрушающего контроля и дефектоскопии из-
делий, диагностике состояния сложных техничес-
ких изделий с использованием автоматизирован-
ных систем и современным методам виброакус-
тической и акусто-эмиссионной диагностики ком-
понентов авиационной техники.
7.2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДЕФЕКТОСКОПИИ
7.2.1. Определение
показателей качества материалов
Ресурс и надежность ВС обеспечивают свой-
ства материалов, из которых изготовлены эти кон-
струкции. Количественные и качественные пока-
затели свойств устанавливает разработчик ВС. Они
не являются постоянными и изменяются в про-
цессе изготовления и эксплуатации. К основным
свойствам материалов относятся:
1. Состав (вид и количество компонентов): на-
личие газов, легирующих элементов, примесей, их
содержание.
2. Структура (структурные составляющие), оп-
ределяется фазовыми превращениями, деформа-
ционным состоянием, неоднородностью состава,
процессами рекристаллизации и полигонизации.
3. Механические свойства (сопротивление
упругой и пластической деформации): грани-
ца упругости, пластичность, трещиностойкость
(вязкость разрушения), граница выносливости
(усталость), ползучесть, длительная прочность,
твердость, концентрация напряжений, степень
износа.
4. Коррозионные свойства (характеристики са-
мопроизвольного разрушения поверхности мате-
риала, вызванного химическим или электрохи-
мическим взаимодействием с окружающей сре-
дой): коррозионное растрескивание, общая кор-
розия, питинговая коррозия, коррозионная
усталость, окалиностойкость, межкристалличес-
кая коррозия.
5. Тепловые свойства: тепловое расширение,
удельная теплоемкость, теплопроводность, тепло-
передача излучением, характеристические темпе-
ратуры, тепло- и огнестойкость.
6. Электрические свойства: удельное электри-
ческое сопротивление, критическая температура
сверхпроводимости, электрические свойства изо-
ляционных материалов.
7. Оптические свойства (количественные харак-
теристики материалов поглощать и отражать свет):
коэффициенты спектрального поглощения и от-
ражения. показатель преломления, число Аббе.
8. Магнитные свойства: магнитная упругость,
магнитная восприимчивость, основная кривая на-
магничивания, петля гистерезиса, магнитные по-
тери, магнитная анизотропия.
382
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
9. Специальные свойства, которые определя-
ются эффектами связанного состояния и являют-
ся причиной других явлений: термоэлектрические
явления, магнитострикция, эффект Холла, пьезо-
электричество.
10. Химические свойства - способность разных
атомов и их ансамблей взаимодействовать между
собой, что сопровождается образованием или раз-
рушением сложных соединений и т. п. Химиче-
ские свойства выражаются через химическую связь:
ионную, ковалентную, металлическую, молекуляр-
ную, водородную.
Всякое отклонение показателя свойств мате-
риала или изделия от установленного значения в
технической документации на ВС называется де-
фектом. Критический дефект - дефект, наличие
которого влияет на безопасность воздушного суд-
на или конструкционной системы. Брак - про-
дукция (изделия, полуфабрикаты, детали, узлы),
качество которой не отвечает установленным тре-
бованиям, поэтому она не может быть использо-
вана по назначению.
Определение технического состояния деталей
и конструкций авиационной техники проводится
в соответствии с Регламентами технического об-
служивания ВС конкретных типов, устанавлива-
ющими периодичность контроля. Технология вы-
полнения контроля дается в Технологических
указаниях по выполнению регламентных работ.
Эти документы определяют требования к техни-
ческому обслуживанию ВС и используются как
эксплуатирующими, так и ремонтными предпри-
ятиями.
Технологическими указаниями по выполнению
регламентных работ определена технология под-
готовительных, непосредственно контрольных
операций и заключительных работ, которые пред-
ставляются в виде операционных карт.
Основные принципы и организация неразру-
шающего контроля (НК) как обязательные при-
водятся в стандартах (государственных, отрасле-
вых и предприятия). Для установления единого
методического подхода к реализации НК отрас-
левые органы разрабатывают методические руко-
водства по видам НК, в частности:
Руководство по применению ультразвуково-
го метода НК изделий авиационной техни-
ки (АТ);
Руководство по применению магнитопорошко-
вого метода НК изделий АТ;
Методическое руководство по применению
рентгеновского метода НК для оценки техничес-
кого состояния (ТС) изделий АТ;
Методическое руководство по применению
капиллярных методов НК для оценки техничес-
кого состояния изделий АТ.
Их использование является обязательным и все
изменения согласовываются соответствующими
отраслевыми учреждениями. Регламентами техни-
ческого обслуживания определяется периодич-
ность контроля при техническом обслуживании
каждого типа ВС.
Авиакомпании и производители АТ использу-
ют программы технического обслуживания, кото-
рые базируются на схемах логического анализа
конструкции (рис. 7.1). Основное назначение та-
ких схем обеспечить безопасность эксплуатации
и повысить внимание к скрытым функциональ-
ным отказам. Требования к программам техни-
ческого обслуживания представлены в Руковод-
стве по разработке программ MSG, разработан-
ном совместно Федеральными управлениями граж-
данской авиации США (FAA) и Великобритании
(САА/UK), Ассоциацией европейских авиакомпа-
ний (АЕА), производителями самолетов и двига-
телей США и Европы, американскими и европей-
скими авиакомпаниями [4].
Логика MSG-3 ориентирована на работы по
техническому обслуживанию, а не на методы тех-
нической эксплуатации (как система MSG-2 и
отечественные системы). В соответствии с MSG-3,
например, работы по осмотру/проверке исправ-
ности могут проводиться с периодичностью опре-
деленных форм технического обслуживания.
Наиболее совершенную форму технического
обслуживания обеспечивает исследование скры-
тых функциональных отказов и контроль корро-
зии. Значительное внимание отводится анализу
повреждений и контролю композиционных мате-
риалов.
Разработку планового технического обслужи-
вания связывают с последствиями невыявления
повреждений конструкции. Каждый элемент кон-
струкции оценивается с точки зрения его значи-
мости для сохранности летной пригодности и
сложности выявления такого повреждения. Про-
грамма ТО будет эффективной, если позволит оп-
ределять и предупреждать повреждения, связан-
ные с усталостью, влиянием окружающей среды
или случайными повреждениями на протяжении
7.2. Методы и средства дефектоскопии
383
Рис. 7.1. Схема логического анализа конструкции
всего срока службы ВС. Для композиционных или
других новых материалов разрабатываются специ-
альные процедуры.
Контроль усталостных повреждений выполня-
ется после достижения ограничений, которые ус-
тановлены в процессе сертификации типа само-
лета. Вместе с тем контроль за усталостью мате-
риала можно проводить и выборочно там, где это
возможно.
Начальные интервалы контроля устанавлива-
ются производителем и согласовываются с соот-
ветствующими органами государственного регу-
лирования. Интервалы повторного контроля при
случайных повреждениях и повреждениях окру-
жающей средой устанавливаются с учетом их
допустимости, опыта эксплуатации и рекоменда-
ций производителей. При этом должна обеспечи-
ваться достаточная достоверность выявления ус-
талостных повреждений для каждого элемента кон-
струкции. влияющего на безопасность ВС.
Методики выборочного контроля разрабатыва-
ются на базе статистических данных, которыми
обязательно учитывается: количество осмотренных
самолетов; методы контроля и интервалы переос-
видетельствований; полное количество полетных
циклов.
Программы выборочного контроля усталости
устанавливаются совместной рабочей группой эк-
сплуатанта и производителя на основе техничес-
ких оценок превышения самолетом предельного
интервала контроля усталостных повреждений.
Программа предупреждения и выявления кор-
розии базируется на анализе повреждений окру-
жающей средой при эксплуатации в типичных
климатических условиях. Программа пересматри-
вается при выявлении коррозии, которая превы-
шает определенный уровень.
Возникновение усталостных трещин не ожи-
дают до тех пор, пока парк не постарел. Однако,
если на силовой конструкции планера такие тре-
щины появились, программа ее технического об-
служивания пересматривается. Изменения про-
грамм контроля проводятся на основе логических
схем анализа конструкции и анализа поврежде-
ний (пример на рис. 7.1).
Системы оценки усталостных повреждений
ориентируют на методику контроля, которая обес-
печивает высокую достоверность их выявления.
Усталостные повреждения уменьшают прочность
любого элемента самолета. Для надлежащего конт-
роля система оценки строится с учетом: остаточ-
ной прочности, обусловленной возникновением
384
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
усталостных повреждений участка, где это возмож-
но; скорости увеличения трещины, где это воз-
можно; периода выявления повреждения, на про-
тяжении которого усталостное повреждение воз-
растает до предельного размера, т. е. критической
величины (этот период изменяется в зависимости
от использованного метода контроля, части кон-
струкции или технологии ее изготовления); норм
по выявлению повреждений соответствующими
методами контроля; допустимых уровней и мето-
дов контроля (например, визуально-оптический
НК); участков контроля (внешние, внутренние) и
интервалов переосвидетельствования.
Например, Федеральной службой воздушного
транспорта Российской Федерации введены в 2000 г.
Авиационные требования к организации и выпол-
нению работ по диагностике и НК авиационной
техники в условиях организаций по техническому
обслуживанию (ТО) и ремонту. Требования раз-
работаны на базе Концепции усовершенствования
диагностирования и НК технического состояния
гражданских ВС и авиационных двигателей (АД)
в условиях эксплуатации.
Необходимость обновления требований Авиа-
ционных правил Украины обусловлена обшими
изменениями условий работы гражданской авиа-
ции за последние годы:
появилось большое количество самостоятель-
ных авиакомпаний;
большую часть парка составляют «стареющие»
ВС, которые практически не обновляются;
основные ВС имеют фактические ресурсы и
сроки службы, которые превышают заданные в ТЗ;
техническая база организаций по ТО и ремон-
ту остается на низком уровне и требует усовер-
шенствования;
изменилась система государственного контро-
ля и регулирования деятельности эксплуатантов.
Главная цель требований Авиационных правил
Украины - установление единого порядка исполь-
зования методов и средств контроля и диагности-
рования ВС. К использованию в авиационной от-
расли разрешаются средства диагностирования и
НК, имеющие сертификат и внесенные в нацио-
нальный (отраслевой) Реестр: серийные, прошед-
шие государственные испытания; малосерийные,
прошедшие отраслевые испытания; зарубежного
производства после экспертизы и сертификации,
или имеющие разрешение службы воздушного
транспорта на эксплуатацию.
Использование (внедрение) в технологических
процессах диагностирования АТ новых техничес-
ких средств диагностики и НК, а также вспомо-
гательных средств допускается только после оцен-
ки (приемки) эксплуатационных, метрологичес-
ких и экономических характеристик с участием
независимого национального авиационого орга-
на (комитета) по неразрушающему контролю. По
результатам оценки орган в области НК дает зак-
лючение о возможности использования в экс-
плуатации новых средств и предлагает авиацион-
ной администрации включить их в национальный
(отраслевой) Реестр. Техническая диагностика
(ТД) и НК для условий эксплуатации авиацион-
ной техники представляют в виде системы конт-
роля технического состояния (рис. 7.2).
Для определения показателей качества деталей
используют экспериментальные методы с приме-
нением технических измерительных средств или
расчетов с учетом опыта эксплуатации объектов.
Наиболее широко для решения этих задач ис-
пользуют неразрушающие методы контроля,
которые основаны на анализе взаимодействия
физического поля или вещества с материалом
объекта контроля.
Особенности применения НК при производ-
стве и обслуживании ВС связаны с решением та-
ких задач:
1) изучением объектов контроля, в том числе
установлением функционального назначения,
оценкой необходимых требований, выбором по-
казателей качества, определением их возможных
критериев, классификацией возможных состояний
или уровней качества; установлением порядка сбо-
ра и преобразования информации о состоянии
объекта; изучением причинно-следственных свя-
зей, которые приводят к дефекту или браку; опре-
делением пригодности (степени пригодности) ос-
новных и вспомогательных материалов, поступа-
ющих в производство, полуфабрикатов и комп
лектующих, а также пригодности объекта для
технологической обработки, сборки, наладки;
2) выявлением отклонений от установленных
норм за допустимые пределы технологии произ-
водства, параметров технологического оборудова-
ния и состояния (чистоты) технологических сред;
3) разработкой технологических и технических
мероприятий по предотвращению возникновения
дефектов, процедур повышения качества изделий
и их внедрением.
7.2. Методы и средства дефектоскопии
385
Рис. 7.2. Типичная структура задач системы контроля ТС
Процесс решения поставленных задач вклю-
чает: моделирование объектов контроля и систем
обслуживания; выбор возможных для контроля
характеристик; установление зависимости харак-
теристик от параметров ОК; определение необхо-
димой диагностической информации об ОК; вы-
бор необходимых средств контроля; порядок по-
строения систем контроля; разработку технологии
и методик контроля; оценку эффективности фун-
кционирования систем контроля.
При оценке эффективности систем контроля
определяют их функциональные возможности,
оценивают требования к системам контроля, ус-
танавливают границы систем контроля, анализи-
руют технические возможности методов и средств
контроля; классифицируют и определяют метро-
логические параметры и стандартные образцы;
разрабатывают критерии оценки эффективности;
выявляют возможные причины и источники сни-
жения эффективности; определяют погрешность
и достоверность сведений, надежность и произ-
водительность систем.
С целью обеспечения установленного ресурса
и безопасности ВС системы, приборы и средства
контроля должны определять качество объекта
контроля полно и дифференцированно, делать
количественную оценку качества как изделия в
целом, так и отдельных его частей в процессе их
производства и эксплуатации с максимальной
механизацией и автоматизацией процессов конт-
роля, включая активное регулирование техноло-
гического и производственного процессов.
При выборе метода и средств контроля исхо-
дят из вида дефектов, которые нужно обнаружить,
объектов (зоны) контроля, их характеристик и ус-
ловий контроля, а также критериев оценки и от-
25 8-470
386
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
браковки с учетом их чувствительности и специ-
фики. При одинаковой чувствительности приори-
тетным является более простой и доступный в
конкретных условиях эксплуатации метод, у ко-
торого достоверность результатов контроля и про-
изводительность выше. Обоснованный выбор мож-
но обеспечить, ознакомившись с классифика-
ционными признаками методов дефектоскопии,
информативными параметрами и способами ото-
бражения результатов контроля.
7.2.2. Неразрушающий контроль
качества материалов
В зависимости от физических явлений, поло-
женных в основу, НК делится на девять основных
видов: акустический, радиационный, магнитный,
вихретоковый, электрический, радиоволновой,
тепловой, оптический, проникающими вещества-
ми (капиллярный, течеискания).
Все виды НК классифицируются по таким при-
знакам:
характер взаимодействия физических полей
или веществ с объектом контроля, например,
лучи, которые прошли и отразились, магнитная
индукция;
начальные информативные характеристики.
Например, амплитуда, фаза сигнала;
способ получения начальной информации (пье-
зоэлектрический, индукционный, химический и др.);
способ предоставления конечной информации
(визуальный, графический, звуковой, световой,
метрический и т.д.).
По параметрам, которые определяются, сред-
ства НК разделяют на такие виды:
а) дефектоскопы, приборы и установки, пред-
назначенные для выявления дефектов типа наруше-
ния сплошности (трещины, раковины, расслое-
ния, пористость, очаги коррозии, хрупкости и т. п.);
б) приборы для контроля геометрических харак-
теристик (внешние и внутренние диаметры, тол-
щины стенок, покрытий, степень износа и т. п.);
в) приборы для измерения физико-механичес-
ких и физико-химических характеристик, элект-
рических, магнитных и структурных параметров,
отклонений от химического состава, твердости,
пластичности, коэрцетивной силы, контроля ка-
чества упрочняющих слоев, содержания и распре-
деления ферритной фазы и т. п.);
г) приборы технической диагностики для оп-
ределения напряженно-деформированного состо-
яния, изнашивания, разного рода повреждений,
дефектов типа нарушения сплошности, измене-
ния размеров и физико-механических свойств из-
делий в период их эксплуатации, а также для про-
гнозирования их работоспособности.
Разработанные в последние годы методы и сред-
ства в большинстве случаев позволяют механизи-
ровать процесс контроля, чем достигается его вы-
сокая производительность и объективность.
Неразрушающий контроль разделяют на про-
изводственный и эксплуатационный. На произ-
водстве применяют операционный, сплошной,
выборочный, входной и другие виды контроля.
В процессе эксплуатации изделий проводят про-
филактический, регламентный (плановый после
определенной наработки или срока хранения) и
целевой (неплановый, одноразовый для всего парка
изделий) контроль.
С помощью НК изделия сортируют на разные
группы качества. Разрушающие испытания образ-
цов, взятых из каждой группы, позволяют устано-
вить соответствие эксплуатационных характерис-
тик изделий измеренным. Если эти зависимости
установлены достаточно точно, то с помощью НК
можно резко сократить объем и периодичность
разрушающих испытаний.
К основным преимуществам НК, который при-
меняют на современном этапе создания и исполь-
зование АТ, можно отнести:
возможность выполнения эффективного конт-
роля на разных стадиях производства, эксплуата-
ции и ремонта;
возможность контроля качества изделий по
большинству заданных параметров;
сопоставимость времени, израсходованного на
контроль, с продолжительностью других работ при
обслуживании конструкций и систем;
высокая вероятность точных результатов конт-
роля;
возможность механизации и автоматизации
контроля технологических процессов с их управ-
лением и корректированием;
простота методик контроля, техническая дос-
тупность средств контроля в условиях производ-
ства, ремонта и эксплуатации.
Характеристики применяемых методов и
средств НК приведены в справочной литературе
[58, 69].
7.2. Методы и средства дефектоскопии
387
Методы и приборы контроля качества выпол-
няют приемочную функцию. С их помощью оп-
ределяют отклонения показателей качества от за-
данных техническими условиями. Анализ получен-
ных результатов статистическими методами содей-
ствует выполнению предупредительной функции,
т. е. предупреждает об изменении показателей
качества и обеспечивает своевременное проведе-
ние необходимых корректирующих действий.
7.2.3. Информационные параметры
и способы отображения результатов
неразрушающего контроля
Необходимая достоверность и объективность
выявления дефектов в элементах конструкции
воздушного судна обеспечивается методами НК,
основанными на анализе взаимодействия конк-
ретного физического поля с материалом ОК. Рас-
смотрим некоторые основные методы, которые
широко используют при контроле элементов авиа-
ционной техники.
Акустические методы. При использовании аку-
стических методов контроля анализируют взаимо-
действие упругих волн с материалом ОК по ха-
рактеристикам прошедшей или отраженной вол-
ны. При этом используют ультразвуковой или зву-
ковой диапазоны волн. Методы акустического
контроля АТ применяются как в авиапроизвод-
стве, так и в эксплуатации для выявления пор,
трещин и других внутренних и поверхностных де-
фектов типа несплошностей, а также для опреде-
ления свойств и напряженно-деформированного
состояния материалов. Показатели взаимодействия
упругой волны с материалом ОК изменяются при
изменении свойств материала или наличии в нем
дефектов. Изменения свойств материала проис-
ходят как на уровне динамики решетки и микро-
структуры (точечные дефекты и дислокации), так
ина уровне появления макронесплошностей, ко-
торые обусловливают разрушение изделий. При
реализации ультразвуковых методов контроля ис-
пользуют свойства прямолинейности распростра-
нения волн, их отражения от границы раздела сред
[69, 387], а также дифракции, в связи с которым
всегда возникает угловой разброс де пучка волн
в соответствии с выражением
Д0 = Л/<7, (7.1)
где А - длина волны колебаний; d - заданная
ширина пучка (размер излучателя).
При большом разбросе значительно снижает-
ся чувствительность контроля. Ослабление энер-
гии волны, распространяющейся в материале ОК,
связано с ее затуханием, которое характеризуется
коэффициентом затухания
K = (7.2)
где Кп - коэффициент поглощения; Кр - коэф-
фициент рассеяния.
В металлах затухание зависит от коэффициен-
та рассеивания, т. е. от среднего размера зерна
Ди частоты колебаний волн, используемых при
контроле:
А-р-ДУ4. (7.3)
Для неметаллов затухание определяется ко-
эффициентом поглощения и зависит от частоты
волны:
(7.4)
Отражение волн от границы раздела сред / и 2
характеризуется коэффициентом отражения R и
зависит от соотношения волновых сопротивлений
сред (pV):
где р, и р, - плотности сред; V' и V, - скорости
распространения волн в среде.
Эти закономерности используют при анализе
волн, которые прошли сквозь объект (теневой
метод), и отраженных волн (эхо-метод).
На выявление несплошноситей малых разме-
ров влияет не только площадь дефекта, но и его
ширина. Колебания с различной длиной волн по-
разному взаимодействуют с границей среды мате-
риалов. В связи с этим выбирают оптимальную
частоту контроля.
При определенных условиях (соотношении
длины волны X, толщины слоя h и ширины не-
сплошности) материалов коэффициент отражения
R может уменьшаться [194]:
/? = ^{l + [ZtrV(Z11]K/!)]2}, (7.6)
где Zp=pV характеристический импеданс сре-
ды с обеих сторон слоя (несплошности); Zm - ха-
388
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
рактеристический импеданс слоя (волновое сопро-
тивление среды).
Таким образом, при выявлении трещин на на-
чальной стадии их развития выбирают частотные
характеристики волн не только в зависимости от
структуры материала, размеров ОК, плошади де-
фекта, но и от ширины раскрытия трещины, ко-
торую необходимо обнаружить при определении
технического состояния конструкций. Так, при
частоте волны 2,5 МГц может быть выявлена не-
сплошность размером раскрытия 104 мм, при
меньшей частоте размер раскрытия трещины уве-
личивается.
Звуковой диапазон акустических волн обеспе-
чивает контроль многослойных конструкций и
конструкций из композиционных материалов. При
этом взаимодействие волн с ОК анализируют или
по силе реакции на колебание на поверхности
объекта (импедансный метод), или по характери-
стикам колебаний, возникающих в объекте при
действии на него внешних волн (метод свободных
колебаний).
Признаком дефекта при импедансном методе
является изменение волнового сопротивления ма-
териала ОК в зоне контакта с преобразователем.
Метод наиболее эффективен для контроля сото-
вых конструкций и клеевых соединений.
Методом свободных колебаний анализируют-
ся изменения их спектров в зоне дефектов. Мето-
ды используют для контроля изделий из неметал-
лических материалов, в том числе имеющих боль-
шое затухание упругих колебаний и низкие моду-
ли Юнга.
Площадь дефектов, определяемых этими ме-
тодами, составляет от 1 до 15 см в зависимости от
глубины их залегания. Максимальная глубина
выявления дефектов достигает почти 30 мм.
В качестве первичной информации в акусти-
ческих методах контроля используется амплитуда
и фаза упругих волн, прошедших сквозь ОК или
отраженных от дефектов [58]. При прохождении
волны ослабевает ее амплитуда (вследствие зату-
хания) в соответствии с законом
А = Адек', (7.7)
где Ао - амплитуда волны до затухания; К - ко-
эффициент затухания (определяется свойствами
материала); л - длина акустического тракта.
В ультразвуковых методах наиболее часто в
качестве информационного параметра использу-
ется амплитуда электрического сигнала, соответ-
ствующая величине энергии упругой волны. Та-
кой сигнал или формируется на экране дефектос-
копа, или фиксируется в цифровом виде и рас-
считывается как относительный в децибелах:
A(d) = 20\g(U2/Ul), (7.8)
где U2 - измеренная величина; I/, - величина
опорного сигнала.
Уровень амплитуды сигнала, соответствующего
энергии отраженных от дефекта волн, изменяется
скачкообразно. Браковочный уровень чувствитель-
ности составляет половину шкалы экрана дефек-
тоскопа. Этот уровень устанавливается при настра-
ивании дефектоскопа с помощью стандартного
образца (используется определенный отражатель)
и проверяется по контрольному образцу для кон-
кретного размера дефекта. Однако при контроле
амплитуда сигнала может значительно уменьшать-
ся при удалении дефекта и уменьшении его разме-
ра в направлении распространения волн. Эти за-
кономерности отражаются на диаграммах АРД (ам-
плитуда - расстояние диаметр отражателя), кото-
рые строят для конкретного материала, частоты
волн, размера преобразователя [69]. Влияние рас-
стояния компенсируется в современных дефектос-
копах наличием в их структуре блоков временного
регулирования чувствительности.
Компенсировать влияние (уменьшить) разме-
ров дефектов позволяет использование соответ-
ствующих контрольных образцов при настройке
чувствительности. Существующие расчетные ме-
тоды определения эквивалентной площади дефек-
тов достаточно сложные и имеют значительные
погрешности.
При импедансном методе первичным инфор-
мативным параметром является амплитуда или
фаза силы реакции на внешние колебания. Она
зависит от механического импеданса ОК. В зоне
дефекта импеданс уменьшается. При совместной
схеме преобразователя (излучатель и приемник
находятся в одном корпусе) изменение импедан-
са ведет к изменению коэффициента передачи
преобразователя:
P = ujcit = Pefv , (7.9)
где U, и I/, - комплексные амплитуды электри-
ческих напряжений на излучателе и приемнике
соответственно (обычно t/, = const); <р - угол сдвига
7.2. Методы и средства дефектоскопии
389
фазы между напряжениями U, и Г, При реали-
зации импедансного метода используют амплитуд-
ный, фазовый или амплитудно-фазовый вариан-
ты с индикацией электрического сигнала стрелоч-
ными приборами. Чувствительность метода и при-
боров определяется качеством контрольных
образцов и настройкой.
Особенностью информативных параметров
метода свободных колебаний является спектраль-
ный характер их амплитуд колебаний с разными
частотными составляющими. Для каждого мате-
риала и дефекта необходимо выбирать определен-
ную часть спектра, который также устанавливает-
ся с помощью контрольных образцов. Информа-
цию о дефектах получают путем анализа спектров
акустико-механических сигналов, которые в об-
щем случае описываются уравнением
7Г
S(jio) = , (7.10)
о
где S - интенсивность элементарного сигнала; со-
частота сигнала; t - время.
Первичную информацию при реализации аку-
стических методов получают наиболее часто с по-
мощью или пьезоэлектрических, или микрофон-
ных преобразователей. В составе ультразвуковых
дефектоскопов пьезоэлектрические преобразова-
тели выполняют роль как излучателей, так и при-
емников упругих колебаний. Рабочая частота из-
лучения преобразователей должна соответствовать
условиям контроля (материал объекта, глубина
залегания дефекта). Так, крупнозернистые спла-
вы контролируют на низких частотах (0,6-1,8 МГц),
мелкозернистые - на больших (2,5 МГц и боль-
ше). При выборе рабочей частоты учитывают так-
же значительное затухание колебаний на высоких
частотах, поэтому с увеличением толщины дета-
лей рабочую частоту контроля уменьшают. В за-
висимости от размеров ОК изменяют и угол ввода
колебаний, при этом используют наклонные пре-
образователи (табл. 7.1).
При выполнении контроля с помощью пьезоэ-
лектрических преобразователей (ПЭП) необходи-
мо учитывать размер их мертвой зоны, который
зависит от продолжительности импульса т, :
Л„,=Гт,/2, (7.11)
где V скорость волны в материале.
Размер мертвой зоны увеличивается при умень-
шении рабочей частоты контроля.
Важным при использовании ПЭП является
создание акустического контакта с поверхностью
ОК. Для обеспечения прохождения колебаний в
ОК его поверхность покрывают контактной жид-
костью, ее вязкость должна быть тем выше, чем
больше шероховатость поверхности. Нестабиль-
ность акустического контакта исключают путем
усреднения результатов многократных измерений.
При сухом точечном контакте преобразовате-
ля с ОК используется микрофонный способ по-
лучения информации. Свободные колебания в
изделии возбуждаются путем ударного действия.
Сигнал от микрофона г представляет собой ква-
зигармонические затухающие колебания, характе-
ризующиеся функцией времени t:
r(t) = teK's\n<M, (7.12)
где К - коэффициент затухания колебаний для
конкретного материала; го - частота сигнала.
При использовании микрофонного способа
получения информации (метод свободных коле-
баний) необходимо учитывать снижение чувстви-
тельности контроля с увеличением глубины зале-
гания дефекта. В зависимости от этого минималь-
ная площадь дефекта, который обнаруживается,
составляет от 1 до 15 см.
Эффективность ультразвуковых методов конт-
роля значительно повышается при использовании
компьютерных программ для дефектоскопа, ко-
торые позволяют получать, сохранять и отобра-
жать информацию о результатах контроля. Наи-
более информативными при использовании таких
систем являются амплитудно-фазовые спектры,
которые применяются как для выявления дефек-
тов, так и для их классификации с определением
размеров дефектов.
Таблица 7.1. Параметры пьезоэлектрических
преобразователей для различных толщин объектов
Параметр Толщина объекта, мм
8-12 12-14 14-20 20-50 50-150 >150
Частота ПЭП, МГц 5 5; 2,5 2,5 2,5 1,8 1.25
Угол ввода, град. 70 65-70 65 50 40-50 40
390
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Основа информации о дефектах при реализа-
ции временного метода - временной интервал
между сигналами дифрагированных волн. Архив
результатов контроля, который создается при мно-
гократных испытаниях, позволяет определить ди-
намику развития дефектов и прогнозировать пе-
риод безаварийной работы конструкции.
Эффективность ультразвуковых методов зави-
сит также от качества акустического контакта пре-
образователя с ОК. Изменение толщины или от-
сутствие слоя контактной жидкости на отдельных
участках контакта преобразователя с изделием
является главной причиной нестабильности акус-
тического контроля. Особенно это характерно для
изделий с грубой поверхностью. Для повышения
стабильности акустического контакта в таких слу-
чаях используют преобразователи с протектором
из эластичного материала (типа полиуретана).
Современные низкочастотные акустические
методы (импедансный и метод свободных колеба-
ний) базируются на использовании спектрально-
го анализа, что наиболее отвечает задачам конт-
роля изделий из композиционных материалов
[387]. Информационным признаком дефекта яв-
ляется разность текущего спектра принятого сиг-
нала и спектра сигнала бездефектной зоны объек-
та, который занесен в память компьютера (опор-
ный спектр). Числовой параметр, характеризую-
щий разность спектров,
А = В + Ф, (7.13)
где S = £(fc,-£,„); Ф = £(ф<-<р,„); bt и hui - амп-
/ I
литуды гармоник текущего и опорного спектров
соответственно; <р, и <р(„ - фазы тех же гармоник;
п - общее количество используемых гармоник
спектра.
Для повышения эффективности импедансного
контроля слоеных и сотовых конструкций исполь-
зуют построение изображения типа «С» с помо-
щью акустического сканера. Такие дефектоскопы
(например, «ДАМИ-С») имеют в своем составе
интерфейс, который позволяет осуществить пере-
несение накопленных данных в компьютер для
последующей обработки с помощью специальной
программы.
В настоящее время используют спектрально-
корреляционный виброакустический контроль
технического состояния машин и механизмов.
Решается комплекс задач. Сначала осуществляет-
ся количественная оценка нормирования уровней
вибраций, классификация показателей диагности-
ческих признаков дефектов, разработка алгорит-
мов диагностирования с обоснованием точности
информации. Потом устанавливается взаимосвязь
между спектром вибраций, которая возникает при
работе механизмов, и гармоническими составля-
ющими акустических волн, регистрируемыми
средствами контроля.
Реализация такого комплекса задач осуществ-
ляется построением математических моделей слу-
чайных детерминированных составляющих вибра-
ции, распределением их на высокочастотные и
низкочастотные составляющие, которые отвеча-
ют диагностическим признакам дефектов, обус-
ловливающих вибрацию.
Капиллярные методы. Выявление поверхностных
несплошностей в ОК из непористых твердых мате-
риалов основано на молекулярном взаимодействии
жидкостных дефектоскопических материалов с
твердой поверхностью и с другим жидкостным ма-
териалом. Процессы смачивания, поверхностного
натяжения, заполнения несплошностей пенетран-
том, удаления его остатка с поверхности, а также
выявления пенетранта в несплошности обясняют-
ся молекулярным взаимодействием [69]. Капилляр-
ные методы позволяют выявлять с высокой чув-
ствительностью усталостные дефекты деталей и
элементов конструкций авиадвигателей.
Для обеспечения наибольшей чувствительнос-
ти контроля используют дефектоскопические ма-
териалы в виде целевых наборов с определенны-
ми характеристиками молекулярного взаимодей-
ствия.
Взаимодействие достигается определенным
соотношением комплексов физико-химических
свойств пенетранта, очистителя и проявителя:
<7ocoseo>oHcose„,
<7ncos6n >o„cos6H, (7.14)
где о - поверхностное натяжение; 6 - угол сма-
чивания; о, и, п - индексы соответственно для
очистителя, индикаторного пенетранта и прояви-
теля.
Наилучшие характеристики процессов контро-
ля обеспечивают жидкостные материалы на орга-
нической основе. Повышение чувствительности
контроля (выявление несплошностей с раскрыти-
ем меньшее 1 мкм) достигается при послеэмуль-
1.2. Методы и средства дефектоскопии
391
гационной технологии. Эмульгатор - поверхност-
но-активное вещество (ПАВ) - наносится на по-
верхность после пропитывания пенетрантом. Он
способствует удалению пенетранта только с по-
верхности. На пенетрант, находящийся в несплош-
ности, эмульгатор не влияет.
Перспективными являются дефектоскопичес-
кие материалы на водной основе, обеспечиваю-
щие экологическую безопасность процессов. Эф-
фективность этих материалов достигается путем
добавок поверхностно-активных веществ к водным
растворам. Дополнительный эффект молекуляр-
ного взаимодействия этих веществ получают за
счет внешних явлений. Например, заполнение
пенетрантом несплошности увеличивается под
действием ультразвуковых колебаний и внешнего
электрического поля.
Капиллярные методы используют в качестве
«арбитражных» после использования других ме-
тодов контроля и как основные для большего ко-
личества ответственных элементов конструкций.
Современным требованиям отвечают отече-
ственные технологии ЛЮМ1-0В и ЦВ-15, также
зарубежные технологии типа MET-L-CHEK. Их
чувствительность при выявлении трещин с рас-
крытием достигает 0,00025 мм.
По первичным информационным параметрам
капиллярные методы жидкостные. Индикаторный
пенетрант после заполнения поверхностной не-
сплошности формирует индикаторный след над
ней. Контраст следа и его геометрические пара-
метры определяют чувствительность метода. При
заданных свойствах и концентрации красителя в
конкретном пенетранте параметры следа могут
изменяться при изменениях количества пенетранта
в несплошности и его взаимодействия с прояви-
телем. Максимальное количество пенетранта в
несплошности достигается при оптимальном вре-
мени пропитки /, зависящем не только от поверх-
ностных СВОЙСТВ (о И COS0 ), но и от вязкости ц
пенетранта в соответствии с формулой Рейдила
T = 2/p/ocos0, (7.15)
где /- глубина несплошности. По этой причине при
реализации контроля важным является соблюдение
необходимого времени обработки пенетрантом.
Количество пенетранта, оставшегося в несплош-
ности, зависит от условий (времени, вида, состава)
очищения поверхности от остатка пенетранта.
При использовании послеэмульгационной тех-
нологии максимальное количество пенетранта в
несплошности достигается при определенном вре-
мени взаимодействия с эмульгатором.
По отображению (получению) информации
основные капиллярные методы классифицируют
как цветной и люминесцентный. При цветном
индикаторный пенетрант имеет краситель (обыч-
но красный), который различают в видимом све-
те. Люминесцентный метод базируется на исполь-
зовании в составе индикаторного пенетранта
люминесцентного красителя, излучающего свет
при взаимодействии с ультрафиолетовым облу-
чением.
Выявление дефектов этими методами опреде-
ляется контрастом дефекта на фоне поверхности,
которая формируется с помощью проявителя.
Необходимый контраст достигается не только ко-
личеством пенетранта в несплошности, но также
и качеством очищения поверхности перед нане-
сением проявителя. Если пенетрант не удален с
поверхности, то может не только снижаться кон-
траст дефектов, но и возникать «ошибочные» де-
фекты. Качество очищения контролируют с по-
мощью стандартных образцов в видимом или уль-
зрафиолетовом свете.
Индикаторные следы оценивают в условиях
освещения и излучения, обеспечивающих необ-
ходимую чувствительность метода.
Повышение эффективности капиллярных ме-
тодов связанно со способом нанесения пенетран-
та на поверхность ОК. Например, установлено,
что наибольшая чувствительность достигается при
нанесении слоя пенетранта на поверхность, нежели
при погружении в жидкость на время пропитки
(за счет повышения концентрации красителя во
время выпаривания в первом случае). Эффектив-
ность контроля повышается с увеличением степе-
ни заполнения несплошности пенетрантом. Внеш-
ние факторы (ультразвуковые колебания, элект-
рическое поле) ускоряют заполнение и повышают
его степень. Намного ускоряют процесс заполне-
ния некоторые комплексные эффекты, например,
скоростные аэрозольные электрогазодинамические
(АЭГД) потоки.
На эффективность контроля большое влияние
оказывают методы количественной оценки эффек-
тивности отдельных операций контроля. Так, при
исследовании процесса проявления индикаторных
следов дефектов для определенных условий опти-
392
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
мальная толщина слоя проявителя составляет 25 мкм,
при которой достигается максимальная эффектив-
ность проявления. Количественную оценку ис-
пользуют также для определения эффективности
процессов заполнения пенетрантом.
Результат контроля фиксируется в виде изобра-
жения следа дефекта. Оно оценивается по коэф-
фициентам, характеризующим геометрические и
яркостные параметры индикаторных следов. При-
менение моделей основных видов дефектов (поры,
трещины с параллельными стенками, трещины с
коническими стенками и других) позволяет авто-
матически оценивать результаты контроля.
Радиационные методы. Базируются на анализе
взаимодействия ионизирующего излучения с ма-
териалом ОК. По характеру взаимодействия с ма-
териалом ОК различают два вида методов: выяв-
ляющие дефекты по прошедшему и рассеянному
излучению. При контроле конструкций авиаци-
онной техники широко используют первый ме-
тод, особенно для закрытых зон фюзеляжа и кры-
ла (под обшивкой). Возможность выявления де-
фектов этими методами связана с изменением
интенсивности излучения, прошедшего через ОК.
Перенос F(x) фотонов излучения через среду
описывается законом Бира:
F(x) = Foexp(-px), (7.16)
где Fo - перенос фотонов до входа в среду; ц-
линейный коэффициент ослабления среды; х тол-
щина среды.
Среда, ослабляющая излучение, характеризу-
ется концентрацией ослабляющих излучение час-
тичек п , приходящихся на единицу объема среды
с площадью поперечного сечения о для падаю-
щего пучка. Таким образом, для слоя материала
толщиной dx пучку излучения dF соответствует
ослабление частичек ncdx, т. е.: - dF = nadx.
Значение ncdx зависит от свойств материала,
наличия несплошностей и прочих дефектов.
Диапазон толщин ОК из разных материалов при
контроле фотонным ионизирующим излучением
(рентгеновским и у -излучением) устанавливает-
ся стандартами.
При использовании методов на основе прошед-
шего ионизирующего излучения контроле пригод-
ными являются конструкции, обеспечивающие
применение оптимальных схем контроля [159, 387].
Основные требования к ним:
направление центрального луча по нормали к
поверхности ОК или по его минимальной толщи-
не;
оптимальное фокусное расстояние (не меньше
0,5 м);
размещение детектора излучения (рентгенов-
ской пленки) вплотную к участку, который про-
свечивают;
отсутствие перекрытия контрольного участка
другими деталями и материалами со стороны ис-
точника и детектора излучения.
Параметры, характеризующие взаимодействие
ионизирующего излучения с объектом, - экспо-
зиционная доза, ее мощность, поглощенная доза
и мощность дозы излучения.
Экспозиционная доза Do (вводится только для
фотонного излучения) определяется как отноше-
ние суммарного заряда dg всех ионов одного зна-
ка, которые образовались в воздухе в элементар-
ном объеме, к массе dm в этом объеме:
D0=dgldm. (7.17)
Мощность экспозиционной дозы Ро характе-
ризуется отношением экспозиционной дозы фо-
тонного (например, рентгеновского) излучения dDu
за интервал времени dt к этому интервалу:
PB = dD0/dt. (7.18)
Поглощенной дозой излучения называют от-
ношения средней энергии dE, переданной иони-
зирующим излучением веществу в элементарном
объеме, к массе dm вещества в этом объеме:
D = dE/dm. (7.19)
Мощность дозы излучения характеризуется
отношением:
P-dD/dt. (7.20)
При оценке взаимодействия излучения с ОК учи-
тывают также энергию прошедшего излучения,
связанную с энергией поглощенного излучения
Eioi. При экспозиционной дозе £>0 рентгенэнер-
гия, поглощенная в единице массы воздуха Е101 =
= 86,9 Dn, эрг/г. Энергия, которая поглощается
единицей массы вещества, определяется из выра-
жения Е„„, =E„(p/p)iioi.
Перенос фотонов, которые приходятся на экс-
позиционную дозу 1 Р, определяет выражение,
учитывающее энергию фотона Е0(МэВ):
Е 54,3-106
— = с , , ч , (7.21)
Е0(ц/р)лог
1.2. Методы и средства дефектоскопии
393
где (ц/р)лог - массовый коэффициент поглощения
энергии материалом ОК.
Массовый коэффициент поглощения энергии
используют для расчета массы материала, который
нужен для ослабления первичного луча. Но в прак-
тике радиационного контроля чаще применяют
линейный коэффициент ослабления ц, характери-
зующий остронаправленный луч моноэнергетиче-
ского фотонного излучения в однородной среде.
Он зависит от энергии применяемого излучения.
В диапазоне энергии 10 кэВ - 100 МэВ на ос-
лабление фотонного излучения при его прохож-
дении через среду (материал) наибольшее влия-
ние оказывают три процесса взаимодействия со
средой: фотоэлектрическое взаимодействие цф,
комптоновское рассеяние цк, эффект образова-
ния пар рп. Таким образом, при полном взаимо-
действии
В=Вф+Вк+11„. (7.22)
Процесс фотоэлектрического взаимодействия
фотона с электронной оболочкой атома сопровож-
дается выходом из оболочки одного электрона.
Атом, потерявший электрон, находится в возбуж-
денном состоянии, он заполняет свой свободный
уровень энергии одним из внешних электронов.
Элементарный акт поглощения заканчивается
выходом фотона характеристического излучения.
При комптоновском рассеянии некоторая часть
энергии первичных фотонов превращается в кине-
тическую энергию электронов отдачи, которые вы-
ходят под углом к орбите - электронной оболочке, а
часть в энергию рассеянных фотонов. Энергия,
выделяющаяся из первичного пучка, раскладывает-
ся на две составляющие - энергию фотонного пуч-
ка, который приходится на единичный объем веще-
ства, передаваемую рассеянным фотоном, и энер-
гию фотонного пучка, который приходится на еди-
ничный объем вещества, передаваемую в виде
кинетической энергии электронов отдачи.
Процесс образования пар имеет место, если
энергия фотонов, взаимодействующих с материа-
лом, Е> 1,02 МэВ. При этом существует конеч-
ная вероятность их аннигиляции в поле атомных
ядер и одновременного образования электрона и
позитрона. Электрон и позитрон вылетают под не-
которым углом к направлению первичного фото-
на. С увеличением энергии фотонов эффективное
сечение этого процесса возрастает пропорциональ-
но квадрату номера рассматриваемого элемента до
100 МэВ.
В большинстве практически важных для ради-
ационного контроля случаев возможно считать, что
при фотоэффекте вся энергия первичного фотона
превращается в кинетическую энергию электрон-
ного излучения.
Наибольшие изменения энергии прошедшего
излучения и, таким образом, наибольшая чувстви-
тельность метода достигается при выявлении
объемных дефектов в материалах.
Чувствительность к изменениям энергии зави-
сит от толщины ОК. Для каждой мощности излу-
чения существует максимальная толщина изделия,
при которой можно получить информацию о де-
фектах.
Для реализации метода используется широкий
пучок, поэтому учитывают базовый фактор накоп-
ления В, характеризующий рассеяние излучения
в материале изделия. Он определяется потерей
интенсивности нерассеянного излучения:
5 = (м„-Мр)/м„. (7.23)
По способу отображения информации радиа-
ционный контроль разделяют на радиографию,
радиоскопию, радиометрию.
Радиография метод контроля, основанный на
получении радиографического снимка ОК или
записи этого изображения в запоминающем уст-
ройстве с последующим преобразованием в све-
товое изображение. Основным преобразователем
ионизирующего излучения является рентгеновская
пленка.
Радиоскопия основана на превращении радиа-
ционного изображения ОК в световое изображе-
ние на экране радиационно-оптического преобра-
зователя, причем состояние ОК анализируют в про-
цессе контроля. Световое изображение получают
также на флюоресцирующем экране. Кроме опти-
ческих и телевизионных устройств широко приме-
няют цифровые приборы. Комбинация оптических,
телевизионных и цифровых приборов позволяет
использовать резервы улучшения основных харак-
теристик интроскопов. Оптика может выполнять
низкочастотную фильтрацию для приглушения
шумов и устранения мелких текстур в световом
изображении. Благодаря телевизионной электро-
нике осуществляются нелинейные преобразования
электрических сигналов, их высокочастотная филь-
трация и т. п. Цифровое устройство позволяет кор-
394
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ректировать аналоговые системы: выполнять очень
много простых операций и использовать их память.
С помощью цифровых приборов яркость светово-
го изображения при разной экспозиции может из-
меняться в широких границах.
При радиометрии измеряют один или несколь-
ко параметров ионизирующего излучения после
его взаимодействия с ОК. Различают радиометри-
ческие дефектоскопию и толшинометрию. При
дефектоскопии из-за локального размещения и
малых размеров дефектов применяется быстродей-
ствующая регистрирующая аппаратура. Радиомет-
рическая толщинометрия позволяет усреднять сиг-
налы. В качестве детекторов используют иониза-
ционные камеры, полупроводниковые и сцинти-
ляционные детекторы.
Основным методом контроля конструкций АТ
является радиографический метод. Радиоскопичес-
кий метод используют как предшествующий при
дефектации перед радиографическим.
Рентгеновская пленка используется в качестве
детектора излучения при радиографии. Она харак-
теризуется макроскопическими свойствами.
Коэффициент пропускания т - отношение све-
тового потока Ф, прошедшего через пленку, к све-
товому потоку Фп, падающему на нее:
т = Ф/Ф0. (7.24)
Оптическая плотность почернения 5 пленки
характеризует радиографическое изображение и
определяется как десятичный логарифм величи-
ны, обратной коэффициенту пропускания:
S = lgl/T. (7.25)
Максимальная оптическая плотность может
достигать 10-11 единиц (обычно при контроле
оптическая плотность составляет 13 единицы).
Существенной характеристикой рентгеновской
пленки является зависимость оптической плотно-
сти от экспозиционной дозы (от логарифма экс-
позиции).
При продолжительной экспозиции и низких
уровнях мощности экспозиционных доз, а также
при импульсном облучении потоком энергии со
значительной мощностью оптическая плотность
пленки может уменьшаться, что ведет к сниже-
нию чувствительности контроля.
С учетом возможностей рентгеновских пленок
и характеристик излучений при радиографиче-
ском методе с наибольшей достоверностью обна-
руживаются поры, непровары и прочие наруше-
ния сплошности объемного характера. Размер та-
ких дефектов составляет от 0,1 мм (толщина ма-
териала ОК до 5 мм) до 0,5 мм (толщина больше
30-40 мм).
Минимальное раскрытие выявляемых дефек-
тов типа трещин, плоскость раскрытия которых
совпадает с направлением луча излучения, состав-
ляет 0,1 мм, а их размер по глубине - не меньше
5 % толщины материала ОК.
Достоверность результатов радиационного кон-
троля определяется как параметрами излучения и
характеристиками детектора (пленки), так и ана-
лизом изображений на пленке, который визуаль-
но проводит оператор. Недостатком такого ана-
лиза является субъективность и отсутствие коли-
чественных показателей и данных о размерах,
форме и видах дефектов.
Для повышения точности контроля и перехода
от качественных признаков к количественным
формируют систему признаков дефектов с авто-
матической обработкой результатов контроля.
Дефекты классифицируют по форме контура в
трехмерном пространстве.
Имея статистику для каждого класса дефектов,
определяют дисперсию форм дефекта и устанав-
ливают его границы. О глубине дефекта судят по
плотности потемнения участка на снимке. При
полуавтоматической расшифровке снимка опера-
тор фиксирует дефекты путем перемещения рам-
ки электронного визира и передает результат для
количественного анализа на вычислительное устрой-
ство, в блоке классификации которого осуществля-
ется сравнение максимального размера с эталонным,
запоминание и воспроизведение результата.
Для определения глубины залегание внутрен-
них дефектов, в том числе усталостных трещин,
используют метод получения двойного изображе-
ния или стереорадиографии. При получении двой-
ного изображения одну экспозицию выполняют
для пучка, ось которого перпендикулярна к по-
верхности ОК, а другую для пучка под углом.
Любая из указанных экспозиций составляет 0,5 от
полной экспозиции, нужной для просвечивания.
При использовании стереорадиографии дела-
ют два снимка одного и того же участка ОК с двух
позиций, отдаленных на 35-50 мм от нормали.
Потом снимки рассматривают с помощью стерео-
скопа.
7.2. Методы и средства дефектоскопии
395
Вихретоковый контроль. Основан на анализе
взаимодействия внешнего электромагнитного поля
с электромагнитным полем вихревых токов, наве-
денных в контролируемом объекте этим полем.
Контроль применяется для изделий из токо-
проводящих магнитных и немагнитных материалов.
Он широко используется в дефектоскопии, тол-
щинометрии и структуроскопии при контроле
силовых элементов фюзеляжа, крыла и оперения,
колес и др.
Сущность контроля состоит в следующем: если
к поверхности ОК поднести индукционную ка-
тушку, по которой протекает переменный элект-
рический ток, то в материале изделия возникают
вихревые токи (токи Фуко) и их электромагнит-
ное поле. Величина и плотность вихревых токов
зависят от частоты тока, удельной электрической
проводимости и магнитной проницаемости мате-
риала и формы изделия, а также от относительно-
го расположения катушки (преобразователя) и из-
делия, и, конечно, от наличия в изделии неодно-
родностей и несплошностей.
Вектор напряженности электромагнитного поля
вихревых токов направлен противоположно век-
тору напряженности поля, которое их создало.
Вследствие этого поле вихревых токов влияет на
общее сопротивление (импеданс) катушки возбуж-
дения. Изменения напряженности результирую-
щего электромагнитного поля регистрируются
индикаторной катушкой преобразователя. Ток, ко-
торый протекает в индикаторной катушке, несет
информацию об ОК, его размерах, механических
и химических свойствах, а также о наличии или
отсутствии дефектов.
По мере углубления в материал ОК вихревые
токи ослабляются приблизительно по закону
8в=80е^, (7.26)
где 8в и 80 - значение плотности вихревых токов
соответственно на глубине и на поверхности, А/м2;
е - основа натурального логарифма; к - коэффи-
циент ослабления, к = ^/л/оц ; f - частота возбуж-
дения, 1/с; 8 удельная электрическая проводи-
мость. См/м; р магнитная проницаемость, Гн/м;
у- глубина, мм.
Поверхностный эффект проявляется тем силь-
нее, чем выше частота/ больше электропроводи-
мость 8 и магнитная проницаемость ц материала.
Если глубина поверхностной и подповерхност-
ной несплошности близка к глубине проникнове-
ния вихревых токов у, то такая несплошность на-
дежно обнаруживается вихретоковым методом.
Несплошность, расположенная глубже слоя, в
котором возникают вихревые токи, не обнаружи-
вается.
В зависимости от расположения относительно
ОК различают преобразователи проходные и на-
кладные. В проходном преобразователе возбуж-
дающая и индикаторная катушки расположены по
обе стороны ОК или вокруг него. Такие преобра-
зователи используют для автоматического конт-
роля тонкостенных объектов (прутков, листов, труб
и т. п.) при их производстве. При методе отра-
женного излучения возбуждающий и индикатор-
ные преобразователи (или один совмещенный)
расположены на одной поверхности ОК. В этом
случае, как уже говорилось раньше, качество ре-
зультатов контроля зависит от глубины проник-
новения вихревых токов.
Накладные преобразователи нашли широкое
распространение при контроле авиационной тех-
ники как в производстве, так при эксплуатации и
ремонте.
По первичным информационным параметрам
различают амплитудный, фазовый, амплитудно-
фазовый, многочастотный, спектральный и дру-
гие методы. Наибольшее распространение полу-
чили амплитудный, фазовый и амплитудно-фазо-
вый методы.
Вихревые токи протекают непосредственно под
преобразователем в небольшом объеме. Их амп-
литуда и фаза разные в каждой точке на поверх-
ности и в глубине изделия, соответственно следу-
ет рассматривать в каждой точке плотность вих-
ревых токов 8 и их фазу у . Изменение фазы вих-
ревых токов в зависимости от глубины служит
основой фазового и амплитудно-фазового мето-
дов контроля.
Изменение фазы у и глубина связаны с величи-
ной обобщающего параметра р . В общем случае
Р = Р./л/оц, (7.27)
где De - эквивалентный диаметр контура возбуж-
дения, мм.
При значительных р изменения фазы и глуби-
ны имеют линейный характер. Фаза практически
не зависит (при больших р) от зазора между пре-
396
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
образователем и изделием, но на нее значитель-
ное влияние оказывает электропроводность мате-
риала объекта контроля [69].
В зависимости от задач контроля и необходи-
мой чувствительности в приборах вихретокового
контроля предусмотрено измерение амплитуды или
фазы, в некоторых случаях того и другого вместе.
Например, фазовый метод контроля более чувстви-
телен к подповерхностным дефектам, а амплитуд-
но-фазовый позволяет устранить влияние факто-
ров, снижающих точность контроля.
Поскольку амплитуда и фаза сигналов зависят
от электропроводности и, магнитной проницае-
мости ц, сплошности материала изделия, его кон-
струкции и расположения относительно преобра-
зователя, они графически представляются годо-
графами.
По способу индикации первичной информации
различают параметрический и трансформаторный
методы вихретокового контроля. Реализация этих
методов осуществляется с помощью параметричес-
ких и трансформаторных преобразователей, кото-
рые могут быть накладными, проходными, абсо-
лютными, дифференционными и др. Для концент-
рации и экранирования электромагнитного поля в
преобразователях могут быть предусмотрены фер-
ромагнитные (чаще ферритовые) сердечник и эк-
раны разной формы. Диаметр и длина преобразо-
вателей изменяется от долей миллиметра до одно-
го метра. От размера преобразователя, прежде все-
го от его диаметра, зависит чувствительность и
локальность контроля.
В параметрических преобразователях сигналом
служит прирост комплексного сопротивления, в
трансформаторных - прирост комплексного на-
пряжения (ЭДС), который возникает в измери-
тельной обмотке. В первых сигнал формируется в
той же обмотке, по которой протекает возбужда-
ющий ток. Трансформаторные преобразователи ха-
рактеризуются повышенной температурной ста-
бильностью. Параметрические более простые, ча-
стотный диапазон их работы более широкий. При
использовании преобразователей оценивают из-
менение их полного сопротивления в процессе
взаимодействия электромагнитного поля с объек-
том. При использовании преобразователей с диф-
ференциальным включением катушек сравнива-
ются электромагнитные характеристики двух уча-
стков изделия или двух разных изделий, одно из
которых бездефектное.
Вихретоковый контроль обеспечивает выявле-
ние поверхностных и подповерхностных трещин
с минимальными размерами: 0,5-1 мм (длина), 0,1
0,2 мм (глубина), и 0,5 мкм (ширина раскрытия
при выходе на поверхность). Такая чувствитель-
ность может быть реализована при контроле дета-
лей с неметаллическими покрытиями толщиной
меньше 0,1 мм [449]. Для выявления трещин с
меньшей глубиной и незначительным раскрыти-
ем целесообразно применение приборов с высо-
кой частотой возбуждения преобразователя. Хо-
рошие результаты дает применение амплитудно-
фазового метода для оценки состояния материала
на ранней стадии разрушения.
Магнитный контроль. Используется, в основ-
ном, для контроля ферромагнитных материалов.
Обеспечивает поиск несплошностей в материале
изделий, контроль толщины немагнитных покры-
тий на магнитной основе, состояния и структуры
материалов. Во всех случаях проводится анализ
взаимодействия магнитного поля с материалом ОК.
В качестве индикаторов используют магнитные
порошки, магнитные ленты, преобразователи Хол-
ла, магниторезисторы и др.
При производстве и эксплуатации авиацион-
ной техники магнитные методы применяются для
оценки показателей качества элементов конструк-
ций авиадвигателей (валов, кронштейнов, узлов
крепления и др.).
Для осуществления контроля используют маг-
нитные свойства материала ОК параметры кри-
вых намагничивания и магнитной петли гистере-
зиса (магнитная проницаемость р. коэрцитивная
сила Нс , остаточная индукция Вг ).
Применение магнитных методов с использо-
ванием индикаторов магнитных полей основано
на регистрации магнитных полей рассеяния де-
фектов, а при использовании активных индукци-
онных преобразователей - затрат энергии прило-
женного электромагнитного поля на вихревые токи
перемагничивания объема поверхностного слоя
ОК. Причем, часто в качестве измерительного
параметра используется магнитное сопротивление,
которое состоит из сопротивлений магнитопро-
вода, зазора между преобразователем и объектом
и самого контролируемого участка.
К наиболее распространенным информацион-
ным параметрам относятся коэрцитивная сила,
намагниченность, индукция (остаточная индук-
ция), магнитная проницаемость, напряженность,
7.2. Методы и средства дефектоскопии
397
эффект Баркгаузена. Все эти параметры характе-
ризуют кривую намагничивания и петлю магнит-
ного гистерезиса и тесно связаны между собой.
Напряженность магнитного поля Н (А/м) яв-
ляется одной из характеристик, которая поддает-
ся непосредственному измерению и служит осно-
вой для оценки других характеристик. Метод на-
пряженности нашел широкое применение в де-
фектоскопии с использованием индукционных,
феррозондовых и магнитостатических преобразо-
вателей с элементами Холла или феррозондовы-
ми магниточувствительными элементами, а также
в магнитной толщинометрии.
Намагниченность М (А/м, э) является произ-
водной индукции В. Она вне детали создает маг-
нитное поле определенной напряженности Нг
В приложенном внешнем магнитном поле Н
М=%Н,
(7.28)
где X магнитная восприимчивость, безразмерная
величина, которая характеризует способность ма-
териала намагничиваться.
Индукция /?(Тл, Гс) определяется намагничен-
ностью М и внешним магнитным полем. Количе-
ственное значение индукции В равняется произ-
ведению суммы этих составляющих на магнитную
постоянную р0 = 4л-10 7 Гн/м:
5 = (М+//)ц0. (7.29)
После снятия внешнего магнитного поля фер-
ромагнетики имеют остаточные индукцию Вг и
намагниченность. Они тем выше, чем большая ко-
эрцитивная сила ферромагнетика Нс. Эти пара-
метры тесно связаны и наиболее часто использу-
ются в ферритометрии для определения о -фазы
в аустенитных сталях и структуроскопии. В струк-
туроскопии они применяются для контроля твер-
дости закаленных и цементированных сталей, глу-
бины цементации и слоя поверхностной закалки,
качества термической обработки.
Магнитная проницаемость ц , как и магнитная
восприимчивость х , характеризуют способность
материала ферромагнетика намагничиваться:
ц=В/Н .
(7.30)
Относительная магнитная проницаемость
Рл=1+Х,
(7.31)
а абсолютная
Р« = КРо = (1 + х)Ио- (7.32)
Зависимость ц от внешнего поля Я носит слож-
ный нелинейный характер и эта зависимость, как
и само значение и, изменяется при циклическом
перемагничивании. При этом на зависимостях и -
Ни В Н появляются почти прямолинейные уча-
стки, что позволяет использовать параметр и как
и параметры В,, Нс и остаточную намагничен-
ность в структуроскопии и ферритометрии.
При намагничивании и перемагничивании фер-
ромагнетиков наряду с процессами плавного из-
менения магнитного состояния материала значи-
тельную роль играют скачкообразные изменения
намагниченности (эффект Баркгаузена).
Один из основных механизмов процесса на-
магничивания и перемагничивания связан со сме-
щением доменных границ между областями спон-
танного намагничивания. Чтобы произошло их
смещение, необходимо преодолеть некоторый
энергетический уровень поверхностного слоя до-
менов, поэтому смещение границ происходит скач-
кообразно. Но при обычном определении точек
кривой намагничивания получают плавную кри-
вую, так как эти скачки небольшие.
При наличии неоднородностей и дефектов в
структуре материала изменяется энергия поверхно-
стного слоя (преграды и барьеры при смещении
границ), и, как следствие, изменяется характер
скачкообразных смещений. Это свойство положе-
но в основу метода эффекта Баркгаузена (метод
магнитных шумов). К информационным парамет-
рам метода относятся число скачков в единицу
времени, интервалы времени между ними, их фор-
ма, продолжительность, спектральное распреде-
ление и т. п.
Метод применяется для контроля структуры,
степени пластической деформации, поверхност-
ного упрочнения, дисперсности структуры, содер-
жания немагнитной фазы в ферромагнитных из-
делиях и т. п.
По способу получения первичной дефектоско-
пической информации магнитные методы НК
подразделяются на магнитопорошковый, магни-
тографический, индукционный, феррозондовый,
с использованием эффекта Холла, магниторезис-
торный, пондеромоторный.
Наиболее широкое распространение в авиа-
ции получил магнитопорошковый метод контро-
398
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ля, физические основы и технология использо-
вания которого довольно хорошо описаны в ли-
тературе и отработаны на практике [449]. Ме-
тод используется для поиска поверхностных и
подповерхностных несплошностей. При техниче-
ском обслуживании и ремонте ВС он обеспечи-
вает выявление усталостных трещин с раскрыти-
ем от 12 мкм и глубиной больше 10 мкм. Такая
чувствительность обеспечивается при контроле
светлых поверхностей с высокой чистотой обра-
ботки. Для темных поверхностей со сложным
рельефом используют магнитолюминесцентные
суспензии [73]. Выявление дефектов в значитель-
ной степени зависит от качества порошков, ин-
дикаторной среды и условий ее создания (сухой
порошок, суспензия, распыление), видов, спосо-
бов и режимов намагничивания, состояния по-
верхности, расположения дефекта и других фак-
торов, которые должны учитываться технологи-
ей контроля.
Магнитографический метод основан на фик-
сации дефектоскопической информации на маг-
нитной ленте с дальнейшим ее воспроизведением
в виде электрических сигналов или в виде изобра-
жения на электронно-лучевой трубке дефекто-
скопа. Метод используется для контроля сварных
соединений.
Индукционный метод основан на использо-
вании индукционных преобразователей. Они мо-
гут быть активными и пассивными. Пассивные
(самый простой - катушка индуктивности) и
объект контроля с определенной скоростью дви-
гаются и, вследствие появления градиентов маг-
нитных полей от дефектов объектов контроля, в
катушке возникает ЭДС, пропорциональная этим
градиентам и скорости относительного переме-
щения. В активных одна из катушек возбуждаю-
щая, а две другие - индикаторные. Все они нахо-
дятся в ферритовом сердечнике. Возбуждающая
катушка питается переменным током и перемаг-
ничивает некоторый объем поверхности ОК под
преобразователем, в одной из индикаторных ка-
тушек, которая находится более близко к повер-
хности объекта контроля, возникает выходной
сигнал. Амплитуда сигнала пропорциональна сте-
пени неоднородности внешнего поля.
Индукционный метод контроля нашел приме-
нение в сочетании со всеми методами контроля
по первичным информационным параметрам -
напряженности поля, коэрцитивной силе, остаточ-
ной индукции, магнитной проницаемости. Ис-
пользуется в дефектоскопии, толщинометрии,
структуроскопии, ферритометрии.
Метод эффекта Холла предусматривает приме-
нение преобразователей Холла и специфических
магниточувствительных элементов, которые, как
правило, используются в совокупности с магни-
топроводом (магнитостатические преобразовате-
ли) [449]. Используется в дефектоскопии, толщи-
нометрии (метод напряженности), структуроско-
пии (метод магнитной проницаемости).
Феррозондовый метод основан на использова-
нии феррозондов [85] и магниточувствительных
элементов с возбуждающими и индикаторными
обмотками, которые реагируют на смену напря-
женности магнитного поля или ее градиент. Ме-
тод применяется в дефектоскопии (метод напря-
женности), структуроскопии (метод коэрцитив-
ной силы), ферритометрии (метод магнитной про-
ницаемости).
При магниторезисторном методе носителями
информации являются магниторезисторы. В них
используется эффект Гаусса, суть которого состо-
ит в изменении сопротивления проводника или
полупроводника с электрическим током при вне-
сении их в магнитное поле. Чувствительность су-
ществующих магниторезисторов в достаточной
мере проявляется только в сильных магнитных
полях, поэтому использование их ограничено.
Пондеромоторный метод основан на силе от-
рыва и притяжения объекта контроля и магнитов
или электромагнитов. Применяется в толщиномет-
рии, иногда в ферритометрии.
Для относительно коротких массивных изде-
лий с большим размагничивающим фактором (ма-
ленькой проницаемостью формы) целесообразно
использовать дефектоскопы с импульсным намаг-
ничиванием в открытой магнитной цепи солено-
ида. Его принцип действия основан на использо-
вании явления «аномальной» намагниченности тел,
которое возникает в ферромагнитных токопрово-
дящих изделиях с низкой проницаемостью, при
быстром спаде намагничивающего поля. Суть яв-
ления состоит в том, что в деталях с большим ко-
эффициентом размагничивания при спаде намаг-
ничивающего поля не в равной степени убывает
поток индукции в разных местах объема изделия,
что приводит к образованию в середине изделий
микроскопических вихреподобных замкнутых об-
ластей индукции.
1.2. Методы и средства дефектоскопии
399
7.2.4. Выявление и оценка дефектов
типа несплошностей
Ультразвуковые методы. Используют для опре-
деления размеров, формы и координат дефектов.
Информацию о дефектах получают с помощью
ультразвуковых дефектоскопов, которые внесены
в авиационный реестр приборов и прошли метро-
логическую поверку. Они реализуют методы, ос-
нованные на излучении и приеме ультразвуковых
волн. Наиболее широкое распространение полу-
чил эхо-метод. Дефектоскоп регистрирует сигна-
лы от дефектов, по которым определяют их раз-
меры и расположение в материале изделия. Ос-
новными контролируемыми характеристиками
дефектов являются эквивалентная площадь, услов-
ные размеры, условные расстояния между дефек-
тами, координаты дефекта в сечении, количество
дефектов на определенной длине. Определяемые
характеристики дефектов обычно указывают в
нормативной документации по контролю.
Амплитуда сигнала, отраженного от дефекта,
зависит от размеров, ориентации и конфигурации
отражающей поверхности, глубины ее расположе-
ния и шероховатости. Кроме того, она зависит от
взаимного расположения искателя и дефекта и
рассчитывается по известным аналитическим за-
висимостям. Однозначной зависимости между
амплитудой эхо-сигнала и размерами дефекта не
наблюдается.
По амплитуде можно оценить граничный ми-
нимальный размер выявленного дефекта, опреде-
ляемого площадью плоского дна эталонного от-
верстия, который называется эквивалентной пло-
щадью дефекта. Ее определяют по амплитуде эхо-
сигнала путем сравнения с амплитудой эхо-сигнала
от отражателя в стандартном образце. При конт-
роле прямым преобразователем измерению под-
лежит только глубина расположения отражающей
поверхности Н = Р7/2, где t - время прохождения
ультразвукового импульса к дефекту и обратно.
Если контролируют наклонным искателем, опре-
деление координат дефекта базируется на измере-
нии времени, необходимого для прохождения
импульса в материал и дальнейшем перерасчете
этой величины в координаты Ни L расположения
отражающей поверхности по известному углу вве-
дения луча а:
Н =/ coscx = -|vr(7’-2r;i)cosa,
L = rsina = -^Vr(7’-2rn)sina,
где Т - интервал времени между моментом излу-
чения зондирующего и моментом приема отра-
женного импульсов; г„ - время прохождения уль-
тразвуковых колебаний через призму искателя;
L - расстояние от центра излучения искателя к
дефекту по поверхности.
К условным размерам выявленных дефектов
относят их условные протяженность Д L, ширину
ДХ и высоту Д/7 . Условную протяженность де-
фекта определяют по длине зоны перемещения
искателя вдоль изделия, в границах которой при-
нимается эхо-сигнал от обнаруженного дефекта.
Аналогично измеряют условную ширину дефекта
при перемещении искателя в плоскости, перпен-
дикулярной к дефекту. Условную высоту дефекта
определяют по разнице интервалов времени меж-
ду зондирующим и эхо-импульсом при крайних
положениях искателя, между которыми измеря-
ется условная ширина ДХ .
Возможны два способа установления крайних
положений искателя. Крайними положениями
искателя принимают:
такие, при которых амплитуда эхо-сигнала от
дефекта уменьшается до минимального значения,
которое составляет определенную часть макси-
мального значения. Значения условных длины Д L,
ширины ДХ , глубины ДН в основном определя-
ются конфигурацией и ориентацией дефектов и
монотонно увеличиваются с увеличением глуби-
ны их расположения. Методика определения типа
дефекта по коэффициенту формы выбирается на
основе изучения статистики распределения, ори-
ентации и видов реальных дефектов в изделии.
Полную вероятность верной оценки уровня рас-
познавания формы рассчитывают;
такие, при которых амплитуда эхо-сигнала до-
стигает определенного абсолютного значения ми-
нимума, независимого от максимальной ампли-
туды эхо-сигнала. Измеренные этим способом
значения условных размеров во многом зависят
от максимальной амплитуды эхо-сигнала от де-
фекта. Поэтому условные размеры ненаправлен-
ных дефектов связаны с их действительными раз-
мерами. Значения Д L, ДХ , Д// дефекта при по-
стоянной чувствительности немонотонно зависят
от глубины залегания дефекта и однозначно не
характеризуют размеры, конфигурацию и ориен-
тацию дефекта в сечении, а также его тип.
400
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Радиационные методы. Распределение интенсив-
ности ионизирующего излучения, прошедшего
через объект контроля, зависит от протяженности
дефекта L и разности линейных коэффициентов
ослабления материала д и дефекта ps; Дц = ц-ц8.
Максимум интенсивности излучения наблюдают
за дефектом в направлении просвечивания. Тре-
щинообразные дефекты влияют на интенсивность
только при расположении их по направлению
ионизирующего потока. Если ц>цх и L>0 или
цсц^и £>0, то дефекты выявляются благодаря
разной интенсивности прошедшего излучения.
Распределение интенсивности излучения также
зависит от геометрических факторов просвечива-
ния (фокусного расстояния, фокусного пятна, угла
раскрытия пучка и др.). Перед проведением ради-
ационной дефектоскопии устанавливают необхо-
димую энергию источника излучения, выбирают
детектор ионизирующего излучения и необходи-
мую аппаратуру, определяют экспозицию и пара-
метры контроля, а также способы и эталоны про-
верки качества контроля. Чувствительность ради-
ационного контроля к выявленным дефектам до-
стигает 1-2 % толщины изделия, она определяется
из выражения К = X/Н -100% , где X лучевой раз-
мер дефекта; Н - толщина изделия. Для оценки
чувствительности контроля используют эталоны
чувствительности - проволочные или канавочные,
содержащие дефекты стандартных размеров и из-
готовленные из материала, соответствующего ма-
териалу объекта контроля. Размеры выявленных
дефектов оценивают по диаметру проволоки или
глубине канавки применяемого эталона, зафик-
сированных при просвечивании. Для расшифров-
ки радиографических снимков используют нега-
тоскопы. Мерой уровня качества служит размер
наименьшего из обнаруженных эталонных дефек-
тов, который принимают как порог выявления
дефектов.
Вихретоковый контроль. Изменения в структу-
ре электромагнитного поля, обусловленные пере-
распределением вихревых токов в объеме матери-
ала при наличии в нем различного рода дефектов,
позволяют выявлять дефекты, определять их тип,
геометрические размеры и место расположения.
Информация об изменении электромагнитного
поля воспринимается различными первичными
преобразователями. Вихревые токи протекают
вдоль границы дефекта в одном направлении. Поле
дефекта при этом образуется, главным образом,
за счет эквивалентных токов, которые протекают
через сечение дефекта или в его объеме, а также в
результате перераспределения плотности вихревых
токов вблизи дефектов. Эквивалентные токи это
фиктивные токи, по плотности приблизительно
они сопоставимы с вихревыми токами, протекаю-
щими в бездефектном материале в той области,
которую занимает дефект.
Амплитуда и фаза сигнала однозначно харак-
теризуют глубину залегания и размер дефекта.
Универсальным информационным параметром
является фаза, которая соответствует глубине за-
легания дефекта и мало зависит от других его па-
раметров. Амплитуда же существенно зависит от
вида дефекта и связана с его размером или объе-
мом, она также определяется глубиной залегания
дефекта. Практически ожидаемый тип дефекта в
конкретном изделии обычно известный. Поэтому
фаза и амплитуда поля дефекта могут быть ис-
пользованы для дефектометрии. Некоторая нели-
нейность зависимости наблюдается при малых
глубинах (0,5 0,7 мм). Фазу можно варьировать в
широких пределах путем регулировки частоты
электромагнитного поля.
Магнитные методы. В зависимости от способа
получения первичной информации о дефектах типа
несплошностей применяют магнитопорошковый,
магнитографический, феррозондовый методы маг-
нитного контроля.
При магнитопорошковом методе используют
свойства ферромагнитных частичек, находящихся
в магнитном поле. Они ориентируются в направ-
лении поля и перемещаются в направлении наи-
большей плотности магнитного потока. Размер
частичек порошка составляет 5 10 мкм. Как ин-
дикатор применяют магнитные суспензии - взвесь
магнитного порошка в дисперсионной среде. В ка-
честве среды используют трансформаторное мас-
ло, керосин, воду и др. На 1л мыльно-водной сус-
пензии (6 г мыла и 1 г жидкого стекла на 1 л воды)
добавляют 20 ± 5 г магнитного порошка. Для кон-
троля изделий с темной поверхностью их красят в
красный, серебристый, темно-коричневый и дру-
гие цвета. С этой целью применяют модифика-
ции оксида железа Fe2O3 различного цвета.
Детали, подлежащие контролю, намагничива-
ют постоянным и переменным током и проводят
контроль как на остаточном, так и на непрерыв-
ном намагничивании. Для выявления дефектов,
7.2. Методы и средства дефектоскопии
401
расположенных на глубине 5-6 мм, детали намаг-
ничивают пропусканием через них постоянного
тока, используют также соленоид или намагничи-
вают двумя этими методами. После нанесения на
деталь магнитного порошка или суспензии визу-
ально обнаруживают и измеряют размеры выяв-
ленных дефектов. Чувствительность контроля оп-
ределяют по стандартному образцу. Для контроля
используют стационарные, передвижные и пере-
носные дефектоскопы различных отечественных
и зарубежных фирм. Размагничивают детали пос-
ле контроля с помощью соленоида на перемен-
ном токе. Можно намотать на изделия гибкий
кабель. Размагничивание происходит при посте-
пенном уменьшении амплитуды переменного тока
до нуля.
Магнитографический контроль. Выполняют с
помощью двухслойных магнитных лент типа
МК-1 и МК-2. Ленты укладывают магнитным
слоем на объект контроля и плотно к нему при-
жимают. Изделие намагничивается специальным
приспособлением с одновременной записью по-
лей рассеивания на ленту. Приспособление, ко-
торое намагничивает, перемещают со скоростью
не более 0,4 0,5 м/с. Результаты записи магнит-
ных полей фиксирует специальная аппаратура.
Для повышения эффективности записи полей
дефектов на ленту ее предварительно подмагни-
чивают.
Магнитная запись отображается с помощью
магнитографического дефектоскопа. Индикация
сигналов используется импульсная, видеоиндика-
ция и комбинированная. При импульсной на эк-
ране электронно-лучевой трубки появляется им-
пульс, амплитуда которого характеризует размер
дефекта. При видеоиндикации на экране возни-
кает изображение отдельных участков ОК подоб-
ное телевизионному.
Феррозондовый метод. Позволяет выявлять маг-
нитные поля дефектов. Используются магнитомо-
дуляционные датчики градиентометрического
типа, на показания которых практически не вли-
яют посторонние магнитные поля. Датчики пита-
ются током с частотой 10-300 кГц. Низкие часто-
ты этого диапазона используют для выявления
больших дефектов в изделиях с коэрцитивной си-
лой Н'. в пределах 1600-2400 А/м и остаточной
индукцией Вг от 6 до 7 Тл. При работе на высо-
ких частотах (100 кГц и выше) феррозондовые де-
фектоскопы выявляют поверхностные дефекты
глубиной до 0,01 мм, а внутренние глубиной до
8 мм. Трещины глубиной 0,5 мм надежно регист-
рируются, если они находятся на внутренней стен-
ке трубы толщиной 6-8 мм. Метод применяют для
контроля изделий с шероховатостью поверхности
Az = 40.
Электрический контроль дефектности. Приме-
няется для контроля сплошности материала и из-
делий. Наиболее широко используется электро-
искровой, падения потенциала, электрического со-
противления, экзоэлектронной эмиссии.
Электроискровой метод. Широко применяют
для контроля качества электроизоляционных по-
крытий на металлах, при этом одним электродом
служит металл, а другим - высоковольтный щуп.
Этот метод реализуется при создании разности
потенциалов на электродах, между которыми раз-
мещен объект контроля. При наличии трещин,
пор, рыхлости между электродами проскальзы-
вает искра. Изменение формы искры в зависи-
мости от пробивного напряжения является кри-
терием, на основе которого судят о пригодности
изделия. Контроль осуществляют при напряже-
нии 3^10 кВ.
Метод падения электрического потенциала. По-
зволяет измерить глубину трещины. Для этого че-
тыре электрода устанавливают в одну линию с
обеих сторон исследуемой трещины на некото-
ром расстоянии один от другого. Через крайние
электроды, наиболее отдаленные от трещины,
пропускают ток. Напряжение между двумя внут-
ренними электродами определяется аномалиями
на участке поверхности между ними. В зависи-
мости от глубины трещины / изменяется напря-
жение U. Путем подбора силы тока и расстояния
между электродами строят зависимость U = f(l)
для трещин различной ориентации. При этом ис-
пользуют образцы с искусственной имитацией
трещин.
Метод электрического сопротивления. Исполь-
зуют для контроля сплошности неэлектропрово-
дяших покрытий на электропроводящей подклад-
ке по удельному электрическому сопротивлению
между датчиком и подкладкой. Контролируют ла-
кокрасочные покрытия на металлах, выявляют
пористость, трещины и другие виды несплошнос-
тей покрытий.
Метод экзоэлектронной эмиссии. Применяют для
выявления дефектов поверхности. Экзоэлектрон-
ная эмиссия представляет собой низкотемператур-
26 8-470
402
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ную эмиссию электронов, которая возникает на
поверхности металлических и неметаллических
материалов под воздействием ионизирующих или
ультрафиолетовых лучей, а в некоторых случаях
тлеющего разряда или видимого света. Она про-
является при настолько невысокой температуре
(даже комнатной) и малых энергиях возбуждения,
когда излучающая поверхность считается термо-
динамично неравновесной и на некоторое время
сохраняет свою предысторию. С помощью экзо-
эмиссии исследуют появление различного рода де-
фектов, которые образуются во время обработки
кристаллических веществ, а также структуру по-
верхности металлов. Образец возбуждают с помощью
источника высокого напряжения (14-16 кВ) тлею-
щим разрядом. Затем счетчиком Гейгера опреде-
ляют количество электронов, вышедших с поверх-
ности. По количеству зарегистрированных за оп-
ределенное время импульсов оценивают качество
образца.
Оптические методы. Используются для опреде-
ления нарушений сплошностей, наиболее эффек-
тивны для выявления поверхностных дефектов в
непрозрачных материалах, а внутренних - в про-
зрачных. Принцип контроля непрозрачных такой.
Поверхность без дефектов дает определенную
плотность распределения рассеивания излучения,
причем, вид этого распределения приблизитель-
но одинаковый для каждой точки поверхности.
Дефекты поверхности изменяют распределение
рассеивания. Выявление различных видов дефек-
тов сводится к определению соответствующих из-
менений плотности распределения рассеивания
пучка излучения. Для этого используется метод
пространственной фильтрации. Определение де-
фектов на поверхности протяженных объектов
осуществляется сканированием их поверхности
лазерным лучом. В общем случае контроль каче-
ства поверхности (наличие царапин, неровностей
глубиной 0,1-1мкм) осуществляют микроинтерфе-
рометрами.
Для контроля нарушений сплошности опти-
чески прозрачных материалов регистрируются из-
менения интенсивности излучения лазера, про-
шедшего через объект контроля. Размер зоны
контроля выбирается близким к минимальному
поверхностному дефекту, который выявляется.
Когда размеры зоны контроля уменьшаются, от-
ношение сигнала к шуму значительно увеличи-
вается.
Методы голографической интерферометрии
обеспечивают количественную оценку параметров
дефектов (поверхностных и внутренних) и их ди-
намику с точностью 0,1 мм.
Тепловые методы контроля сплошности. Подраз-
деляются на пассивные и активные. Пассивные
используются для контроля изделий, нагревающих-
ся в процессе их функционирования. Активными
методами контролируют материалы и изделия,
находящиеся в тепловом равновесии с окружаю-
щей средой. Активные методы применяются при
наличии источника нагревания или охлаждения
объекта контроля. Методы, которые реализуются
приборами с изображением тепловых полей, ос-
нованы на применении в качестве термопреобра-
зователя экрана из жидких кристаллов. Распреде-
ление температур на поверхности объекта конт-
роля определяется тепловыми потерями и термо-
диффузией. Тепловые потери характеризуются
мощностью, которая рассеивается. Термодиффу-
зия зависит от теплофизических параметров от-
дельных участков объекта контроля. Визуализа-
ция нестационарных тепловых полей позволяет
оценивать трещины, раковины, и другие некаче-
ственные тепловые контакты. Тепловые методы
эффективны для выявления протяженных дефек-
тов, например типа расслоений или областей с не-
однородной концентрацией, которые искажают
тепловой поток. Они менее эффективны для вы-
явления единичных сферических дефектов неболь-
ших размеров. Граничная глубина дефекта, выяв-
ляемого в виде несплошности, примерно равна его
удвоенному линейному размеру в направлении,
перпендикулярном к распространению теплоты.
Вибротеиловизионный метод. Применяют для
изучения температурных полей изделий и мате-
риалов, возникающих под влиянием вибрации.
При вибрации определенная часть механической
энергии превращается в тепловую. Потери энер-
гии увеличиваются при наличии в материале де-
фектов типа несплошности, что связано, как пра-
вило, с трением противоположных поверхностей
(трещин, расслоений). Рассеиваемая энергия за-
висит также от частоты вибрации. Перепад тем-
ператур при вибрации выявляется с помощью
тепловизора.
Регистрацию тепловых полей осуществляют
также радиационными пирометрами. Метод при-
меняется для выявления дефектов при селектив-
ном возбуждении вибрации разными частотами.
7.2. Методы и средства дефектоскопии
403
7.2.5. Метрологическое обеспечение
неразрушающего контроля
Метрологическое обеспечение НК - комплекс
научных и организационно-технических меропри-
ятий, технических средств, правил и норм, кото-
рые определяют организацию и методику прове-
дения работ по оценке заданной точности и дос-
товерности результатов НК изделий авиационной
техники с целью обеспечения необходимой готов-
ности и эффективности их применения.
Приборы и средства НК в зависимости от на-
значения, которое определяет порядок и содер-
жание работ по метрологическому обеспечению,
относятся к одной из следующих категорий: из-
мерительные средства НК (СНК); дефектоскопи-
ческие приборы; дефектоскопические вещества и
материалы; вспомогательные устройства и прибо-
ры; стандартные образцы НК (СО НК); рабочие
СО НК; имитаторы СО НК.
В зависимости от назначения СНК делятся на
средства производственного и эксплуатационного
НК. Средства производственного НК подразделя-
ются на СНК общепромышленного и отраслевого
применения. В зависимости от назначения и раз-
мещения средств эксплуатационного НК раз-
личают бортовые (бортов автоматизированных
и встроенных), наземно-бортовые и наземные.
В качестве наземных могут применяться СНК об-
щепромышленного и специального назначения. По
согласованию с эксплуатирующими организация-
ми в качестве наземных СНК могут применяться
СНК отраслевого применения.
Первичные СО НК предназначены для граду-
ирования измерительных СНК, их аттестации и
испытаний, определения чувствительности разра-
батываемых методов НК, а также калибрования
измерительных СНК и дефектоскопических при-
боров. В отдельных случаях первичные СО НК
могут применяться для проверки свойств дефек-
тоскопических веществ и материалов, аттестации
имитаторов первичных и рабочих СО НК, прове-
дения арбитражного контроля, проверки рабочих
СО НК.
В качестве первичных могут использоваться СО
НК: разработанные с учетом требований стандар-
та: государственные стандартные образцы, прошед-
шие аттестацию в соответствии с требованиями
стандарта и включенные в государственный ре-
естр стандартных образцов состава и свойств ве-
ществ; образцы, применяемые в технике НК, со-
ответственно действующей в стране государствен-
ной и отраслевой научно-технической докумен-
тации (НТД); отраслевые стандартные образцы
других министерств и ведомств, включенные в
перечень образцовых средств для метрологичес-
кого обслуживания СНК, допущенных к приме-
нению при НК изделий авиационной техники.
Рабочие СО НК используются для оценки ка-
чества изделий по аттестованным методикам НК,
а также при подготовке и аттестации персонала
НК в соответствии с действующими правилами.
Метрологическое обеспечение НК изделий
включает: метрологическое сопровождение НК на
всех этапах жизненного цикла изделий; метроло-
гическую экспертизу технических задач и конст-
рукторской документации на СНК, стандартные
образцы и имитаторы; приемочные, контрольные
и сертификационные испытания СНК; метроло-
гическую аттестацию измерительных СНК; аттес-
тацию дефектоскопических приборов, дефектос-
копических веществ и материалов; разработку,
изготовление и метрологическую аттестацию СО
НК, их имитаторов и образцового оборудования
для метрологического обслуживания СНК; разра-
ботку нормативно-технической документации на
методики метрологической аттестации и калиб-
рования измерительных СНК, аттестации и ка-
либрования дефектоскопических приборов, дефек-
тоскопических веществ и материалов, метроло-
гической аттестации и проверки первичных и ра-
бочих СО НК и их имитаторов; калибрование
измерительных СНК и дефектоскопических при-
боров; проверку качества дефектоскопических ве-
ществ и материалов; проверку стабильности
свойств СО НК и имитаторов; метрологическую
экспертизу технологической документации по НК;
аттестацию методик проведения НК изделий;
государственный и ведомственный контроль за
разработкой, состоянием и применением СНК, СО
НК и их имитаторов.
Нормативно-техническая документация по мет-
рологическому обеспечению НК содержит: госу-
дарственные и отраслевые стандарты, авиационные
правила, нормы летной пригодности и другие до-
кументы, регламентирующие: требования к НК из-
делий авиационной техники; общие требования к
метрологическому обеспечению методов НК; тре-
бования к НК заготовок, полуфабрикатов, деталей
и агрегатов авиационной техники; технические ус-
404
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ловия на СНК; методы измерения основных пара-
метров и определения свойств СНК; организацию
и порядок проведения испытаний, аттестации, ка-
либровки и проверки СНК; требования к первич-
ным и рабочим СО НК, к их имитаторам; требова-
ния к организации и правилам их метрологичес-
кой аттестации; требования к методикам НК, к
организации и порядку их аттестации; требования
к проверке свойств СО НК, а также имитаторов и
калибрование электронных имитаторов; требова-
ния к методикам НК, организации и порядку их
аттестации; организацию и порядок подготовки,
повышения квалификации и аттестации персона-
ла, занимающегося НК, а также работников мет-
рологических служб.
Метрологическое сопровождение НК изделий -
комплекс научных и организационно-технических
мероприятий по контролю качества разработки
методов, средств, технологий и управлению ими.
Метрологическое обеспечение НК проводится си-
лами генерального разработчика изделий, комп-
лектующих систем и технологии изготовления со-
ставных частей изделий с целью обеспечения не-
обходимой готовности и эффективности их при-
менения.
Организация, содержание и порядок метроло-
гического сопровождения НК на всех стадиях
жизненного цикла изделий регламентируются
предприятиями-разработчиками изделий с учетом
требований стандарта.
По результатам работ по метрологическому
сопровождению НК изделия формируется банк
данных, которые используются при корректиро-
вании конструкции и составных частей ВС, или
технологий изготовления, испытаний деталей и
агрегатов, а также процессов НК на этапах изго-
товления, испытаний и эксплуатации ВС.
Метрологическое сопровождение НК изделий,
которые разрабатываются, осуществляется на эта-
пах технического предложения, эскизного проек-
та, рабочего проекта, изготовления, испытаний и
эксплуатации.
Возникающие в процессе работы рабочей груп-
пы метрологического сопровождения НК изделия
разногласия выносятся на рассмотрение главного
конструктора ВС.
Метрологическая экспертиза технических зада-
ний на разработку средств НК, СО НК и их имита-
торов, конструкторской документации на разраба-
тываемые средства НК, СО НК, их имитаторы и
технологической документации на НК (в частно-
сти, методик выполнения НК) осуществляется в
соответствии с требованиями стандартов. Прове-
дение метрологической экспертизы выполняется
метрологическими службами юридических лиц, раз-
рабатывающих документацию. По решению руко-
водства организации-разработчика документации
метрологическая экспертиза может осуществлять-
ся специалистами подразделов-разработчиков под
методическим руководством и контролем отдела
главного метролога. Если в структуре организации-
разработчика нет отдела главного метролога, мет-
рологическая экспертиза может выполняться на
договорных началах отделом главного метролога
предприятия-заказчика (основного потребителя),
главной организацией отрасли по НК, метрологи-
ческими службами или испытательными лабора-
ториями, аккредитованными Госстандартом.
Ответственность за полноту и своевременность
предоставления документации на метрологиче-
скую экспертизу возлагается на руководство под-
разделов (организаций), разрабатывающих эту до-
кументацию.
При систематическом выявлении брака на ста-
дии производства или дефектов в процессе экс-
плуатации изделий по решению руководства пред-
приятия-производителя или эксплуатирующей
организации обязательно проведение метрологи-
ческой экспертизы технологической документации
на НК экспертной комиссией.
В случае соответствия технологической доку-
ментации установленным требованиям по точно-
сти и достоверности результатов НК принимается
решение о проверке соблюдения технологии про-
изводства и условий эксплуатации изделий.
Испытание и аттестация средств НК. Средства
НК допускаются к применению после проведе-
ния приемочных испытаний и (или) метрологи-
ческой аттестации измерительных СНК, аттеста-
ции дефектоскопических приборов, веществ и
материалов (далее - аттестация СНК).
Приемочные испытания (с целью утверждения
типа) СНК общепромышленного применения про-
водятся в соответствии с требованиями действую-
щей НТД государственными центрами испытаний
СНК или юридическими лицами, аккредитован-
ными Госстандартом в данной области деятель-
ности. Приемочные испытания бортовых, назем-
но-бортовых СНК и наземных СНК специально-
го назначения, а также СНК отраслевого приме-
7.2. Методы и средства дефектоскопии
405
пения проводятся в соответствии с требованиями
тндартов.
Ведомственным приемочным испытанием под-
тт: исследовательские образцы разработанных и
юдернизованных СНК, изготовленных предприя-
тии отрасли при проведении опытно-конструк-
торской работы (ОКР) для собственных потребнос-
ти для использования на других предприятиях
отрасли; воспроизведенные по лицензии предприя-
тиями отрасли СНК, разработанные предприятия-
мидругих отраслей при проведении ОКР.
Межведомственным приемочным испытаниям
подлежат: исследовательские образцы СНК, раз-
работанные при проведении ОКР предприятиями
других отраслей по договорам с предприятиями
отрасли; СНК, рекомендованные к применению
ори НК изделий авиационной техники в условиях
эксплуатации (ведомственной комиссией - по ре-
зультатам проведенных ведомственных приемоч-
ных испытаний, ОКБ - по результатам рассмот-
рения технической документации и испытания
исследовательского образца СНК, разработанно-
го в порядке инициативы).
Аттестации подлежат СНК отраслевого приме-
нения: выпускаемые единичными экземплярами
юн разовыми партиями предприятиями отрасли
и основан и и положительных результатов ведом-
ственных приемочных испытаний; ввозимые из-
за границы единичными экземплярами; единич-
ные экземпляры, изготовленные при проведении
НИР и предназначенные для исследовательской
эксплуатации; СНК при изменении условий или
областей их применения; СНК отраслевого и об-
щепромышленного применения, доработанные
предприятиями отрасли для собственных потреб-
ностей.
Средства НК отраслевого применения, прошед-
шие приемочные испытания, при условии их вос-
произведения разовыми партиями, подлежат кон-
зрольным испытаниям (испытания на соответствие
утвержденному типу), которые проводятся не реже
одного раза в три года.
Ведомственные и межведомственные приемоч-
ные испытания исследовательских образцов СНК
проводятся по программам, составленным разра-
ботчиком СНК, или по типовым программам ис-
пытаний однотипных СНК (при их наличии). Если
типовой программы достаточно для проведения
приемочных испытаний, то предприятие, представ-
ляющее СНК на испытание, оформляет справку о
проведении их по типовой программе с указани-
ем метрологических характеристик и характерис-
тик, определяющих точность, которые использу-
ются при испытаниях стандартных образцов.
СО НК, эталоны и вспомогательные устройства.
В дополнение к типовой программе для конкрет-
ного типа СНК допускается разработка програм-
мы испытаний, осуществляемой службами, ак-
кредитованными Госстандартом в данной области
деятельности испытательных лабораторий или мет-
рологических служб юридических лиц. Програм-
мы испытаний подлежат метрологической экспер-
тизе на предприятии-разработчике соответствен-
но требованиям стандарта, утверждаются они пред-
седателем приемочной комиссии.
Ведомственные приемочные испытания СНК,
разработанных предприятиями других отраслей и
воспроизведенных по лицензии предприятиями
отрасли, допускается проводить по программам
испытаний этих средств, согласованным с метро-
логической службой и утвержденным председате-
лем ведомственной приемочной комиссии.
Межведомственные испытания СНК, рекомен-
дованных к применению в условиях эксплуатации
изделий авиационной техники, проводятся по про-
граммам ведомственных испытаний этих средств
или специально разработанным программам, со-
гласованным с организациями-заказчиками и ут-
вержденными председателем комиссии.
Программы приемочных испытаний должны
включать: рассмотрение представленной техничес-
кой документации; экспериментальные исследо-
вания метрологических характеристик и (или) ха-
рактеристик, которые определяют точность СНК
с оценкой точности их определения и влияния
условий эксплуатации; определение технических
характеристик СНК и установление соответствия
их требованиям ТЗ; проведение испытаний для оп-
ределения влияния механических и климатиче-
ских факторов; апробацию методики калиброва-
ния СНК, которое испытывается; оформление ре-
зультатов испытаний.
Аттестация разработанных СНК осуществляется
в процессе проведения приемочных испытаний, а
экспериментальных образцов СНК, изготовленных
на этапе НИР, в процессе приема результатов ра-
бот в порядке, определенном ТЗ на проведение
НИР. Аттестация СНК, ввозимых из-за границы
и не включенных в отраслевой реестр, должна
проводиться комиссией с участием представите-
406
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
лей метрологической службы и организации от-
расли по НК. Организация аттестации возлагает-
ся на предприятие, планирующее применение
импортного средства в отрасли. Аттестацию дру-
гих СНК проводят отделы главного метролога
предприятий, которые эксплуатируют эти СНК,
совместно с представителями подразделов НК.
Допускается аттестация СНК на договорных ус-
ловиях силами главных организаций отрасли по
НК с участием представителя отдела главного мет-
ролога предприятия-заказчика, метрологической
службы или испытательных лабораторий, аккре-
дитованных Госстандартом в данной области дея-
тельности. В случаях, обоснованных технически-
ми решениями, допускается проводить аттестацию
СНК после предшествующего экспериментального
испытания данных средств подразделом НК пред-
приятия и набора статистических данных. Аттес-
тация преобразователей к СНК, которые выпус-
каются как самостоятельные изделия, осуществ-
ляется метрологической службой предприятия-
производителя.
Дефектоскопические вещества и материалы
отраслевого применения подлежат межведомствен-
ным испытаниям, которые организуются разра-
ботчиком данных средств по согласованию с за-
казчиком при обязательном участии в составе меж-
ведомственной приемочной комиссии представи-
телей центральной (главной) организации отрасли
по НК. Испытания проводятся по программе, со-
ставленной разработчиком средства, которое ис-
пытывается, и согласованной с предприятием-за-
казчиком.
На испытания представляются: техническая до-
кументация (ТЗ, технические условия, программа
испытаний); наборы (комплекты, пробы, образ-
цы) дефектоскопических веществ и материалов;
СО НК, аттестованные в соответствии с требова-
ниями стандарта; средства измерений и вспомо-
гательное оборудование, указанное в программе
испытаний. Необходимость предоставления допол-
нительных документов определяется программой
испытаний.
При рассмотрении предоставленной на приемоч-
ные испытания технической документации прово-
дится: проверка ее комплектности; проверка соот-
ветствия характеристик дефектоскопических мате-
риалов, приведенных в технической документации
на них, требованиям ТЗ; проверка соответствия тех-
нической документации требованиям ТЗ, которое
распространяется на нее; проверка полноты, пра-
вильности и способов выражения нормированных
характеристик дефектоскопических материалов;
проверка полноты и правильности выбора методов
и средств определения нормированных характерис-
тик дефектоскопических материалов; оценка воз-
можности проверки стабильности свойств дефекто-
скопических материалов в процессе сохранения и
использования на предприятиях отрасли; оценка со-
ответствия дефектоскопических материалов требо-
ваниям безопасности.
При проведении экспериментальных исследо-
ваний устанавливаются значения основных харак-
теристик дефектоскопических материалов с оцен-
кой точности их определения и влияния условий
применения, проводится апробация методики про-
верки стабильности свойств данных средств и
устанавливается периодичность проведения этой
проверки.
Вспомогательные устройства и приборы, вли-
яющие на точность и достоверность результатов
НК, подлежат аттестации. Аттестация вспомога-
тельных устройств и приборов проводится по про-
грамме, составленной разработчиком этих средств,
комиссией, которая включает представителей под-
разделения НК, службы главного метролога, от-
дела технического контроля и, при необходимос-
ти, технологических и конструкторских подразде-
лов предприятия. Результаты аттестации оформ-
ляются протоколом в соответствии с требованиями
программы.
Калибровка и проверка средств НК. Калибровка
измерительных СНК и дефектоскопических при-
боров осуществляется с целью установления их
пригодности к применению. Различают первич-
ное, периодическое, внеочередное и инспекцион-
ное калибрование. Первичное проводится при
выпуске средств и приборов, а также после их ре-
монта.
Периодическому калиброванию подлежат сред-
ства и приборы, находящиеся в эксплуатации или
на хранении, через определенные интервалы вре-
мени. Средства СНК, находящиеся на длитель-
ном хранении, периодическому калиброванию не
подлежат.
Внеочередное калибрование при эксплуатации
и сохранении СНК предусмотрено: при повреж-
дении этикетки, в случае потери свидетельства об
аттестации (о калибровании); при введении в эк-
сплуатацию СНК после продолжительного хране-
1.2. Методы и средства дефектоскопии
407
кия;если необходима проверка исправности СНК
из-за известного или предвиденного ударного воз-
действия на СНК или неудовлетворительной ра-
боты прибора.
Инспекционное калибрование измерительных
СНК и дефектоскопических приборов проводит-
ся в процессе государственного метрологического
надзора и ведомственного контроля за состояни-
ем и применением СНК.
Периодическое калибрование СНК должно
выполняться в соответствии с календарным гра-
фиком, составленным отделом главного метроло-
га предприятия на основании предложений под-
раздела НК и служб, эксплуатирующих СНК.
Ответственность за своевременное предостав-
ление СНК на калибрование возлагается на под-
разделения, которые эксплуатируют эти средства.
Организация калибрования и ремонта СНК осу-
ществляется отделом главного метролога предпри-
ятия. По результатам калибрования СНК состав-
ляется протокол, делается отметка в паспорте (фор-
муляре) и наносится этикетка на корпус прибора.
В случае получения отрицательных результатов
калибрования эксплуатация измерительных СНК
и дефектоскопических приборов не допускается.
При проведении калибрования отделом глав-
ного метролога определяются только метрологи-
ческие характеристики, установленные для дан-
ного СНК, внешних условий на определенных
начальных СО НК. Например, основная погреш-
ность измерения толщины покрытия для толщи-
номера устанавливается при заданном значении
удельной электрической проводимости материала
основы и диэлектрических свойств материала по-
крытия. Для дефектоскопических приборов при
калибровании, которое осуществляется отделом
главного метролога, должны находиться норми-
рованные характеристики измерительных уст-
ройств и блоков, определяющие условия воздей-
ствия физических полей или излучений на объект
контроля. Например, для ультразвукового дефек-
тоскопа - это погрешность аттенюатора, частота
ультразвуковых колебаний. Остальные метрологи-
ческие характеристики и характеристики, опреде-
ляющие точность измерительных СНК и дефек-
тоскопических приборов, проверяются косвенно
в процессе отладки этих средств перед проведе-
нием контроля и периодически в процессе конт-
роля объекта соответственно аттестованной мето-
дике НК.
Проверке подлежат дефектоскопические веще-
ства и материалы с целью установления их при-
годности к применению. Контроль свойств осу-
ществляется по методике, изложенной в техни-
ческих условиях (или в соответствующем разделе
паспорта на эти средства), в следующих случаях:
во время поступления данных средств на пред-
приятие (входной контроль); периодически в про-
цессе хранения и применения в сроки, установ-
ленные в технических условиях; при запуске в про-
изводство; при проведении ведомственного конт-
роля за состоянием и применением СНК.
Проверку свойств дефектоскопических матери-
алов осуществляют центральная заводская лабо-
ратория или подразделение НК предприятия.
Результаты оформляются в соответствии с требо-
ваниями технических условий на эти средства.
В случае получения отрицательных результатов
проверки применение дефектоскопических мате-
риалов не допускается.
7.2.6. Аттестация соответствия документации
и специалистов по неразрушающему контролю
Аттестации подлежат методики НК и способы
определения показателей точности, достовернос-
ти и воспроизводимости результатов. Устанавли-
ваются их метрологические характеристики и (или)
характеристики, которые определяют точность и
влияние факторов ОК и условий проведения НК.
Методики НК, которые разрабатываются для при-
менения в процессе разработки изделий, подле-
жат аттестации, если они будут использоваться при
производстве, испытаниях и эксплуатации ВС или
по результатам этого контроля будут нормировать-
ся допустимые отклонения (нормы браковки) или
погрешность контроля параметров изделий, тех-
нологических процессов или режимов испытаний.
Методики НК, которые применяются, подлежат
переаттестации для установления их объективно-
сти, если появляется систематический брак или
дефектная продукция.
Аттестация методик НК проводится по согла-
сованию с метрологической службой. Она выпол-
няется после оценки разработчиком методики
определения значений показателей точности, до-
стоверности и воспроизводимости результатов НК
и после метрологической экспертизы документа,
регламентирующего методику. Проводит аттеста-
408
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
цию комиссия, включающая представителей от-
дела главного метролога, подразделений НК,
отдела технического контроля, технологических
и конструкторских подразделений предприятия.
Разрабатываемые методики неразрушающего
контроля аттестуют в соответствии с программой,
которая составляется разработчиком. Методики
НК подвергаются мегрологической экспертизе и
утверждаются главным метрологом предприятия.
Программа аттестации применяемых методик НК
составляется подразделением НК совместно с от-
делом главного метролога и утверждается руко-
водством предприятия. Разработку программ ат-
тестации и проведение аттестации методик НК
допускается осуществлять на договорных услови-
ях силами главных организаций отрасли (органов)
по НК или испытательных лабораторий, аккреди-
тованных Госстандартом в данной области дея-
тельности.
Программа аттестации методик НК устанавли-
вает задачи, место, сроки, условия аттестации. Если
в процессе аттестации методики НК исследуются
факторы, влияющие на точность и достоверность
результатов НК, программа должна предусматри-
вать порядок анализа их влияния.
К основным факторам, от которых зависит точ-
ность и достоверность результатов НК, относят-
ся: метрологические характеристики и характери-
стики, определяющие точность СНК, СО НК и
их имитаторов, вспомогательных устройств и при-
боров, в частности характеристики, влияющие на
объект НК; условия проведения НК; характерис-
тики объекта НК, которые влияют на контроли-
руемые параметры и СНК, информационные сиг-
налы (параметры исходного сигнала).
Кроме факторов, которые влияют на точность
и достоверность результатов НК, в программу ат-
тестации методик НК должны быть включены
следующие критерии оценки: правильность вы-
бора метода и средства НК; соответствие условий
выполнения контроля указанным в эксплуатаци-
онной документации на СНК; алгоритм операций
подготовки и выполнения НК, расшифровки ре-
зультатов контроля, принятия решения о качестве
продукции; требования к автоматизации процес-
са НК, формы регистрации результатов; требова-
ния к квалификации персонала, проводящего НК;
требования к безопасности и характеристики про-
цесса и средств НК, которые позволяют оценить
мероприятия по безопасности; характеристики,
подлежащие постоянному или периодическому
контролю в процессе НК.
Персонал, выполняющий НК, независимо от
уровня квалификации, подлежит аттестации на
право проведения НК конкретных изделий авиа-
ционной техники в процессе сборки, испытаний
и в условиях их эксплуатации. Аттестация персо-
нала, осуществляющего НК в процессе сборки и
испытаний изделий, проводится комиссией раз-
работчика изделия (или по согласованию с ним) и
основного изготовителя изделия. Аттестация пер-
сонала, осуществляющего НК в условиях эксплу-
атации изделий, проводится в соответствии с тре-
бованиями европейского стандарта EN 4197.
Для специалистов метрологической службы
предприятия, которые осуществляют калибрование
СНК, аттестацию СО НК, их имитаторов и мето-
дик НК, в должностных инструкциях отмечают
обязанности, необходимый уровень знаний, ква-
лификационные требования, учитывающие специ-
фику методов и средств НК и требования стандар-
тов. Специалисты метрологической службы, про-
водящие калибрования СНК, аттестацию и про-
верку СО НК и их имитаторов, должны быть
аттестованы на право проведения данных работ.
Ведомственный контроль за состоянием метро-
логического обеспечения НК проводится с целью
установления соответствия применяемых для кон-
троля изделий авиационной техники СНК. СО НК.
их имитаторов и методик НК требованиям НТД,
которые распространяются на них. Ведомствен-
ный контроль проводится вышестоящими метро-
логическими службами с участием представите-
лей главного метролога, подразделения НК или
отдела главного метролога предприятия соответ-
ственно заранее составленным в установленном
порядке графикам.
При проведении контроля проверяются: нали-
чие и ход выполнения работ по плану метрологи-
ческого сопровождения НК (при проведении дан-
ных работ); оснащенность предприятия СНК; со-
ответствие технического уровня СНК требовани-
ям НТД на НК изделий при их производстве,
испытаниях и эксплуатации; своевременность про-
ведения испытаний и аттестации СНК; наличие
НТД на методики калибрования измерительных
СНК и дефектоскопических приборов и правиль-
ность отражения в ней вопросов, связанных с оп-
ределением метрологических характеристик и
(или) характеристик, которые определяют точ-
7.2. Методы и средства дефектоскопии
409
ность; правильность назначения интервалов меж-
ду периодическими калиброваниями СНК; орга-
низация и эффективность калибрования и ремон-
та измерительных СНК и дефектоскопических
приборов; наличие НТД на методики проверки
свойств дефектоскопических материалов; органи-
зация и своевременность проверки свойств дефек-
тоскопических материалов; оснащенность пред-
приятия контрольными и рабочими СО НК и их
имитаторами; соответствие СО НК и их имитато-
ров требованиям НТД на НК изделий и на метро-
логическое обеспечение методов и средств НК;
своевременность проведения метрологической ат-
тестации СО НК и их имитаторов, правильность
назначения срока их действия; наличие НТД на
методики поверки свойств СО НК и их имитато-
ров. правильность отражения в ней вопросов, свя-
занных с определением метрологических, техни-
ческих характеристик и характеристик, которые
определяют точность; обоснованность примене-
ния СО НК без периодической поверки на протя-
жении срока действия; правильность назначения
межповерочных интервалов для СО НК и их ими-
таторов; организация и эффективность поверки СО
НК и их имитаторов; обеспеченность методиками
НК; организация метрологической аттестации
методик НК; организация и результативность про-
ведения метрологической экспертизы ТЗ, конст-
рукторской и технологической документации на
НК и на методы и средства его метрологического
обеспечения; соответствие квалификации персо-
нала НК требованиям НТД на НК изделий; соот-
ветствие квалификации персонала метрологичес-
ких служб требованиям НТД из метрологическо-
го обеспечения НК; правильность оформления
документации по вопросам метрологического обес-
печения НК.
7.2.7. Принципы организации
неразрушающего контроля на предприятии
Организация службы контроля качества затра-
гивает практически все сферы и этапы производ-
ственной деятельности авиационных предприятий.
Контроль качества является составной частью си-
стемы управления качеством. Структура службы в
значительной степени зависит от структуры и типа
авиационного предприятия и его производствен-
то. задач.
Организацией контроля качества ВС называют
систему технических и административных меро-
приятий. направленных на обеспечение норматив-
ного уровня качества; изучение объекта контро-
ля, т. е. природы качества материалов и изделий;
обеспечение уровня качества и надежности изде-
лий, в первую очередь путем активного воздей-
ствия контроля на технологический процесс; со-
действие развитию добросовестного отношения к
работе при постоянно действующей и четкой сис-
теме поощрения за высокое качество работы; обес-
печение независимости органов приемки и тех-
нического контроля от производственного персо-
нала; безоговорочное соблюдение требований нор-
мативной документации.
Разработчик устанавливает высокие требования
к качеству ВС и выполнению технологических
работ. Соблюдение требований должно обеспечи-
ваться по возможности при минимальных затра-
тах времени и средств на выполнение контроля.
Службы контроля качества обязаны способство-
вать управлению качеством продукции путем сис-
тематического и целенаправленного воздействия
на условия и факторы, влияющие на качество про-
дукции.
Основными задачами службы контроля явля-
ются: систематическая, своевременная и объектив-
ная проверка качества поступающих материалов
и изделий, качества технологических (монтажных)
работ, качества изготовляемой продукции, а так-
же проверка технического состояния изделий в
процессе эксплуатации; использование эффектив-
ных способов и средств контроля в соответствии
с требованиями действующей документации; пре-
дотвращение передачи дефектной продукции для
выполнения последующих технологических опе-
раций или для сдачи ее заказчику; содействие по-
вышению качества конструкторских, технологи-
ческих, монтажных, ремонтных и других работ;
приемка выполненных операций и работ с офор-
млением необходимой технической документации
и участие в сдаче материалов и изделий заказчи-
ку; разработка организационно-технических ме-
роприятий, направленных на предотвращение бра-
ка и улучшение качества разработки и изготовле-
ния. а также на повышение технического уровня
эксплуатации ВС: лабораторные исследования по
неразрушающему контролю, прочности и герме-
тичности материалов и изделий; разработка и со-
вершенствование методов, средств контроля и
410
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
оценки качества; организация контроля качества
при изготовлении, эксплуатации, обслуживании
и ремонте ВС.
Структура подразделений контроля. На совре-
менных предприятиях создаются единые комплек-
сные отделы (лаборатории) неразрушающего кон-
троля. Все группы, входящие в состав подразделе-
ния, должны территориально размещаться в об-
щем комплексе. Использование источников
ионизирующих излучений обусловливает необхо-
димость создания защитных средств и безопасных
условий для работы операторов и лиц, находящих-
ся в соседних помещениях. Поэтому при разра-
ботке проекта на отдел (лабораторию) НК необ-
ходимо руководствоваться «Основными санитар-
ными правилами при работе с ионизирующими
излучениями» ОСП-76.
Планировка помещений для НК на большин-
стве авиационных и машиностроительных пред-
приятий одинакова. В общем случае службы де-
фектоскопии должны проводить контроль мате-
риалов и изделий всеми методами НК. В связи с
этим в помещении отдела необходимо предусмат-
ривать пультовую и аппаратную для радиацион-
ной аппаратуры, расшифровочную и комнату для
работы с фотоматериалами.
Электрофизическую группу, выполняющую
электромагнитные, магнитные, оптические, ульт-
развуковые и другие методы контроля, размеща-
ют в двух смежных помещениях. Для капилляр-
ных методов, связанных с применением токсич-
ных веществ, необходимо отдельное помещение
с темной комнатой, где устанавливают люмине-
сцентные осветители.
В составе лаборатории необходимо предусмот-
реть кладовую и мастерскую для подготовки об-
разцов, ремонта аппаратуры, изготовления приспо-
соблений, а также помещения для конструкторс-
кой группы, которая занимается модернизацией
аппаратуры и автоматизацией процессов контроля
и т. д. Раздевалка и другие бытовые помещения
могут быть общими для всего комплекса.
При крупносерийном производстве лаборато-
рия может быть организована на конкретном уча-
стке, например в литейном цехе, где отливают
изделия различной формы и размеров, или в круп-
ных термических цехах и др. Необходимо отме-
тить, что в просторных светлых помещениях про-
изводительность труда контролеров и качество
контроля повышаются.
При строительстве нового помещения лабо-
ратории или при переоборудовании старого ис-
полнителям выдается техническое задание. Оно
составляется на основании санитарных норм
проектирования промышленных предприятий и
«Основных санитарных правил при работе с
ионизирующими излучениями» ОСП-76. Техни-
ческое задание вместе с планировкой утвержда-
ет главный инженер или директор предприятия,
предварительно согласовав его с отделами ка-
питального строительства и техники безопасно-
сти. Часть технического задания, относящуюся
к радиационным методам, согласуют с город-
ской или районной санитарно-эпидемиологиче-
ской станцией.
Если объекты для контроля расположены на
значительном расстоянии и на различных произ-
водственных участках, организуют базовую лабо-
раторию, которая обслуживает по ведомственно-
му или территориальному признаку. В этом слу-
чае либо изделия доставляют в лабораторию, либо
ее работники выезжают на объект. Наиболее ра-
циональной в данных условиях является передвиж-
ная экспресс-лаборатория. Такие дефектоскопи-
ческие лаборатории создают на базе автобуса или
закрытого автомобиля.
Отдел (лаборатория) дефектоскопии авиацион-
ного или машиностроительного предприятий вхо-
дит в состав службы главного металлурга либо
центральной заводской лаборатории, иногда в
ОТК. Поскольку на качество продукции большое
влияние оказывают результаты работы служб кон-
троля, наиболее целесообразно подчинить их за-
местителю руководителя предприятия по качеству
либо главному инженеру. Затраты на упомянутое
развитие служб, их организацию и приобретение
оборудования следует относить на общезаводскую
себестоимость товарной продукции. Этим дости-
гается повышение ответственности работников и
упрощается учет затрат на производство. Струк-
тура отдела НК может быть различной в зависи-
мости от условий производства и требований к
качеству.
В физических лабораториях (группах) прово-
дятся работы по освоению и настройке аппарату-
ры и разработке методик, а также по их внедре-
нию. Все освоенные приборы и разработки пере-
даются в службы контроля цехов. В некоторых
случаях создаются специальные группы НК в со-
ставе служб цехового контроля, работающие под
7.2. Методы и средства дефектоскопии
411
методическим руководством отдела НК. Во главе
отдельных подразделений НК и в их составе не-
пременно должен быть инженер соответствующей
специальности.
Если отдел дефектоскопии не входит в комп-
лекс центральной заводской лаборатории, то в
штатном расписании полезно предусмотреть ме-
талловеда и химика. Как правило, в заводских
лабораториях невозможна узкая специализация
работников. Поэтому работники лаборатории дол-
жны владеть всеми методами НК.
Взаимоотношения служб контроля с другими под-
разделениями предприятия. Структура службы кон-
троля качества в заводских (цеховых) условиях
должна обеспечивать выполнение предупредитель-
ной и приемочной функций контроля. Поэтому
наряду с работниками служб контроля и техни-
ческой диагностики в работе по контролю каче-
ства должны принимать участие технологи, кон-
структоры, работники службы надежности и метро-
логи. В их задачу входит, в первую очередь, анализ
и устранение причин появления некачественных
материалов и изделий.
Информация о выявленном специалистами по
НК и ТД уровне качества продукции должна опе-
ративно сообщаться технологам.
Сведения о качестве одновременно должны по-
ступать административному лицу, ответственно-
му за уровень качества продукции на предприя-
тии (организации).
Эти сведения должны обязательно включать
статистику дефектов.
Для эффективного контроля необходимы обес-
печение централизованного административного и
методического руководства испытательными ла-
бораториями, независимость от изготовителей при
сохранении оперативности в работе и наличие спе-
циальной службы предупредительного контроля.
Учет и оформление результатов контроля. Ос-
новным документом, руководствуясь которым в
лаборатории проводят контроль качества изде-
лий, является карта контроля. Хорошо состав-
ленная карта исключает необходимость исполь-
зования рабочих чертежей на всю номенклатуру
контролируемых изделий и специальных журна-
лов для регистрации условий контроля. Техни-
ческую карту составляют на каждое изделие,
подлежащее контролю, для конкретных условий.
В случае повышенных требований к изделию
создают эталонную дефектограмму с допустимы-
ми и недопустимыми дефектами, которую при-
кладывают к контрольной карте. На изделиях,
признанных годными, ставят клеймо. Результа-
ты контроля заносят в журнал и при необходи-
мости выдают протокол испытаний. Принимая
решение о годности изделия, оператор должен
руководствоваться исключительно указаниями
карты контроля и имеющимися в ней ссылками
на ТУ и стандарты. При контроле единичных де-
талей решение о годности дефектной детали при-
нимает не оператор, а конструктор, металлург
или технолог как более компетентные в услови-
ях ее работы.
Каждое изделие или партия изделий, поступа-
ющие для анализа, должны сопровождаться слу-
жебной запиской соответствующей формы, в ко-
торой указаны номер изделия (детали), партии,
число деталей в партии или число выборки из
партии. Если деталь не соответствует чертежам,
то в служебной записке указывают материал, мес-
та, подлежащие контролю, и вид предполагаемо-
го дефекта. В соответствии со служебной запис-
кой партию изделий или отдельные детали регис-
трируют в журнале. Детали, поступающие на кон-
троль, должны быть очищены от масла, стружки,
окалин, заусенцев и т. п.
Соблюдение стандартов и нормативных доку-
ментов — важнейшее условие повышения каче-
ства продукции. Документация по контролю ка-
чества должна обеспечивать соблюдение стандар-
тов, четкую систему оценки качества, отбраков-
ку негодной продукции, а также возможность
оперативного и активного вмешательства в тех-
нологию.
412
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
7.3. ДИАГНОСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
7.3.1. Особенности методологии
технической диагностики механических систем
Основное назначение технического диагности-
ки состоит в повышении надежности ВС на этапе
его эксплуатации, а также в предотвращении сни-
жения показателей качества на этапе изготовле-
ния самолета и его составных частей. Безопасность
обеспечивается улучшением таких показателей, как
коэффициент готовности, коэффициент техниче-
ского использования, время восстановления ра-
ботоспособности, а также ресурс и наработка на
отказ для резервирования восстановленных
объектов.
Задачами диагностики являются установление
технического состояния, готовности к использо-
ванию и необходимому функционированию ВС и
составляющих его элементов, а также поиск де-
фектов, которые влияют на упомянутые характе-
ристики. Определение технического состояния
механических систем проводится разными сред-
ствами - аппаратными или программными. Сред-
ства и объект диагностики, которые взаимодей-
ствуют между собой, образуют систему диагнос-
тирования. Эта система включает оператора, кон-
тролера и дефектовщика. Различают системы
тестовой и функциональной диагностики. Указан-
ные системы предназначены для определения по-
казателей качества, а также для поиска дефектов,
которые влияют на безопасность.
Изучение физических свойств объектов и воз-
можных дефектов в них не поддается какому-то
обобщению из-за большого разнообразия классов
объектов летательного аппарата. Устанавливают
определенный перечень дефектов, которые под-
лежат выявлению или поиску в условиях про-
изводства и эксплуатации, а также определяют
признаки выявления этих дефектов. При форми-
ровании перечня учитывают опыт производства и
эксплуатации воздушных судов, статистические
данные о дефектах и др.
Построение алгоритмов функционального ди-
агностирования состоит в определении условий
работы средств, которые реализуют эти алгорит-
мы. Средства функционального диагностирования,
как правило, монтируют в объект диагностирова-
ния и часто называют средствами вмонтирован-
ного контроля. При нормальном функциониро-
вании объекта по назначению они выдают посто-
янные сигналы, изменяющиеся при нарушении
нормального функционирования объекта.
Эффективность процессов диагностирования
определяется не только качеством алгоритмов, но
и качеством средств диагностирования. Они мо-
гут быть аппаратными или программными, внеш-
ними или вмонтированными, ручными, автома-
тизированными или автоматическими, специали-
зированными или универсальными.
Определение технического состояния элемен-
та ВС осуществляют тремя путями. Первый - кон-
троль технического состояния, в котором нахо-
дится объект в настоящий момент времени. Вто-
рой - предвидение технического состояния объекта
спустя некоторое время (прогнозирование). Тре-
тий - установление технического состояния, в
котором находился объект в прошлом.
Диагностирование связано с особенностями
составных ВС. Принято выделять два класса со-
ставных: дискретные и аналоговые. Для первого
класса используют тесты. Цель составления тес-
та - поиск такой совокупности или последова-
тельности входных действий, подаваемых на объект
диагностирования, ответы на которые в заданных
контрольных точках позволяют сделать вывод о
его техническом состоянии. Для второго класса
составляют логические модели и графики причин-
но-следственных связей. Эти модели пригодны в
тех случаях, когда можно организовать диагнос-
тирование на принципах допускового контроля
параметров объекта. Организация функциональ-
ного диагностирования как для дискретных, так и
аналоговых составляющих зависит от особеннос-
тей ВС.
В состав бортовых систем входят датчики ли-
ний связи, устройства обработки и анализа изме-
ряемых (контролируемых) параметров. Кроме того,
к ним относятся специальные устройства, визуа-
лизирующие диагностическую информацию, и
средства индикации общего назначения.
Измеряемые диагностические параметры вы-
бирают из множества принципиально возможных
параметров некоторого ограниченного количества
для исследования информативности сформирован-
ных на них признаков. Номенклатуру диагности-
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных судов
413
ческих параметров регламентирует нормативная
документация на ВС.
Основу логической процедуры диагноза состав-
ляет совокупность физических параметров (гео-
метрических, тепловых, акустических, электричес-
ких, магнитных, механических, оптических, элек-
тромагнитных, ионизирующих излучений, струк-
туры, состава), а также комплексных эффектов и
универсальных физических постоянных и др. Чис-
лофизических параметров не превышает 200. Наи-
больший практический интерес представляют па-
раметры составляющих элементов, влияющие на
безопасность ВС и находящиеся в функциональ-
ной зависимости от измеряемых физических ве-
личин.
Определение физических параметров положено
в основу разных методов технического диагности-
рования механических систем ВС. К ним отно-
сятся: дефектоскопия, электронная микроскопия,
спектрометрия, спутниковая телеметрия, контроль
топливных и газовых смесей, физико-химический
анализ смазочных материалов, контроль и диаг-
ностирование изнашивания.
7.3.2. Особенности определения
технического состояния
методами дефектоскопии
Передовой зарубежный и отечественный опыт
показывает, что для обеспечения надежности авиа-
ционных конструкций работы по дефектоскопии
[528,959] начинают на стадии проектирования. При
этом: определяют номенклатуру деталей и узлов,
которые подлежат дефектоскопии; определяют
периодичность контроля в эксплуатации; обеспе-
чивают контролепригодность деталей; устанавли-
вают критерии отбраковки деталей при эксплуа-
тации и ремонте; выбирают и рекомендуют мето-
ды контроля деталей для условий эксплуатации и
ремонта; разрабатывают (при необходимости) си-
стемы комплексного контроля наиболее нагружен-
ных и ответственных деталей.
Известно, что большинство деталей и узлов,
положительно прошедших испытания, могут раз-
рушаться в условиях эксплуатации. Для них вы-
полняют экспертную оценку вероятности образо-
вания трещин и разрушения. Во время оценки
выявляют детали, разрушение которых может при-
вести к аварийным или катастрофическим послед-
ствиям. На базе этих данных составляют перечни
деталей и узлов, которые необходимо контроли-
ровать: одни - для условий эксплуатации, другие
для ремонта. Во время эксплуатации оба перечня
уточняют с учетом статистических данных о де-
фектах. Такой порядок оптимален, тем не менее
он часто не применяется из-за отсутствия регла-
ментирующих документов.
Для каждой детали выбирают метод контроля.
Выбор осуществляется в два этапа. На первом учи-
тывают вид и характер ожидаемых дефектов, ма-
териал детали и прочие факторы. На втором этапе
определяют наиболее эффективный метод. По
результатам выбора метода контроля в некоторых
случаях необходима доработка конструкций для
обеспечения контролепригодности.
Успешное решение сложных задач контроля в
условиях эксплуатации возможно при использо-
вании современных информационных систем во
время технического обслуживания. Современные
системы технического обслуживания создаются на
базе программ, которые разрабатываются для каж-
дого типа воздушного судна [6]. Такая программа
состоит из двух групп работ: плановых и неплано-
вых. Плановые выполняются с установленной пе-
риодичностью, а сроки неплановых устанавлива-
ют с учетом сообщений о неисправностях и ана-
лиза информации о показателях работы агрегата,
узла или системы.
При разработке программ использовался по-
этапный логический анализ с целью обеспечения
рационального ведения работ (в том числе и кон-
троля).
Современные программы предусматривают
период выявления повреждений в пределах вре-
мени, на протяжении которого усталостная тре-
щина достигает наибольшего (критического) раз-
мера. Современным требованиям отвечают также
программы зональных осмотров. Интервалы зо-
нальных осмотров, по возможности, должны со-
впадать с интервалами планового технического
обслуживания.
Авиационные требования определяют основные
задачи методов НК при техническом обслужива-
нии и ремонте. Уровень и качество контроля оп-
ределяются в соответствии с сертификационны-
ми требованиями к системе контроля качества в
процессе технического обслуживания ВС, предус-
матривающими единый порядок использования
методов и средств контроля.
414
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
7.3.3. Определение
напряженно-деформированного состояния
и свойств материалов
Выделяют три группы методов контроля напря-
женно-деформированного состояния: аналогий и
моделей; по величине деформаций натурных де-
талей или образцов; по изменению свойств мате-
риалов в условиях напряженного состояния.
Возможность применения метода зависит от раз-
меров и формы изделия, условий работы и характе-
ра окружающей среды, а также от градиента напря-
жений или скорости изменения деформаций. Ха-
рактер и распределение напряжений эффективно
определяют электрическим, поляризационно-опти-
ческим, магнитным, вихретоковым и акустическим
методами, а также методами хрупких покрытий.
Электрические методы. Для измерения времен-
ных и остаточных деформаций и напряжений на
практике широко применяют проволочные тен-
зорезисторы. Определение напряженно-деформи-
рованного состояния с помощью тензорезисторов
основано на измерении сопротивления материа-
лов, пропорционального длине изделия. Это яв-
ление положено в основу метода электросопро-
тивления. Тензорезисторы представляют собой
приклеенные на бумагу проволочки диаметром
0,01-0,03 мм, покрытые электроизоляционной
пластиной. Они применяются для определения
двухосного напряженного состояния. Их форма
зависит от конструкции ОК.
При измерениях тензорезистор приклеивают к
определенной точке изделия. Его деформация
приводит к изменению длины проволочек и их
электрического сопротивления. Изменение сопро-
тивления характеризует взаимосвязь между зако-
нами Ома и Гука: o = ERE/Rk , где о - величина
напряжений; Л и А/? - электрическое сопротивле-
ние и его приращение; Е - модуль упругости; к -
коэффициент чувствительности тензометра, опре-
деляющийся зависимостью электрического сопро-
тивления от длины. Приведенное отношение ха-
рактеризует напряженное состояние в конкретной
области. Необходимо учитывать, что измерения
следует проводить только на малонагревающихся
участках. Точность измерения тензорезисторов
зависит от многих факторов, которые трудно
учесть: гистерезис, изменения температуры окру-
жающей среды, влаги, сползание клея при нагру-
жении и др.
Структуроскопия термоэлектрическим мето-
дом. Существует вполне удовлетворительная
корреляция между структурным состоянием (фа-
зовый состав, величина зерна, твердость), напря-
жениями в металле и термоЭДС. Термоэлектри-
ческим методом могут выявляться зоны повышен-
ного содержания углерода, меди, кремниевых
ликваций. ТермоЭДС и твердость находятся в
прямой зависимости от содержания углерода в
твердом растворе.
Термоэлектрический метод. Применяется для
определения марки материалов. При термоэлект-
рическом разделении металлов по маркам учиты-
вают: в тонком контактном слое материалов с раз-
личным химическим составом возникает термо-
ЭДС разных знаков; контакт электрода с издели-
ями разных марок дает возможность получить
значения термоЭДС с достаточным разбросом;
термоЭДС, возникающая при контакте горячего
электрода с деталями, изготовленными из того же
материала, что и горячий электрод, является по-
стоянной, а с деталями, изготовленными из дру-
гих материалов, изменяется. Объект контроля по-
мещают на площадку из электропроводящего ма-
териала, как правило, из меди или латуни. Поверх-
ности контроля касаются электродом (70 90 °C),
который нагревается. В месте контакта возникает
термоЭДС, и ток начинает проходить по цепи, в
которую включен индикаторный прибор. Токами,
появляющимися при контактной разности потен-
циалов в месте контакта объекта контроля с пло-
щадкой и месте соединения элементов схемы, мож-
но пренебречь из-за сравнительно малого их зна-
чения относительно термоЭДС. Горячий электрод
изготавливают из электропроводящего материала,
который не окисляется при температуре 60-
100 °C. На значения термоЭДС материала при
определении принадлежности его к той или дру-
гой марке значительно влияют такие факторы, как
давление и температурная стабильность горячего
электрода или разница температур электрода и
объекта контроля, состояние их поверхностей,
химический состав и др. Эффективность термо-
электрической сортировки по маркам зависит от
структурного состояния объектов контроля. Наи-
более стабильные результаты получают при сор-
тировке изделий, которые проТили отжиг, обеспе-
чивающий отсутствие внутренних напряжений, или
нормализацию. Нетермообработанные изделия
можно рассортировать, но для конкретного слу-
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных судов
415
чая разрабатывается специальная методика и ус-
танавливаются свои критерии сортировки.
Трибоэлектрический метод. Применяется для
определения марки материала труб, прутков, про-
волоки. Используют приборы с эталоном, враща-
ющимся или выполняющим вращательно-посту-
пательное движение.
Электроемкостный метод применяют для опре-
деления плотности и структуры полимерных, ком-
позиционных, и других неэлектропроводных ма-
териалов. Оценка ведется по изменению ди-
электрических параметров (диэлектрической про-
ницаемости, тангенса потерь, проводимости). Для
выполнения контроля неполярных диэлектриков
и многокомпонентных материалов необходимо
установить эмпирическую корреляцию между ди-
электрическими характеристиками и плотностью
р материала или построить функциональную
связь. Определение плотности в полярных ди-
электриках или композиционных материалах ос-
новано на фундаментальном выражении Клаузиу-
са-Моссоти
р = ЗМ (е -1 )/jj4-7tZV (е + 1)(а+ к/за/е)] ,
где Л/— молекулярный вес; е — диэлектрическая
проницаемость; N — количество макрообъемов;
а- поляризованность; р — дипольный момент;
к - постоянная Больцмана; Т— температура. Для
определения е и р существует большое количе-
ство приборов и средств.
Радиационный контроль напряженно-деформи-
рованного состояния и структуры. Наиболее ши-
рокое развитие из радиационных методов полу-
чил рентгеноструктурный контроль контактной
усталости. При циклическом нагружении прояв-
ляется усталостный характер явлений, которые
происходят в участках поверхностных слоев ме-
таллов. Причем в этих местах отмечается и зна-
чительный градиент напряжений. Рентгенострук-
турный контроль основан на принципе интерфе-
ренции рентгеновских лучей при отражении от
кристаллической решетки. Он дает возможность
количественно оценивать изменения структурных
характеристик. Изменения параметров решетки
а-фазы, наблюдающиеся при контактном цик-
лическом нагружении, определяют по формуле
Вульфа-Брегга
Д = h~ /(2sin6),
где X — длина волны рентгеновского излучения;
h — индексы отражающих поверхностей; 0 — брег-
говский угол отражения. При отсутствии в изде-
лии напряжений межплоскостное расстояние для
выбранной системы отражающих плоскостей не
зависит от направления, в котором они определя-
ются. С появлением напряжений межплоскостное
расстояние (деформация решетки) зависит от рас-
положения системы избранных плоскостей по от-
ношению к направлению действия напряжений.
Чувствительной характеристикой структурных из-
менений при контактной усталости является так-
же ширина рентгеновских интерференций, кото-
рая дает представление об изменениях в тонкой
кристаллической структуре материала поверхно-
стных слоев.
Для структур закалки или низкого отпуска при
циклическом контактном нагружении отмечается
закономерное изменение ширины линий рентге-
новских интерференций. На первом этапе контак-
тных испытаний ширина линий уменьшается, что
происходит, главным образом, вследствие дорас-
пада твердого раствора углерода в стали. На вто-
ром этапе характерным является увеличение ши-
рины линий в результате упрочнения поверхност-
ных слоев, происходит увеличение несовершенств
кристаллического строения до некоторого крити-
ческого значения. После этого начинается третий
этап - уменьшение ширины линий из-за упроч-
нения материала, способствующего разрушению.
Контроль изменения ширины линий в процессе
циклического контактного нагружения дает воз-
можность прогнозировать разрушения в поверх-
ностных слоях изделия, которые работают в усло-
виях контактной усталости.
Контроль деталей осуществляют на дифракто-
метрах. Плотность материала определяют по ин-
тенсивности ионизирующего излучения, которое
рассеялось и прошло через объект контроля.
Радиоволновой контроль структурных неодно-
родностей диэлектриков реализуют фазовым про-
ходным методом. Если волна распространяется
через изделие конечных размеров, то происхо-
дит интерференция волн, многократно отразив-
шихся на границах раздела. Параметром, кото-
рый непосредственно измеряют при фазовом про-
ходном методе, является набег фазы волны,
прошедшего через изделие. Для контроля струк-
турных неоднородностей применяют измеритель-
ные приборы, состоящие из типовых элементов
416
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
и узлов. Например, используется простой при-
бор для фазовых измерений с индикацией с по-
мощью измерительных линий. Фазовый метод
получил распространение для контроля огнеупор-
ных изделий из разных оксидов, включая алю-
мосиликатные, магнезиальные, хромомагнезито-
вые, содержащие цирконий, которые изготавли-
ваются полусухим прессованием, шликерным
литьем и т. д. Контроль массовых изделий про-
водится приборами с рупорными антеннами рас-
крытием от 2,4 х 2,4 до 8 х 8 см.
Контроль механических напряжений магнитны-
ми методами. Непосредственно в технологических
процессах изготовления различных деталей и кон-
струкций используют магнитоупругий метод. Он
основан на анализе зависимости магнитной про-
ницаемости ферромагнитных материалов от их
напряженно-деформированного состояния. Зави-
симость магнитных характеристик от механичес-
ких напряжений наблюдается не у всех ферромаг-
нитных материалов. Например, для высоколеги-
рованных сталей такие параметры, как коэрци-
тивная сила, остаточная индукция, магнитная
проницаемость, потери на перемагничивание не
зависят от напряжений или имеют неоднозначное
соответствие.
Под воздействием механических напряжений
деформируется кристаллическая решетка и ато-
мы смешаются со своих нормальных положений.
При этом изменяется характер магнитного взаи-
модействия в кристалле. На кристаллографичес-
кую анизотропию накладывается магнитоупругая,
которая вызвана дополнительным взаимодействи-
ем атомов при деформации материала. Энергия
деформации кристалла зависит от ориентации век-
тора намагниченности кристалла относительно
поля. Эта энергия называется энергией магнит-
ной анизотропии. При механических деформаци-
ях энергия анизотропии увеличивается. Этот при-
рост является линейной функцией компонента
тензора деформаций, которая называется магни-
тоупругой энергией. Конструктивные материалы,
применяемые в авиации, работают при напряжен-
ностях поля Н, значительно меньше их уровня
насыщения ( Н « Н1|АС ). В этих случаях изменение
намагниченности материала происходит вслед-
ствие смешения границ между доменами и их уве-
личением. С повышением механических напря-
жений намагниченность ферромагнетика увеличи-
вается, если он имеет положительную магнито-
деструкцию, которая непрерывно растет вместе с
полем Н, и уменьшается, если магнитострикция
уменьшается с увеличением поля. Таким образом,
действие напряжений при заданной напряженно-
сти поля Н изменяет магнитную индукцию поля
В, а вместе с ней и магнитную проницаемость ц.
Исходя из законов сохранения энергии при на-
магничивании получают зависимости относитель-
ного изменения р от механических напряжений
о . Установлено, что упругая деформация матери-
ала содействует росту магнитной проницаемости,
а пластическая - ее снижению. Градиент напря-
жений на поверхности металла определяет выбор
базы измерений, в границах которой измеряемое
значение деформации должно быть близким к мак-
симальному. Размер базы применяемого датчика
определяет область измерений. На практике ис-
пользуют различные приборы (типа ИНИ, МФ,
СКОН и др.), позволяющие осуществлять эксперт-
ную оценку напряженного состояния в различных
изделиях и элементах конструкции воздушного
судна.
Магнитошумовой метод. Анализ процесса при
плавном изменении перемагничивающего поля в
стали показывает, что скачкообразное изменение
намагниченности (скачки Баркгаузена) зависит от
напряжений, причем до границы упругости эта
зависимость имеет линейный характер. Однако
изменение структуры стали при термической и
механической обработке приводит к тому, что
после каждого вида обработки для определения
напряжений необходимо использовать соответству-
ющий параметр скачков Баркгаузена, который
имеет максимальный коэффициент корреляции с
напряжениями. Информационными параметрами
являются максимальные значения составляющей
магнитной восприимчивости (обусловлена сигна-
лами Баркгаузена после отжига или закалки), ча-
стоты следования скачков Баркгаузена после вы-
сокочастотного отпуска, усредненного магнитно-
го момента скачков Баркгаузена после механичес-
кой обработки. Информацию о напряжениях по
параметрам скачков Баркгаузена получают толь-
ко с поверхностных слоев материала. Для каждой
марки материала строят свои градуировочные за-
висимости.
Контроль осуществляют по участкам изделия,
которые перемагничиваются в режиме синусои-
дального закона изменения магнитного потока при
частоте 5 Гц. Шумовое напряжение измеряют в
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных судов
417
диапазоне частот 5 200 кГц. Чувствительность
метода увеличивается с уменьшением частоты пе-
ремагничивания и амплитуды индукции до 0,1 Тл.
Однако при этом снижается интенсивность маг-
нитных шумов и увеличивается влияние остаточ-
ной намагниченности на результат выполняемых
измерений.
Существует ряд приборов (например, разработ-
ки Омского политехнического и Ижевского меха-
нического институтов), реализующие магнитошу-
мовой метод.
Магнитный структурный анализ. Контроль
структурного состояния материала изделий маг-
нитными методами базируется на определении
таких структурно-чувствительных магнитных ха-
рактеристик объекта контроля, как коэрцитивная
сила, магнитная проницаемость, остаточная ин-
дукция.
При выборе метода контроля всегда целесооб-
разно учитывать зависимость этих характеристик
от химического и фазового состава, внутренних
напряжений и деформационного упрочнения ма-
териала детали.
Вихретоковая структуроскопия. Определение
структурно-чувствительных электрических и маг-
нитных характеристик материалов или изделий с
помощью переменного поля составляет сущность
вихретокового контроля структуры и свойств ма-
териалов. Возможность такого контроля связана с
особенностями поведения металлов в переменных
полях, прежде всего с уменьшением амплитуды
переменного поля и изменением его фазы при
проникновении в электропроводящий материал с
неоднозначной зависимостью магнитной прони-
цаемости от напряженности поля. Для ферромаг-
нитных материалов и изделий значение вихревых
токов зависит от трех параметров: удельной элек-
трической проводимости, размеров изделия, удель-
ной магнитной проницаемости. Вместе с тем маг-
нитная проницаемость является также функцией
напряженности поля. Вихретоковые приборы, ко-
торые применяются для оценки степени химиче-
ской чистоты электропроводящих материалов,
сортировки полуфабрикатов и изделий по мар-
кам, твердости, прочности, называются структуро-
скопами.
В приборах используют преобразователи (дат-
чики) проходные и накладные. Они отличаются
значениями рабочих частот и отображением ин-
формации (визуальные, графические и точечные).
Неравномерность распределения механических
напряжений в металле вызывает анизотропию его
удельной электропроводности, что приводит к
перераспределению плотности вихревых токов и
изменению выходных характеристик вихретоко-
вого преобразователя. В процессе контроля необ-
ходимо учитывать такие факторы, как химический
состав, термическая и механическая обработка, а
также чистота обработки и кривизна поверхности
изделия. Вместе с тем разнонаправленность их
влияния на активную и реактивную составляю-
щую полного сопротивления измерительной ка-
тушки преобразователя позволяет путем регули-
рования измерительной схемы прибора значитель-
но уменьшить это влияние.
Ультразвуковые методы определения напряже-
ний в нагруженных элементах конструкции бази-
руются на использовании закономерностей рас-
пространения упругих волн. Основу при исследо-
вании волновых задач для предварительно нагру-
женных объектов составляют линеаризованные
уравнения движения и граничные условия. Если в
упругом изотопном сжатом теле с начальными
деформациями распространяются плоские гармо-
нические волны, то скорость распространения
волны характеризуется тремя уравнениями. Одно
из них определяет скорость волны расширения, а
два других - скорость волн сдвига.
Анализ исследований показывает, что скорость
распространения упругой волны зависит от меха-
нических свойств материала. С увеличением сжи-
мающей силы скорость волны сдвига, поляризо-
ванной перпендикулярно к действию напряжения,
уменьшается, а скорость волны, поляризованной
вдоль действия напряжения, увеличивается. При
исследовании закономерностей распространения
волн в изотропных материалах необходимо учи-
тывать начальную анизотропию свойств.
Для определения одноосных напряжений дос-
таточно знать изменение остаточной разницы сдви-
говых волн при поляризации каждой волны вдоль
и поперек напряжений и механические свойства
материала.
Чтобы определить двухосные напряжения, не-
обходимо знать изменение скоростей сдвиговых
волн при поляризации вдоль каждого из главных
напряжений, значение сдвиговой скорости волны
в ненагруженном теле и механические свойства
исследуемого объекта. Кроме определения одно-
и двухосных напряжений ультразвуковой метод
27 8-470
418
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
позволяет измерять поверхностные и остаточные
напряжения, концентрацию напряжений, причем
непосредственно в изделии, находящемся в экс-
плуатации. Суммарная абсолютная погрешность
метода не превышает 2 МПа, а при сравнительно
невысоких напряжениях (0,1—0,3 от) составляет
6 %. Ультразвуковой метод особенно эффективен
при анализе полей остаточных напряжений, по-
скольку они достигают, как правило, высоких
уровней.
Аппаратура для измерения напряжений реали-
зует принцип определения скорости распростра-
нения ультразвука в твердых телах. Необходимо
учитывать, что скорость волн под влиянием на-
пряжений изменяется незначительно. Например,
для сталей, алюминиевых сплавов и пластмасс эти
изменения составляют доли процента. Поэтому
метод измерения и аппаратура должны иметь вы-
сокую разрешающую способность и точность. Та-
ким требованиям удовлетворяют импульсные ме-
тоды, которые сводятся к измерению времени
прохождения ультразвукового импульса через ма-
териал определенной толщины и длины. Среди
импульсных методов наиболее эффективен метод
рециркуляции импульса. Определяют частоту про-
хождения импульсов. В ультразвуковых преобразо-
вателях используют кварцевые пластины, которые
крепятся к изделию с помощью электромагнитов.
Перед проведением измерений поверхность шли-
фуют.
Ультразвуковая структуроскопия и контроль твер-
дости. Акустические методы контроля физико-
механических свойств (размер зерна, модуль уп-
ругости, твердость, текстура, упругость и др.) ос-
нована на анализе взаимосвязи свойств с акус-
тическими характеристиками материалов (скорость
распространения и коэффициент затухания упру-
гих волн, характеристический импеданс и др.).
Рассеяние ультразвуковых колебаний в металлах
зависит от размера зерна. Известно, что на рассе-
яние и поглощение ультразвуковых волн влияют
такие тепловые характеристики, как генезис и
структурная неоднородность. Ультразвуковой
структурный анализ и акустические методы конт-
роля твердости, плотности, жесткости, шерохова-
тости и других характеристик материалов и изделий
нашли широкое применение при изготовлении,
обслуживании и ремонте авиационной техники.
Они перспективны с точки зрения выполнения
экспресс-контроля.
Металлические материалы, характеризующие-
ся поликристаллическим строением, в общем слу-
чае состоят из зерен-кристаллов разной формы и
размеров. Зерна формируются в результате крис-
таллизации расплава или рекристаллизации в про-
цессе термообработки. Зерно может быть моно-
кристаллом одного материала или состоять из двух
или больше фаз. Зерна отличаются ориентацией
кристаллических решеток. Форма зерен может
быть почти сферической, удлиненной или сплюс-
нутой в результате пластических деформаций. Ха-
рактерная особенность кристаллического строе-
ния - анизотропия свойств. При распространении
в поликристаллическом материале ультразвуковая
волна в направлении своего движения несет оп-
ределенную энергию, которую излучает источник.
В процессе распостранения в результате затуха-
ния ее интенсивность падает по экспоненциаль-
ному закону. В поликристаллах и в металлах, ко-
торые имеют упругую анизотропию, затухание
определяется рассеиванием энергии колебания
зерен. В отдельных кристаллах скорость ультра-
звука имеет различные значения в зависимости от
направления распространения относительно осей
симметрии. Поэтому при переходе с одного крис-
талла в другой и вследствии их различной ориен-
тации скорость ультразвука может существенно
измениться. В результате этого происходит час-
тичное отражение, преломление и трансформация
типов волн. Ультразвуковые волны постепенно
рассеиваются во все стороны, причем степень рас-
сеивания определяется, главным образом, отно-
шением длины упругой волны X к среднему диа-
метру d зерен-кристаллов, а также степенью ани-
зотропии материала. Особенно большое затухание
наблюдается при отношении X/t/ = 3 . В этом слу-
чае к рассеиванию волны прибавляется поглоще-
ние, связанное с релаксацией теплопроводности
анизотропных кристаллов. При \<d в каждом
зерне затухание определяется в основном погло-
щением.
В гетерогенных поликристаллических мате-
риалах, например, чугуне, стали, затухание ис-
пользуют для исследования структурных факторов.
В крупнозернистых металлах колебания затухают
быстрее, чем в мелкозернистых. Для количествен-
ной оценки особенностей структуры металлов в
объект контроля направляют ультразвуковую вол-
ну и наблюдают за изменением амплитуды данно-
го сигнала при многоразовом отражении.
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных судов
419
Ультразвуковые структурные анализаторы ра-
ботают в диапазоне частот 0,7-11,2 МГц. Особен-
ность метода заключается в том, что для опреде-
ления показателей качества изделия его акусти-
ческие характеристики сравнивают с эталонным
образцом, форма и размеры которого соответству-
ют объекту контроля. Количественная оценка струк-
турного состояния характеризуется соотношением
амплитуд сигналов на различных частотах.
Электроакустический импедансный метод конт-
роля твердости известен как метол резонансных
датчиков (по частоте колебаний твердомеров) и
как ультразвуковой контактно-импедансный ме-
тод (по частоте, принципам контроля и измеряе-
мым параметрам). Рассматриваемый метод осно-
ван на измерении относительных изменений ме-
ханического импеданса колебательной системы.
Преобразования в зависимости от механических
свойств поверхности ОК осуществляют в зонах
введения волн.
Преобразователи, применяемые в электроаку-
стических импедансных твердомерах, представля-
ют собой различные варианты динамической сис-
темы возбуждения колебаний с одной степенью
свободы. Полным механическим импедансом (со-
противлением) такой системы называется отно-
шение комплексных амплитуд возбуждающей силы
Ги скорости г. Чувствительный элемент системы -
преобразователь, представляющий собой стержень,
на котором установлен алмазный (твердосплавный)
индентор, прилегающий к поверхности изделия.
С увеличением твердости глубина отпечатка и
площадь зоны контакта уменьшаются. Увеличе-
ние контактной гибкости приводит к уменьшению
собственной частоты нагруженного преобразова-
теля. Со снижением твердости уменьшается кон-
тактная гибкость и увеличивается частота. По
изменению частоты определяют твердость поверх-
ности объекта контроля.
Динамические вибрационные методы контроля
изгибной жесткости. Основаны на возбуждении
затухающих (импульсной ударной нагрузкой) или
незатухающих (вынужденными синусоидальны-
ми нагрузками) колебаний и определений пара-
метров колебательного процесса - частоты, дек-
ремента. добротности, амплитуды. Плотность ма-
териалов контролируют импульсными, фазовыми,
амплитудными и спектральными акустическими
методами. Информацию о плотности несут ско-
рость и затухание упругих колебаний, частотный
спектр, а также интенсивность ультразвуковой
волны, прошедшей через металл или отразившей-
ся от него.
Структуру, упругие характеристики крупнозер-
нистых и композиционных материалов оценива-
ют по скорости распространения продольных волн
в разных направлениях. Кроме того, строят годог-
рафы скоростей для главных направлений. Точ-
ность определения плотности композиционных
материалов с хаотичным расположением напол-
нителя зависит от распределения наполнителя и
его местной ориентации, погрешностей форми-
рования волокон и их укладки. Точность опреде-
ления коэффициента затухания волны достигает
15-20 % при частоте заполнения упругих импуль-
сов 50 500 кГц. На высоких частотах усиливает-
ся влияние состояния поверхности. Если матери-
ал получен в процессе прессования, то модуль
упругости и плотность материала определяют при
различных давлениях по результатам измерения
скорости ультразвуковых волн.
7.3.4. Использование методов
неразрушающего контроля для диагностики
при техническом обслуживании
Использование методов неразрушающего кон-
троля при техническом обслуживании (ТО) авиа-
ционной техники связано с контролепригод-
ностью деталей, узлов и конструкций, которая
достигается разными способами.
Основной характеристикой контролепригодно-
сти материала является материал изделия. Напри-
мер, ультразвуковому контролю подлежат одно-
родные материалы с мелкозернистой структурой,
которая минимально рассеивает ультразвуковые
волны при частоте колебаний 1,8-5,0 МГц. Для
магнитопорошкового контроля наиболее пригод-
ны материалы с однородными ферромагнитными
свойствами. Вихретоковому контролю подверга
ются неферромагнитные материалы с однородной
электропроводностью. Капиллярный метод при-
меняется для материалов, нерастворимых в орга-
нических растворителях.
Учитываются материал и толщина покрытий
(гальванических, химических, лакокрасочных).
Они подбираются таким образом, чтобы можно
было выполнить вихретоковый, магнитопорош-
ковый или ультразвуковой контроль основного
420
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
материала деталей без удаления покрытий. На-
пример, толщина лакокрасочных покрытий для
вихретокового контроля должна быть не больше
0,5 мм. Не подлежат капиллярному контролю
детали с покрытием из пластичных металлов
(кадмий, медь, серебро и др.), имеющих в усло-
виях нагрузки относительное удлинение, боль-
шее, чем удлинение основного материала.
Выбор формы и зоны контроля зависит от за-
планированного метода контроля и, наоборот, ме-
тод контроля выбирают в зависимости от формы
и зоны контроля. Например, наличие узких ребер
и пазов, галтелей маленького радиуса усложняет
технологию контроля ультразвуковым, вихретоко-
вым и магнито порошковым методами.
Учитывается способ обработки поверхности
детали при выборе метода контроля. Обработка
должна позволять контролировать и выявлять кор-
розионно-усталостные трещины. Так, детали, ко-
торые контролируют при техническом обслужи-
вании капиллярным методом, на заключительных
этапах изготовления не должны подвергаться
дробеструйной или скоростной токарной и поверх-
ностно-термической обработке. На обработанных
таким образом деталях возможно возникновение
трещин с малым раскрытием, которые не выявля
ются капиллярными методами. В таких случаях
назначают не капиллярные методы, а ультразву-
ковые, вихретоковые или другие.
Регламентируется шероховатость поверхности
детали в' зоне контроля. Для применения боль-
шинства методов контроля шероховатость повер-
хности должна быть не больше R, =40. Для кон-
струкций, которые контролируют ультразвуковым
методом, также ограничивают шероховатость внут-
ренней (донной) поверхности. Как правило, она
должна быть не больше R, =80. Для этого метода
необходимы также качественно обработанные кон-
тактные площадки для размещения ультразвуко-
вых преобразователей.
Обеспечивается доступность к деталям и узлам,
которые проверяются, в конструкции ОК путем
использования люков, обзорных окон, съемных
панелей и т. п.
Назначается уровень размеров дефектов, кото-
рые необходимо обнаружить, и в зависимости от
этого выбирается метод контроля, если не суще-
ствует других ограничений. Например, для выяв-
ления поверхностных усталостных трещин с рас-
крытием меньше 1 мкм при шероховатости по-
верхности R7 не больше 12,5 мкм оптимальным
является капиллярный метод контроля.
При выборе метода неразрушающего контроля
необходимо учитывать влияние дефектов на ме-
ханические (эксплуатационные) свойства контро-
лируемых изделий.
7.3.5. Определение объемов
и периодичности диагностики
Объем и технология контроля во многом зави-
сят от методов эксплуатации АТ - по ресурсу, по
состоянию и комбинированный [66].
Если эксплуатация осуществляется по состоя-
нию, то планируются периодические контрольно-
проверочные работы, по результатам которых при-
нимается решение о дальнейшей эксплуатации.
При совмещенном методе эксплуатации часть эле-
ментов объекта эксплуатируется по техническому
состоянию, остальные - по ресурсу. Только от 60
до 75 % агрегатов и систем современной авиаци-
онной техники удается перевести на эксплуата-
цию по состоянию (опыт авиакомпаний «ПАН
Америкен», «Эйр Канада» и пр.). Поэтому комби-
нированный метод эксплуатации в настоящее вре-
мя является основным.
Переход на эксплуатацию по техническому со-
стоянию и на комбинированный метод эксплуа-
тации способствует повышению уровня надежно-
сти ВС благодаря внедрению наиболее тщатель-
ного контроля значительно большего числа дета-
лей ОК в условиях эксплуатации и ремонта. При
этом существенно увеличивается доля деталей,
состояние материала которых определяется мето-
дами дефектоскопии.
Порядок проведения работ по техническому
обслуживанию и контролю определяется типом ВС
и может быть разным. Однако в программах тех-
нического обслуживания объектов осуществляют-
ся некоторые общие принципы использования
средств дефектоскопии. Рассмотрим основные из
них. Частые проверки предполагается выполнять
визуально. Для проверок с большим межконтроль-
ным периодом используются инструментальные
средства.
В качестве примера можно привести организа-
цию НК самолетов типа В-707. На начальном этапе
эксплуатации часть нагруженных элементов пла-
нера проверялась методами дефектоскопии через
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных судов
421
3000 ч. Через 12 500 ч (5 лет эксплуатации) конт-
ролировались все сильно нагружение элементы с
оценкой состояния свойств материала. Следую-
щий такой контроль осуществлялся уже через
6500 ч (через 3 года после первого тщательного
контроля при общей наработке 19 000 ч). После
наработки самолетом 25 000 ч (через 10 лет экс-
плуатации) выполняли полный контроль материа-
лов всех ответственных элементов с проведением
контроля методами дефектоскопии. При возрас-
тании наработки и возникновении усталостных
трещин и коррозии межконтрольные интервалы
уменьшают. Детали и узлы конструкций с одина-
ковыми графиками контроля условно объединя-
ют в группы.
Для реализации этих принципов определения
периодичности кон гроля необходимо знать веро-
ятность появления дефектов в критических дета-
лях в разные временные промежутки эксплуата-
ции ВС и скорость развития дефектов. Так, если
дефект обнаруживается в большом количестве эк-
земпляров при значительной наработке, то необ-
ходимо существенно изменить сроки и периодич-
ность контроля.
Работы по контролю и диагностике основная
функция лабораторий НК предприятий. Инфор-
мация, которую собирает лаборатория, использу-
ется для формирования предложений относительно
дальнейшей эксплуатации. Такая информация
необходима также для корректирования систем
технического обслуживания и ремонта. Наиболее
объективное корректирование системы обеспечи-
вается при детальном анализе получаемой статис-
тической информации.
7.3.6. Экспертно-технологические
системы диагностики
Техническая диагностика, основанная на ме-
тодах дефектоскопии - надежный индикатор без-
опасности. Получение данных о показателе каче-
ства, свойствах и характеристиках материала ОК
связано с большим объемом информации. В ми-
ровой практике выделяются экспертные системы,
для обслуживания которых объемы информации
минимизируются, а вероятность правильных ре-
шений увеличивается.
Рассмотрим тенденции и перспективы оценки
технического состояния авиационных конструк-
ций в процессе их обслуживания, ремонта и экс-
плуатации. Разработки таких систем разделяются
на пять основных направлений.
Первое - применение средств неразрушающе-
го контроля элементов, деталей, узлов, систем
воздушного судна.
Второе - разработка методологии определения
физическими методами неразрушающего контро-
ля напряженно-деформированного состояния
объектов диагностирования.
Третье - создание методик тестового диагнос-
тирования конструкции ВС, основанных на мето-
дах НК.
Четвертое - построение систем мониторинга на
базе разработок методов и средств контроля кон-
кретных изделий.
Пятое - обоснование принципов оценки ре-
зультатов неразрушающего конгроля при серти-
фикации АТ.
Рассмотрим каждое из указанных направлений.
1. Обосновывается методика выбора методов
НК деталей и узлов ВС. Методика базируется на
выявлении трешин критических размеров и опре-
делении параметра формы дефекта, которые за-
кладывают в контрольные образцы, и на обработ-
ке сигналов от датчиков первичной информации
средств НК.
Учитывая, что при контроле деталей авиаци-
онной техники обычно используют ручной конт-
роль, применяют документальную регистрацию
координат и размеров выявленных дефектов и
компьютерную обработку результатов.
2. Учитываются и изучаются факторы, влия-
ющие на напряженно-деформированное состоя-
ние и усталостную прочность, а также разраба-
тываются эффективные методы и средства их оп-
ределения. Структурная неоднородность влияет
на концентрацию напряжений, прочность, кор-
розионную стойкость, пластичность, герметич-
ность, износостойкость и т. п. Дефекты сварных
соединений играют роль надрезов, ослабляют
сечение, создают концентрацию напряжений и
объемность напряженного состояния. Установле-
но, что при вибрационных нагрузках даже неболь-
шие дефекты заметно влияют на усталостную
прочность материала. Дефект представляет тем
большую опасность, чем меньше радиус закруг-
ления его вершины и чем больше его размеры.
Пластичность материала оказывается достаточ-
ной, чтобы приостановить рост напряжений в
422
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
местах их концентрации до тех пор, пока сред-
ние напряжения в ослабленном сечении не дос-
тигнут предела текучести.
Исследования показали, что повышенная хруп-
кость стали может быть следствием старения в
процессе деформирования растяжением при тем-
пературе 100-500 °C. Наклеп и обусловленное им
старение значительно увеличивают хрупкость стали
и сдвигают порог номинальной прочности в сто-
рону положительных температур.
Дополнительными причинами разрушений при
рабочих напряжениях являются остаточные на-
пряжения, возникающие в процессе сварки и
сборки вследствие неравномерного распределе-
ния температуры и возникновения силового воз-
действия на расширяющийся при нагревании
металл со стороны окружающего более холодно-
го металла. При определенном сочетании нерав-
номерного распределения температур и жесткос-
ти объекта развивающиеся механические напря-
жения достигают предела текучести материала,
что сопровождается его пластическим деформи-
рованием. Остаточные напряжения также оказы-
вают влияние на склонность материала и свар-
ных соединений к хрупкому разрушению. Одна-
ко сжимающее напряжение является барьером на
пути движущейся трещины.
Характер распределения напряжений можно
установить следующими методами: поляризаци-
онно-оптическим, хрупких покрытий, магнито-
упругим, вихретоковым. Для этого создана гамма
индикаторов и приборов для определения напря-
женно-деформированного состояния. Физико-ме-
ханические свойства поверхности изделий из ста-
лей аустенитного и аустенитно-ферритного клас-
сов определяют с помощью вихретоковых прибо-
ров, работающих на повышенных частотах (100
400 МГц).
На основе многолетнего опыта проведения де-
фектоскопии сварных соединений и определения
напряженно-деформированного состояния свар-
ных конструкций [57], а также теоретического
обобщения закономерностей напряжений около
дефектов стыковых сварных соединений в зави-
симости от их расположения в шве и упругих ха-
рактеристик шва и основного металла при раз-
личных видах нагружения разработана методоло-
гия определения коэффициентов концентрации
напряжений в вершинах дефектов по результатам
неразрушающего контроля трубчатых конструк-
ций, сосудов и аппаратов. Принцип определения
коэффициентов концентрации напряжений осно-
ван на применении количественных критериев
оценки дефектов - размеров критической трещи-
ны и параметров формы дефекта, - а также кор-
реляционных зависимостей между коэффициен-
том концентрации напряжений и параметрами
(амплитудой, фазой и т.п.) сигналов, которые вы-
дают средства неразрушающего контроля.
Реализация аналитических методов прогно-
зирования долговечности объектов диагностиро-
вания возможна при наличии эксперименталь-
ных данных о реальном состоянии объекта кон-
троля.
3. Целью третьего направления является раз-
работка методики тестового диагностирования
изделий при их эксплуатации. В основу методики
положены требования нормативно-технической
документации, корреляционные связи между на-
пряженным состоянием, размерами и видом де-
фектов. Разработанная система тестового диагно-
стирования включает следующие блоки: характе-
ристики объекта диагностирования; формализо-
ванная модель объекта; формализованные модели
дефектов; математическая модель системы и ал-
горитма диагностирования; аппаратурное обеспе-
чение системы. Определение количественных зна-
чений показателей, применяемых при оценке тех-
нического состояния, осуществляют с помощью
комплексной системы контроля, созданной для
конкретного объекта диагностирования. Напри-
мер, для сосуда - состояние основного металла и
металла сварного соединения, коррозионные и
коррозионно-эрозионные повреждения, размеры
корпуса и толщины стенок, наличие утечек, мес-
та их расположения, величина и характер распре-
деления напряженно-деформированного состоя-
ния; наличие трещин в пределах чувствительнос-
ти средств контроля. Математическая модель об-
работки диагностических данных строится на
базовой матрице. Ее элементами являются при-
знаки и идентификаторы ряда напряжений и де-
фектов, упорядоченных согласно иерархической
структуре сосуда кодовыми обозначениями эле-
ментов.
При построении алгоритма функционирова-
ния системы технической диагностики конкрет-
ной задачи, в основном, используют детермини-
рованные и логические диагностические призна-
ки. Методологические принципы системы диаг-
7.3. Диагностика элементов конструкций воздушных судов
423
ностики заключаются в сборе данных об отказах
в процессе эксплуатации, регистрации в техно-
логических картах диагностируемых параметров
в процессе работы объекта диагностики с задан-
ным режимом нагружения. Упомянутые данные
получают средствами встроенного контроля или
во время периодических дефектоскопических об-
следований, визуально-оптическим контролем и
измерениями. Показатели технического состоя-
ния элементов конструкции определяют после
вывода ее из технологического цикла. В дальней-
шем проводится обработка полученной инфор-
мации, анализ и принятие решений. Иденти-
фикация дефектов и повреждений производится
на основании требований нормативной докумен-
тации.
4. Контроль технического состояния механи-
ческих систем, работающих в агрессивных средах,
обеспечивает система двухуровневого мониторин-
га. В качестве основы мониторинга используют
тестовое диагностирование на стадии изготовле-
ния и эксплуатации системы. Если учитываются
функциональные связи между конструктивными
частями системы, формализованная модель - это
«механическая система модуль - узел - элемент».
Такая четырехуровневая модель позволяет доста-
точно полно проводить мониторинг в соответст-
вии со структурно-иерархической схемой. Все со-
ставные векторы технического состояния систе-
мы сгруппированы в 4 параметра и 18 подпара-
метров. Их определяют средствами НК во время
дефектоскопического обследования, преобразуют
с помощью формул в признаки и вводят в компь-
ютер для обработки в соответствии с разработан-
ным алгоритмом. Используя статистические ве-
личины, вычисляют отдельно показатели состоя-
ния составляющих единиц системы и сравнивают
их с предварительными нормативно-допустимы-
ми (номинальными) либо наибольшими значени-
ями. Величина отклонений необходима для про-
гнозирования остаточного ресурса исходя из кри-
териев трещиностойкости, прочности, коррозион-
ной стойкости, изменения геометрии и т. п. После
вычисления и сравнения показателей признаков
принимают решение по устранению отрицатель-
ных изменений в элементах, объему ремонтно-вос-
становительных работ механической системы. Для
автоматизации операций наблюдения и оператив-
ного управления по устранению последствий при-
держиваются такой последовательности построе-
ния: разработка формализованной и математичес-
кой модели системы; разработка алгоритма диаг-
ностирования; аппаратурное обеспечение системы
контроля. Ее реализация на производстве - авто-
матизированное рабочее место механика (опера-
тора) участка.
5. С переходом на рыночную экономику воз-
никла необходимость в проведении сертификации
продукции и систем качества. Одной из функций
системы качества на предприятии является тех-
ническое диагностирование. Для проведения ра-
бот по сертификации систем качества и аттеста-
ции персонала по технической диагностике со-
здают независимые органы - аттестационные и
экспертные центры. Аттестация специалистов про-
водится в соответствии с требованиями европей-
ских стандартов.
Центры определяют принципы оценки уровня
качества, разрабатывают правила сертификации
методик и нормативных документов, аккредита-
ции подразделений НК и технической диагности-
ки. Принципы оценки НК и технической диагно-
стики заключаются в проверке: нормативно-тех-
нической документации для всех видов (методов)
контроля, которые применяются на предприятии;
организационной структуры служб контроля; сте-
пени участия конструкторов и технологов в выбо-
ре и назначении методов контроля и диагности-
рования; применяемых технологий и средств их
изменений; квалификации и полномочий специ-
алистов по НК и дефектоскопии; метрологичес-
кого обеспечения контроля; наличия документа-
ции на рабочем месте; критериев приемки (от-
браковки); оформления результатов контроля; со-
стояния рабочих мест и участков контроля.
Рассмотренные подходы реализованы в авиа-
ционных правилах и успешно применяются при
проведении сертификационных работ на предпри-
ятиях, выпускающих, эксплуатирующих, обслужи-
вающих и ремонтирующих авиационную технику.
424
Z ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
7.4. МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
7.4.1. Анализ статистических данных
об отказах и неисправностях
газотурбинных двигателей
Методы и средства диагностирования конкрет-
ных типов газотурбинных двигателей (ГТД) разра-
батывают, как правило, с учетом анализа особен-
ностей их конструкции, контролепригодности, ус-
ловий эксплуатации, принятой системы техничес-
кого обслуживания, а также данных о характерных
неисправностях конкретного типа двигателя или
двигателей-прототипов. Такой анализ направлен на
выявление наиболее информативных признаков, ха-
рактеризующих неисправное состояние двигателей,
идентификация которых должна обеспечить тре-
буемый уровень безопасности полетов и способ-
ствовать повышению эффективности использова-
ния авиационной техники.
Для анализа статистических данных об отказах
и неисправностях выбраны основные типы двига-
телей, устанавливаемых на воздушных судах, экс-
плуатируемых в Украине: Д-ЗОКУ, НК-8-2У,
НК-8-4, НК-86, РУ19А-300, ГТД-350. Этот ана-
лиз выполнен по данным, полученным в резуль-
тате обработки карточек учета неисправностей, а
также материалов дефектации головных и посту-
пающих в ремонт двигателей.
Обработка данных об отказах осуществлялась
в соответствии с рекомендациями, предложенны-
ми в работах [187, 460, 511, 516].
В зависимости от эксплуатационной техноло-
гичности и ремонтопригодности авиадвигателей,
материально-технической оснащенности авиапред-
приятий и квалификации их персонала отказы
авиадвигателей в эксплуатации делят на следую-
щие три группы: приводящие к досрочному съему
двигателей (ДСД); приводящие к досрочному съему
агрегатов (ДСА); отказы, устраняемые в условиях
эксплуатации (ОУЭ).
Поскольку большинство существующих мето-
дик оценки ТС ГТД базируется на анализе изме-
нений газодинамических параметров двигателей,
вызываемых изменением геометрических харак-
теристик элементов их проточной части, пред-
Рис. 7.3. Процентное соотношение отказов и не-
исправностей узлов и агрегатов двигателя Д-ЗОКУ:
1 компрессора; 2 - камеры сгорания; 3 турбины;
4 - реверсивного устройства; 5 - приводов агрегатов;
6 - системы смазки; 7 - топливорегулирующей аппа-
ратуры; 8 - электрооборудования; 9 коммуникаций;
10 пусковой системы; //- противообледенительной
системы; 12 - системы контроля и сигнализации;
13 - прочих
Рис. 7.4. Процентное соотношение отказов и не-
исправностей узлов и агрегатов двигателя Д-30КП:
1 компрессора; 2 камеры сгорания; 3 - турбины;
4 - реверсивного устройства; 5 приводов агрегатов:
6 маслосистемы; 7 - топливорегулируюшей аппарату-
ры; 8 - электрооборудования; 9 коммуникаций;
10 пусковой системы; // -противообледенительной
системы; 12 - системы контроля и сигнализации;
13 - прочих
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
425
Рис. 7.5. Распределение отказов двигателей Д-ЗОКУ по
конструктивно-производственным и эксплуатационным
причинам
55%
Рис.7.6. Распределение отказов двигателей Д-ЗОКП по
конструктивно-производственным и эксплуатационным
причинам
ставляет интерес оценка возможной номенкла-
туры видов повреждений основных узлов. С этой
целью рассмотрим особенности распределения от-
казов и неисправностей по основным узлам и кон-
структивным элементам эксплуатирующихся га-
зотурбинных двигателей.
Распределение отказов по узлам и системам
двигателей различного типа весьма неоднородно.
Например, для двигателей Д-ЗОКУ наибольшая
доля от всех зарегистрированных отказов (рис. 7.3)
приходится на следующие узлы и системы, %:
пусковая система - 15,9; топливная система 14,8;
компрессор 14.
Для двигателей Д-ЗОКП (рис. 7.4) наиболее ха-
рактерны отказы реверсивного устройства - 39,7 %,
асреди других узлов отказы распределены следую-
щим образом, %: компрессор 4,9; турбина - 6,5;
приводы агрегатов - 5,7; маслосистема - 10; ком-
муникации систем - 8; пусковая система 7,8; топ-
ливорегулирующая аппаратура 5,3.
Как показал анализ, отказы, приведшие к ДСД,
вызваны конструктивными, эксплуатационными,
производственными (К+ Э+ П) причинами. Они
могут возникать при различных наработках в те-
чение всего жизненного цикла двигателя. На рис.
7.5 и 7.6 представлены диаграммы распределения
отказов двигателей Д-ЗОКУ и Д-ЗОКП по конст-
руктивно-производственным и эксплуатационным
причинам. Из этих данных видно, что наиболее
часто ДСД вызывают отказы узлов компрессора
Эк + К = 42 + 14 — 56 % и турбины - Эг + Kt =
= 3 + 24 = 27 % (рис. 7.5). Большая доля отказов
компрессора обусловлена влиянием эксплуатаци-
онных факторов (Эк = 42 %), в то время как отка-
зы турбины в значительной мере определяются
конструктивными причинами (Кт = 24 %). Отказы
по конструктивным причинам превалируют и для
прочих элементов двигателя Д-ЗОКУ (13 %).
В двигателе Д-ЗОКП досрочный съем связан с
ухудшением состояния узла турбины (рис. 7.6),
отказы которой Эт + К: = 13 + 55 = 68 %. Для
этого типа двигателей, как и для Д-ЗОКУ, сохра-
няется тенденция преобладания ДСД в результате
отказов компрессора из-за эксплуатационных фак-
торов (3. = 14 %) и турбины из-за конструктив-
ных факторов (Кл = 55 %).
Большая часть отказов компрессора вызвана по-
паданием посторонних предметов в проточную
часть двигателя. В отличие от компрессора отка-
зы камеры сгорания и турбины связаны, как пра-
вило, с процессами накопления повреждений.
Для двигателей семейства «НК», эксплуатиру-
ющихся в различных авиакомпаниях и производ-
ственных объединениях, большая часть отказов (от
35 до 90 %) приходится на проточную часть дви-
гателя. В свою очередь, проточная часть подвер-
жена целому ряду характерных повреждений и не-
исправностей, которые, в конечном итоге, и при-
водят к возникновению отказов и ДСД. В частно-
сти, для двигателя НК-8-2У [539] Внуковского ПО
(статистика за 1983 1987 гг.) наибольшая часть по-
вреждений проточной части, приводящих к ДСД,
приходится на узел компрессора (38-76 %), а по-
чти все остальные - на камеру сгорания и турби-
426
Z ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ну. Причем доля повреждений камеры сгорания со
ставляет от 4 до 24 %, а турбины от 12 до 34 %.
Для элементов проточной части ТРД РУ19А-300
кроме вышеуказанных видов повреждений харак-
терны также эрозия, обгар и забоины лопаток тур
бины. Так, по данным сводных ведомостей по-
вторяемости дефектов основных деталей двигате-
лей процент отбраковки лопаток турбины в сово-
купности по эрозии, обгару и забоинам в 1985 г.
на АРЗ 421 ГА составил 49 %, а в 1986 г. - 61 %
общего числа всех лопаток.
Независимо от типа ГТД для их проточной ча-
сти характерна определенная совокупность оди-
наковых повреждений и неисправностей. К таким
неисправностям относятся забоины, вмятины, по-
гнутости, трещины и обрывы лопаток компрессо-
ра (если рабочие колеса компрессора имеют бан-
дажируемые лопатки, то разбандажирование ло-
паток), разрушение спенслоя для рабочих колес
компрессора, трещины и прогары элементов ка-
меры сгорания, закоксованность рабочих топлив-
ных форсунок, забоины лопаток турбины, их про-
гары, внутренние разрушения и заклинивания
ротора двигателя. Кроме общих для всех ГТД по-
вреждений имеются и специфические поврежде-
ния и неисправности, присущие только опреде-
ленному типу двигателей или определенным ус-
ловиям внешней среды. Специфические повреж-
дения и неисправности, определяемые в основном
конструктивными особенностями рассматривае-
мых двигателей, приведены ниже:
Д-ЗОКП - западание антивибрационных полок
рабочих лопаток вентилятора и, как следствие,
люфт между ними;
Д-ЗОКУ - выгорание, оплавление и коробле-
ние неохлаждаемых вставок разрезного кольца
соплового аппарата первой ступени турбины;
НК-8-2У - недопустимые люфты лопаток
спрямляющего аппарата компрессора низкого дав-
ления, обгар отражателей и форсуночной плиты
камеры сгорания, металлический налет на лопат-
ках турбины;
НК-8-4 - выкрашивание металла на антивиб-
рационных полках лопаток вентилятора;
НК-86 - касание входных кромок рабочих ло-
паток о козырьки соплового аппарата турбины,
выпадение вставок соплового аппарата;
РУ19А-300 - выпадание втулки завихрителя
камеры сгорания, трещины корпуса соплового
аппарата турбины.
Кроме того, для двигателей семейства «НК»
характерна такая неисправность, как уменьшение
запаса газодинамической устойчивости компрес-
сора ниже допустимого значения, что приводит к
помпажу.
Помимо неисправностей, выявленных в усло-
виях дефектации элементов проточной части дви-
гателей, при ремонте в процессе специально про-
веденных исследований обнаружено значительное
изменение площадей сопловых аппаратов отдель-
ных ступеней турбины.
Практически все рассмотренные виды неис-
правностей ГТД связаны с изменением геомет-
рических характеристик проточной части, а также
с изменением шероховатости поверхности кана-
лов ее элементов. Перечень характерных неис-
правностей проточной части двигателя и харак-
теристика их воздействия на поток представлены
в табл. 7.2.
В таблице приведены следующие виды неис-
правностей проточной части ГТД. Такие неис-
правности как загрязнение входного устройства,
лопаток компрессоров и турбин, а также корро-
зия (эрозия) элементов проточной части характе-
ризуются параметром еш = кш /Ь , где кш - высота
неровностей, b - характерный геометрический
размер (хорда лопатки). Индекс i соответствует
номеру ступени компрессора или турбины. Уве-
личение радиальных зазоров в рабочих колесах
компрессоров и турбин определяется параметром
брк - абсолютным значением радиального зазора.
Эрозия (коррозия) лопаток, разрушение лопаток
направляющего аппарата характеризуется парамет-
рами: b/t густота решетки направляющего аппа-
рата, где Ь- хорда лопатки, t- шаг решетки; Ри -
угол натекания потока на лопатку рабочего коле-
са в относительном движении; aKj - угол натека-
ния потока на лопатку рабочего колеса в абсо-
лютном движении. Самопроизвольное изменение
отбора воздуха на охлаждение турбины и в систе-
му кондиционирования воздуха (СКВ) определя-
ется относительными расходами воздуха gOKIt и
. Самопроизвольный поворот лопаток регули-
руемых направляющих аппаратов компрессоров и
сопловых аппаратов турбин характеризуется углом
поворота <рр11а и площадью проходного сечения
Гат, а закоксованность (засорение) форсунок
суммарной площадью их выходных отверстий Г
Рассмотренные виды неисправности в ММ ра-
бочего процесса двигателя отображаются следую-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
427
Таблица 7.2. Характерные неисправности проточной части
газогенератора
Вид неисправности Параметр состояния, зависящий от неисправности Параметр, отображающий иеисправиость в ММ ГТД
Загрязнение входного устройства £ III.ВХ °вх
Эрозия поверхности входного устройства £ ш.вх °вх
Загрязнение лопаток л.’
Эрозия (коррозия) ло- паток еш,б/г, ₽„., ак,
Увеличение радиаль- ных зазоров в рабочем колесе 5Р«,- Ли . Аа
Разрушение лопаток на- правляющего аппарата b/t Ли . Atf
Самопроизвольный по- ворот лопаток регули- руемых направляющих аппаратов Фрлл k,
Самопроизвольное из- менение отбора воздуха на охлаждение турбины goxa Gxi
Самопроизвольное из- менение отбора воздуха в СКВ после у -й сту- пени компрессора £>ускв 1 к., G„
Прогар трещины в жа- ровой трубе ф , Л.ф, GT
Закоксованность (засо- рение) топливных фор- сунок ф,Рт.ф,Ст, ф,‘
Коррозия (эрозия) ло- паток турбины £цпг ЛТ,',А,
Закоксованность лопа- ток турбины > ^'Т ЛтЛА-
Изменение радиальных зазоров в турбине 5т, л„‘,а, iJt;
Самопроизвольный по- ворот С А FcaT А„
щими параметрами: овх коэффициентом сохра-
нения полного давления во входном устройстве;
т)‘ КПД вентилятора; т)и* - КПД /-го каскада
компрессора; т)г - КПД горения; т],.* - КПД /-го
каскада турбины; / - работой /-го каскада комп-
рессора; /т,- работой /-го каскада турбины; GK1 -
расходом воздуха через компрессор; (7 - часовым
расходом топлива; Ртф - давлением топлива перед
форсунками; Ау. = G^T'/P* - параметром расхо-
да газа через турбину, где 6Г- секундный расход
газа через турбину; Р’ - давление заторможенно-
го потока газа перед турбиной.
Из анализа данных следует, что такие неис-
правности, как загрязнение, коррозия, эрозия, за-
боины лопаток приводят к увеличению коэффи-
циента потерь £,0. С увеличением радиального
зазора возрастают гидравлические потери и умень-
шается величина работы непосредственно в рабо-
чем колесе, в котором увеличился радиальный за-
зор. Такое же влияние оказывает и обрыв лопаток.
В связи с этим можно сделать вывод, что прак-
тически все виды неисправностей оказывают вли-
яние на газодинамические параметры двигателя,
оценив которые можно определять ТС ГТД.
Выполненный анализ отказов и неисправнос-
тей узлов и деталей двигателей свидетельствует о
том, что большинство повреждений, обнаружен-
ных при разборке и дефектации, можно было бы
выявить на ранней стадии их развития при нали-
чии достоверной методики диагностирования по
газодинамическим параметрам и не допустить от-
казов ГТД в полете, приводящих к тяжелым по-
следствиям.
7.4.2. Методы оценки технического состояния
газотурбинных двигателей
Авиационные двигатели являются наиболее
сложными и дорогостоящими функциональными
системами ВС, эксплуатационная надежность ко-
торых непосредственно влияет на безопасность
полетов. Поддержание заданного уровня эксплуа-
тационной надежности двигателя - одна из основ-
ных задач, которые ставятся перед эксплуатирую-
щими авиационную технику предприятиями.
В рамках существующего метода технического
обслуживания широкое применение нашли мето-
ды инструментального контроля ТС ГТД, кото-
рые обеспечивают выявление различных неис-
правностей деталей, узлов и систем двигателя.
Наиболее простым и доступным методом, да-
ющим информацию о состоянии поверхности уз-
428
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
лов и деталей двигателя (лопаток компрессоров и
турбин, камеры сгорания, дисков, сварных швов
корпусов), является визуальный метод контроля с
использованием различных электронно-оптичес-
ких средств: бароскопов, эндоскопов, средств тех-
нического зрения [277, 498]. С их помощью ус-
пешно выявляется обширная группа неисправно
стей, связанных с растрескиванием, прогарами, ко-
роблением, коррозией, эрозией, выработкой
контактных поверхностей, износом элементов ла-
биринтных уплотнений, нагарообразованием и др.
Для выявления микротрещин, раковин, непро-
варов и других повреждений деталей, к которым
имеется доступ при ТО, применяются такие мето-
ды неразрушающего контроля, как методы маг-
нитной дефектоскопии, вихревых токов, ультра-
звуковой, а также капиллярный (метод проника-
ющих красок) [160].
В последнее время все большее развитие полу-
чают методы и средства радиографического конт-
роля деталей двигателей в эксплуатации 1160], что
имеет большое значение для своевременного об-
наружения скрытых дефектов в деталях ГТД, рас-
положенных в местах, недоступных для контроля
другими методами.
Для оценки ТС деталей, контактирующих с мас-
лом, используют методы и средства обнаружения,
анализа содержания и состава продуктов износа в
масле. К их числу относятся, например, использо-
вание магнитных пробок, устанавливаемых в мас-
лоотводяших магистралях двигателя, детекторов
(сигнализаторов) стружки, методы контроля содер-
жания металлов в периодически отбираемых про-
бах масла. Известен целый ряд методов оценки
содержания продуктов износа в масле, к числу ко-
торых относятся полярографический, калоримет-
рический, химический, механический с центрифу-
гированием и фильтрацией, метод «пятна» и др.
Наиболее широкое применение получил спектро-
метрический анализ [58, 160].
При контроле ТС ГТД на земле все большее
развитие получают сложные с точки зрения при-
меняемой аппаратуры методы анализа вибраций
и шума (акустический) |42, 413], а также анализа
заряженных частиц, обнаруженных в выхлопных
газах с помощью электростатических зондов [2271.
К перспективным следует также отнести методы
поиска усталостных трешин и других разрушений
деталей с помощью акустической эмиссии и го-
лографии [160].
Некоторые из упомянутых диагностических
методов пока еще не вышли из стадии экспери-
ментально-теоретических исследований, интенсив-
но выполняемых у нас и за рубежом, например,
специальные методы диагностического анализа
вибраций и шумов двигателя (виброакустическая
диагностика), диагностическая интерпретация со-
става заряженных частиц в выхлопе и др.
Существуют методы, обеспечивающие обнару-
жение неисправностей задолго до опасного, тре-
бующего немедленного вмешательства, их разви-
тия. Такие методы, как контроль наличия и кон-
центрации металлов в масле, контроль вибраций
и шумов, анализ зарегистрированных в полете
параметров двигателя, могут обеспечить раннюю
диагностику и прогнозирование состояния его
элементов.
Для оценки ТС ГТД на всех этапах эксплуата-
ции применяются параметрические методы кон-
троля и диагностики [29, 327, 370, 448, 508, 536].
Современные подходы к оценке ТС, реализую-
щие параметрические методы, базируются на ма-
тематическом описании рабочего процесса дви-
гателя (математической модели). Наличие мате-
матической модели, достаточно точно описыва-
ющей физические процессы, происходящие в
двигателе, позволяют выявлять неисправности,
приводящие к изменению параметров его рабо-
чего процесса.
Как показывает опыт, ни один из упомянутых
способов диагностики не является универсальным
и не исключает необходимости применения ос-
тальных. Это относится не только к методам прин-
ципиально различного характера, как, например,
сигнализация и анализ стружки в масле и визу-
ально-оптический контроль, но и к аналогичным
по своей структуре подходам. Все они в той или
иной степени дополняют один другого и поэтому
для наиболее полного выявления вероятных не-
исправностей двигателей должны применятся, по
возможности, в совокупности.
Диагностическое и прогностическое использо-
вание информации, полученной благодаря при-
меняемым устройствам и методам, базируется на
том подтвержденном многолетним опытом обсто-
ятельстве, что термодинамические, механические
(например, уровень вибраций, концентрация ме-
таллов в масле и т. п.) параметры, измеренные в
различные моменты времени на одном и том же
режиме и при одинаковых внешних условиях, пока
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
429
двигатель исправен, остаются статистически оди-
наковыми в течение достаточно длительного сро-
ка эксплуатации.
В ряду различных методов контроля и диагно-
стики авиадвигателей особое место занимают па-
раметрические методы, так как им присущи важ-
ные для практики особенности, заключающиеся
в следующем:
диагностическую информацию получают на
работающем двигателе, что позволяет при непре-
рывной или достаточно частой регистрации пара-
метров выявить ряд неисправностей на ранней
стадии, проследить их развитие и прогнозировать
дальнейшее изменение состояния;
получение информации, необходимой для при-
менения параметрической диагностики в эксплу-
атации, обычно не требует специального препа-
рирования и дооборудования двигателей;
параметры рабочего процесса ГТД связаны со-
отношениями, основанными на хорошо согласу-
ющейся с экспериментом теории этих двигателей,
что обеспечивает возможность достаточно стро-
гого математического описания процессов, про-
текающих в проточной части двигателя, и приме-
нения математических моделей для решения раз-
личных задач.
7.4.3. Параметрические методы
диагностики
Проблеме разработки и совершенствования
параметрических методов диагностирования как
у нас в стране, так и за рубежом в настоящее вре-
мя уделяют большое внимание [29, 66, 327, 370,
448, 508 , 626, 861]. В рамках этой проблемы про-
водят исследования математической модели (ММ)
рабочего процесса, анализ возможных отклонений
характеристик двигателя в различных условиях по-
лета, определяют расчетные режимы контроля па-
раметров. разрабатывают автоматизированные си-
стемы диагностирования. Отечественная и зару-
бежная практика свидетельствует о том, что наи-
более устойчивыми и легко реализуемыми
режимами, которые целесообразно использовать
для целей диагностирования, являются установив-
шиеся режимы работы двигателя в крейсерском
полете ВС [5, 29, 273, 752, 864].
Рассматривая существующие методы исполь-
зования полетной информации, можно выделить
два основных подхода. Первый из них состоит в
том, что по измеренным на диагностируемом дви-
гателе значениям параметров с помощью ММ вы-
числяют значения неизмеряемых параметров,
определяющих состояние проточной части двига-
теля, таких, например, как: КПД компрессора и
турбины, площади выходных сечений сопловых ап-
паратов, реактивного сопла и т. д. Эти значения
сравнивают с базовыми, вычисленными по той же
модели для исходного состояния исправного дви-
гателя на выбранном диагностическом режиме.
На основании сравнения по определенным ал-
горитмам оценивают текущее состояние двигате-
ля [623, 784, 785, 860].
Второй подход состоит в том, что измеренные
значения параметров диагностируемого двигателя
сравнивают со значениями тех же параметров,
измеренных ранее на том же двигателе в исправ-
ном состоянии и в том же режиме его работы.
В результате сравнения вычисляют отклонения из-
меренных параметров от базовых, которые, в свою
очередь, могут использоваться двумя способами.
Первый - это анализ тенденций изменения изме-
ряемых параметров (анализ трендов), вызванных
возникновением и развитием неисправностей ГТД
[5, 29, 187, 587]. Второй способ заключается в срав-
нении полученных отклонений параметров от их
базовых значений с элементами диагностических
матриц, полученных на основе специальных пре-
образований линейной ММ рабочего процесса
двигателя [29, 587].
Для снижения затрат времени на идентифика-
цию ТС авиадвигателя процесс диагностирования
целесообразно осуществлять последовательно, ре-
ализуя несколько взаимосвязанных уровней, оп-
ределяющих глубину диагностирования [29, 187].
На первом уровне, используя относительно про-
стые методы и алгоритмы диагностики, оценива-
ют класс состояния двигателя, т. е. устанавлива-
ют, исправен или не исправен двигатель. На вто-
ром уровне, применяя для неисправного двигате-
ля более сложные методы и алгоритмы, определяют
вид неисправности с глубиной диагностирования
до узла и причины ее появления. На третьем уровне
локализуют адрес неисправности до конструктив-
ного элемента двигателя.
Для параметрического диагностирования ГТД
необходимо иметь нормативные данные о предель-
ных отклонениях от базовых значений конкрет-
ных параметров или характеристик. Наиболее про-
430
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
стым способом установления предельных откло-
нений параметров является использование либо
основных технических данных двигателя, заявлен-
ных в нормативно-технической документации,
либо диагностических допусков, полученных в
результате экспериментально-теоретических ис-
следований [103, 152]. Если значения параметров
(или заданных допусков), определенных априор-
но на основе установленных диапазонов их рассе-
ивания или заведомо исправных двигателей, то со-
стояние относится к категории исправных. Такой
подход чаще всего используется при контрольно-
сдаточных испытаниях серийных двигателей на за-
воде-изготовителе или при наземных опробованиях
двигателя в условиях эксплуатации.
Следует отметить, что прямое использование
основных технических данных для обоснования
критериев состояния двигателя не может быть
достаточно эффективным, так как ошибки конт-
рольных измерений параметров зачастую соизме-
римы с величинами нормативных допусков. Это
приводит к неоднозначности выводов при оценке
состояния двигателя, обусловленной влиянием
ошибок 1 -го и 2-го рода.
Вместо совокупности единичных параметров
для оценки технического состояния ГТД часто
используют ряд каким-либо образом обоснован-
ных комплексных (обобщенных) параметров
[5, 165, 249]. Суть такого подхода заключается в том,
что процесс, характеризуемый многими компонен-
тами, описывают функцией от контролируемых па-
раметров объекта: П = /(/<,., X,), где/7-обобщен-
ный параметр; f - функция, которую подбирают,
например, из условия максимальной чувствитель-
ности обобщенного параметра на проявление не-
исправностей; К. - весовые коэффициенты; X -
контролируемые параметры.
Обобщенные параметры не всегда имеют фи-
зический смысл, что затрудняет анализ процес-
сов, протекающих в двигателе, а также усложняет
понимание взаимосвязи изменения критериев с
проявлением конкретной неисправности. Что ка-
сается некоторых обобщенных параметров, име-
ющих физический смысл, то их расчет часто со-
провождается большими погрешностями и это
существенно снижает достоверность диагностиро-
вания.
Для оценки технического состояния двигателя
могут быть применены методы разделения в про-
странстве признаков [151]. Эти методы основаны
на «гипотезе компактности», в соответствии с ко-
торой точки, отображающие одно и то же состоя-
ние, группируются в ограниченной области про-
странства признаков. Таким образом, состояние
двигателя можно оценить по вектору состояния в
w-мерном пространстве, где координатами про-
странства служат т параметров двигателя. Однако
построение доверительной гиперповерхности пре-
дельных состояний, учитывающей все возможные
состояния двигателя и их сочетания, представля-
ется весьма сложной задачей.
Для решения задач 2-го и 3-го уровней глуби-
ны диагностирования в существующих методах,
как правило, используют вероятностные, детер-
минированные и комбинированные диагностичес-
кие модели двигателя. Наиболее подробная клас-
сификация диагностических моделей двигателя и
предъявляемые к ним требования даны в работах
[29, 66, 229, 508].
Вероятностные методы диагностирования ос-
нованы на стохастических взаимосвязях состоя-
ний и их признаков. Постановка задачи в вероят-
ностной трактовке обоснована в работе [187]. Здесь
рассмотрена система, которая находится в одном
из случайных состояний. Известна совокупность
признаков (параметров), каждый из которых с
определенной вероятностью характеризует состо-
яние системы. Требуется разработать решающее
правило, с помощью которого предъявленная со-
вокупность диагностических признаков могла бы
отразить одно из наиболее вероятных состояний.
Основной проблемой в применении вероятност-
ных методов является формирование алгоритмов
распознавания, которые позволили бы по извест-
ным распределениям признаков состояний при-
нимать решение о диагнозе. В основу формирова-
ния этих алгоритмов могут быть положены мето-
ды Байеса, последовательного анализа и др. [229].
В практике эксплуатации в настоящее время
нашел широкое применение метод матриц [29, 151,
587], основанный на оценке отклонений регистри-
руемых термогазодинамических параметров двига-
теля от эталонных значений и сравнении их с
отклонениями этих параметров, предварительно
рассчитанными для различных возможных неисп-
равностей двигателя. Так можно определить стати-
стически наиболее вероятную неисправность [151].
Однако при малом числе контролируемых па-
раметров метод матриц имеет существенный не-
достаток, состоящий в том, что различные неис-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
431
правности могут вызвать примерно одинаковые
изменения регистрируемых параметров.
Для раннего обнаружения неисправностей про-
точной части ГТД можно измерять и интерпрети-
ровать свойственные ранним формам неисправ-
ностей малые отклонения термогазодинамических
параметров на выбранном режиме диагностиро-
вания. Поэтому для нахождения и анализа соот-
ношений между малыми отклонениями указанных
параметров в целях ранней диагностики исполь-
зуют линейные математические модели рабочего
процесса двигателя. Приемы составления и лине-
аризации исходных уравнений, обоснование вво-
димых при этом допущений, оценка связанных с
ними погрешностей и многочисленные примеры
подробно изложены в работе [29, 587].
Решение системы линейных уравнений в ма-
лых отклонениях позволяет составить диагности-
ческие матрицы, связывающие зависимые (конт-
ролируемые) и независимые параметры, являю-
щиеся параметрами или признаками состояния.
Данный подход нашел весьма широкое распрост-
ранение, по крайне мере в теоретическом плане,
как у нас в стране, так и за рубежом [29, 587, 860].
Для исключения погрешностей, обусловленных су-
щественной нелинейностью термогазодинамичес-
ких соотношений, в настоящее время вместо ли-
нейных применяют нелинейные матаматические
модели рабочего процесса ГТД.
Указанные методы хорошо зарекомендовали
себя при диагностировании ГТД в условиях стен-
довых и летных испытаний в процессе доводки
двигателей, когда объем исходной параметричес-
кой информации намного больше числа возмож-
ных состояний элементов проточной части. Однако
в процессе эксплуатации номенклатура измеряе-
мых параметров значительно меньше, что ограни-
чивает применение этих методов эксплуатацион-
ными предприятиями. Кроме того, к недостаткам
существующих методов параметрического диагно-
стирования следует отнести тот факт, что для ло-
кализации неисправности необходимо на основе
анализа обнаруженных отклонений измеряемых па-
раметров косвенно определить, изменились ли та-
кие неизмеряемые параметры (диагностические
признаки состояния двигателя), как КПД узлов,
площади проходных сечений сопловых аппаратов
и т. п. Но обнаруживаемые при этом ненулевые
отклонения, например, КПД узлов г]/ , не обяза-
тельно должны рассматриваться как признаки их
неисправности. Они могут быть вызваны смеще-
нием рабочей точки на характеристиках по каким-
либо другим причинам. Задачей диагностирования
двигателя является выявление именно той части
изменения параметра, которая произошла за счет
изменения технического состояния узла. Эту зада-
чу невозможно решить без введения в математи-
ческую модель ГТД уравнений, описывающих из-
менение в процессе эксплуатации характеристик
компрессоров, турбин, переходных каналов, сопел
и др.
Экспериментальные исследования [43] пока-
зывают, что увеличение шероховатости поверх-
ностей лопаток компрессора и турбины приво-
дит к существенному изменению их характерис-
тик. На рис. 7.7 сплошными линиями изображе-
на исходная характеристика компрессора, а
штриховыми - при ухудшении состояния его про-
точной части.
При совместной работе элементов исправно-
го ГТД рабочая точка А находится на исходной
линии рабочих режимов (ЛРР). В процессе ухуд-
Рис.7.7. Изменение характеристики компрессора в про-
цессе эксплуатации
432
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
шения проточной части компрессора рабочая
точка смещается вниз на напорную кривую
лк’=/(нпр,6впр) измененной характеристики (точ-
ка В) и за счет роста температуры газа перед тур-
биной - влево по данной напорной кривой (точ-
ка А'). Таким образом, при измерении регистри-
руемых в процессе эксплуатации параметров, либо
при расчете этих параметров по математической
модели, фиксируется совокупное изменение сте-
пени повышения давления в компрессоре л, ,
приведенного расхода воздуха G„p и КПД Ч, .
Однако отклонения этих параметров, связанные
с изменением характеристик вследствие неисп-
равности компрессора, соответствует значениям
, 1%** на подобном диагностическом режиме,
определяемом значениями чисел Маха Л/ и Ми.
Расхождение между указанными параметрами до-
вольно значительное, что приводит к существен-
ным погрешностям при формировании диагнос-
тических матриц, вплоть до изменения знака
отклонения того или иного параметра при опре-
деленном сочетании неисправностей и, как след-
ствие, к ошибочному диагнозу состояния про-
точной части ГТД. Аналогичные рассуждения
справедливы при рассмотрении характеристик
узла турбины.
Для исключения этой погрешности ММ долж-
ны учитывать изменение характеристик узлов дви-
гателя в зависимости от вида неисправности.
В работе [1681 при формировании линейной ма-
тематической модели двигателя изменение КПД
компрессора рассматривается как сумма двух сла-
гаемых: =/(лк, л)+Лт]к*. Первое из них отра-
жает смешение рабочей точки в поле характерис-
тик компрессора и в явном виде в модели не фи-
гурирует. Второе слагаемое Дт]/ , остающееся явно
в модели, учитывает смещения характеристик, свя-
занные, например, с увеличением шероховатости
поверхности лопаток или радиальных зазоров, с
деформациями лопаток и т. д. Однако изменение
КПД компрессора т],* и, соответственно, степени
повышения давления л/ , здесь определяется в
предположении, что работа компрессора, переда-
ваемая воздуху на данной приведенной частоте
вращения ротора «пр, остается постоянной, что с
достаточной степенью точности справедливо лишь
для низконапорных компрессоров (л/<4). Для
высоконапорных компрессоров это предположе-
ние неверно, причем, чем больше лк’, тем боль-
ше ошибка.
Изменение характеристик входного устройства,
компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла
в процессе эксплуатации происходит вследствие
увеличения шероховатости поверхности проточ-
ной части, механических повреждений элементов,
прогаров «горячей» части ГТД и т. д. (табл. 7.2).
Для идентификации состояния элементов и узлов
двигателя с использованием ММ, учитывающей
изменение их характеристик, необходимо иметь
количественные взаимосвязи между признаками
конкретных видов неисправностей и параметра-
ми рабочего процесса. Данные взаимосвязи мож-
но получить либо теоретически, либо при помо-
щи экспериментальных исследований. Математи-
ческие методы их отображения в ряде случаев
вызывают большие затруднения, связанные с не-
обходимостью описывать пространственное тече-
ние потока в каналах. Поэтому следует использо-
вать оба направления для оценки влияния различ-
ных видов поврежденности проточной части и
основных эксплуатационных факторов на изме-
нение характеристик узлов ГТД.
Основной проблемой при разработке парамет-
рических методов диагностирования ГТД на ус-
тановившихся режимах работы является постро-
ение адекватной (нелинейной) ММ рабочего про-
цесса, учитывающей изменение характеристик
узлов двигателя. При этом следует отметить, что
эффективное применение параметрических ме-
тодов возможно для двигателей повышенной кон-
тролепригодности (например, Д-18Т, Д-236,
Д-436, ПС-90А).
Основные положения разработанного метода,
базирующегося на анализе нелинейных матема-
тических моделей рабочего процесса ГТД с уче-
том изменения характеристик его узлов, изложе-
ны в работах [43, 150].
Следует отметить, что многие неисправности
ГТД достаточно достоверно могут быть выявлены
на установившихся диагностических режимах. Ряд
неисправностей (например, снижение запаса га-
зодинамической устойчивости компрессора) не
существенно ухудшают работу ГТД на установив-
шихся режимах, но могут заметно снизить надеж-
ность двигателя на переходных режимах эксплуа-
тации, в особенности на больших высотах и при
маневрах самолета. Некоторые неисправности на
неустановившихся режимах могут быть связаны с
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
433
непредусмотренным изменением внутренней гео-
метрии двигателя или искажениями показаний
датчиков. Двигатели гражданских и военных са-
молетов достаточно длительное время работают в
нестационарных условиях. При этом велика веро-
ятность того, что отказ двигателя произойдет на
неустановившемся режиме, в связи с чем методы
диагностирования, которые базируются на инфор-
мации о стационарном режиме, принципиально
оказываются недостаточно эффективными.
С разработкой и внедрением сравнительно не-
дорогих компьютерных бортовых систем сбора и
обработки информации, приспособленных для
большого числа самолетов современных поколе-
ний, появилась возможность получения данных
о работе двигателя на неустановившихся режи-
мах как во время полета, так и при наземных
испытаниях. Поэтому в последнее время в прак-
тике эксплуатации авиационной техники наряду
с традиционными методами стали уделять вни-
мание методам диагностирования ГТД на неус-
тановившихся режимах [169, 533, 784, 785]. Од-
нако оценка ТС ГТД на таких режимах не нашла
широкого применения в эксплуатации. Напри-
мер, в работе [581 ] идентификация состояния ГТД
осуществляется визуально на основе проведен-
ной классификации форм «образов» неисправно-
стей (плошади, углы наклона очертаний и т. п.).
Процедура такой опенки ТС ГТД имеет субъек-
тивный характер и, кроме того, «образ» неис-
правности в значительной мере зависит от изме-
нения внешних условий. В работах [784, 785] ло-
кализация неисправностей более формализована
за счет применения усовершенствованной про-
цедуры оценки методом наискорейшего спуска,
обеспечивающим минимальное отклонение рас-
четных значений скоростей изменения парамет-
ров от измеренных.
Рассмотренные методы диагностирования ГТД
на неустановившихся режимах пока еще не выш-
ли из стадии экспериментальных исследований и
требуют дальнейшего развития.
7.4.4. Системы диагностики
газотурбинных двигателей
В настоящее время как у нас в стране, так и за
рубежом ведутся интенсивные исследования, на-
правленные на создание автоматизированных си-
стем диагностирования (АСД), реализующих раз-
личные методы оценки ТС ГТД [29, 66, 238, 257,
327, 370, 448, 508, 861]. Разработки ведутся в на-
правлении как создания АСД, используемых при
проведении различных видов испытаний двигате-
лей в стендовых условиях, так и АСД оценки и
контроля ТС ГТД в условиях эксплуатации.
Применяемые в эксплуатации АСД в зависи-
мости от вида и способов получения диагности-
ческой информации, ее обработки и представле-
ния конечных результатов подразделяются на на-
земные, бортовые и наземно-бортовые [166].
Наземные АСД обеспечивают возможность кон-
троля ТС различных функциональных систем ВС,
как правило, при помощи тестового диагностирова-
ния. Наиболее широкое распространение получили
АСД этого типа для оценки ТС бортового оборудо-
вания. В частности, система TQUATE фирмы RCA
предназначена для контроля состояния электрон-
ного оборудования, устанавливаемого на самолетах
США. Подобного типа системы позволяют всесто-
ронне исследовать объект диагностирования на зем-
ле, однако положительные результаты оценки ТС
объекта диагностирования, полученные в наземных
условиях, не исключают возможности появления
неисправности в полете. В этой связи с помощью
наземных АСД, как правило, оценивают ТС систем,
имеющих резервирование.
Для такой важной с позиции обеспечения без-
опасности полета ВС и экономической эффектив-
ности его функциональной системы, какой явля-
ется авиадвигатель, оценка ТС с применением
наземной АСД недостаточна. К тому же примене-
ние только наземных АСД для оценки и контроля
изменения ТС ГТД сопряжено с большими рас-
ходами топлива и ресурса двигателя, приводящи-
ми к увеличению эксплуатационных расходов.
В бортовых АСД используется оборудование,
позволяющее получать необходимую диагности-
ческую информацию в процессе полета ВС или
при его работе на земле и оперативно ее анализи-
ровать с помощью бортовой цифровой вычисли-
тельной машины. Результаты анализа ТО сообща-
ются экипажу с помощью специальных техниче-
ских средств отображения информации. Приме-
ром бортовой АСД может служить система типа
MADAR [695]. Автоматический режим работы этой
системы осуществляется бортовой вычислитель-
ной машиной. При этом, в соответствии с задан-
ной программой, идентифицируются измеряемые
28 8-470
434
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
параметры. Их значения сравниваются с храня-
щимися в запоминающем устройстве допустимы-
ми пределами. Решаются логические уравнения,
связывающие несколько параметров, и диагнос-
тическая информация передается на устройство
регистрации. Диагностирование двигателя осуще-
ствляется на установившихся режимах полета и
работы двигателя. Оценивают ТС двигателя по
программе допускового контроля.
К недостаткам бортовых АСД следует отнести
то, что вследствие ограничения массы бортового
оборудования уменьшаются и возможности сис-
темы, позволяющей использовать только упрощен-
ные алгоритмы диагностирования.
Учитывая преимущества и недостатки назем-
ных и бортовых АСД, в настоящее время все боль-
шее внимание уделяют созданию и применению
наземно-бортовых АСД, в которых регистрация и
предварительная обработка полетных данных осу-
ществляется на борту, а основная обработка диаг-
ностической информации выполняется на земле
с использованием мощных стационарных ЭВМ.
Достоинством таких систем является возможность
ввода информации о ТС не только с бортовых ре-
гистраторов, но и дополнительных данных, полу-
чаемых в процессе ТО, а также статистических
данных о надежности контролируемых объектов,
причинах развития конкретных неисправностей и
т.д. Анализ опубликованных данных о перспек-
тивных планах оснащения авиакомпаний систе-
мами контроля авиационной техники позволяет
заключить, что в дальнейшем именно наземно-
бортовые АСД будут основным их видом [5, 120,
290, 303, 695, 752, 864]. Необходимо отметить, что
выбор типа и состава АСД, а также программ их
функционирования производится каждой авиаком-
панией исходя из специфики ее коммерческой де-
ятельности.
Наземно-бортовые АСД по способу сбора пер-
вичной диагностической информации можно ус-
ловно разделить на системы с ручной регистраци-
ей параметров и с автоматизированным сбором
информации бортовыми накопителями [5, 120, 290,
303, 752].
В нашей стране для контроля технического со-
стояния ГТД таких самолетов, как Ту-154, Ту-134,
Ил-62, Ил-62М, Ан-24, применяют системы, ос-
нованные на использовании данных ручной регис-
трации полетных параметров в специальных кар-
тах с дальнейшей обработкой этой информации на
земле [5, 695]. Среди таких систем можно отме-
тить АСД «Контроль-8-2У» [5] и «Анализ-86» [120,
290], положительно зарекомендовавшие себя в под-
разделениях гражданской авиации.
К недостаткам этих систем следует отнести ог-
раниченный объем информации и возможность
субъективизма при регистрации полетных пара-
метров. Немаловажным фактором, снижающим
эффективность подобных АСД, является также
ручной ввод информации с полетных карт в ЭВМ.
Но основной недостаток, присущий АСД с огра-
ниченным объемом полетных данных, является
оценка ТС двигателя только до первого уровня
диагностирования (двигатель в целом). Для обес-
печения возможности диагностирования ГТД с
идентификацией неисправного узла необходимо
наличие большого количества статистического
материала по каждому из видов возможных неис-
правностей конкретного двигателя. К тому же при
внесении в двигатель серьезных доработок, что
имеет место в практике, возникает необходимость
повторного обследования больших партий одно-
типных исправных и неисправных двигателей в
течение длительных сроков их эксплуатации.
На большинстве самолетов ГА, находящихся в
серийной эксплуатации, регистрация и хранение
диагностической информации осуществляется бор-
товыми накопителями типа МСРП-64 и МСРП-
256. Следует отметить, что создание АСД, исполь-
зующих информацию, регистрируемую накопите-
лями этих типов, связано с трудностями, заключа-
ющимися в том, что регистраторы проектировались,
в основном, для целей контроля техники пилоти-
рования экипажами и расследования причин авиа-
ционных происшествий, а не для оценки ТС эле-
ментов и систем ВС. Малое число регистрируемых
параметров, сложность расшифровки полетной
информации затрудняет, а для двигателей некото-
рых эксплуатируемых ВС вообще исключает воз-
можность создания АСД на базе информации, на-
капливаемой регистраторами этих типов.
Указанные недостатки могут быть в значитель-
ной степени устранены при создании наземно-
бортовых АСД ГТД перспективных ВС, в част-
ности, двигателей ПС-90, ТВ-7-117, предназна-
ченных для самолетов Ту-204, Ил-96-300,
Ил-114 [303, 187]. Следует подчеркнуть, что эти
самолеты оборудованы бортовыми вычислитель-
ной машиной и системой регистрации парамет-
ров МСРП-А-02, обладающей более широкими
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
435
техническими возможностями по сравнению с вы-
шеотмеченными средствами сбора и обработки ин-
формации.
За рубежом применяются различные комплекс-
ные системы регистрации и анализа параметров,
состоящие из систем аварийной регистрации па-
раметров, регистрации эксплуатационных (диаг-
ностических) параметров и оперативной оценки
полетной информации. К таким системам отно-
сятся MIDAS. ADAS, SADAS. EFDAS, AIDAPS,
AIDS и др. [273, 695, 864]. Современным требова-
ниям к регистрации информации в полете и ана-
лизу ее как на земле, так и в воздухе с целью ре-
шения задач технической диагностики наиболее
полно отвечают системы AIDS фирмы Hamilton
Standart [864] и XMAN [752].
Система AIDS рассчитана на раннее обнару-
жение неисправностей двигателей в полете и сбор
информации, необходимой для последующей
оценки общего состояния двигателя и его узлов-
модулей. Программа GEM наземного анализа не-
исправностей двигателей CF-6 на самолете А-310
разработана фирмой General Electric (США) с уча-
стием авиакомпаний KLM, Lufthansa и SAS.
Программа GEM диагностики состояния дви-
гателей позволяет решать следующие основные
задачи:
методом наименьших квадратов определить
изменение КПД и производительности вентиля-
тора компрессоров и турбин высокого и низкого
давлений и оценить состояние ГТД на установив-
шемся режиме крейсерского полета;
оценить состояние двигателя и его узлов после
переборки по данным контрольных стендовых ис-
пытаний с измерением тяги и расхода воздуха, а
также других параметров в отдельных точках вмес-
то непрерывной записи в крейсерском полете;
анализировать точность реализации програм-
мы управления положением регулируемых направ-
ляющих аппаратов компрессора и клапана пере-
пуска воздуха из подпорных ступеней низкого дав-
ления в наружный контур;
анализировать тенденции изменения вибраций
в двух точках двигателя для определения трендов
неуравновешенности ротора низкого давления.
Недостатком этой системы является использо-
вание линейной ММ для определения изменения
параметров рабочего процесса и функциональных
параметров двигателя, а также отсутствие мето-
дик анализа причин ухудшения этих параметров.
Фирма Sistems Control Technology (ACT), ис-
пользовав накопленный опыт контроля техничес-
кого состояния авиационных двигателей и разра-
ботки наземных систем обработки информации,
создала экспертную систему диагностики типа
XMAN, предназначенную для технического обслу-
живания двигателей. Эта система является эксперт-
ным (интеллектуальным) интерфейсом для штат-
ной наземной системы ED/CEMS4 - системы вы-
работки решений для проведения технического
обслуживания двигателей. Система ED/CEMS4
соединяет в себе функции сбора и обработки дан-
ных с анализом тенденций изменения контроли-
руемых параметров двигателя, графическим пред-
ставлением результатов и диагностированием не-
исправностей двигателей.
Система XMAN - совокупность трех модулей
математического обеспечения: базы знаний, базы
данных и управляющей части (модуля извлече-
ния знаний). С помощью программного редак-
тора в систему можно добавлять новые правила
выявления неисправности, а ее базу данных фор-
мировать из реальной информации базы данных
системы ED/CEMS4, которая постоянно попол-
няется. Управляющая часть определяет взаимо-
действие базы знаний и базы данных. Она содер-
жит правила анализа дерева решения, драйвер ма-
тематического обеспечения, служащий для на-
глядной демонстрации операций, требуемых для
проведения технического обслуживания двигате-
ля, а также обеспечивает работу системы в интер-
активном режиме (режиме вопросов и ответов).
В этой системе значительно усовершенствованы
системы сбора и обработки информации по тех-
ническому обслуживанию и диагностированию
двигателей.
К недостаткам экспертной системы XMAN сле-
дует отнести зависимость диагноза от квалифика-
ции специалиста-оператора. Кроме того, здесь ис-
пользуется примерно та же база знаний, что и в си-
стеме AIDS с уже рассмотренными недостатками.
Приведенные выше материалы позволяют сде-
лать следующие выводы:
1. В связи с развитием бортовых автоматизи-
рованных систем, позволяющих осуществлять сбор
и хранение первичной диагностической инфор-
мации, а также с появлением в эксплуатации дви-
гателей повышенной контролепригодности, все
большее развитие получают методы диагностиро-
вания авиационных ГТД, базирующиеся на исполь-
436
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
зовании математических моделей рабочего про-
цесса двигателя.
2. Учитывая преимущества и недостатки назем-
ных и бортовых АСД, в настоящее время все боль-
шее внимание уделяют созданию и применению
наземно-бортовых'АСД, в которых регистрация и
предварительная обработка полетных данных осу-
ществляется на борту, а основная обработка диаг-
ностической информации выполняется на земле с
использованием мощных стационарных ЭВМ.
3. С разработкой и внедрением компьютерных
систем сбора информации самолетов современ-
ного поколения появилась возможность получе-
ния более подробных данных о работе двигателя
на всех режимах и, как следствие, возможность
развивать методы диагностирования ГТД на ^ус-
тановившихся режимах.
4. В большинстве существующих методов ди-
агностирования ГТД используется информация об
установившихся режимах, тогда как некоторые
неисправности (например, уменьшающие запас
устойчивости компрессора по помпажу) могут быть
надежно идентифицированы только на неустано-
вившемся режиме.
5. Используемые в настоящее время методы
диагностирования ГТД, базирующиеся на матема-
тическом моделировании его рабочего процесса,
не учитывают изменения характеристик основных
узлов двигателя в эксплуатации. Этот факт может
привести к неточности в оценке ТС проточной
части вплоть до ошибок диагностики.
6. Для учета изменения характеристик узлов
двигателя необходимо разработать методику оцен-
ки влияния наиболее вероятных видов неисправ-
ностей элементов проточной части, выявленных
при дефектации, на параметры рабочего процесса
соответствующего узла.
7. Характеристики входных и выходных уст-
ройств, переходных каналов, удлинительных труб
представляют собой однопараметрические зави-
симости, определяемые значениями коэффици-
ента восстановления полного давления, что по-
зволяет без особых трудностей моделировать не-
исправности этих узлов в математических моде-
лях двигателя.
8. Процентное распределение отказов и неис-
правностей по узлам ГТД, выявленное на основе
анализа дефектации, показывает, что основная их
часть приходится на узлы компрессора и турби-
ны, причем при повышении параметров рабочего
процесса двигателя (степени повышения давления
лк*, температуры газов перед турбиной т’) уве-
личивается доля отказов, приходящихся на узел
турбины. В связи с этим особое внимание необ-
ходимо уделить разработке методики перестрое-
ния характеристик этих узлов с учетом влияния
на них эксплуатационных факторов.
9. В настоящее время разрабатываются мето-
дики расчета характеристик компрессора в зави-
симости от влияния различных эксплуатационных
факторов, а изменение характеристик турбины
вообще не принимается во внимание при разра-
ботке диагностических моделей. Поэтому при по-
строении адекватной математической модели ра-
бочего процесса двигателя необходимо исключить
этот недостаток.
7.4.5. Система управления
техническим состоянием
газотурбинных двигателей
повышенной контролепригодности
В настоящее время в эксплуатационной прак-
тике наибольшее развитие находят системы, пред-
усматривающие использование бортовых средств
контроля и накопления информации о техничес-
ком состоянии двигателя, которые позволяют про-
водить оценку исправности, работоспособности,
правильности функционирования и поиск неис-
правности до съемного узла [32, 37, 120, 290, 301,
303, 317, 319, 467]. Для решения этих задач разра-
ботано множество методов и средств диагностики
[6, 29, 30, 41, 66. 149, 150. 166, 187, 229. 257, 302,
304-306, 318, 350].
Эффективность разработанных систем пара-
метрического контроля и диагностики опреде-
ляется: контролепригодностью и приспособлен-
ностью двигателя к диагностированию в объеме,
обеспечивающем выявление неисправностей и
контроль ТС в полете; наличием мощной и на-
дежной бортовой системы контроля параметров,
позволяющей контролировать состояние двига-
теля и его функциональных систем на различных
режимах работы; высокой разрешающей способ-
ностью методов и средств диагностики, обеспе-
чивающих обнаружение неисправностей на ран-
них стадиях их возникновения и развития в про-
цессе эксплуатации; развитой системой приня-
тия решений о возможности и целесообразности
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
437
эксплуатации двигателя, поиска и устранения
неисправностей, возможности использования
неразрушающих методов и средств контроля и
регулирования двигателя; профессиональным
уровнем специалистов по диагностированию и
технической эксплуатации двигателей; возмож-
ностью постоянного наращивания и совершен-
ствования средств и методов инструментального
контроля и диагностики.
Существуют несколько путей снижения расхо-
дов на техническое обслуживание и ремонт дви-
гателей с одновременным обеспечением требуе-
мого уровня надежности. Одним из них является
обеспечение доступности двигателей на крыле для
проведения осмотров и текущего ремонта без сня-
тия двигателя, а также возможности его легкой и
быстрой замены в случае необходимости. Другой
путь - использование комплексной системы диаг-
ностирования для проведения технического обслу-
живания по состоянию с контролем параметров.
В нем использование трудоемких методов нераз-
рушающего контроля регламентируется системой
диагностики.
Высокий уровень развития методов и средств
контроля, обеспечивающий возможность не только
оценки работоспособности или исправности эле-
ментов на момент контроля, но и более глубокого
анализа их технического состояния и прогнози-
рования его изменения в предстоящем периоде
эксплуатации, позволяет использовать в практике
эксплуатации третий вид предельного состояния
предотказное состояние и стратегию обслужива-
ния (эксплуатации) по состоянию с контролем
параметров.
Главное отличие конструкции современных
двигателей как объекта ТОиР в целом наличие
более совершенных и развитых систем встроен-
ного контроля, обнаружения и распознавания не-
исправностей в полете и при техническом обслу-
живании. Эти системы собирают информацию о
работе двигателей в полете, регистрируют ее на
МСРП и, в случае необходимости, выдают инфор-
мацию о неисправностях на индикаторы монито-
ров пилотов.
Проверка работоспособности оборудования и
систем ГТД производится с помощью встроенных
средств контроля на борту, а также на земле пу-
тем использования средств автоматизированной
обработки полетной информации, записанной на
магнитные носители.
Современные стратегии ТОиР ГТД предусмат-
ривают реализацию системы эксплуатации «по
техническому состоянию с контролем параметров»,
позволяющую отслеживать и управлять процессом
технического обслуживания авиационных ГТД,
осуществляя индивидуальный контроль ТС дви-
гателей и выполняя продолжительные работы по
ТО (осмотры, регулировки и др.) только по необ-
ходимости.
Информацию о техническом состоянии изде-
лия получают путем измерения его функциональ-
ных параметров и сигналов. Измерения произво-
дятся с определенной периодичностью на наибо-
лее информативных для диагностируемой систе-
мы режимах работы двигателя в полете, при
испытаниях на земле или выполнении различных
форм ТО. Для этого используются штатные при-
боры самолета, средства автоматического контро-
ля двигателя, средства технического диагностиро-
вания и неразрушающего контроля. Учитываются
также данные регистрации в бортовых журналах
или специальных карточках контроля параметров.
Для непрерывного контроля и анализа техни-
ческого состояния, предупреждения отказов авиа-
ционных двигателей в полете используются мето-
ды бортового и наземного контроля, диагностики
и автоматизированного поиска неисправностей
ГТД, включающие автоматическую регистрацию
и визуальный контроль параметров и сигналов,
методы экспресс-обработки в целях оперативного
контроля и раннего обнаружения отказов, методы
диагностики проточной части по термогазодина-
мическим параметрам, методы контроля контуров
топливной и масляной систем, вибродиагности-
ки, акустической и температурной диагностики,
методы визуального контроля. На рис. 7.8 приве-
дена общая схема управления техническим состо-
янием (ТС) авиационных газотурбинных двигате-
лей в эксплуатации.
Диагностика проточной части двигателя по тер-
могазодинамическим параметрам основана на ана-
лизе тенденций отклонения параметров, диагнос-
тических признаков (КПД узлов, коэффициентов
потерь полного давления и др.) и специальных
параметров (времени выбега роторов, заброса тем-
пературы на запуске, времени перекладки ревер-
са, времени срабатывания системы механизации
компрессора) от эталонных значений, что обус-
ловлено развитием неисправностей. Этот метод
позволяет обнаруживать прогары, коробления жа-
438
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.8. Схема управления техническим состоянием авиационных ГТД в эксплуатации
ровых труб камер сгорания и сопловых аппаратов
турбин, повреждения уплотнений, остаточные де-
формации, коррозионные и эрозионные повреж-
дения лопаток турбокомпрессоров, разрушения
элементов противопомпажных систем, загрязне-
ния проточной части и другие неисправности.
Вибродиагностика ГТД позволяет обнаруживать
увеличение в процессе эксплуатации неуравнове-
шенности роторов вследствие обрыва лопаток,
разрушения элементов опор или повышенный
износ подшипников опор роторов. С помошью
специальных средств вибродиагностики, предназ-
наченных для спектрального анализа вибраций,
могут быть выявлены нерасчетные режимы рабо-
ты зубчатых передач и шлицевых соединений,
повышенные зазоры в подшипниках, закоксован-
ность топливных форсунок, приводящая к вибра-
ционному горению топлива.
Тесные корреляционные связи существуют
между скоростью износа деталей ГТД, омываемых
маслом, и накоплением в нем продуктов износа,
изменением его физико-химических свойств, что
позволяет использовать масло как ценный носи-
тель диагностической информации.
Многие элементы конструкции ГТД (рабочие
лопатки, диски, валы роторов и др.) подвержены
действию тепловых и силовых нагрузок, вызыва-
ющих накопление в материале детали скрытых
повреждений, приводящих к появлению макро-
скопических трещин. Возникающие рассеянные
повреждения невозможно обнаружить визуально
и достоверно оценить с помощью какого-либо
метода неразрушающего контроля в связи с тем,
что стадия накопления скрытых повреждений до
появления видимых трещин составляет порядка
90 % времени до полного разрушения. Техничес-
кое состояние указанных деталей можно оценить,
используя численные методы контроля расходо-
вания ресурса, учитывающие влияние основных
факторов нагружения и характеристики прочное-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
439
Рис. 7.9. Схема процесса контроля и управления ресурсом авиационных ГТД в эксплуатации при участии
разработчика
ти и использующие одну из теорий суммирования
повреждений.
Наиболее целесообразной формой реализации
ресурсных возможностей авиационных двигателей
является установление дифференциальных ресур-
сов основным узлам и элементам по их фактичес-
кому состоянию. Ресурс по состоянию позволяет
наиболее полно использовать заложенные в его
конструкцию запасы прочности элементов и обес-
печивает, благодаря этому, наибольший экономи-
ческий эффект при сохранении высокой безотказ-
ности двигателей в эксплуатации.
Контроль за выработкой ресурса, подкреплен-
ный анализом ТС двигателя, позволяет устанав-
ливать индивидуальные ресурсы и сроки службы
двигателям. На рис. 7.9 приводится схема процес-
са контроля и управления ресурсом авиадвигате-
ля в эксплуатации при участии разработчика.
Система управления технической эксплуатаци-
ей (СУТЭ) авиационных ГТД эксплуатационных
предприятий (ЭП) является составной частью си-
стемы управления летной и технической эксплуа-
тацией авиационной техники (СУЛиТЭ АТ), по-
этому большая часть модулей СУТЭ ГТД функци-
онирует в рамках СУЛиТЭ АТ. К ним, в первую
очередь, относятся модули учета наличия комп-
лектующих изделий (КИ) и контроля состояния
АТ, учета наработок и ресурсов, отказов и неис-
правностей, контроля за движением оборотного
фонда и запасных частей, контроля фактической
выработки ресурса, учета и контроля выполнения
рекомендаций бюллетеней и доработок двигате-
ля, управления процессом ТОиР и использовани-
ем парка ГТД (рис. 7.10).
Базовыми модулями СУТЭ авиационных ГТД
ЭП являются системы: параметрического контро-
ля и диагностики (СПКД) двигателя; сбора и об-
работки данных об отказах и неисправностях;
поиска и устранения неисправностей двигателя;
контроля выработки ресурса и характеристик проч-
ностной надежности; информационного обеспе-
чения процесса технической эксплуатации газо-
турбинных двигателей.
Управление производством в крупных ЭП яв-
ляется сложной многоуровневой системой, пред-
ставляющей собой системную совокупность зам-
кнутых контуров управления, иерархия которых
определяется производственной структурой ЭП.
Контур управления технической эксплуатацией
(ТЭ) авиационных двигателей достаточно широк
и охватывает как структурные подразделения ЭП -
цеха оперативного и периодического обслужива-
ния, лабораторию диагностики (ЛД) и планово-
диспетчерский отдел (ПДО), - так и разработчи-
ков авиационных двигателей, которые осуществ-
ляют контроль за техническим состоянием (ТС),
надежностью и ресурсом парка двигателей и уп-
равляют ими, разрабатывая специальные мероп-
риятия и доработки, устанавливая и продлевая
ресурсы.
440
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
1. Управление использованием
парка АТ
7.1. Расписание
1.2. Долгосрочный план
1.3. Годовой план
1.4. Месячный план
1.5. Оперативное управление
4. Управление
административно-
хозяйственной деятельностью
4.1. Кадры
4.2. Экономика
4.3. Табель
4.4. Охрана труда
4.5. Обучение
4.6. ОТК
4.7. Руководитель
2. Управление техническим
состоянием АТ
2.1. Основные изделия
2.2. Агрегаты на ВС
и двигателях
2.3. Отклонение от ТТ
2.4. Регламент ТОиР
2.5. Бюллетени
2.6. Доработки
2.7. Лопатки ГТД
2.8. Параметры ГТД
2.9. Анализ масла
2.10. Технологии
2.11. Учет отказов
и неисправностей
2.12. Поиск и анализ отказов
2.13. Периодическое ТО
2.14. Оперативное ТО
2.15 Расшифровка полетной
информации
2.16 Мониторинг выработки
ресурса
3. Управление запасами агрегатов
и запчастей
3.1. Годевая заявка
3.2. Месячная заявка
3.3. Контроль запасов
3.4. Учет агрегатов на земле
3,5. Учет драгоценных металлов
3.6. Учет движения агрегатов
3.7. Комплектация
3 8. Рекламация
5. Управление средствами ТОиР
5.1. Метрология
5.2. Комплектация средств ТО
6. Ведение нормативно-справочной
информации
6.1. Кодификаторы
6.2. Эталоны
6.3. ГОСТы
6.4. Указания, приказы и др.
Рис. 7.10. Комплексы задач СУЛиТЭ АТ (подчеркнутые задачи решаются в рамках автоматизированных систем
учета доработок, диагностики и надежности)
В единой информационной базе предприятия
источниками оперативной и достоверной инфор-
мации о ТС двигателя являются службы цехов
оперативного и периодического обслуживания,
экипаж самолета, непосредственно получающие
информацию о его ТС в полете, при испытаниях
и техническом обслуживании, лаборатория диаг-
ностики, получающая и обрабатывающая полет-
ную и гоночную информацию с магнитных само-
писцев. Оттого, в какой степени автоматизирова-
ны сбор, обработка и передача информации в про-
цессе эксплуатации и ТО ГТД а, следовательно, и
решение задач управления производством, зави-
сит эффективность всего комплекса систем и
средств автоматизации управления процессом тех-
нической эксплуатации в ЭП.
Базовым звеном системы управления ТС авиа-
ционных двигателей в настоящее время является
лаборатория диагностики, которая, по сути, пре-
образовывается в центр по обработке и первично-
му анализу информации о ТС двигателя, поступа-
ющей от цехов, ПДО, экипажа и других служб ЭП,
а также от предприятия-разработчика двигателей.
Информационные массивы, накапливаемые в
лаборатории диагностики, позволяют централизо-
вать данные по всем видам ресурсов и по функци-
ям управления (надежности, ресурсу и техничес-
кому состоянию), благодаря чему могут быть со-
зданы условия для системной организации управ-
ления производством в отличие от позадачного
подхода в АСУ.
Организация системы сбора и обмена первич-
ной информацией, накапливаемой в центральной
базе данных лаборатории диагностики, оперативный
анализ и обобщение опыта эксплуатации по типу
или любому единичному экземпляру ГТД - все эти
возможности, предоставляемые новой информаци-
онной технологией, создают необходимые условия
для непосредственного участия разработчиков, из-
готовителей, поставщиков КП и органов государ-
ственного управления в инженерном, материально-
техническом, нормативном обеспечении эксплуата-
ции на протяжении всего срока службы ГТД.
Создание специализированного центра на базе
лаборатории диагностики позволяет сосредоточить
в одном месте обобщенную информацию по все-
му парку двигателей, необходимую для осуществ-
ления постоянного контроля за уровнем надеж-
ности эксплуатируемой АТ, и избежать массовых
отказов и снижения налета парка.
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
441
7.4.6. Задачи системы управления
техническим состоянием авиационных двигателей
повышенной контролепригодности
Система параметрического контроля и диагно-
стики (СПКД) ГТД предназначена для оценки его
технического состояния в процессе эксплуатации,
выявления и предупреждения отказов двигателя и
основных функциональных систем в полете.
Система включает автоматическую регистрацию
параметров и сигналов, записываемых на магнит-
ные самописцы, их экспресс-обработку после каж-
дого полета, контроль и анализ информации ме-
тодами параметрической диагностики. Она позво-
ляет производить оперативную оценку текущего
состояния двигателя и его функциональных сис-
тем запуска, топливной, масляной, механизации
компрессора, реверсирования тяги, вибросостоя-
ния двигателя и других на всех режимах его рабо-
ты, а также осуществлять анализ временных трен-
дов параметров. Для текущей оценки техническо-
го состояния применяется логический анализ па-
раметров и сигналов, экспресс-анализ полетной и
гоночной информации, визуальный контроль па-
раметров и сигналов. Дня среднесрочной оценки
и прогнозирования работоспособности двигателя
используется трендовый анализ, для чего строят-
ся зависимости изменения параметров от нара-
ботки и определяются тенденции их выхода за
предельные уровни. Комплексный анализ полет-
ной информации в лаборатории диагностики по-
зволяет классифицировать двигатели на «исправ-
ные» и «возможно неисправные», выявлять нару-
шения в работе систем двигателя и отказы системы
контроля и регистрации параметров, обоснован-
но принимать решения о ТС двигателя, необхо-
димых заменах, осмотрах и регулировках, прово-
дить автоматизированный поиск неисправностей.
В состав СПКД входят следующие основные
комплексы задач обработки информации [303]:
экспресс-анализ технического состояния ГТД
по полетной информации;
обработка и анализ результатов испытаний дви-
гателя:
комплексная диагностика двигателя по термо-
газодинамическим параметрам (трендовый анализ
комплексных, модельных и специальных парамет-
ров и невязок);
принятие решений о ТС двигателя и поиск от-
казов;
учет и контроль текущих и эквивалентных на-
работок двигателя и фактической выработки ре-
сурса;
контроль сообщений бортовых систем контро-
ля двигателя;
просмотр и визуализация полетной информа-
ции;
учет и ведение данных об отказах и мероприя-
тиях по их устранению;
термогазодинамическая модель двигателя для
его диагностики;
контроль расхода топлива;
оценка технического состояния маслосистемы
двигателя;
расчет тяги двигателя;
контроль вибросостояния двигателя;
формирование и ведение паспортных данных
и движения двигателей в процессе эксплуатации;
формирование и ведение формулярных данных
двигателя;
учет и ведение замечаний экипажа и лаборато-
рии диагностики;
формирование и ведение электронного ката-
лога-кодификатора ВС (ГТД), классификаторов,
используемых в комплексной системе информа-
ционного обеспечения технической эксплуатации
ГТД и нормативно-справочной информации и ру-
ководящей документации.
С точки зрения алгоритмизации все задачи ком-
плексной автоматизированной системы (КАС)
параметрического контроля и диагностики техни-
ческого состояния авиационных ГТД делятся на
группы, которые включают задачи оперативной
оценки ТС, диагностики и прогнозирования, по-
иска отказов и информационные задачи.
К группе основных задач оперативной оценки
технического состояния авиационного двигателя
относятся задачи контроля сообщений БСКД, эк-
спресс-анализа полетной информации, обработ-
ки и анализа гонок, а также просмотра и визуали-
зации полетной информации. Решаемые в комп-
лексе задачи позволяют контролировать работу
двигателя и его систем на протяжении всего поле-
та, на всех режимах его работы по полетной ин-
формации, записанной в магнитном регистраторе
МСРП-А-02.
Ко второй группе относятся задачи, связан-
ные с контролем и диагностикой двигателя по
измеряемым в полете параметрам. В эту группу
входят задачи трендового анализа диагностиче-
442
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
ских параметров проточной части, контроля мас-
лосистемы, расхода топлива, тяги и вибродиаг-
ностики двигателя. К ним также относится рас-
чет модельных параметров на базе термогазоди-
намической модели двигателя, используемой в
процессе параметрической диагностики. Отме-
ченные задачи предназначены для среднесроч-
ной оценки и прогнозирования технического со-
стояния двигателя.
К группе информационных задач тесно при-
мыкают задачи учета и ведения паспортных и фор-
мулярных данных двигателей и их движения в эк-
сплуатации, формирования и ведения данных об
отказах, текущих и эквивалентных наработках,
замечаний экипажа и лаборатории. Данные об
отказах и способах их устранения, замечания эки-
пажа и лаборатории используются в задачах поис-
ка неисправностей совместно с экспертной сис-
темой принятия решений о ТС ГТД.
Система параметрического контроля и диагно-
стики реализуется в виде распределенного вычис-
лительного комплекса, охватывающего различные
службы ЭП, на основе их локальных вычислитель-
ных сетей, позволяющих организовать распреде-
ленную обработку данных.
7.4.7. Параметрическая диагностика
состояния проточной части двигателя
Физические закономерности изменения парамет-
ров «горячей части» двигателя. В основе измене-
ний параметров лежат физические процессы, ко-
торые происходят в двигателе при возникновении
неисправностей.
Частичное или полное коксование отверстий
камеры сгорания приводит к усилению неравно-
мерности температурного поля. Это увеличивает
тепловые потери в камере сгорания и, следова-
тельно, снижает КПД тракта расширения, вклю-
чающего камеру сгорания, турбины высокого и
низкого давления (ТВД и ТНД).
Системе автоматического управления, напри-
мер НР-90 и РЭД-90, для сохранения постоянной
частоты вращения КВД (л1|1Я) требуется обеспечить
постоянную работу ТВД. При этом снижение КПД
тракта расширения можно компенсировать толь-
ко увеличением температуры газа перед турбиной
Т за счет увеличения расхода топлива. Если КПД
обеих турбин (ТВД и ТНД) сохраняются постоян-
ными, то температура газа за турбиной 7?гнд возра-
стает пропорционально Т. При снижении КПД
турбин относительный рост Т даже опережает
рост Т. Таким образом, детали камеры сгорания,
рабочие лопатки и сопловые аппараты турбин ра-
ботают в условиях все более повышенных темпе-
ратур, поэтому теплонапряженность деталей «го-
рячей части» двигателя возрастает.
Вначале (пока КПД турбин сохраняется посто-
янным) повышенный теплоперепад на ТНД приво-
дит к увеличению ее работы, что вызывает раскрут-
ку ротора вентилятора (рост лв) и, следовательно,
увеличение расхода воздуха через двигатель, по-
вышение степени сжатия воздуха в вентиляторе,
подпорных ступенях и в целом по тракту сжатия
(рост лк). Подогрев воздуха внутреннего контура
в камере сгорания увеличивается, в результате чего
при сохранении п наблюдается увеличение тяги
двигателя.
Однако длительная работа деталей «горячей
части» двигателя в условиях повышенных темпе-
ратур приводит к дальнейшему снижению КПД
тракта расширения в основном за счет увеличе-
ния тепловых потерь в камере сгорания (обгора-
ние дефлектора и, как следствие, увеличение теп-
ловых потерь из-за усиления неравномерности
температурного поля) и к снижению КПД ТВД
(эрозионный износ рабочих лопаток на перифе-
рии от соприкосновения с частичками кокса из
камеры сгорания приводит к повышенному пере-
теканию газа с корытца на спинку лопатки через
увеличиваюшийся радиальный зазор). Поэтому
сначала замедляется темп роста, а затем даже на-
блюдается снижение работы ТНД и, соответствен-
но, снижение пв, и тяги двигателя R.
На максимальном режиме при температуре
30 °C и выше начало снижения тяги двигателя
наступает значительно раньше за счет вступления
в работу системы ограничения температуры газа
за турбиной при все более низких температурах
наружного воздуха.
Одновременно, вследствие повышенной тепло-
напряженности «горячей части» двигателя, про-
исходят структурные изменения материала дета-
лей с образованием на них трещин, прогаров, вы-
гораний. На головках и секциях камеры сгорания
наблюдается отрыв гофр с образованием щели. Эти
дефекты вызывают потерю прочности и возмож-
ность разрушения деталей, что приводит к пре-
кращению эксплуатации двигателя.
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
443
Таким образом, выявление признаков начала
изменения свойств материалов деталей горячей
части (рост Тпш, снижение КПД двигателя и КПД
тракта расширения при отсутствии уменьшения
КПД тракта сжатия, отсутствии роста или даже
снижении тяги, ) является предупредительным
сигналом о неизбежном скором (в пределах 50-
300 ч) появлении недопустимых изменений тех-
нического состояния деталей «горячей части».
Для предотвращения опасных проявлений не-
исправностей в полете, вызывающих отказ или
даже нелокализуемые разрушения двигателя, тре-
буется, в зависимости от стадии развития уже ви-
димых дефектов, сокращать периодичность опти-
ческих осмотров.
Таким образом, практическая ценность конт-
роля технического состояния «горячей части» дви-
гателя по параметрам очевидна. Во-первых, на
начальной стадии развития дефектов есть возмож-
ность продления срока эксплуатации каждого дви-
гателя за счет своевременного изменения регули-
ровок ограничений параметров лквд, Рквд и Т в
сторону их занижения с учетом обеспечения не-
обходимой тяги двигателя. Во вторых, при выяв-
лении признаков начала структурных изменений
обеспечивается выполнение оптимального числа
оптических осмотров из условия непропуска-
ния недопустимых изменений технического состоя-
ния «горячей части» за счет определения условий
сокращения периодичности осмотров до 50 ч
или после каждого прилета самолета в базовый
аэропорт.
Диагностика ГТД с использованием показателей
качества функционирования. В процессе эксплуа-
тации диагностические параметры, характеризу-
ющие ТС двигателя, изменяются и могут дости-
гать предельных значений. При достижении пре-
дельнодопустимого значения параметра двигатель
или его функциональная система переходит в пре-
дельное состояние, при котором их дальнейшее
использование по назначению недопустимо или
нецелесообразно. Предельно допустимое значе-
ние параметра является критерием отказа и мо-
жет быть детерминированной или случайной ве-
личиной. Предельно допустимым значением мо-
жет быть одно верхнее или нижнее (односторон-
ний допуск) или оба (двухсторонний допуск).
Предотказным является значение диагностиче-
ского параметра, находящееся в поле упреждаю-
щего допуска, в котором нарушается исправность
изделия при сохранении его работоспособности.
Процесс изменения параметра является в общем
случае случайной функцией времени, которую в
целях прогнозирования целесообразно принять
монотонной.
Исследование процесса пересечения этой фун-
кцией предотказного и (или) предельного уров-
ней является задачей диагностики. При этом мож-
но рассматривать несколько стратегий эксплуата-
ции объекта диагностики (стратегий замен) с ис-
пользованием моделей экранов. Если процесс
изменения параметра, характеризующего ТС объ-
екта, по времени (наработке) ограничивается вер-
тикальным экраном, то выбранная стратегия яв-
ляется стратегией по наработке (с фиксирован-
ным ресурсом), при одном горизонтальном экра-
не, соответствующем предельному состоянию, -
стратегией эксплуатации до отказа. Если в каче-
стве горизонтального экрана использовать пред-
отказное значение, то это процесс эксплуатации
по состоянию с непрерывным контролем парамет-
ров. Более сложные стратегии эксплуатации со-
держат несколько горизонтальных и управляемых
вертикальных экранов, например, стратегия экс-
плуатации по состоянию с дискретным контро-
лем параметров. Наиболее эффективной страте-
гией эксплуатации авиационных ГТД является
стратегия по состоянию с непрерывным контро-
лем параметров, которая позволяет предупреждать
отказы на ранних стадиях их развития путем за-
мен КИ, регулировок и использования различных
методов неразрушающего контроля.
Достоверность и помехоустойчивость оценки
ТС ГТД параметрическими методами трендового
анализа в значительной мере зависит от методов
приведения и нормирования параметров, уровня
шумов в каналах регистрации. Обработка пара-
метров осуществляется путем приведения к стан-
дартным атмосферным условиям (САУ) или к ус-
ловиям полета на основе физического подобия
рабочих процессов, протекающих в различных
атмосферных условиях [587]. Для дальнейшего
снижения разброса значений параметров исполь-
зуется приведение к режиму работы двигателей.
Как в первом, так и во втором случаях единой
методики приведения параметров для всех типов
двигателей не существует и для каждого типа дви-
гателя используется свой подход, основанный на
его структурной схеме, особенностях конструкции
и характеристиках рабочего процесса.
444
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Таблица 7.3. Основные замеряемые параметры двигателя, используемые при его диагностике
Параметр Обозначение Параметр Обозначение
Температура воздуха на входе в двигатель, °C U Давление воздуха в системе суфлирования, кгс/см" РчФ
Давление воздуха на входе в двигатель, кгс/см" Рт Давление топлива в первом контуре форсунок, кгс/см" Рт1к
Частота вращения ротора КНД, % п* Температура масла на выходе из задней опоры шарикоподшипника КВД, °C КВД
Частота вращения ротора КВД, % Иквя Температура масла на выходе из опоры роликоподшипника ТВД, °C 1м.твд
Давление воздуха за вентилятором, кгс/см2 Ро Температура масла на выходе из опоры роликоподшипника ТНД, °C ^м.тнд
Температура воздуха за КВД, °C к Температура масла на входе в двигатель, °C Ал.вх
Давление воздуха за КВД, кгс/см” Рк Давление масла на входе в двигатель, кгс/см" Рм вх
Температура газа за турбиной, °C ь Виброскорость в зоне разделительного корпуса ротора ВД "ЦхКВД р.к
Температура лопатки первой ступени турбины, °C G Виброскорость в зоне разделительного корпуса ротора НД VpB р.к
Расход топлива, т/ч GT Виброскорость в зоне задней опоры ротора ВД ^р.квд зп
Температура воздуха под панелями газогенератора, °C бт.г Виброскорость в зоне задней опоры ротора НД ^р.в зп
Отношение давлений pjp^ (приближенный аналог тяги) 6
Анализ различных методов приведения пара-
метров для двигателя ПС-90А, проведенный на базе
статистической информации по 50 двигателям
показал, что наибольшее снижение разброса па-
раметров достигается при использовании индиви-
дуальных для каждого номера двигателя формул
приведения к режиму, которые формируются на
основе полетной информации, испытаний, фор-
мулярных данных двигателя, путем предваритель-
ного приведения к САУ, а затем к режиму с помо-
щью аппроксимации приведенных параметров.
Параметры двигателя ПС-90А приводятся к ре-
жиму работы ротора высокого давления, однако
может использоваться также приведение к режиму
работы ротора низкого давления или скольжению
роторов s = лкш пр/лид . В качестве основных диаг-
ностических режимов для контроля газовоздушно-
го тракта двигателя ПС-90А используются взлет-
ный, номинальный (Н = 5000 м) и максимально-
продолжительный, или крейсерский (// > 8000 м)
режимы, в табл. 7.3 дается перечень основных за-
меряемых параметров, в табл. 7.4 формулы для
приведения параметров к САУ, в табл. 7.5 пара-
метры приведения для взлетного, номинального и
крейсерского режимов, в табл. 7.6 - поправки к
формулам для приведения параметров к режимам
работы по оборотам ротора высокого давления (ВД)
для среднестатистического двигателя, в табл.7.7 -
индивидуальные формулы для приведения к крей-
серскому режиму конкретного двигателя [103, 152,
153, 154].
К САУ параметры приводятся по стандартным
формулам (табл. 7.4). Для приведения к режиму ис-
пользуются формулярные данные, полученные при
приемо-сдаточных испытаниях или после ремонта
двигателя в виде линейных или квадратичных зави-
симостей для параметров режима (табл. 7.6).
Например, частота вращения ротора вентиля-
тора, приведенная к САУ на земле при постоян-
ной приведенной частоте вращения ротора КВД
(л = 94 %), рассчитывается по формуле
«»(94) = лвпр + Bvl(94-,/wlp)B,.2 +ВЛЗ, (7.33)
где BV1 - коэффициент аппроксимации форму-
лярной характеристики = /(лга,) при линейном
члене; ВЛ, и ВЛЗ соответственно эмпирические
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
445
коэффициент и поправка для пересчета данных
максимального, номинального (с высоты Н= 5 км)
режимов и крейсерского полета к условиям ра-
боты двигателя на земле на максимальном режиме
при закрытом положении ЗПВ ПС 2-й груп-
пы. Они учитывают влияние на изменение дрос-
сельных характеристик различий в числах Л/-по-
лета, а также в отборах воздуха от двигателя. Для
указанных режимов эти коэффициенты приведе-
ны ниже:
Режим
Взлетный 0,8 0
Номинальный (Н = 5000 м) 0,8 0
Крейсерский 0,649 1,7
Температура газа за турбиной, приведенная к
САУ на земле при постоянной приведенной час-
тоте вращения ротора КВД (л = 94 %), опреде-
ляется по формуле
t,=t + ВАМ-П ) + 5т,(942 - и 2), (7.34)
где #Г1 и ВТ2 коэффициенты формулярной ха-
рактеристики = /(лкщ1).
В расчетах также используются другие формы
приведения параметров к режиму (максимально-
му, номинальному или крейсерскому), основан-
ные на эквивалентных и индивидуальных харак-
теристиках двигателя при различных режимных
параметрах.
Таблица 7.4. Формулы приведения параметров к САУ
Параметр Формула Параметр Формула
Приведенная частота враще- ния ротора компрессора вы- сокого давления (КВД), % [ г„ ^квд.пр ~ ”квд< 1 f * . 'Г Гн + 'о Приведенная температура ло- паток первой ступени турбины, °C Хр"р ('",Го)(С+а)
Приведенная частота вра- щения ротора компрессора низкого давления (КНД), % 1 Тп П = п 1—~ в.пр Вд тг V'н ’"'о Приведенная температура под панелями газогенератора, °C ' ,р“(/“,+Го)(г;+7’о) т°
Приведенная температура газа за турбиной, °C к+г«) т п гг Перепад давлений топлива на форсунках первого контура, кгс/см" дрт^' = (Длк + Дх" )- Д"
Приведенная температура воздуха за КВД, °C = « + Го) т т ° Перепад температуры масла на опоре шарикоподшипника ро- тора КВД, °C М КВД ^м.квд ^м.вх
Приведенный расход топ- лива, т/ч G, = G — 1 Л р р.П+г» Перепад температуры масла на опоре роликоподшипника ро- тора турбины высокого давле- ния (ТВД), °C * ‘ м.твд 1 м.твд ‘ м их
Приведенное давление воз- духа за КВД, кге/см2 Ркпр' = P.'ypjРт‘ Перепад температуры масла на опоре роликоподшипника ро- тора турбины низкого давления (ТНД), °C ^МТЫД ^М.ТЦЦ ^М.ВХ
Приведенное давление воз- духа за вентилятором, кгс/см" А пр’ = Ах А,/Р^
Таблица 7.5. Параметры приведения режимов
Режим ЛКВ1.Пр<» Высота полета Л/,м Число Маха М Температура воздуха иа входе гвх п, °C Давление воздуха и а входе рп, кгс/см2
Максимальный 94.0 0 0,24 18,5 1,072
Номинальный 91,5 5000 0,60 1,2 0,700
Крейсерский 88,0 11000 0.80 -28.2 0,352
446
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Таблица 7.6. Расчетные поправки к формулам для приведения параметров к режимам работы
по оборотам ротора высокого давления
Режим Параметр Поправки к формулам
Максимальный ^В.Пр.р 2,675 (94 - Икв.гпр), %
<т.пр.р 16,423 (94 - игал.„р), °C
(кпр р 15,609 (94-„иг„р), °C
6?т.пр р 0,45571 (94 - Иии-пр), т/ч
Рк.пр р 1,86 (94 - Лквхпр), кгс/см"
Рп пр р 0,049 (94 - иквл пр), кгс/см2
£>.пр.р 33,176(94 Икв„Пр),°С
^пг.пр.р 18,889 (94-Лквяпр), °C
«р 0,0468 (94 - Иквд пр)
Ауф-Р 0,0319 (94 - Лквхпр), кгс/см2
Номинальный ^в.пр.р -0,157 (91,52 -иквлпр2) + 30,675 (91,5 - лИх„р), %
^т.пр.р -1,429 (91,52 - лквхпр2) + 277,03 (91,5 - лквхпр), °C
Ас.пр.р 1,0706 (91,52 - пввл пр2) + 209,15 (91,5 Лквхпр), °C
бт.пр.р -0,01677 (91,52 - пквд пр2) + 3,3553 (91,5 - Лквхпр), т/ч
♦ Рк.Пр.р -0,0813 (91,52 - Лквд пр2) + 15,979 (91,5 - ЛкВ1гр), кгс/см2
♦ Р в.пр.р -0,0026 (91,52 - Лквлпр2) + 0,5032 (91,5 - лКВхпр), кгс/см2
G пр.р 1,5908 (91,52 - лк,,.„Г) + 259,1 (91,5 - ПкВ,.„р), °C
^пг.пр р 0,3923 (91,52 - „и., пр2) + 48,565 (91,5 - лкв,пр). °C
fip -0,0041 (91,52 - Лкмпр2) + 0,8145 (91,5 л„, „р)
Х^суф.р 0,009 (91,5 - Лквлпр), кгс/см2
dp^w р 0,9 (91,5 - Лквхпр), кгс/см"
dtf.\ квхр 2,9126 (91,5 - л,,,пр), °C
dtr.i твл р 1,3782 (91,5 - Лквл.пр), °C
dt\\ тн д р 2,266 (91,5-Лквапр), °C
Рм р -0,006 (75 Вх), кгс/см2
Крейсерский Яв.пр.р 0,253 8 (882 - лквяпр2) - 43,7 (88 - игад.пр), %
Л’.пр.р 1,9659 (882 - лквхпр2) - 340,37 (88 - лкв.,.„Р), °C
Гкпр.р 1,4031 (882 - лквхпр2) + 240,8 (88 - Лквхпр), °C
Gt пр.р 0,0 1 7983 (882 - Лквхпр2) + 3,1024 (88 - лк„пр), т/ч
Р* пр р 0,0734 (882 - Лквхпр2) - 12,645 (88 - Лквхпр), кгс/см2
Рк прр 0,0021 (882 - Лквхпр2) 0,3545 (88 - л,в.(.,1Г), кгс/см2
G пр р -0,8625 (882 - Лквлпр2) + 170,55 (88 - л^хпр), °C
Гпг пр р 1,6581 (882 - яквлпр2) - 286,25 (88 - лИхпр), °C
0,0083 (882 - ЛкВц,р2) 1,434 (88 Лк.1пр)
dpT.lk 0,86 (88 - Лквхпр), кгс/см"
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
447
Таблица 7.7. Индивидуальные формулы приведения к крейсерскому режиму для двигателя Ле 3392031
Параметр Среднеквадра- тичное отклонение Формулы приведения к режиму (.¥ = иквд) Параметр Среднеквадра- тичное отклонение Формулы приведения к режиму (х — иквч)
W КВД. пр 0,15999 9,317585+1,432574 х - 0,00607888 .г2 dpy /к.пр 0,73434 330,2637 + 9,126340 х-0,0563792 х2
^квд.пр 1,82381 -1748,644 + 46,92878 х - 0,249549 х2 Рсуф-пр 0,14671 58,58226- 1,294073 х+ 0,00812931 х2
^тнл пр 6,88595 2650,269 - 65,07840 х + 0,460798 х2 £Йм.квя 2,11560 516,3052 - 12,35713 х + 0,0806063 х2
^пп.пр 8,56625 6022,890 - 144,6305 х + 0,978678 х2 ^м.тв.д 2,02678 -182,9954 + 5,531661 х-0,0318838 х2
рв.пр 0,00490 1,558049 - 0,0322246 х + 0,00025672 х2 <Йм тнд 3,58378 1381,616-35,44822х + 0,229041 х2
рквд.пр 0,19781 30,18509 - 0,743446 х + 0,00621237 х2 Gi.np 0,03556 18,52268 - 0,490817 х + 0,00350039 х2
Рт.пр 0,00405 4,268131 - 0,102079 х + 0,00069927 х2 ^пр 352,57 31561,92- 826,4146 х+5,81891 х2
=ЛПы=Ппрр,.-ПБпрр
(7.39)
Приведение параметров к режиму осуществля-
ется по специальным формулам. При приведении
к режиму для среднестатистического (типа) дви-
гателя
П . = П + ДП + ДП (7.35)
Пр.р./ Iip.l Iip.p.f П/’ ' '
к режиму для данного номера двигателя -
П =П . + f(n .) + ДП (7.36)
lip.p.l Пр./ -,lv квд.пр.п' J 1 ' KBH.npj' Ш v '
ИЛИ
П . = П + Цп ) -fdn ) + ДП , (7.37)
пр.р./ пр./ J2X в.пр.п7 в.лр./7 ii/’ ' 7
П = П +f.(s ) -Hs ) + ДП, (7.38)
пр.р./ пр./ •73v пр.п7 •'3' пр./7 и/’ ' 7
где П . - приведенное к САУ значение парамет-
ра (табл. 7.4); ДП - поправки к формулам
для приведения к режиму для типа двигателя
(табл. 7.6); ДПп/. - поправки к формулам при не-
стандартных условиях (открыт отбор воздуха на
систему кондиционирования воздуха (СКВ), вклю-
чен отбор воздуха на противообледенительную сис-
тему (ПОС), заслонки перепуска воздуха подпор-
ных ступеней (ЗПВ ПС) 2-й группы открыты); Пэ/. =
= fjrnp) - эталонное значение параметра; Дг ) -
зависимость приведенного к САУ параметра от
приведенного режимного параметра (/ = 1 - / =
= п .2 л . 3 - s = п /п ); п . п
кв.т.пр В.ир пр КВД Пр/ в.пр7’ квд.пр.п ii.up.iP
л - значения режимных параметров на режи-
мах приведения (см. табл. 7.5 для лкщ); i = k,k ,
к объем выборки.
Кроме приведенных параметров двигателя для
анализа трендов параметров используются:
отклонения X, приведенных параметров от
базовых значений, рассчитанные по первым 5
10 точкам, в зависимости от объема выборки,
где ПБирр =-^Ппрр, - среднее базовое значение
п ,=|
параметра, п = 5—10;
нормированные отклонения параметров от ба-
зовых значений Yj, которые, кроме приведения,
нормируют по вероятности значения параметров
Y = z = П"рр - (7.40)
5. $БП
где
Пьп - Z Лпр.щЧ - 4 . /Л^ппш ПБП j ,
л у П -1
__ 1 А | 1 * ~~ ”
z4^z-’^=JrT^(z--2)'; (7-41)
л ы У Л 1 <-1
невязки параметров, нормирующие по вероят-
ности относительные значения параметров
Z.-Z _8Ппр, -Пб8п _П„р,-//г,пр|)
\ ’ ,,р' Л(гу„Р,) ’
(7.42)
где f(r .) = Пэ(. - эталонное значение параметра,
полученное путем расчета зависимости приведен-
ного к САУ параметра от приведенного режимно-
го параметра (J — 1 - г. = п ',2 - п ' 3 ~ s =
Г > * I пр КВД пр’ в.пр’ пр
= /г /п ); Z , S, П,8п , S,8„ - математические
ожидания и среднеквадратичные отклонения, оп-
ределяемые по формулам, аналогичным рассмот-
ренным выше зависимостям (7.41);
модельные значения параметров, рассчитанные
на базе термогазодинамической модели двигателя
448
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
njlp/=F(n), (7.43)
где FM(-) математическая модель двигателя;
П - вектор исходных параметров.
При считывании информации с магнитной лен-
ты возможны сбои, которые устраняются путем
многоуровневого контроля исходной информации.
Процедура контроля и исключения ошибок явля-
ется очень важной. Она необходима для повыше-
ния достоверности информации, снимаемой с
МСРП. Эта процедура, в зависимости от значи-
мости того или иного параметра, включает:
контроль исходных параметров на основе ме-
дианных оценок;
отбраковку параметров на основе статистичес-
кого сглаживания;
контроль параметров с использованием фи-
зических зависимостей между отдельными пара-
метрами.
Для анализа и исключения возможных оши-
бок приведенных параметров используются стан-
дартные процедуры экспоненциального сглажива-
ния и отбраковки. В частности, на взлетном ре-
жиме параметры снимаются, начиная с 4 с после
сигнала «Шасси обжато» в течение 20 с (10 то-
чек). Затем значения усредняются с отбраковкой
аномальных. При исключении аномального зна-
чения параметра процедура усреднения и отбра-
ковки выполняется путем сравнения максималь-
ного и минимального значений с критическим,
соответствующим заданному уровню значимости
(min)
п,™ -Пср
(min)
5
(7.44)
где Пср и S среднее и среднеквадратичное значе-
ния параметра.
Из выборки допускается отбраковка не более
четырех значений параметров, после чего опреде-
ляется среднее арифметическое оставшихся зна-
чений. При меньшем времени взлетного режима,
чем требуется для анализа (определяется по изме-
нению положения РУД, apvi<58.5°, в расчете ис-
пользуются все точки взлетного режима, зарегис-
трированные на ленте КБН после начала отсчета.
В случае оценки значения частоты вращения
ротора КВД л в момент срабатывания системы
механизации компрессора, алгоритм съема и об-
работки параметра включает процедуры расчета
среднего и разброса значений «квд, снятых в мо-
менты времени до и после срабатывания системы
механизации компрессора и отбора из несколь-
ких переключений того среднего значения, кото-
рое было снято при минимальном разбросе. Сле-
дует подчеркнуть, что в каждом отдельном случае
требуется индивидуальный подход к съему пара-
метров и построение оптимального алгоритма об-
работки сбойных значений параметров.
В процессе диагностирования авиационных
ГТД осуществляется оценка абсолютных и отно-
сительных, приведенных к САУ и режиму значе-
ний параметров и их отклонений от базовых зна-
чений, а также модельных значений параметров и
анализ отклонений рассмотренных диагностичес-
ких параметров от заложенных в нормативно-тех-
нической документации или рассчитанных про-
филактических и предельных допусков парамет-
ров [103, 151].
Для формального описания процессов измене-
ния параметров и пересечения предотказного уров-
ня предлагается использовать показатели качества
функционирования (ПКФ). Они могут быть веро-
ятностными, точностными, информационными,
стоимостными и др.
Выбор конкретных ПКФ является инженерной
(эвристической) задачей, решение которой опре-
деляется назначением системы и целью проводи-
мых исследований. Наиболее характерны для ана-
лиза механических систем вероятностные ПКФ,
нормирующие по вероятности оценки указанных
показателей [307, 317].
К общим требованиям, предъявляемым к ПКФ,
относятся: достаточно наглядный и понятный фи-
зический смысл; соответствие решаемым задачам;
возможность достаточно простого определения.
В общем случае ПКФ являются вероятностя-
ми нахождения контрольных параметров в преде-
лах некоторой области D, которая характеризует
работоспособное состояние двигателя, в частном
случае ограниченной предельными значениями
параметров
К = Р(П,,..., П„е D) = f .;;f / (П„ ..., П „) г/П „ .., „ =
= J'... J /(П,,..., П„)г/П„ ..., </П„. (7.45)
Среднее значение ПКФ определяется матема-
тическим ожиданием функции вероятности выпол-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
449
нения функциональной задачи от случайных ар-
гументов
К = М[Р(П,,...,П„)] =
= J -J Р(П1,...,П„)/(П1,...,П„)^П1...бЯ1„,
где М[] - операция математического ожидания;
/(Пр Пп) - совместная плотность вероятнос-
тей.
В качестве основного ПКФ для анализа техни-
ческого состояния ГТД в работе предлагается ве-
роятность нахождения параметров, характери-
зующих техническое состояние ГТД, в пределах
заданных допусков в течение подконтрольного пе-
риода эксплуатации (полета) в случае их незави-
симости от параметров полета
где Ф( ) - интеграл вероятности; П - среднее зна-
чение контрольного параметра; Пфед- предельное
значение параметра; S - среднеквадратичное от-
клонение.
В общем случае математическое ожидание и
дисперсия параметра являются функциями нара-
ботки П(г) и Ь'(г). Используя зависимости этих
числовых характеристик от наработки, можно по-
строить различные динамические модели надеж-
ности систем.
В частном случае, когда математическое ожи-
дание параметра линейно зависит от наработки, а
среднеквадратичное отклонение - константа, мо-
дель расчета ПКФ будет иметь вид
ЛГ = Р(П < П < П ). (7.46)
i ' г min i i max7 ' 7
(7.49)
Для исключения аномальных значений пара-
метров из выборки нужно использовать критерии
отсева резко выделяющихся результатов наблю-
дений, в частности, критерий наибольшего по аб-
солютной величине нормированного выборочно-
го отклонения, приведенного к режиму, значения
параметра
У, = р(тах(-Г (x,S),U'(x,S})>lQ, (7.47)
где величины а, b, S определяются путем ап-
проксимации точечных значений параметра ме-
тодом наименьших квадратов,
,ф(г,) = о+6г;;
Л 1 ы
ki-' ,=1
5 =
Х,-Х
S
У,-У
5
ПБ - отклонение текущего, приведенного к ре-
где U =min
• t/+ = max
; X = П
1 I I
жиму, значения параметра от базового; X - сред-
нее расчетное значение отклонения параметра; 5 -
среднеквадратичное отклонение выборки.
Ниже приводятся ПКФ, предложенные для
диагностирования двигателя ПС-90А, используе-
мые в системах «Синтез-90» и «АСД-90» [303, 307].
С достаточной для практики точностью можно
принять, что закон распределения контролируе-
мых параметров нормальный. Поэтому для ПКФ
можно записать
К, (г) = Ф - ’
s(,)
1 т J <п"й(,)П
TSsfr) i 2S(,)'
V /
П., Л - текущие значения параметра и наработки,
। =1,А , к - объем выборки.
Для нахождения времени безотказной работы
(предельной наработки) при заданном критерии
ПКФ (К ) нужно определить t из выражения (7.49):
t = f '(К3)=Ппрса~5У^^~-, (7.50)
b
где щ(-) = Ф~'( ) — функция, обратная интегралу
вероятности.
В случае, если несколько параметров характе-
ризуют техническое состояние системы, ПКФ (ве-
роятность выполнения функциональной задачи,
т. е. вероятность того, что ни один параметр не
выйдет за границы заданной области) можно оп-
ределить по формуле
г/П ,
(7.48)
к - г(п1Ш11| <п, <n„tikl,...,nnil„„<П„ <ПП1а,в),
29 8-470
450
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
где п - число параметров, характеризующих тех-
ническое состояние системы.
Если в модели для ПКФ (7.48) математическое
ожидание и среднеквадратичное отклонение яв-
ляются линейными функциями времени
К,(г) = Ф
c + dt
(7.51)
то время до предотказного состояния можно оп-
ределить по формуле
f_nnpe,-e-£W
b-U^d ’
где Ut - квантиль нормального распределения,
соответствующая вероятности = l-glon = у(К3);
с и d - параметры зависимости среднеквадратич-
ного отклонения от времени.
В общем случае критерий ПКФ является функ-
цией наработки К(Г).
В качестве критерия отказа двигателя как слож-
ной технической системы при оценке его ПКФ
можно принять условия
IC(t) < Кь, i = Ui, (7.52)
где K.(t) - зависимости показателей /С от наработ-
ки двигателя; K.s - заданные уровни значений К:,
i~ наработка двигателя (в часах или полетных цик-
лах).
При выполнении одного из этих неравенств
двигатель считается неработоспособным по дан-
ному критерию. Из решения уравнений К.(Г) = К.з
вычисляют время нормальной работы ГТД из ус-
ловия t. = min(r, Е, ..., t), где
min v 1’ 2’ ’ л"
t, = (7.53)
Требования к качеству функционирования
авиационного двигателя могут быть различными
в зависимости от конкретных условий, причем
заданные значения вероятностей Ка в общем слу-
чае являются случайными величинами. При этом
время безотказной работы по каждому из показа-
телей оценивается их математическими ожидани-
ями (7.53), т. е.
= (7.54)
На практике зависимости К(/) аппроксимиру-
ются монотонными, в основном, линейными фун-
кциями методом наименьших квадратов или рег-
рессионного анализа, которые позволяют легко
находить решение обратных задач (7.54).
В табл. 7.8 даны ПКФ двигателя ПС-90А на
максимальном, номинальном и крейсерском ре-
жимах работы [303]. Как показатель качества функ-
ционирования рассматривается вероятность нахож-
дения отклонения приведенного к САУ и режиму
параметра от базового значения в пределах допус-
ка (7.45).
Для отсева аномальных значений используется
критерий в рамках нормированного выборочного
отклонения, в котором при t7() > £7 точка счи-
тается аномальной. Критическая (предельная)
квантильная оценка выборки £7 определяется в
зависимости от заданных значений показателя ка-
чества функционирования Кз и длины выборки со-
гласно таблицы процентных точек наибольшего
по абсолютной величине нормированного выбо-
рочного отклонения [81]. Для расчета приведен-
ных к режиму параметров используются формулы
приведения к САУ текущих значений параметров
(см. табл. 7.4), формулы приведения параметров к
режиму (см. табл. 7.6, 7.7) и поправки к расчет-
ным формулам для разных состояний систем
отбора воздуха и механизации компрессора
(табл. 7.8). Анализ трендов осуществляется по мо-
дифицированному критерию Аббе /?() для откло-
нений параметров от их базовых значений, кото-
рые рассчитываются по пяти первым полетам. Пре-
имуществом этого критерия является то, что при
к >10 Я-критерий можно считать нормально рас-
пределенной случайной величиной с дисперсией
3 Поэтому допустимые значения кри-
терия Якр = Кр5к, а толерантный коэффициент Кр
определяется при заданной вероятности по таб-
лицам нормального распределения. В табл. 7.9
приведены предельно допустимые значения пара-
метров и их отклонений на различных режимах
работы двигателя.
Показатели качества функционирования двига-
теля ПС-90А (табл. 7.8) рассчитываются по форму-
лам
/?(•) =
2-*,
!/() = max
-XqpI
S
-----г
5
1.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
451
Таблица 7.8. Поправки к расчетным показателям качества функционирования систем двигателя ПС-90А
Формула расчета показателя Поправка
Взлетный режим (Н= Ом) Л("«.лр + «в.пр.р + А"„ ) Лкр n «('т.пр’ + 'т.пр.р’ + Д'т) R«p ^R ('«.„₽’ + tK „р.р‘ + Лгк ) > RKp n R (GT пр + GT пр р + Двт) > RKp ПК(% + /’«.пр.р + Л«р R(R«.np’ + /’«.пр.р* + Д/’в ) R«p ('л пр + 'л.пр.р + Дф R«p R ('„т.пр + 'nr.npp + Д'™ ) R«p nR(6 + ep + Д0)> R,p п R(pcy. + Рсуфр + ДРсуф)> R,p Номинальный режим (//=5000 ± 200 я («..пр + «..пр р + Д«.) R«P п л(/т пр' + /т пр р* + Д/т) > RKp ^R ('к пр’ + '«.пр.р* + Д'« ) ^ RKP R (GT,p + GT пр р + AG,) > R,p nR(p« ПР+р,„р.р+др«) s r.p n r (р;„р + р;прр + др,) > r,p + 'л.„р.р + Д'„) ^ R.P R (г„ пр + /„г.„р.р + А/пг) > RKp nR(6 + 0р + де) > R,p n R(dP^ + JPTllip+ Дг/Рт|к)> R,p + ^мквд р + ^мввд) R«₽n R (dTul„ + dTmja р + Ar/rMT„) > R,. + dT„m p+MTm) > R„ rR (рсУф + /’суф. p + Д/’руф) R.P n R (P" + /’m p) R.P R«P П ^(Чврв ) n R(yP™™) R«n rrt (vp,.,n) > R,p U (n/f (X, < XKP,)), i = {л, Vp, !П} Крейсерский режим (H = 11000м) R(«B.np + «В.ПРР + Д«в ) R«p П R(rT.np' + 'тпрр’ + Ч ) 5 R«p ^R('«.пр’ + '«пр р’ + Д'к) R«p п R (GT пр + GT пр р + AGT) > R,p пл( Р«.пр + R«.np р + АР«) > R«p п /?(/;;„ + Р,’прр + AR,) > Rlp ^R ('л.пр + 'л пр.р + Д'л ) R«p R ('пт.„р + 'пт пр р + Д'пт ) R«p nR(0 + 6„ + ДО) > RKp n R(vpralрк) > RKP n R(vp„р,) > RKp ^(VpKB„n)>RKpnR(Vp,w)>RFp ^И(^<^р,))-'’ = К--^гв.тп} Дл, = (0,33; 0,76; 0,5) % д/т = (-4; —6; -5) °C Д/, =(2;3;1)°С AGT = (0,027; 0,075; 0,052) т/ч Д/;= (0,4; 0,7; 0,5) кгс/см2 ДР. =(0,01; 0,016:0,01) кгс/см2 Д/, =(-3;-3;-8)°С Д/ПГ=(2;3;1)°С ДО = (0,008; 0,015; 0,009) Д/’пуФ =(0,01; 0,015; 0,011) кгс/см2 Ап, =(1,4; 0,5) % Д/,=(-9;^1) °C А/, = (4,5; 1) °C ДОТ= (0,12; 0,052) т/ч ДРК = (0,94:0,39) кгс/см2 ДР, = (0,024; 0,009) кгс/см2 Д/„=(-3;-8)°С А/га=(4;5)°С ДО = (0,041; 0,016) ДРсуф = (0,01; 0,015) кгс/см2 Д/г, =(1,4; 1,7) % Д/, =(-Л^1) °с 4= (4; 3)°С ДСТ =(0,05; 0,07) т/ч ДР, = (0,4; 0,46) кгс/см2 Д/], = (0,1; 0,1) кгс/см2 Д/,=(-3;-8)°С Д/ПГ=(4;3)°С ДО = (0.04; 0,05)
Примечание. Значения в скобках соответствуют режимам: взлетному (открыт отбор воздуха СКВ; включен отбор воздуха на ПОС;
ЗПВ ПС 2-й группы открыты), номинальному (включен отбор воздуха на ПОС; ЗПВ ПС 2 -й группы открыты) и крейсерскому (включен
отбор воздуха на ПОС; ЗПВ ПС 2-й группы открыты).
452
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Таблица 7.9. Предельно допустимые значения параметров и их отклонений
Режим Параметр Предельно допустимое значение параметра Предельно допустимое отклонение
Пт|п пт„ ^Пт(п
Взлетный "„рр. % 88,0 93,5 -1,5 +1,0
t ’ °C <т-пр.р ♦ 560,0 635,0 - +30,0
t °C * л.пр.р ’ 800,0 950,0 -20,0 +20,0
a*Ip..* 1,48 1,70 -0,10 +0,10
t °C пгпр.р’ 100,0 250,0 - +50,0
Ауфр- кгс/см2 0,20 0,50 -0,20 +0,10
V рквд.рк 0,0 35,0 -10,0 +10,0
V рв.рк 0,0 25,0 -10,0 +10,0
V рквд.зп 0,0 25,0 -10,0 +10,0
V рв.зп 0,0 25,0 10,0 +10,0
Номинальный А.ПР.Р>% 86,5 90,5 -1,5 +1,5
t * °C *т.пр.р ’ 500,0 560,0 - +30,0
t °C пг.пр.р ’ 120,0 250,0 - +50,0
Ар. кгс/см2 3,5 5,0 -0,5 +0,5
Рсуф.р> кгс/см2 0,15 0,40 -0,20 +0,10
Фт1к.р> кгс/см2 30,0 50,0 -10,0 +10,0
dt °C и*м.квд. р’ 30,0 65,0 -20,0 +10,0
Л«тр-°С 30,0 80,0 -20,0 +10,0
Лмт„др. °C 30,0 65,0 -20,0 +10,0
V рквд.рк 0,0 35,0 -10,0 +10,0
V рв.рк 0,0 25,0 -10,0 +10,0
V рквдлп 0,0 25,0 -10,0 +10,0
V рв.зп 0,0 25,0 -10,0 +10,0
Крейсерский А.прр.% 83,0 88,0 -1,5 +1,5
t ’ °C ‘т.прр > v 400,0 480,0 - +30,0
t °C * л.пр.р ’ 750,0 850,0 -20,0 +20,0
t ,°с пг пр.р ’ 50,0 300,0 - +50,0
Фтжр. кгс/см2 20,0 50,0 -10,0 +10,0
V рквч рк 0,0 35,0 10,0 +10,0
V рв.рк 0,0 25,0 -10,0 +10,0
V рквд.зп 0,0 25,0 -10,0 +10,0
V рв.зп 0,0 25,0 10,0 +10,0
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
453
Х^ =max[Xf], X,,.,, =min[X,.],
х(=п,-пь,ххр
АП1пах,
ЛП,
ДП>ДП1ШХ,
АП<ДППИХ,
ЛП = ггйп(|ПЬпмх -ПБ|,|ПБ-ПЬт1П|) , ПБ=| X Ц ,
J |=л-9
где п - номер текущего полета; UKp = Gxp(XJ(,, А-),
/г|ф = Лхр(Х1К,А:),/ = 1Л; к - количество точек, сня-
тых на режиме; и,?, RKp - квантили соответствую-
щих распределений; КЛ, - заданная вероятность
нахождения наибольшего нормированного откло-
нения в пределах допуска, XjR - заданная вероят-
ность модифицированного критерия Аббе (уровень
значимости).
Параметры полета
п1=«.пР+/кПр.р+дл.; П2: =А„„'+ Агтпрр’ + Д/Т;
п3=^р'+д^;+агк; TV = Ст.пр+ AGTnpp+AGT;
П5=А.пр’+АрКпР.|,’+Арк; IV = Рв.пР*+ Арв.пРР*+Ар,;
п7=^„р+а^р.р+ч; п8 = = fnr.nP + Агпглфр + Дгпг;
п9 = о+дор + ДО; П,о = Pey$+Ap^p + Ap^;
= рм + Дрмр; П12 квл + ^м.квл.Р У
П|3 ” ^м.твд + ^м.твд.р > п14 — ^м.тнл ^м.твд.р ?
П]5 = dpTiK + dpxlKp, П16 = v п =v рквд.рк ’17 ’ рв.рк 5
П = V Д118 *рквд.зп 5 П19 =у • рв.зп 7
о = тп = = гог0 = 273 ° к.
Таблица 7.10. Показатели качества функционирования систем двигателя ПС-90А
Система Формула расчета показателя Предельные значения
Маслосистема и опоры роторов Кмс = min (Р (i„ хвз - гм ти < Дгм, mi„) Агм...т,„ =-25° Дг =10°
P(t -t > h.t . ) м.н тт
У м.квл м.твд мн.min/ А^м.вх.квд.тт ~~ -/м1 (^квд.пр)
P(t ~i < At ) \ м квл m.bx м.вх.квд. mtn /
P(t —t ) \ М.ТВД MBX МВХ.КВД.ГП1П/ ^м.вх кнд. min /м2 (^квя.пр J
^(^MTH-4 ^М.ВЧ “ Д^М.ВХ К11Л.ППП ) А^м.вх.тпд.тпт /м3 (^квл.пр )
X = P(<7„ <A<7M max) А?мп»х =1Лл/ч
Ротор КНД iz _ p(t > т ) iXpiu Г \1выб,кнл — ьвыб кнл.прсл / т = 35 с выб.кнд.прея
Ротор КВД ^рвл ^("^выб.квл ~ ^выб.квл.прея ) ^ВЫб-КВЯ-ПрСД 20 С
Система запуска Хс, = |тап(/’(тртм<тртоппрм) ^р.топпрсд 30 С
т = т + 4 с
р(т < т )
\ розж ропкпрст/ ^(^отк ств ~ ^итк.ств прел ) 1ОТк.ст».пРед=(|00//С+5 т = 100 с )с
jan — jan пред )
^топ.1к.прел /р!к (^вх )
* \ Рм.вх ~ Рм ьх пред ) ^.хпрсл =0,5 кгс/см2
Р( > 1 у Ртчп 1к — Ртоп 1к.прел / п = 49,5 %
^(^отк.ств пред nun ~ ^откств ~ ^отк.сге прел.тах ) п =515%
^(^т.пгах ~ ^т.тах прел ) ^тдпах.прсл /т.мах )
454
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Продолжение табл. 7.10
Система Формула расчета показателя Предельные значения
Система механизации компрессора ^смк “ l^lin (^>(лпр<отк.зпв — ^отк.зпв.тах ) * ''отк.Мх =88,5 % «зак.™.п»п =91'7 %
• л<прзак.зпв — *зак.зпв.тт / п = 82,6% чггк.кпв.тах ’
р{ п 1 ппотк.кпв отк.кпв.тах / п . =84,6% зак.кпв.тш ’
р( ^пр.зак.кпв ~ ^зак.кпв-min ) п = 66,5 % стр. вна.тш ’
р\ п < /? < п ) стр вна.тш пр.стр.вна стр.вна.тах / «ир.иш.твх =72,6%
Система реверса К. р — mi*1 (^(Тпср.пр ~ ^пер.пр.тах ) т = 7 с пср.пр.тах
р{ Т < Т ) пер.об пср.об.тах / т — 3 с v пср.об.тах
Приведенные в табл.7.8 показатели качества
функционирования характеризуют ТС проточной
части двигателя (параметры п„, с, t*, рк\ р’), со-
стояние (закоксованность) рабочих форсунок
(Aik), состояние жиклеров системы суфлирова-
ния (рсуф), тягу (б = рт7Лх*), состояние маслоси-
стемы и другие состояния (де-
фекты) двигателя.
В табл. 7.10 приведены ПКФ ряда функцио-
нальных систем двигателя ПС-90А: маслосисте-
мы, опор роторов, роторов КНД и КВД, системы
запуска, механизации компрессора и реверса, а
также предельные значения контролируемых па-
раметров. В качестве показателя качества функ-
ционирования рассматривается вероятность нахож-
дения отклонения приведенного к САУ и режиму
параметра от базового значения в пределах допус-
ка (7.45).
В табл. 7.10 используются следующие обозна-
чения параметров:
(6мо + 4)(1-ах?м,хо)-(2мк+4)(1-ахгм|!кк)
k. -d
где Qm„ m 0 - уровень масла в баке (в литрах) и
температура масла на входе в двигатель на запуске;
Смк, С вх к - уровень масла (в литрах) и темпера-
тура масла на входе в двигатель в процессе вык-
лючения двигателя при пт <1,2 %;
то,тк -засечки времени, соответствующие мо-
ментам измерения соответственно и QUK;
а = 7,88x10 4 с 1 - коэффициент термического
расширения масла;
- подогрев масла в опоре КВД (Дгмми =
= ,MKB3_Cbx)S
дСтвл - подогрев масла в опоре ТВД (Дтмтм =
-t -t k
м.твд м.вх / ’
Д?мт,„ - подогрев масла в опоре ТНД (Дгмлм =
= Стад-,мвх);
т.ыб.™ - время выбега ротора КНД от /гкнд = 12,8 %
ДО «кня =2,13%;
твЫб.квд - время выбега ротора КВД от =8,8%
ДО Пк,я=0’8% ;
тг™ ~ время появления броска топлива на за-
пуске двигателя;
тротж - время розжига (время запаздывания роз-
жига камеры сгорания от момента скачка давле-
ния топлива до времени увеличения г, на 70°С);
Тоткств _ время отключения стартера;
ти|1 - время запуска;
рТ 1к - давление топлива в первом контуре фор-
сунок;
,!откстВ ~ частота вращения ротора КВД при от-
ключении стартера;
гттах - максимальная температура газа за тур-
биной на запуске (заброс температуры);
«протхзпв - приведенная частота вращения рото-
ра КВД при открытии ЗПВ ПС;
"лглах тв - приведенная частота вращения рото-
ра КВД при закрытии ЗПВ ПС;
пПр.оте.кпв - приведенная частота вращения рото-
ра КВД при открытии КПВ КВД;
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
455
Ч1Р.МГКП. - приведенная частота вращения рото-
ра КВД при закрытии КПВ КВД;
"прхтрио - приведенная частота вращения рото-
ра КВД при страгивании ВНА.
На рис. 7.11 показаны графики изменения не-
которых параметров в зависимости от числа по-
летов или наработки (^ол = 9,2 ч).
Следующей задачей диагностики является выяв-
ление вида и места дефекта, т. е. проведение поиска
и локализации неисправностей двигателя и его фун-
кциональных систем. Это производится на основе
методов теорий статистических решений, распозна-
вания образов, нейронных сетей [66, 151, 187, 229,
318], а также на основе анализа физических законо-
Двигатель № 3193004 (Борт 96005 СУ-1)
— —V- _
•* V. ~ г- А -»• —. ••
• * /
— V
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 N
X — — .
—- - X — — » > -у-' ч--->
7^
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 N
Д
_ С- ’ ?• • А
7 ч* т- А — ¥ гг ч. 1 1. ,4 : 1 — — —X-
7
i
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 N
Рис.7.11. Графики изменения диагностических параметров твь161((и, твв16квд и Ы = Тмквд - /мтвд в зависимости от числа
полетов Л' (пунктирная линия — = 0,5, сплошная К3 = 0,95).
456
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
мерностей работы объектов контроля и причинно-
следственных связей между диагностическими при-
знаками и изменением технического состояния дви-
гателя и его функциональных систем.
Методы неразрушающего контроля используют-
ся на конечной стадии контроля ТС двигателя и
требуют знания предположительного места распо-
ложения дефекта, что достигается на этапах пара-
метрического контроля и диагностирования. Эф-
фективность их применения зависит от уровня конт-
ролепригодности двигателя, развития методов диаг-
ностирования и квалификации специалистов. Во
многих случаях наиболее достоверным методом
выявления дефектов двигателя является визуаль-
ный осмотр, проведение которого регламентирует-
ся системой диагностирования.
Проведенный теоретический и практический
анализ накопленной информации за период эксп-
луатации систем «Синтез-90» и «АСД-90» в АТК
аэропорта Шереметьево по эксплуатации двигате-
ля ПС-90А позволил выделить основные парамет-
ры и сигналы, режимы работы и условия съема,
которые обеспечивают эффективную идентифика-
цию отказов и неисправностей двигателя и его фун-
кциональных систем. В табл. 7.11 приводятся ре-
шающие правила для поиска неисправностей в
проточной части двигателя, системах автоматичес-
кого регулирования, топливопитания, смазки и суф-
лирования, которые состоят в анализе изменения
основных и вспомогательных параметров, в про-
верке и устранении этих неисправностей. В табл.
7.12 приводятся примеры правил принятия реше-
ний при наличии трендов параметров, которые
включены в экспертную систему принятия реше-
ний о ТС двигателя для автоматизированного по-
иска неисправностей [151].
Разработанные ПКФ ГТД позволяют решать
задачи оценки и прогнозирования технического
состояния двигателя и его систем, производить
локализацию неисправностей с точностью до кон-
тролируемой системы (узла, агрегата).
Предложенные показатели использовались для
оценки качества функционирования двигателя
ПС-90А в АТК аэропорта Шереметьево.
Гиблина 7.1 Е Контроль состояния основных агрегатов и систем двигателя
Причина изменения ТС Изменение технически! о состояния Признаки изменения ТС (О - основные) Проверка и устранение
Повышенная теплонапря- женность «горячей части» Прогары, выгорания, отслое- ния. выветривания материала на ЖТ КС. РЛ. СА 2-й степени ТВД Проточная часть Авигате. о рост ГТ111 Рост Г1ОП. R (тяги). Pi 7Я* Оптический осмотр жаровых труб камеры сгорания (ЖТ КС), лопа- ток ТВД. Занижены настройки ограничений икв1 .
Снижение КПД ТВД О рост /|н1 О снижение Л, Рост Г,,,,, Оптический осмотр рабочих поверхностей колец СА. Контроль натяга, зазоров, разбандажиро- вание лопаток 2-й ступени ТВД
Нарушение герметичности в камере сгорания (утечки воз- духа по,1 панели газогенерато- ра) О рост Г„ц рост . Гъ,п снижение Л(. КПД КВД. л. Осмотр и замена прокладок на фланцах наружного корпуса каме- ры ci орания по бюллетеню 94043-БД-Г
* Для проточной части твигателя при отклонении Г более 20 С небхолимо выполнять осмотр СА 1-й ступени ТВД одновре-
менно с осмотром ЖТ КС по бюллетеню 94О42-Б.Т-1 черев 50 ч; при наличии допустимых трещин, прогаров дополнительно к
бюллетеню 94042-БД-Г выполнять осмотр I- и 2-ю СА I ВЛ; при отклонении температуры более 30 ' С выполнять осмотры СА 1- и 2-и
ступени ТВД.
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
457
Продолжение табл. 7.11
Причина изменения ТС Изменение технического состояния Признаки изменения ТС (О - основные) Проверка и устранение
Недостаточная стойкость уп- лотнительного слоя на кор- пусе КВД Выветривание и выработка уп- лотнительного слоя на корпусе КВД Проточная часть двигат О - снижение Л, О - снижение КПД КВД еля Осмотр уплотнительного слоя на кор- пусе КВД в районе 6-, 9- и 13-й сту- пеней
Самопроизвольное отвин- чивание болтов крепления заглушки ОВ от 13-й сту- пени КВД Утечка сжатого воздуха в на- ружный контур О - значительный рост ^тяя ’ ^лоп О - значительное сниже- ние/?, ив Снижение Л*, КПД КВД, Лт Осмотр крепления крышки стакана ОВ от 13-й ступени КВД. Затяжка и стопорение болтов
Недостаточная надежность САУ Заедание штока гидроцилиндра управления ВНА в течение 1-3 полетов Изменение программы регули- рования аВНА =fi пал) в течение 300-1000 ч О - рост или снижение авпл Рост или снижение R, пв, ^ТНД » ^лоп Проверка системы механизации управления ВНА. Замена штока при заеданиях. Подрегулировка характе- ристики ССВНА
Попадание загрязнений в проточную часть Налипание «грязи» на лопатках КВД О - снижение R, пв Снижение Ttk, КПД КВД Осмотр. В случае загрязнения лопаток 6-, 9- и 13-й ступеней КВД промывка проточной части
Износ кинематической цепи управления положе- нием ВНА Си Нарушение программы регули- рования аВНА стелю автоматического упк О - рост или снижение авнА давления Сравнить показания ССВ||А на номи- нальном режиме по основному кадру КИСС и кадру КОНТРОЛЬ РЭД. За- менить датчик параметра ССВИА . Выполнить работы по п. 22 листа 19 Методики принятия решений «Неис- правность ВНА». Подрегулировать характеристику ав|1А =/( иквхпр) винтом агрегата РЭД-90
Недостаточная чистота керосина Загрязнение топливных фильт- ров Топливная система О - рост давления топлива на входе в насос- регулятор (ПР) дт11р В полете сигнал Максимальный перепад давления на топливном фильтре- рххфт Выполнить работы по п. 17 листа 15 Методики принятия решений «Мак- симальный перепад давления на топ- ливном фильтре»
Эксплуатационные повре- ждения топливной магист- рали и агрегатов Нарушения герметичности в топливной магистрали и аг рега- тах топливной системы О снижение р В полете сигнал Малое давление топлива на входе в HP Выполнить работы по п. 15 листа 12 Методики принятия решений «Малое давление топлива на входе в НР»
458
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Продолжение табл. 7.11
Причина изменения ТС Изменен не технического со- стояния Признаки изменения ТС (О - основ- ные) Проверка и устранение
Попадание загрязнений или стружки в маслосистему Загрязнение масляного фильтра. Заедание перепу- скного масляного клапана Система смазки и суфлирования О-рост рм В полете сигналы Максимальный перепад давления на масляном фильтре - рм МФ ,1В ; Наличие ме- таллической стружки в масле - «Стружка» Выполнить работы по п. 37 листа 40 Методики принятия решений «Максимальный пере- пад давления на масляном фильтре». Промыть перепуск- ной масляный клапан
Попадание частиц под седло перепускного масляного клапана О - снижение рм В полете сигнал Минимальное давление масла на входе в двигатель на малом газе и выше- рмвхМН Промыть перепускной масля- ный клапан
Старение материала регули- ровочной пружины Уменьшение жесткости регулировочной пружины О - снижение рм В полете сигнал ри вх мн Отрегулировать ри в соответ- ствии с РЭ, раздел 072.90.00, стр. 501
Эксплуатационные повреж- дения масляной магистрали и агрегатов Нарушение герметичности маслосистемы О - снижение ры В полете сигнал рмвх мн Выполнить осмотр по разъемам и штуцерам агрегатов и трубо- проводов в соответствии с РЭ, раздел 072.90.00 стр. 601
Увеличение зазоров в нагне- тающем маслонасосе Снижение производительно- сти нагнетаюшего масляного насоса О - снижение ры . О Рост 1м.кВД, К-па, (оценивать по репер- ным точкам Н= 5 км) В полете сигналы Максимальная температура мас- ла на входе в двигатель - t4lx„r; и Максимальная температура масла на выходе из опор ш/п ро- тора КВД, ТВД и ТНД- Гм.мд пр, би.ТВД.Пр, ^М-Тнхпр Заменить нагнетающий насос
Износ воздушных уплотне- ний Прорыв газов из проточной части в масляную полость подшипника О - рост t„ квд или О рост ТВД или О - рост Гм.тнд и О - рост рсуф Рост Г„.вх В полете сигналы: гм.квдпр или Ci твд.пр ИЛИ /м.тнд.пр По бюллетеню 94056: Гм.КВд - Гм.™ не в норме, или /м квд — С< кпд не в норме Выполнить работы по п. 29 листа 30 Методики принятия решений «Предельная темпера- тура масла на выходе» или по п. 30 листа 31
Производственный дефект или нарушение правил экс- плуатации Разрушение подшипника опоры
Производственный дефект или нарушение правил экс- плуатации Наддув полостей суфлиро- вания из-за износа масляных уплотнений опоры двигате- ля, трещин в корпусах и деталях, разделяющих мас- ляные и воздушные полости О - рост Рсуф По бюллетеню 94056 или по про- грамме «Маслина»: увеличение G„ Выполнить работы по п. 27 листа 28 Методики принятия решений «Предельное давление масла в полости суфлирования»
Увеличение зазоров в цен- тробежном суфлере Снижение производительно- сти центробежного суфлера
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
459
Таблица 7.12. Принятие решений при наличии трендов параметров
Сообщения Рекомендуемые действия для решения о возможности дальнейшей эксплуатации двигателя
Единичный выход за предельно допустимое отклонение параметров G.np.p» Рт*/рвх*р, ^пг.пр.р, Рсуфр? Рм.р?<^Рт1к.р5^м.квд.р> ^м.твл.р, ^м.тнд.р, ^квд.рк, ^в.рк» Цсвх'лъ Тв.зп Провести работы по проверке канала измерения параметра по алгоритмам принятия решений ЭС (действия по отказам датчиков соответствующих параметров)
Опасный тренд pflpaff Тренд Дт’фвх’р Более двух выходов за предельно- допустимое отклонение р14рю*р 1. Выполнить действия в соответствии с алгоритмом 1 -й экспертной системы (ЭС А1) по сигналу «Тяга мала» 2. Провести контроль правильности работы В НА КВД, используя зарегистрированную на МСРП информацию
Опасный тренд ZT np P Тренд /т.гр.р Более двух выходов за предельно- допустимое отклонение ZT.np.p 1. Провести осмотр корпусов проточной части в соответствии с технологическими картами разделов РЭ 072.40.00, стр. 601, 072.50.00, стр. 203, 217. (ЭС А2.А38) 2. Провести осмотр корпусов газогенератора в соответствии с технологической картой раздела РЭ 072.00.00, стр. 621 3. Провести контроль состояния элементов механизации двигателя (ВНА, заслонки охлаждения рабочих лопаток турбины), используя зарегистрированную на МСРП-А информацию
Опасный тренд ГТПр.р Тренд /япр.р Более двух выходов за предельно- допустимое отклонение /ЛПр р 1. Провести осмотр корпусов проточной части в соответствии с технологическими картами разделов РЭ 072.40.00, стр. 601, 072.50.00, стр. 203, 217 2. Провести осмотр корпусов газогенератора в соответствии с технологической картой раздела РЭ 072.00.00, стр. 621 3. Провести контроль правильности работы заслонок охлаждения рабочих лопаток турбины, используя зарегистрированную на МСРП-А информацию
Опасный тренд tnr пр р Тренд fnr.np.p Более двух выходов за предельно- допустимое отклонение /пг.пр.р Выполнить действия в соответствии с алгоритмом ЭС по сигналу «Перегрев двигателя» (ЭС А16)
Опасный тренд dpTiKp Тренд фТ|к.р Более двух выходов за предельно- допустимое отклонение dpTiK.P. Провести осмотр форсунок и коллекторов форсунок в соответствии с технологическими картами разделов РЭ 072.40.00, стр. 629, 072.00.00, стр. 621
1.4.8. Оперативная оценка
технического состояния двигателя
по полетной информации
Основной среди первой группы задач системы
параметрического контроля и диагностики явля-
ется оперативная оценка ТС двигателя, на основе
которой принимается решение о возможности вы-
полнения полета самолета. Кроме того, в процес-
се экспресс-анализа формируются основные базы
данных для трендового анализа диагностических
параметров и выполнения других задач диагнос-
тики и прогнозирования ТС двигателя.
Оперативная оценка технического состояния
авиационного двигателя включает контроль сооб-
щений БСКД, экспресс-анализ полетной инфор-
мации, обработку и анализ испытаний двигателя,
а также просмотр и визуализацию полетной ин-
формации [103, 151].
Комплекс задач контроля сообщений БСКД
обеспечивает допусковый контроль параметров и
сигналов, регистрируемых в полете. Для контроля
параметров используются специальные алгорит-
мы с фиксированными и плавающими предела-
ми, основанные на сравнении текущих значений
параметров с их предельными значениями, кото-
рые рассчитываются исходя из физических (газо-
динамических) и логических зависимостей между
параметрами и их предельными значениями, оп-
ределяемыми состояниями двигателя и его функ-
циональных систем. При контроле сигналов реа-
лизуются логико-временные алгоритмы анализа
событий, с помощью которых регистрируются зна-
460
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
чимые события, характеризующие неисправные
состояния двигателя и его систем, и отказы отдель-
ных изделий (датчиков, блоков) на основе значе-
ний комплекса сигналов и их продолжительности.
При этом КЗ контроля сообщений БСКД обес-
печивает обнаружение отказов и неисправностей
двигателей ПС-90А, зарегистрированных бортовой
системой контроля двигателя БСКД-90, проверку
правильности формирования сообщения о собы-
тии, сохранение перечня подтвержденных собы-
тий в постоянной памяти ПЭВМ для последую-
щего детального анализа.
При первичной обработке отслеживаются:
сигналы о неисправностях двигателя;
сигналы об отказах датчиков и блоков БСКД-90;
превышения параметрами «плавающих» пре-
дельных значений;
превышения параметрами фиксированных пре-
дельных значений;
предельные положения лопаток входного на-
правляющего аппарата;
положения клапанов перепуска воздуха из-за
промежуточных ступеней КВД;
положения заслонок перепуска воздуха из-за
подпорных ступеней;
положения элементов реверсивного устройства;
переключение отбора воздуха на ПОС и сдув
вихря с 13-й на 6-ю ступень КВД;
время запуска и времена выбега роторов;
состояние системы охлаждения турбины;
сигналы о неисправностях других элементов
двигателя ПС-90А;
этапы полета с характерных участков для пос-
ледующего анализа и сравнения с целью сохране-
ния информации.
Для повышения достоверности выдаваемых
программой первичной обработки сообщений при
просмотре копии полетной информации органи-
зован внутренний буфер кадров копии. Каждый
обрабатываемый кадр сверяется с предыдущими
и последующими для отбраковки явных выбросов
и сбоев. Следующий уровень фильтрации реали-
зован при входе в каждый алгоритм, когда прове-
ряется соответствие условий входа. Далее произ-
водится проверка правильности выдачи сигналов
о наступлении событий системой БСКД-90.
По результатам отработки программы контро-
ля сообщений БСКД формируется протокол, где
в хронологическом порядке приводится перечень
зарегистрированных событий. Аналогично форми-
руется файл с кодами событий для дальнейшего
автоматизированного анализа в рамках комплекс-
ной системы диагностики.
Экспресс-обработка полетной информации. Ком-
плекс задач экспресс-анализа полетной информа-
ции предназначен для оперативного контроля ра-
боты двигателя и его функциональных систем на
всех рабочих режимах в течение полета.
Параметры снимаются на основных стационар-
ных и переходных режимах. В течение полета кон-
тролируется работа двигателя на запуске, малом
газе (МГ), МГ перед взлетом, на взлетном режи-
ме, в наборе высоты, в крейсерском полете, при
снижении, торможении и выключении двигателей,
а также контролируются параметры приемистос-
ти, сброса газа, времени запуска, розжига, оборо-
ты ротора ВД при срабатывании механизации ком-
прессора, клапанов перепуска воздуха, времени
выбега роторов, забросы температуры при запус-
ке и реверсе тяги. Осуществляется также контроль
параметров в системе смазки и контроль вибро-
состояния опор роторов.
В процессе контроля проверяется правильность
работы основных функциональных систем двига-
теля: запуска, механизации компрессора, реверса
тяги, охлаждения лопаток, топливной и масляной
систем.
В комплексе задач (КЗ) определяются наработ-
ки двигателя за полет на различных режимах и
в целом за полет, прямые и удельные расходы
топлива.
Контроль параметров и сигналов двигателя со-
провождается обработкой и анализом полетной
информации, по результатам которой формиру-
ется протокол регистрации значимых событий.
Одновременно информация о параметрах за по-
лет записывается в специальные файлы дпя по-
следующего анализа межполетных трендов и тех-
нического состояния двигателя в контрольных (ре-
перных) точках полета.
Процесс контроля осуществляется в автомати-
ческом режиме, его продолжительность около
3 мин для 10-часового полета. Более детальный,
визуальный анализ работы двигателя осуществля-
ется на базе КЗ просмотра и визуализации полет-
ной информации.
Полетная информация обрабатывается согласно
методике контроля параметров двигателя по полет-
ной информации по специальному алгоритму (см.
Бюллетень № 94056-БЭ-Г), приведенному в [103].
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
461
Для анализа режимов работы двигателя во вре-
мя полета осуществляется поиск стационарных
площадок по лкш1. Площадкой по пкш считается уча-
сток полета, на котором остается постоянным
с допуском 0,3 % в течение не менее 3 кадров (6 с).
После определения площадки осуществляется
идентификация режимов по положению РУД
(табл. 7.13). Если положение РУД не соответству-
ет ни одному из приведенных в табл. 7.13 режи-
мов, то режим работы двигателя обозначается бук-
вой А и числом, соответствующим положению РУД
(например, А39). При работе двигателя на резерв-
ной автоматике режим обозначается буквами РА.
Для каждого двигателя снимаются и анализи-
руются следующие параметры:
1) перед запуском: отсутствие сигналов «РЭД
включен» и «Готовность к запуску»; наличие сиг-
налов «Шасси обжато», «Земля-воздух» и «Вклю-
чен отбор воздуха на обогрев воздухозаборника»;
температура масла на выходе из каждой опоры
двигателя (которая должна быть не ниже +10 °C
при температуре воздуха < -30 °C); давление азота
в гидроаккумуляторе реверсивного устройства
(должно быть не менее pra > р, а min, где д а min -
минимально допустимое давление азота в гидро-
аккумуляторе); уровень масла в баке (должен быть
не менее 5 л и не более 31 л);
2) на режиме запуска: давление масла на входе
в двигатель при лк1ш = 20...25 %, допускается не
менее 0,5 кгс/см2; величина «скачка» давления
топлива в I-м контуре форсунок в течение време-
ни t < 30 с при первом появлении давления
рг1к > 4 кгс/см2; время розжига камеры сгорания.
Таблица 7.13. Идентификация режи ма по положению РУД
Режим Обозначение режима Положение РУД°
Минимум Максимум
Максимальный Мак 73 80
Промежуточный Пр 66 68
Номинальный н 58,5 61,5
0.92 номинального 92Н 55 57
0,85 номинального 85Н 50 52
0,7 номинального 7Н 44 48
Полетный малый газ ПМГ 27,5 31,5
Малый газ МГ 6 7
Реверс РОТ -39 -36
не должно превышать 30 + 4 с; время запаздыва-
ния розжига камеры сгорания от момента «скач-
ка» давления топлива до времени превышения на
dT > 60 °C температуры газа за турбиной допус-
кается не более 4 °C; непрерывность наличия сиг-
нала «Включен отбор воздуха на обогрев воздухо-
заборника» от момента выполнения условий по-
явления сигнала «Запуск» или «Земной запуск
идет» до лквц > 60 ± 0,5 %; лквд при включении
ПОС воздухозаборника; появление сигналов об от-
крытом положении КПВ КВД, ЗПВ ПС 1-й груп-
пы, ЗПВ ПС 2-й группы, об отборе воздуха на
ПОС из-за 13-й ступени и включении 100 % охлаж-
дения рабочих лопаток турбины от момента появ-
ления сигнала «Запуск» до частоты вращения ро-
тора КВД < 20 %. При отсутствии любого из
сигналов до заданной частоты продолжить слеже-
ние за появлением (отсутствием) этого сигнала до
появления сигнала «Двигатель работает» или дос-
тижения лк1ы > 60 % с выдачей в протокол сооб-
щения «Позднее появление (отсутствие) сигнала
на запуске» и значения фактической частоты лкш
его появления; лкш1 отключения стартера по скач-
кообразному росту давления воздуха перед стар-
тером (dpm S 0,5 кгс/см2), либо по частоте враще-
ния ротора КВД, которая должна быть в преде-
лах 49,5 % < лквд < 51,5 % при работе на основ-
ной автоматике и 54,5 % < пггл < 58,5 % (ручное
отключение) при работе на резервной автома-
тике (по отсутствию сигнала «РЭД включен»); вре-
мя отключения стартера, необходимое, чтобы
т,,™с (100/+5) с, где рт" - абсолютное давле-
ние воздуха на входе в двигатель, кгс/см2; время
запуска двигателя от момента появления сигнала
«Запуск» до появления сигнала «Двигатель рабо-
тает» или лкш = 58 ± 0,5 %, не допускается более
100 с; максимальная гтнд на запуске от темпе-
ратуры, зафиксированной до момента выхода на
установившийся режим малого газа (20 с пос-
ле появления сигнала «Двигатель работает» или
пк1ш>60 %);*
3) на малом газе: пква; ПОС воздухозаборника;
СКВ; давление воздуха на входе в двигатель; тем-
пература воздуха на входе в двигатель; температу-
ра газа за турбиной; положение лопаток ВНА;
* Далее, в связи с большим объемом информации,
приводятся только контролируемые параметры и сиг-
налы. Алгоритмы анализа и программы описаны в [103,
151].
462
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
4) на выходе на взлетный режим: и , началь-
ный угол при страгивании лопаток ВНА; устано-
вившийся угол ВНА; при закрытии КПВ;
лквдпр ПРИ закрытии ЗПВ ПС 1-й группы; арул ре-
жима, на котором выполнялся взлет; время про-
грева двигателя;
5) на режиме взлета: п , п ; t ; t ;
рт/рга расчетное; температура воздуха под панеля-
ми газогенератора; арул; время работы на взлет-
ном режиме;
6) в наборе высоты: ct ; п ; п ; t рас-
четное; при закрытии ЗПВ ПС 2-й группы: рвх,
ЗПВ ПС 1-й группы; при переходе на 50 % ох-
лаждение лопаток: рт, ЗПВ ПС 1-й группы, Д/Л(1П,
Д/т, и^;
7) в горизонтальном режиме полета для трех
точек (через 30 мин после набора высоты, в сере-
дине полета и за 10 мин до начала снижения):
ot ,; п ; п ; t , t ; п ; п ; t ; t ; t ;
РУД ’ квл’ в’ тнд’ лои’ квд.пр’ всн.пр.р’ тндлр.р’ м.квд’ м.твд’
^м.тнд’ ^м.квд Стад)’ ^Сквд Стад)’
8) при снижении: лкв| пр, арул при открытии ЗПВ
ПС 1-й группы; пквдпр, рвх, ЗПВ ПС 1-й группы,
ЗПВ ПС 2-й группы при переходе 100 % охлажде-
ния лопаток; п при открытии КПВ КВД; п
при закрытии КПВ КВД; лкы при переключении
ПОС с 6-й на 13-ю ступень; при переключе-
нии ПОС с 13-й на 6-ю ступень;
9) при торможении: в момент открытия зам-
ка реверса лквя, а ; в момент закрытия замка
реверса иквд, а ; время перекладки на обрат-
ную тягу; время перекладки на прямую тягу; пк|ш
на максимальном режиме обратной тяги; ско-
рость самолета при переводе на режим прямой
тяги; максимальная температура воздуха на вхо-
де в двигатель; вибрация на прямой тяге в зонах
разделительного корпуса (РК) ротора вентиля-
тора, РК ротора КВД, задней подвески (ЗП) ро-
тора вентилятора, ЗП ротора КВД, вибрация на
обратной тяге в зонах РК ротора вентилятора,
РК ротора КВД, ЗП ротора вентилятора, ЗП
ротора КВД;
10) при выключении двигателя: выбег ротора
вентилятора; выбег ротора ВД.
Срабатывания механизации компрессора реги-
стрируются в момент наиболее плавного измене-
ния я , т. е. за полет из нескольких срабатыва-
ний системы механизации компрессора выбира-
ется то из них, где разность частоты вращения КВД
в двух смежных кадрах в момент переключения
режима наименьшая. При этом в файл записыва-
ется среднее значение частоты вращения =
= 0,5(пквд( + «КШ1+ ,)
Контроль времени запуска осуществляется с
момента нажатия кнопки «Запуск» до выхода дви-
гателя на частоту вращения 0,98 пквд режима мало-
го газа.
Время выбега ротора КНД контролируют пос-
ле выключения двигателя от снижения частоты
вращения икнд с 12,9 до 2,15 %.
Контроль времени выбега ротора КВД осуще-
ствляется после выключения двигателя от сниже-
ния частоты вращения икк1 с 8,9 до 0,8 %.
При анализе полета осуществляется расчет на-
работок двигателя на режимах: малого газа; по-
летного малого газа; 0,7 номинального; 0,85 но-
минального; 0,92 номинального; номинальном;
промежуточном; максимальном; реверсе; больше
полетного малого газа; большем или равном но-
минальному. Определение полной наработки дви-
гателя за полет производится в часах, циклах, эк-
вивалентных единицах и в количестве запусков.
За полет определяются прямые и удельные рас-
ходы топлива каждым двигателем, а также сум-
марный прямой и удельный расход топлива сило-
вой установкой ВС.
Автоматическая регистрация параметров на
МСРП А-02 с последующей экспресс-обработ-
кой обеспечивает оперативный контроль техни-
ческого состояния двигателя после каждого по-
лета, своевременное выявление неисправностей,
возникших в полете, и заполнение соответству-
ющих баз данных для дальнейшего межполет-
ного анализа.
Для дальнейшего трендового анализа в специ-
альный файл по каждому двигателю заносят так-
же опознавательные и специальные диагностичес-
кие параметры двигателя: опознавательные дан-
ные - бортовой номер ВС; номер рейса; дата вы-
лета; время вылета; номер силовой установки и
номер двигателя. Диагностические параметры:
1) на режиме запуска: величина давления топ-
лива в 1-м контуре форсунок при «кцд= 20...22 %;
величина «скачка» давления топлива в 1-м конту-
ре форсунок; время розжига; время отключения
стартера; время запуска; давление масла на входе
в двигатель при лкш= 20...25 %; обороты ротора
и в момент отключения стартера; максимальная
/1нд на запуске;
2) на малом газе: частота вращения ротора КВД;
угол страгивания лопаток ВНА; икш при страгива-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
463
нии лопаток ВНА; лгкв1 при закрытии ЗПВ ПС 1-й
группы;
3) на крейсерском режиме: разность температур
масла на выходах из опор КВД и ТВД; разность
температур масла на выходах из опор КВД и ТНД;
4) при снижении: открытия ЗПВ ПС 1-й
группы; п закрытия КПВ; п открытия КПВ;
пквд переключения ПОС с 6-й на 13-ю ступень; иквд
переключения ПОС с 13-й на 6-ю ступень;
5) при включении реверса: время перекладки
на обратную тягу; время перекладки на прямую
тягу; изменение температуры на входе в двигатель;
9) при выключении двигателя: время выбега
ротора КВД; время выбега ротора КНД.
Обработка и анализ результатов испытаний дви-
гателей. Выполнение комплекса задач обработки и
анализа испытаний результатов обеспечивает пе-
риодический контроль параметров при наземном
опробовании по сокращенному и полному графикам.
Параметры испытаний (гонок) двигателей, также как
и данные полетов, записываются на МСРПА-02, что
существенно сокращает время получения и обра-
ботки информации (в 5-10 раз). В процессе обра-
ботки производится контроль параметров двигате-
ля на всех стационарных и переменных режимах,
предусмотренных графиками гонок. Контролиру-
ется приемистость, сброс газа, время запуска, роз-
жига, частоты вращения роторов в момент сраба-
тывания системы механизации компрессора, кла-
панов перепуска воздуха и время выбега роторов.
На стационарных режимах контролируется бо-
лее сорока параметров и сигналов нормального
функционирования двигателя: номер кадра; режим
работы; номер СУ; высота барометрическая; чис-
ло Л/полета; полная температура воздуха на входе
в двигатель; полное давление воздуха на входе в
двигатель; частота вращения ротора вентилятора;
частота вращения ротора КВД; полное давление
воздуха за вентилятором; полное давление возду-
ха за КВД; полная температура воздуха за КВД;
отношение давлений; полная температура газов за
ТНД; мгновенное значение массового расхода топ-
лива; положение лопаток ВНА; положение РУД;
температура лопаток турбины; температура воз-
духа под панелями газогенератора; давление топ-
лива на входе в насос-регулятор; давление топли-
ва в 1-м контуре форсунок; давление масла на входе
в двигатель; давление в полостях суфлирования;
температура масла на входе в двигатель; темпера-
тура масла на выходе из опоры шарикоподшип-
ника КВД; температура масла на выходе из роли-
коподшипника опоры ТВД; температура масла на
выходе из роликоподшипника опоры ТНД; виб-
рация вентилятора в зоне РК; вибрация КВД в
зоне РК; вибрация вентилятора в зоне ЗП; вибра-
ция КВД в зоне ЗП; давление воздуха в пусковой
системе перед стартером; температура масла на
входе в гидропривод; давление в гидроаккумуля-
торах силовой установки реверсивного устройства;
уровень масла в маслобаке; сигнализация откры-
того положения клапанов перепуска воздуха из-за
КВД; сигнализация открытого положения ЗПВ ПС
1-й группы; сигнализация открытого положения
ЗПВ ПС 2-й группы; сигнализация переключения
отбора воздуха на сдув вихря и ПОС с 13-й на 6-ю
ступень; положение РУД «Промежуточный»; сиг-
нализация включения отбора воздуха на охлаж-
дение лопаток турбины ВД; сигнализация об от-
боре воздуха на обогрев воздухозаборника; сигнал
«РЭД включен»; положение дозирующей иглы;
программное значение температуры выходящих
газов от электронного регулятора двигателя (РЭД);
программное значение п от РЭД; закрытое по-
ложение заслонки отбора воздуха для СКВ.
Расчетные параметры стационарных режимов:
обороты ротора икнд (об/мин); приведенные оборо-
ты ротора «КН|||р (%) и икш (об/мин); приведенные
обороты (%); тяга через отношение давлений
рг/рвх, тяга с использованием термогазодинамиче-
ской модели двигателя; удельный расход топлива.
Обработка сопровождается сравнительным ана-
лизом данных, полученных при гонках двигателя,
с формулярными данными, а также с эталонными
характеристиками. В КЗ «Гонки» осуществляется
идентификация математической модели двигате-
ля, используемой для контроля технического со-
стояния при помощи трендового анализа парамет-
ров термогазодинамической модели, оценка и
прогнозирование тяги двигателя, удельного рас-
хода топлива и основных параметров на взлетном,
номинальном и других режимах в зависимости от
различных внешних климатических условий экс-
плуатации О м, рвхзсм).
В комплексе задач определяются наработки
двигателя за гонку на различных режимах и в це-
лом за испытание, прямые и удельные расходы
топлива. По результатам обработки гонки форми-
руется протокол.
Для анализа дроссельных характеристик в под-
системе предусмотрено использование специали-
464
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
зированного графического редактора, в котором
отображаются графики гонок и формулярные дан-
ные двигателя.
Регистрация параметров на переменных и ста-
ционарных режимах позволяет производить оценку
характеристик двигателя и его систем: топливоре-
гулирующей, масляной, механизации компрессо-
ра, - а также расчет и прогнозирование тяги дви-
гателя для предполагаемых условий эксплуатации.
Прогнозирование тяги поданным, снятым при
испытаниях двигателя, осуществляется для различ-
ных температур и давлений на входе в двигатель.
В качестве входных данных при прогнозе исполь-
зуются данные гонок по полному графику, кото-
рые должны содержать максимальный и один из
режимов выше 0,85 номинального. Расчет тяги
производится по специальной газодинамической
модели двигателя.
Входными данными для расчета тяги являются:
температура воздуха на входе в двигатель; давление
воздуха на входе в двигатель; частота вращения вен-
тилятора; частота вращения КВД; давление воздуха
за вентилятором; давление воздуха за КВД; темпе-
ра гура воздуха за КВД; отношение давления газа за
турбиной к давлению воздуха на входе в двигатель;
температура газа за турбиной; мгновенный расход
топлива; число Маха; барометрическая высота; при-
знак наличия отбора воздуха в СКВ; положение а№
режима, на котором снимались параметры.
В результате расчета для прогнозируемых ре-
жимов (Мак, Пр, Н, 0,92Н, 0,85Н и 0,7Н) рассчи-
тываются параметры: относительное положение
РУД; частота вращения КВД; частота вращения
вентилятора; температура газа за турбиной; давле-
ние воздуха за КВД; мгновенный расход топлива;
тяга; удельный расход топлива; тип ограничения,
на которое выйдет двигатель (л^, pktxp, tlolv )
При расчете тяги учитываются параметры огра-
ничения по частоте вращения ротора вентилятора,
по давлению воздуха за КВД или по температуре
газов за турбиной, которые заложены в системе
регулирования конкретного двигателя. Эти огра-
ничения предварительно задаются в режиме «Фор-
мулярные данные». На рис. 7.12 приводятся резуль-
таты типового расчета прогноза тяги двигателя.
Визуализация полетной информации. Для деталь-
ного визуального оперативного анализа работы
двигателя в полете или при испытаниях использу-
ется специальный КЗ просмотра и визуализации
полетной информации (рис. 7.13). В КЗ можно
Гонка 30.04.96:18.03 Ил-96-300 СУ-3 N 3292012
Данные, снятые на гонке
Тех Рп N„ Ре Ртя Т, Р,/Рю Тт Gt Режим
11,94 1,006 29,25 68,25 1,051 4,81 223 1,027 399 0,584 МГ
11,81 1,004 72,13 87,25 1,371 18,00 437 1,274 490 3,496 7Н
12,31 0,990 75,63 89,50 1,438 20.63 471 1,357 536 4,320 85Н
13,19 0,994 77,75 90,25 1,484 21,81 481 1,384 547 4,680 92Н
11,81 0,992 85,50 92,63 1,621 26,50 523 1,527 562 5,824 Пр
10,69 0,986 87,00 93,75 1,652 27,69 543 1,569 582 6,256 Мак
12,00 1,010 29,25 68,63 1,055 4,94 226 1,037 390 0,792 ПМГ
Исходные данные для расчета. Ограничения
ТИ = 30 Р„= 1,0330 Nv.orp = 95,00 Pk.orp — 30,50 Tf.orp = 616
Прогноз характеристик
Режим РУД Л/«ВД Ne Гт Рквд G, Тяга Суд Огр.
Мак 1.20 92,83 86,24 617 25,63 6,015 13202 0,4556 Tt
Пр 1,12 92,83 86,24 617 25,63 6,015 13202 0,4556 ъ
Н 1,00 91,52 82,93 598 23,47 5,378 11802 0,4557
92Н 0,92 90,28 79,83 582 21,54 4,816 10560 0,4561
85Н 0,85 89,14 77,03 567 19,88 4,335 9491 0,4568
7Н 0,70 86,50 70,57 537 16,34 3,325 7226 0,4602
Прогноз тяги: (tn = 30 °C; р» = 1,0330 кгс/смг)
Рис. 7.12. Результаты прогноза тяги двигателя
Борт: 96008 Рейс: 542
СУ1 3291029 СУ2 3292018 СУЗ 3292012 СУ4 3292002
Вылет: 18Z01Z1996 15.55 Прилет: 19Z01Z1996 4.18
AZn вылета : Ханой flZn прилета: ШРМ
Время: 1:14:42
Шаг: 5
Кадр: 2241
Н_6ар..8880
М_пол..0.7617
Тв_вх. . 0. 06
Рв_вх..0.4863
N_BEHT.85.50
N_KBA..90.50
Р_КВД..12.75
Т_КВД..491.0
Ст....2.280
Я—РУД. .47.00
Т_ЛОП. .698.0
Ох л__Ло0.000
кон___NO. 000
кон___Р0. ООО
кон___Т0. 000
кон___Т0.000
Ст__ОГР0.000
ВКЛ_5 0X1.000
0:16:32______0:зз:12_______0:49:52______1: 6:32___________
Т-УвШага 4-—Ум Шага ТаЬ**ВпдНзд Pause—Стоп Esc-Выход F7—Фильтр F8—Копия F9—Печать
Борт: 96008 Рейс: 542
СУ1 3291029 СУ2 3292018 СУЗ 3292012 СУ4 3292002
Вылет: 18Z01Z1996 15.55 Прилет: 19Z01Z1996 4.18
Я/п вылета : Ханой flZn прилета: ШРМ
Время: 10:25:48
Шаг: -5
Кадр: 18774
Н_Бар. . 10608
M-пол. .0.7432
Тв_вх. .-39.38
Рв_вх..0.3750
N_BEHT.77.25
N_KBA..83.13
Р_КВД..10.00
Т_КВД..377.0
Gt....1.456
Л.РУД..37.75
Т_ЛОП. .698.0
Охл_ЛоО. 000
кон N0.000
кон РВ . 000
кон___ТО.ООО
кон___Т0.000
Gt__ОГР0.000
ВКЛ_50Х1. ООО
.8
1-УвШага 4-УмШага ТаЬнВпдНзд Pause-Стоп Esc—Выход F7—Фильтр F8-Копия F9-Печать
б
Рис.7.13. Графики изменения параметров в полете:
а — взлет; б — посадка
30 8-470
466
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
визуально оценить техническое состояние двига-
теля и его функциональных систем на основе про-
смотра комплексных параметров и их предельных
значений, характеризующих работу двигателя в
течение всего полета на основных режимах.
Алгоритмы визуализации предназначены для
оперативного выбора и просмотра группы (спис-
ка) параметров и сигналов с целью анализа рабо-
ты функциональных систем двигателя на отдель-
ных участках полета. Режим позволяет составить
и просмотреть список любых предназначенных для
просмотра параметров и сигналов, записанных на
МСРП-А-02, а также построенных на их основе
алгоритмов, моделирующих работу двигателя и его
системы регулирования. Режим содержит условия
выбора точек из файла полетной информации,
позволяющий выделять анализируемые участки
полета, а также регулировать шаг опроса парамет-
ров в полетном файле и осуществлять поиск на-
чального кадра характерного участка полета или
анализируемого режима работы двигателя.
Эксперту программа позволяет просмотреть
произвольный участок копии полетной информа-
ции, характеризующий состояние двигателя или
работу его основных систем, в графическом или
численном виде, распечатать графики или значе-
ния комплексов параметров из выбранного участ-
ка копии полетной информации.
Комплекс задач просмотра и визуализации по-
летной информации для специалистов является
еще одним «визуально-инструментальным» мето-
дом контроля ТС двигателя.
Для исключения сбоев и сглаживания инфор-
мации в программе предусмотрен специальный
режим фильтрации, обеспечивающий медианную
фильтрацию параметров с регулируемой шириной
фильтра и сглаживание при помощи быстрых,
машинно-оптимизированных преобразований.
Комплексный анализ всех видов информации,
проводимый с использованием задач оперативно-
го анализа двигателя в лаборатории диагностики,
позволяет принять решение о техническом состо-
янии двигателя и классифицировать его как «до-
пущенный к полету» или информировать о необ-
ходимости проведения целенаправленногого по-
иска неисправностей, осмотров и регулировок
двигателя. При этом оцениваются состояние про-
точной части, систем регулирования, запуска, ме-
ханизации компрессора, охлаждения лопаток, мас-
ляной системы, вибросостояния двигателя, сис-
темы регистрации и измерения параметров. Оце-
ниваются также индивидуальная часовая, цикли-
ческая и эквивалентная наработки двигателя на
режимах; тяга и удельный расход топлива; физи-
ческий расход топлива двигателями и силовой ус-
тановкой самолета в целом.
Применение процедур оперативного анализа
позволяет обнаружить и оценить ухудшение теку-
щего состояния функциональных систем как крат-
косрочное состояние на момент контроля. Для
долгосрочного анализа и прогнозирования техни-
ческого состояния используются методы парамет-
рической диагностики, основанные на трендовом
анализе.
7.4.9. Оценка технического состояния двигателя
по результатам анализа межполетных трендов
Основное назначение комплекса задач диагно-
стики состоит в оценке технического состояния
двигателя и его систем на основе представления в
наглядном виде динамики изменения контроли-
руемых параметров и характеристик с наработкой
и автоматизации процессов расчета, выявления и
анализа межполетных трендов, определяющих
параметров и характеристик двигателя ПС-90А.
Основными функциями КЗ являются:
автоматическое формирование и пополнение
баз данных измеренных и расчетных параметров
двигателя;
вычисление расчетных определяющих (приве-
денных, модельных и специальных) параметров,
отклонений параметров от базовых значений и
невязок;
расчет статистических критериев для автома-
тического выявления скачков математических
ожиданий и дисперсий, трендов параметров, пе-
ресечений ими профилактических и контрольных
уровней;
автоматический расчет наработок на момент
регистрации параметров;
протоколирование результатов анализа;
представление в наглядном виде графиков из-
менения контролируемых параметров двигателя с
наработкой и линии тренда параметров за период
эксплуатации с дополнительным выводом инфор-
мации об идентификационных данных - заводском
номере двигателя, месте установки двигателя (но-
мер борта и силовой установки), числе выполнен-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
467
ных полетов, диапазоне наработки двигателя под
контролем, начальном (базовом), текущих значе-
ниях параметра и величине отклонения парамет-
ра от базового значения, скорости изменения па-
раметра по наработке.
Параметры двигателя в полете для межполет-
ного трендового анализа снимаются в реперных
точках: на взлетном режиме после снятия сигнала
«Шасси обжато», на номинальном режиме после
прохождения высоты 5 км и дважды в крейсерс-
ком полете через 20 мин после выхода на эшелон
и за 10 мин перед началом снижения.
В число контролируемых параметров входят:
параметры для контроля проточной части дви-
гателя;
параметры для контроля систем автоматичес-
кого управления и механизации компрессора;
параметры для оценки состояния масляной
системы;
параметры для оценки вибросостояния рото-
ров вентилятора и КВД;
характеристики контроля правильности пока-
заний средств измерения параметров;
эксплуатационные характеристики двигателя;
дроссельные характеристики двигателя;
критерии изменения состояния проточной ча-
сти двигателя и его составных частей.
Перечисленные параметры по характеру их
получения можно разбить на три группы.
1. Замеренные, приведенные к САУ и режиму
параметры и характеристики двигателя: приведен-
ная частота вращения ротора вентилятора; приве-
денная частота вращения ротора КВД; приведен-
ная температура воздуха за КВД; приведенная
температура газа за турбиной; приведенная тем-
пература лопатки; приведенное давление за вен-
тилятором; приведенное давление за компрессо-
ром; приведенное давление за турбиной; перепад
давлений топлива на форсунках 1-го контура; дав-
ление топлива на входе в HP; температура воздуха
под панелями газогенератора; отклонение аН|[А;
давление масла на входе в двигатель; давление в
полостях суфлирования; перепад температур мас-
ла на выходе из опоры шарикоподшипника рото-
ра КВД и на входе в двигатель; перепад темпера-
тур масла на выходе из опоры роликоподшипни-
ка ротора ТВД и на входе в двигатель; перепад
температур масла на выходе из опоры роликопод-
шипника ротора ТНД и на входе в двигатель; виб-
роскорость ротора вентилятора в зоне РК; виб-
роскорость ротора КВД в зоне РК; виброскорость
ротора вентилятора в зоне ЗП; виброскорость ро-
тора КВД в зоне ЗП; приведенный расход топли-
ва; приведенная тяга двигателя; приведенный
удельный расход топлива.
2. Параметры, полученные на базе термогазо-
динамической модели: эффективный КПД двига-
теля; степень повышения температуры торможе-
ния термодинамического цикла; степень повыше-
ния давления торможения термодинамического
цикла; тяга двигателя (модельная); удельный рас-
ход топлива (модельный); параметр напорности
вентилятора наружного контура; параметр расхо-
да воздуха КВД; параметр КПД КВД; параметр
КПД ТВД; параметр КПД ТНД; параметр потерь
в канале наружного контура; параметр полноты
сгорания топлива; степень повышения давления
вентилятора наружного контура; степень повыше-
ния давления КВД; КПД КВД; КПД ТВД; КПД
ТНД; степень повышения давления в двигателе;
расход топлива; приведенная частота вращения
ротора КВД (модельная); приведенное давление
за вентилятором (модельное); приведенное давле-
ние за компрессором (модельное); приведенная
температура за компрессором (модельная); при-
веденная температура за турбиной (модельная);
отношение давлений рт/рях (модельное).
3. Специальные параметры, характеризующие
переходные процессы в двигателе.
На режиме запуска: давление топлива в пер-
вом контуре форсунок при пкш = 20...22 %; время
розжига; время отключения стартера; время за-
пуска; давление масла на входе в двигатель при
я = 20...25 %; величина броска топлива в 1-м
контуре форсунок в течение первых 30 с; обороты
якнд в момент отключения стартера; максимальная
tmn на запуске.
На малом газе: частота вращения ротора КВД
при работе с закрытыми отборами воздуха в СКВ
и ПОС; угол страгивания лопаток ВНА; иквд при
страгивании лопаток ВНА; иквд при закрытии ЗПВ
ПС 1-й группы.
На крейсерском режиме: разность температур
масла на выходе из опоры КВД и опоры ТВД; раз-
ность температур масла на выходе из опоры КВД
и опоры ТНД.
При снижении: л Ш1тр открытия ЗПВ ПС 1-й
группы; иквд11р закрытия КПВ; лквд11р открытия КПВ;
п переключения ПОС с 6-й на 13-ю ступень; п
переключения ПОС с 13-й на 6-ю ступень.
468
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
При включении реверса: время перекладки на
обратную тягу; время перекладки на прямую тягу;
изменение температуры на входе в двигатель.
При выключении двигателя: время выбега ро-
тора КВД; время выбега ротора КНД.
По результатам межполетного трендового ана-
лиза автоматически формируется протокол, в ко-
тором фиксируются величины отклонений пара-
метров от базовых значений с наработкой. В про-
токоле дается заключение об изменении парамет-
ров - «скачке» или «тренде», т. е. значимом
функциональном изменении величины парамет-
ра. Приводятся результаты контроля техническо-
го состояния проточной части двигателя, а также
механизации компрессора, топливной и масляной
систем двигателя и даются рекомендации о ТС
согласно алгоритмам принятия решений (см. табл.
7.11, 7.12). Отмечаются также случаи несоответ-
ствия величины параметров нормам ТУ. При от-
сутствии признаков развития неисправностей да-
ется заключение «норма».
На основании протокола просматриваются гра-
фики тех параметров, которые изменились с на-
работкой. Для принятия решений может потребо-
ваться просмотр некоторых других параметров.
Производится также сопоставление изменения
параметров с известными случаями проявления
различных неисправностей и новыми данными по
применению методики в эксплуатации.
При наличии признаков развития неисправно-
стей принимается решение о проведении опти-
ческих осмотров или других работ для локализа-
ции и устранения неисправностей в эксплуатации.
7.4.10. Комплекс задач
информационной поддержки
процесса технической эксплуатации
авиационных двигателей
Успешное решение задачи повышения эффек-
тивности процесса технической эксплуатации
авиационных двигателей предполагает использо
вание различной статистической информации о
текущем, прошедшем и прогнозируемом техни-
ческом состоянии ГТД. В связи с этим возникает
необходимость создания единой информационной
базы данных, в которой хранятся сведения о тех-
ническом состоянии двигателя и его динамике
(мониторинге) в процессе эксплуатации, получен-
ных из различных источников. Информационное
обеспечение должно быть построено на основе
системного подхода, отражать иерархический и
комплексный характер процесса анализа техни-
ческого состояния.
Иерархический характер процесса анализа ТС
предполагает многоуровневую систему оценок,
в которой на первом уровне решаются задачи
сбора, систематизации, хранения и поиска раз-
личной информации, на втором - экспресс-ана-
лиза полетов и опробований двигателей и их до-
кументирования и ведения, на следующем -
анализ межполетных трендов, поиск неисправ-
ностей и другие задачи. Комплексный анализ
учитывает различные подходы, методы и сред-
ства оценки и анализа ТС, характеризующие его
с различных позиций, с целью получения более
полной и достоверной информации. Заключи-
тельный анализ ТС двигателей производится в
лаборатории диагностики на основе анализа тех-
нического состояния ГТД на предыдущих уров-
нях специалистами инженерной авиационной
службы. Его результаты по каждому двигателю
в хронологическом порядке также записывают-
ся в базу данных.
К задачам информационной поддержки отно-
сятся учет и анализ сообщений экипажа и лабора-
тории; учет отказов и мероприятий по их устра-
нению; учет результатов контроля и диагности-
рования двигателя; учет формулярных данных о
приемо-сдаточных испытаниях двигателя; учет ре-
зультатов анализа ТС двигателей.
Для последовательного всестороннего анализа
на первом уровне оценки ТС ГТД используется
информация о замечаниях экипажа, заносимая по
каждому полету в бортовой журнал, а также заме-
чания лаборатории и характеристика работ, вы-
полненных по их устранению. Это пример типо-
вой с точки зрения решения на ПЭВМ информа-
ционно-поисковой задачи, в рамках которой реа-
лизованы следующие режимы:
первоначальное формирование записей заме-
чаний экипажей и лаборатории, а также инфор-
мации о работах, выполненных по устранению
замечаний за каждый полет (опробование) по дви-
гателям ВС, редактирование записей;
локальный и глобальный поиск информации и
формирование выходных документов;
поиск и формирование списка событий (за-
мечаний, выполненных работ экипажа и лабора-
7.4. Методы и системы диагностики технического состояния авиационных двигателей
469
Таблица 7.14. Замечания экипажей по работе двигателей СУ самолета № 96007
Дата Маршрут Замечания Работы
27.07.1999 28.07.1999 Нью-Йорк - Шере- метьево При работе двигателя № 1 на автоматике при выходе на МГ рост п прекращен (и, - 58 %). Табло «Запуск идет» не гаснет 150 с Установлены коды регулировочных винтов РЭД90. Проверено трехкрат- ным запуском, = 85 с
В полете на КИСС кадры «Блоки САУ, 3-й канал неисправен», «Блоки САУ, 3-й канал открыт» Проверена работа СД4. Соответству- ет НТД
Постоянно в полете вибрация РК, двигатель № 4 показывает «0» или «отсутствует» Проверено сравнением показаний при гонке двигателей № 1 и № 4
бюп турбины двигателя № 4, превышение показаний остальных двигателей на 200 °C Проверено сравнением показаний четырех двигателей
31.07.1999 Пальма-де- Мальорка - Шере- метьево Gon двигателя № 4, в наборе высоты хаотиче- ское изменение показаний в пределах 700...930 °C Заменен ОПП-94. Двигатель опробо- ван. Замечаний нет
03.08.1999 04.08.1999 Нью-Йорк - Шере- метьево Кратковременно пропадает индикация двигателя № 4 на взлетном режиме Заменен блок ЦВМ 80-40100. Прове- рено при гонке. В пределах ТУ
На КИСС на кадре «Сигнал» по двигателю № 3 постоянно идет информация «Отказ охлаждения турбины» Заменен датчик. Проверено при оп- робовании двигателя. Замечаний нет
06.08.1999 07.08.1999 Нью-Йорк - Шере- метьево Нет данных от БСКД-2-1 (/„.вых и др.) Заменен БППД-2-1 двигателя № 2. Замечаний нет
До отказа БСКД-2-1 гМ Вых двигателя № 2 из- менилась скачком со 120 до 188 °C. Перегрев масла на выходе Заменен БППД-2-1
На КИСС «Отказ БСКД» Заменен БППД-2-1
Временами отказывает БСКД-4-1 (после пе- рещелкивания показания восстанавливаются на пробеге при включении реверса двигателя №3) Проверена работоспособность. Вы- полнена программа работ (заменен КВ РУРа. Технический акт от 12.07.99)
13.08.1999 14.08.1999 Нью-Йорк - Шере- метьево Запуск двигателя № 2 с 3-й попытки из-за отсутствия воспламенения топлива (рт > 2 кгс/см') Очищены от кокса обе пусковые свечи. Произведен запуск. Замечаний нет
22.08.1999 22.08.1999 Шереметьево - Шереметьево Опробование двигателей Замечаний нет
тории) в заданном диапазоне дат в хронологи-
ческом порядке для данного номера двигателя
(ВС);
поиск и формирование списка событий по клю-
чевым словам в тексте замечания или изложения
выполненных работ по одному или списку номе-
ров двигателей;
поиск событий по различным признакам: но-
меру рейса, дате и др.
В табл. 7.14 приводятся примеры записей
в базу данных замечаний экипажей и лабора-
тории о работе двигателя и об устранении за-
мечаний.
Замечания экипажей используются для опе-
ративного информирования при возникновении
отказов в полете, анализа предыстории их разви-
тия и методов устранения подобных неисправ-
ностей.
470
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Формирование и ведение БД по отказам и ме-
роприятиям по их устранению. В настоящее время
все отказы и неисправности, возникающие в про-
цессе эксплуатации и доводки авиадвигателей, осо-
бенно влияющие на безопасность полетов или
эффективность эксплуатации, анализируются в
фирме-разработчике с целью устранения возник-
ших и предупреждения повторных отказов, а так-
же совершенствования конструкции ГТД. Процесс
разработки и внедрения мероприятий при изме-
нении конструкции или устранении различного
вида неисправностей осуществляется достаточно
продолжительное время, в течение которого воз-
можны повторные отказы на немодифицирован-
ных двигателях.
Поэтому опыт, накопленный в процессе экс-
плуатации, будет полезен разработчику для выяв-
ления, предупреждения и устранения этих неис-
правностей. В рамках системы информационного
обеспечения ведется учет отказов и мероприятий
по их устранению. База данных КЗ учета отказов
и мероприятий включает описание дефекта, при-
чину его появления, метод устранения, меропри-
ятия по устранению, количество двигателей, име-
ющих дефект в указанный период, номера этих
двигателей, наработки, номера самолетов, дату и
место обнаружения дефекта и другие реквизиты.
Основными режимами системы «Отказы и ме-
роприятия» являются:
первоначальный ввод записей об отказах и ме-
роприятиях по их устранению;
просмотр, редактирование и удаление данных;
поиск записей по ключевым словам в описа-
ниях отказов и мероприятий, а также системати-
зация информации по различным признакам;
формирование выходных документов, в том
числе ведомости по отказам и мероприятиям.
Ниже приводятся примеры записей базы дан-
ных «Отказы и мероприятия».
Запись № 181
1. Описание дефекта: При выполнении регламен-
тных работ на 3-й силовой установке на трех РЛ
1-й ступени турбины в середине по высоте на вход-
ных кромках оплавление отверстий охлаждения и
на трех лопатках повреждения от отверстий.
2. Причина появления дефекта: Недостаточ-
ное охлаждение входной кромки лопаток.
3. Метод устранения дефекта: Допустимые по-
вреждения.
4. Мероприятия: Введен аппарат закрутки для
увеличения охлаждения РЛ, 94-10197 90 г. Внедрение
с 15.04.90.
5. Количество двигателей, имеющих дефект в
указаний период: 1.
6. Количество двигателей имеющих дефект с
начала года: 4.
7. Номер двигателя: 94-49/ 3489021.
8. Наработка, ч: 277.
9. Номер самолета: 96000.
10. Дата и место обнаружения дефекта: 29.11.90,
земля.
11. Конструкторский отдел: КО-04.
Запись № 552
1. Описание дефекта: 1. В полете при наборе
высоты на экране КИСС появился сигнал «ПОМ-
ПАЖ», Н= 1760 м, V — 385 км/ч, tH = +2 °C. Дви-
гатель переведен на режим МГ и выключен. Трехмо-
торный полет. При осмотре обнаружено поврежде-
ние лопаток КВД. Ротор КВД заклинен.
7. Причина появления дефекта: Усталостный
излом направляющей лопатки 6-й ступени КВД вслед-
ствие образования подрезов и уступов при изго-
товлении лопатки. Технологический дефект. Отчет
541-3398.
3. Метод устранения дефекта: Двигатель снят с
эксплуатации.
4. Мероприятия: Откорректировать техно-
логический процесс механической обработки ло-
паток с целью исключения образования подрезов и
уступов.
5. Количество двигателей, имеющих дефект в
указаный период: 1.
6. Количество двигателей, имеющих дефект с
начала года: 2.
7. Номер двигателя: 3290015.
8. Наработка, ч: 401.
9. Номер самолета: 96000.
10. Дата и место обнаружения дефекта: 05.11.91,
полет, Жуковский.
11. Конструкторский отдел: КО-01.
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
471
7.5. ВИБРОАКУСТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
КОМПОНЕНТОВ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Как показывает практика эксплуатации, зна-
чительная часть отказов элементов авиационных
конструкций обусловлена трещиноподобными
повреждениями - забоинами, усталостными тре-
щинами, коррозионным растрескиванием, эро-
зией и т. п. Применительно к авиационным дви-
гателям таким повреждениям подвержены ответ-
ственные элементы конструкции роторной части -
рабочие лопатки компрессоров и турбин. По-
этому одной из важных проблем комплексной
диагностики ГТД является определение ТС лопа-
ток в процессе функционирования двигателя и вы-
явление трещиноподобных повреждений на ран-
ней стадии их развития. Это позволит значитель-
но уменьшить вероятность разрушения лопаток
при эксплуатации ГТД. К одним из наиболее эф-
фективных и перспективных методов решения про-
блемы выявления трещиноподобных повреж-
дений лопаток ГТД на стационарных и нестацио-
нарных эксплуатационных режимах относятся
методы вибрационной и виброакустической диаг-
ностики.
Вибрационная и виброакустическая диагно-
стика - это направления технической диагнос-
тики, которые в качестве диагностической ин-
формации используют разные колебательные
процессы: механические колебания, переменные
(динамические) деформации, акустические ко-
лебания в твердых, жидких и газовых средах [171,
243, 508].
Вибрационный и виброакустический контроль
ТС двигателя является одним из важнейших на-
правлений в общей системе технической диагно-
стики ГТД и имеет ряд преимуществ по сравне-
нию с другими методами [171, 243, 244, 334]. Ме-
тоды вибрационной и виброакустической диаг-
ностики обеспечивают оценку ТС вращающихся
элементов двигателя за счет обработки информа-
ции о колебательных процессах, протекающих
при функционировании ГТД. Появление и рас-
пространение акустических и механических ко-
лебаний обусловлено эксплуатационными дина-
мическими нагрузками. Параметры таких коле-
баний зависят как от характеристик вибрацион-
ных возмущений, так и от характеристик
виброакустического канала, расположенного меж-
ду источником возбуждения и точкой приема
информации, т. е. от состояния объекта диагнос-
тики.
Применение методов виброакустической ди-
агностики открывает принципиальную возмож-
ность более раннего выявления и предупрежде-
ния развития дефектов по сравнению с другими
методами, а также исключения случаев необос-
нованного снятия двигателя с эксплуатации. Ис-
пользованию методов и средств виброакустичес-
кой диагностики ГТД способствует высокая ин-
формативность вибрационных и акустических
сигналов, простота их превращения в электри-
ческие сигналы, возможность применения дан-
ных методов без демонтажа двигателя в условиях
эксплуатации, а также широкие возможности ав-
томатизации всего процесса диагностирования.
Вибрационная и виброакустическая диагнос-
тика ГТД является довольно эффективной. Ис-
пользование бортовых средств контроля вибраций
позволяет обнаружить около 35 % всех неисправ-
ностей, которые случаются при эксплуатации: из-
нос деталей, нарушения соосности валов, разру-
шение подшипников опор роторов, разрушение
лопаток компрессоров и турбин, разрушение зуб-
чатых передач и пр. [163, 171, 243, 244, 249, 270,
334, 508].
Одними из наиболее теоретически исследован-
ных и распространенных на практике методов
вибрационной и виброакустической диагности-
ки элементов конструкций являются низкочас-
тотные методы свободных и вынужденных коле-
баний (0-25 кГц). Данные методы заключаются в
возбуждении свободно затухающих или резонан-
сных вынужденных колебаний объекта диагнос-
тики (ОД) и дальнейшем анализе их параметров
и характеристик [132, 322, 387]. Для диагностики
используются интегральные и локальные вари-
анты методов, при которых анализируются коле-
бания ОД как единого целого, так и отдельной
его части.
Следует отметить, что эксплуатация ГТД со-
провождается вынужденными и резонансными
колебаниями его отдельных агрегатов, узлов и де-
талей. Именно поэтому большинство неисправ-
ностей, которые возникают в двигателях при их
т
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
эксплуатации, или непосредственно вызываются
колебаниями, или же влияют на них.
Применение методов вибрационной и вибро-
акустической диагностики к ГТД обеспечивает ре-
шения следующих групп задач [75, 116, 127, 171,
502, 508]:
на этапе эксплуатации, в процессе стендовых
испытаний и при доводке двигателя обеспечива-
ется оценка технического состояния двигателя и
его элементов, а также выявление неисправнос-
тей в начале их развития;
на всех этапах производства и эксплуатации
проводится определение вибрационного состо-
яния двигателя и его элементов (оценка сово-
купности параметров, которые характеризуют
вибрацию двигателя и его отдельных агрегатов,
узлов и деталей на определенном множестве ре-
жимов и условий эксплуатации) для предупреж-
дения неисправностей, которые вызываются ко-
лебаниями.
В последнем случае обеспечивается оценка и
прогнозирование динамической нагрузки конст-
рукции, определение опасных действий на эле-
менты конструкции и их опасных колебаний, оцен-
ка факторов, которые влияют на колебания, оп-
ределение и прогнозирование устойчивости эле-
ментов конструкции двигателя к возбуждаемым
колебаниям, распознавание вибрационных процес-
сов и идентификация двигателя как динамичес-
кой системы.
Эффективность данных методов диагнос-
тики подтверждается их широким применением
для определения широкого круга неисправнос-
тей. Это неуравновешенность вращающихся де-
талей, выявление дефектов опор роторов, зубча-
тых передач, насосов, повреждений лопаток ра-
бочих колес, износа элементов конструкции, по-
вышенных пульсаций давления в проточной
части, вибрационного горения. В условиях экс-
плуатации контроль роторной вибрации обеспе-
чивает более высокую эффективность определе-
ния неисправностей (приблизительно в 7 раз) по
сравнению с методами, которые базируются на
контроле параметров и физико-механических ха-
рактеристик двигателя [243].
Анализ особенностей генерирования в ГТД
вибраций и акустического шума, а также анализ
информационных свойств их спектров показал,
что спектры вибраций (виброскорости) и шума
достаточно широко используются для определе-
ния состояния ГТД и диагностики многих дефек-
тов и повреждений [171, 243, 508]. Однако есть
множество факторов, обусловливающих значи-
тельные трудности при выделении и трактовке
информативных диагностических признаков на
основе анализа спектров вибрации и шума. Глав-
ным среди них является низкая чувствительность
спектров - обобщенной энергетической характе-
ристики вибрации ГТД - к зарождению и разви-
тию трещиноподобных повреждений в конструк-
тивных элементах двигателя. Зарождающиеся и
начальные повреждения приводят к появлению в
измеренных вибрационных и виброакустических
сигналах составляющих с малой колебательной
энергией, которые практически не выделяются
традиционными методами спектрального анали-
за [116, 127].
На сегодняшний день исследования пробле-
мы диагностирования трещиноподобных повреж-
дений лопаток ГТД в основном сосредоточены в
направлении определения влияния повреждения
типа усталостной трещины на свободные и резо-
нансные колебания лопатки при стационарном
гармоническом возбуждении. В реальных усло-
виях авиационные двигатели эксплуатируются на
нестационарных режимах (запуск, быстрый на-
бор высоты, снижение и др.). Нестационарные
режимы работы двигателя являются более инфор-
мативными с точки зрения наличия в них макси-
мальных изменений спектров вибраций и шума,
а режим изменения частоты вращения ротора при
разгоне или выбеге двигателя обусловливает виб-
рационное возбуждение лопаток высшими гар-
мониками частоты вращения ротора [171].
Следует отметить, что использование неста-
ционарных режимов нашло свое отражение при
разработке нового метода параметрической ди-
агностики газотурбинных двигателей [168]. Такие
режимы целесообразно использовать для диагно-
стики повреждений лопаток. Однако для диаг-
ностики повреждений необходимо располагать
адекватной структурно-функциональной моделью
двигателя, которая должна отражать его состоя-
ния с трешиноподобным повреждением в лопат-
ке рабочего колеса и без такого повреждения, а
также обеспечивать формирование виброакусти-
ческих каналов, связывающих источник вибра-
ционного возбуждения на указанных режимах с
реакцией соответствующего рабочего колеса и
двигателя в целом.
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
т
7.5.1. Математические модели
газотурбинных двигателей и рабочих лопаток
как объектов виброакустической диагностики
Анализ вибрационного возбуждения лопаток
ГТД в процессе эксплуатации показывает, что ос-
новным и наиболее важным источником вибра-
ции механического происхождения является вра-
щающийся ротор, соответственно и роторная виб-
рация Р(/) - основной фактор вибрационного
возбуждения элементов рабочих колес ГТД. На
стационарных режимах вибрационное возбужде-
ние происходит с частотой вращения ротора юр и
с кратными частотами шр, = /шр (в силу нелиней-
ности характеристик элементов реальных ГТД).
Для математического описания стационарного
вибрационного возбуждения используется модель
полигармонического процесса и модель в виде
суммы конечного числа узкополосных компонент
и широкополосного вибрационного шума [191].
На нестационарных эксплуатационных режи-
мах в течение определенных интервалов времени
происходит близкое к линейному изменение час-
тоты вращения ротора (рис. 7.14). Мгновенное
значение частоты определяется как ш"с(г) = шр0 ±Р/,
где юрП - начальное значение частоты; р - ско-
рость изменения частоты; t - время; знак + соот-
ветствует режимам увеличения (приемистость и
запуск) или уменьшения (дросселирование) час-
тоты вращения ротора.
Математическое описание в детерминирован-
ном представлении учитывает кратные роторные
гармоники:
р'к (0 = Z [<w]sin (“r"f ±°’5' + Ф.0), (7.56)
i=l
где <pj0- начальная фаза /-й гармоники.
Как видно из (7.56), составляющие роторной
вибрации являются процессами с линейной частот-
ной модуляцией (ЛЧМ). Используя методику опре-
деления спектральной плотности (СП) радиоимпуль-
сасЛЧМ и огибающей прямоугольной формы [137],
в работах [649, 650] получено аналитическое вы-
ражение для определения текущей СП основной
(/'= 1) составляющей нестационарного возмущения
(7.56) при условии Р' = const и <р10 = 0 в виде
((D) = 0,5/]y]n/fiexp(-jd2) £ 5(yr) C(yr)
(7.57)
где г/ = (ш-шр0)Д/Р/2 ; у, =iK$/2-d; y1=d\S(y),
C{y) - интегралы Френеля [522]; tK - время на-
блюдения.
В стохастическом представлении нестационар-
ное воздействие
/’,,c(f) = S^Wsin[“por±O’5/₽f2 +<Р.о], (7.58)
ы
где /](г) = /]„£, (г); /]0 постоянная величина; £,(/)-
модулирующий стационарный случайный нор-
мальный процесс с нулевым средним значением
и корреляционной функцией Kv(t2 - г,); <рю - слу-
чайная начальная фаза, равномерно распределен-
ная на интервале [0;2л| и статистически незави-
симая ОТ C;(f)
Для нестационарных режимов эксплуатации в
работе [651] получены и проанализированы но-
вые аналитические зависимости корреляционной
функции (КФ) и СП возбуждения (7.58), которые
могут использоваться для определения корреля-
ционных и спектральных характеристик нестаци-
онарных колебаний лопаток.
Аналитическое выражение для корреляционной
функции нестационарного роторного вибрацион-
ного возмущения получено в [651] для первой ро-
торной гармоники в режиме приемистости:
К;>„ (грГ2) = о2 ехр(-сф, -r,|)cos[wp0 (t2 -г, )+0,5₽(г2 -г)],
(7.59)
где о2 = 0,5/^сг,; о2, = А'0,/4а; Nm - интенсивность
белого шума на входе формирующего низкочас-
Рис. 7.14. Зависимости частоты вращения шр ротора
двигателя от времени при приемистости (/), запуске (2)
и дросселировании (3)
474
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
тотного фильтра, постоянная времени которого
определяет величину а.
Как видно из (7.59), КФ нестационарного виб-
рационного роторного возмущения является фун-
кцией двух переменных времени г, и г,, т. е. двой-
ной по времени нестационарной КФ для любых
фиксированных значений времени t, и г, [59].
Применительно к воздействию (7.58) для пер-
вой роторной гармоники в режиме приемистости
выражение для СП имеет вид
(7.60)
где = ехр
а,
До) = со2 - ш, - 2шр0(ш2 - со,);
А|’А2.Ф|1’Ф|2 ~ нелинейные функции интегралов
Френеля, аргументы которых зависят от парамет-
ров воздействия.
Структуру динамической модели ГТД как тур-
болопаточной машины можно представить в виде
схемы (рис. 7.15). В соответствии со своей струк-
турой модель определяет во временном представ-
лении преобразование вибрационных и акустичес-
ких возбуждений на стационарном и нестационар-
ных режимах в измеряемый акустический сигнал
Х(г).
Вибрация аэродинамического происхождения
возбуждается лопаточными узлами ГТД из-за ок-
ружной неравномерности воздушных потоков,
протекающих сквозь подвижные и неподвижные
венцы лопаток. Каждое рабочее колесо генериру-
ет вибрацию 2/г) на роторных гармониках и на
частотах в раз больших (zy - количество лопа-
ток j-го рабочего колеса). Нерегулярные процес-
сы в проточной части ГТД (вибрационное горе-
ние, вращающийся срыв, пульсации) представля-
ют собой случайные вибрационные возбуждения
лопаток каждого колеса 5,(г). Источниками аку-
стического шума являются лопаточные аппараты.
Шум Ву(г) имеет дискретный спектр с наиболее
интенсивными слагаемыми на частотах следова-
ния лопаток рабочих колес и на частотах, крат-
ных им. Шум со сплошным спектром 0/0 гене-
рируется турбулентными явлениями и вихреобра-
зованием вблизи задних кромок профилей лопа-
ток и описывается как случайный стационарный
процесс. Вибрация несиловых элементов, подшип-
никовых узлов, редукторов и приводов ГТД в ос-
новном является широкополосной со сплошным
спектром и относительно низкой интенсивностью
Рис. 7.15. Структура динамической модели турболопаточной машины
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
475
и учитывается как вибрационный фон при изме-
рениях N(t).
Для решения диагностических задач целесооб-
разно использовать упрощенные модели двигате-
ля в виде некоторого числа не связанных между
собой взаимным вибрационным воздействием
схем, которые моделируют отдельные узлы рото-
ров компрессора и турбины. Определение техни-
ческого состояния лопаток соответствует наивыс-
шей степени детализации места возникновения не-
исправности. Поэтому элементами динамической
модели ГТД являются модели лопаток рабочих ко-
лес, а совокупность рабочих колес, которые при-
водятся во вращение ротором и находятся под
воздействием описанных выше вибрационных аку-
стических возмущений, представляет собой дина-
мическую модель однороторного ГТД. По отно-
шению к роторному вибрационному воздействию
совокупность п рабочих колес представляется си-
стемой с параллельным соединением п подсистем
«диск-лопатки».
Таким образом, согласно динамической моде-
ли двигателя структуру измеряемого акустическо-
го сигнала X (г) можно описать выражением
Х(П = £ l[^(O + rs,(r)]+ey(r)+^(r)+D/f) + N(t),
(7.61)
где r/Jv(r), - реакция q -й лопаткиу-й подси-
стемы соответственно на роторную вибрацию и
вибрацию аэродинамического происхождения.
Для построения моделей рабочей лопатки в
первом приближении можно принять, что ее на-
пряженное состояние является одноосным. Оно
характеризуется действием вдоль оси лопатки на-
пряжений растяжения и изгиба от механических
сил и температурных напряжений. Это позволяет
в качестве модели лопатки без повреждения при-
нять модель линейной колебательной системы с
одной степенью свободы. Трещиноподобное по-
вреждение моделируется как нарушение сплош-
ности материала, что обусловливает изменение
жесткости на полуциклах деформирования.
В качестве модели лопатки с повреждением
принимается колебательная система с одной сте-
пенью свободы с кусочно-линейной характерис-
тикой восстанавливающей силы. Относительное
изменение жесткости (ДС - изменение
жесткости из-за наличия трещины; С - исходная
жесткость) характеризует отклонение восстанав-
ливающей силы от линейной зависимости и ис-
пользуется как параметр трещиноподобного по-
вреждения, который для начальных повреждений
изменяется в пределах 0,01-0,1.
Рассмотрим модели рабочей лопатки с трещи-
ноподобным повреждением при свободных коле-
баниях и вынужденных колебаниях в условиях
стационарного возбуждения [93, 649, 651].
1. Модель лопатки без учета рассеивания энер-
гии.
Свободные колебания модели представляются
в виде разложения в ряд Фурье по гармоникам
основной частоты &>0:
A(r) = ^+X«*cosW, (7.62)
х *=1
где а0, at и ш0 - функции относительного изме-
нения жесткости о.
При воздействии единичного мгновенного им-
пульса выражение (7.62) описывает импульсную
характеристику колебательной системы в виде
g(t) = х(г). Это позволяет для конечной суммы ряда
представить модель лопатки как линейную систе-
му с параллельным соединением интегрирующе-
го и колебательных звеньев, передаточные функ-
ции которых зависят от параметра © . Данная мо-
дель дает возможность аналитически определять
реакцию лопатки на произвольные возбуждения
и исследовать влияние повреждения на виброаку-
стические характеристики ГТД на стационарных
и нестационарных эксплуатационных режимах.
2. Модель лопатки с учетом рассеивания энер-
гии.
Свободные колебания данной модели описы-
ваются нелинейным уравнением
JC + 2/ix+a>^p(l-Asignx)% = 0, (7.63)
где h - коэффициент демпфирования; юср и Д -
функции параметра повреждения © .
Модель может быть использована для анали-
тических исследований характеристик свободных
колебаний и для численного моделирования ста-
ционарных и нестационарных вынужденных ко-
лебаний лопатки.
3. Модель лопатки в виде линейной нестацио-
нарной системы.
Модель строится на основании аппроксима-
ции нелинейной функции в (7.63) ограниченным
476
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
рядом Фурье, что является приемлемым для ма-
лых повреждений ($<0,05). Свободные колеба-
ния модели описываются дифференциальным
уравнением с периодически изменяющимся па-
раметром
x + 2fti + ii)2(<7-|Xcosti)0f)x = 0, (7-64)
где со, - собственная частота модели лопатки без
повреждения; q и р. - функции параметра по-
вреждения о.
Модель является линейной, учитывает рассеи-
вание энергии и позволяет проводить аналитичес-
кие исследования влияния трещиноподобного
повреждения на виброакустические характеристи-
ки лопаток при произвольных вибрационных воз-
буждениях.
Таким образом, динамическая модель ГТД и
выражение (7.61) в зависимости от вида импульс-
ных характеристик моделей лопаток #(г,т) харак-
теризуют состояния двигателя при отсутствии или
наличии трещиноподобных повреждений в лопатке
и позволяют исследовать влияние повреждений на
характеристики измеряемого сигнала X (7) на ста-
ционарных и нестационарных режимах эксплуа-
тации.
Для модели лопатки (7.62) появление повреж-
дения приводит к тому, что в ее свободных ко-
лебаниях возникают постоянная составляющая
ае и составляющие at на высших гармониках
основной частоты о>0, наиболее представитель-
ской среди которых является вторая гармоника.
В качестве диагностических признаков повреж-
дения могут использоваться отношения посто-
янной составляющей и амплитуды второй гар-
моники к амплитуде основной гармоники сво-
бодных колебаний. Увеличение параметра по-
вреждения 6 в интервале 0,010,1 приводит к
возрастанию диагностического признака на ос-
нове постоянной составляющей а0/а, почти на
порядок, а на основе второй гармоники а2/а,
в 5 раз.
Для модели лопатки (7.63) появление повреж-
дения приводит к обогащению СП составляющи-
ми на высших гармониках. В качестве диагности-
ческого признака может использоваться многомер-
ный вектор, составляющие которого представля-
ют собой отношения спектральной плотности
мощности (СПМ) высших и основной гармоник.
Для нестационарной модели (7.64) импульсная
характеристика [93]
g(r,0) = e"'£2-'(l-Zr5
Д, sin Qi + Д sin (£2 + о>0 )r +
+Л2 sin (£2 - ш0 )r +
+Д sin (£2 + 2co0 )t +
+Д sin (£2 - 2tn0 )r +
+Д sin (£2 + 3coo )t +
+Д sin(£2-3(i)0)r
(7.65)
где £l = (o,y[q; x = \k/2q', Д-нелинейные комбина-
ции функций Бесселя до второго порядка вклю-
чительно, аргумент которых зависит от параметра
6 и возрастает с его увеличением.
Анализ выражения (7.65) показывает, что в ин-
тервале значений © от 0,01 до 0,05 среди допол-
нительных составляющих импульсной характери-
стики, обусловленных появлением повреждения,
наибольшей интенсивности достигают постоянная
составляющая (на частоте £2 - ш0 = Д2 (О)ш., где
Д2 (О) = 10“5,.... 8 • 10"5) и составляющая на удвоенной
частоте изменения жесткости (£2 + ш0 = Д, ($)си,, где
Д,(О)= 1,995, ..., 1,975). Это свидетельствует об
идентичности влияния трещиноподобного повреж-
дения на импульсные характеристики нестацио-
нарной модели лопатки и модели лопатки без учета
рассеивания энергии при условии ограничения
импульсных характеристик наиболее представи-
тельскими постоянной составляющей и первыми
двумя гармониками.
Таким образом, начальное трещиноподобное
повреждение (6 = 0,01...0,1) приводит к незначи-
тельным (по интенсивности дополнительных со-
ставляющих) изменениям импульсных характери-
стик моделей лопатки с повреждением и характе-
ристик их вынужденных нерезонансных колебаний
при стационарном вибрационном возбуждении.
Особое место при построении системы вибро-
акустической диагностики авиационных ГТД за-
нимает проблема моделирования влияния трещи-
ноподобного повреждения на характеристики ко-
лебаний моделей лопаток на нестационарных ре-
жимах эксплуатации [649,651].
Чтобы получить аналитическое описание ко-
лебаний лопаток, возбуждаемых нестационарным
вибрационным роторным воздействием с изменя-
ющейся частотой, первоначально рассмотрим мо-
дель лопатки без повреждения.
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
477
Реакция линейной системы на нестационарное
возбуждение определяется интегралом Дюамеля
1К
<(г) = |рнс(т)^(г-тИт,
*0
(7.66)
где r0, tK - соответствующие границы временно-
го интервала изменения частоты вращения рото-
ра ГТД на нестационарных режимах; Р"с(т) -
детерминированная модель нестационарного воз-
буждения; g.(r-r) - импульсная характеристика
модели.
Для лопатки без повреждения на основании за-
висимости (7.66) с использованием табулирован-
ных функций W(z) = e
можно по-
о
лучить аналитические зависимости, показываю-
щие, что при медленном изменении частоты виб-
рационного возбуждения ( л/^/0,5/0 »1) колебания
лопатки представляют собой нестационарный про-
цесс с изменяющейся частотой.
Амплитуда колебаний изменяется по форме
амплитудно-частотной характеристики модели
лопатки:
3
х”с(г) = ц.1 У, Д<г)cos[0,5r'Pr“ -<Р,(Г)],
1=1
Д(Г) = /’{л2+[щ“(/)-Ш„]2р;
<Р, (О = (Г) - И,. ]/< 1; t G [г0, гк].
В случае быстрого изменения частоты
( л/-7о,5|’Р «1) возбуждаются свободные затухаю-
щие колебания лопатки с частотой ш1 и коэффи-
циентом затухания А, амплитуда которых зависит
от скорости изменения частоты:
д-Г(г) = £ Р, ^/л/ОЛРмп - <рГ),
где г,,.- время, отсчитываемое с момента r = r,rn;
<рр‘” фазовый сдвиг в момент времени г = фе‘,
<ррс‘=±О,5;0г|рп+л/4.
Для модели лопатки с повреждением без учета
рассеивания энергии, импульсная характеристика
которой имеет вид (7.62), существуют аналитиче-
ские выражения, описывающие колебания лопат-
ки в случае быстрого изменения частоты нестацио-
нарного возбуждения для следующих условий.
1. Нахождение z-й гармоники изменяющейся
частоты в пределах резонансной области модели
лопатки:
3 к к
х"с (г) = 0,5У Pf (До + У ДiIt cos kwot + У Д 2t sin kmot),
i=l *=1 *=1
(7.67)
где Д0 = а0/ю; Д,*=дДл; Д2*=о*А2; /ir-функции
параметров ш0, шр0, 0 и интегралов Френеля,
аргументы которых зависят от параметра повреж-
дения и параметров вибрационного возбуждения;
t - время, отсчитываемое с момента возбуждения
свободных колебаний.
Нестационарное воздействие возбуждает сво-
бодные колебания модели, представляющие со-
бой полигармонический процесс (7.67), его пара-
метры являются функциями параметра поврежде-
ния О. В качестве диагностических признаков ис-
пользуются отношение огибающих второй и
первой гармоник и отношение среднего значения
к огибающей первой гармоники свободных коле-
баний модели лопатки, которые по функциональ-
ной зависимости от В близки к признакам а2/а}
и о0/а,.
2. Нахождение /-й гармоники изменяющейся
частоты вне резонансной области модели лопат-
ки:
X,. sin((UpOf ± О.5/0Г2 + ф,)
(7.68)
где X,- нелинейные комбинации произведений
параметров а0 и ак импульсной характеристики
и интегралов Френеля, аргументы которых зави-
сят от параметра повреждения и параметров виб-
рационного возбуждения.
Из (7.68) следует, что увеличение параметра
повреждения © в пределах 0,01-0,1 обусловлива-
ет возрастание относительной амплитуды неста-
ционарных колебаний модели лопатки примерно
в 2 раза на режиме приемистости (0 = 110 с 2) и в
2,3 раза на режиме запуска (0 = 20 с2). Однако рост
амплитуды является неравномерным в рассмот-
ренном интервале значений © (для © < 0,04 не
превышает 5-7 %).
Колебания нестационарной модели лопатки с
повреждением (7.64) на нестационарных режимах
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
эксплуатации ГТД - амплитудно-модулированные,
а модулирующая функция представляет собой ог-
раниченный ряд гармоник частоты со(| периоди-
ческого изменения параметра жесткости, начиная
с ее нулевого значения:
л"с(г) = £2-‘£/’
71 ,
'----(AL- + /Vlf sin conr +
0,5/₽V °' " °
+ N2i sin 2co0f )sin(copOf ± O,5/'Pz2),
(7.69)
где Nri - безразмерные величины, значения кото-
рых зависят от параметров нестационарной моде-
ли (т. е. и от параметра ©) и параметров нестаци-
онарного возбуждения.
Анализ (7.69) показывает, что среди составля-
ющих модулирующей функции наиболее предста-
вительской является постоянная составляющая,
которая возрастает от 1,5 до 3,75 раза при увели-
чении параметра повреждения © в интервале от
0,01 до 0,05.
Для нестационарных колебаний моделей лопа-
ток при узкополосном нестационарном вибраци-
онном возбуждении (7.58) справедливы (для i= 1)
аналитические зависимости авто- и взаимных кор-
реляционных функций [651]; приведенные ниже.
Если лопатка без повреждения, то
710”
) = ллА Q. cos[w. (z, —z,) - Ф. ], (7.70)
4рш.
менты которых зависят от параметров модели ло-
патки и возбуждения.
Согласно выражениям (7.70)-(7.73), развитие
повреждения © в пределах 0,01-0,1 вызывает из-
менение времени, соответствующего моменту воз-
буждения нестационарным воздействием свобод-
ных колебаний модели лопатки, расширение плос-
костей сечений автокорреляционной функции,
увеличение на порядок компонентов взаимной
корреляционной функции, обусловленной нали-
чием постоянной составляющей а0 в импульсной
характеристике модели лопатки с повреждением.
Влияние повреждения на СП колебаний лопат-
ки для нестационарного возбуждения определя-
ется на основе аналитических зависимостей для
обобщенных 5*, (си,, со2) и взаимных S’.„a (со,, со2) СП.
Для лопатки без повреждения
V(“p“2) =
* / \ Oj>7l|Aj f Д(0
f Дсо 'I
+jA,sm —— -cpl2 ,
= •e'“'R.cos(wpnz1 ±0,5Pz,2 -co.z, -0.),
(7.71)
для лопатки с повреждением
если лопатка с повреждением (без учета сил со-
противления), то
2₽
Др | у ntco,co2
^.п(б/2)~ .R |аоСо + cos[to0(z2 л)
4Р [ *=1
(7.72)
(фД) = е [«Лcos(cop0z, ± 0,5₽z,2 -0В) +
cos(“Pofi ± °-5₽fi - ) >
(7-73)
А,, cos
Дсо
с / \
. ( Дсо
X A, sin----------ф.,
12 I 2₽ ’
а(со2
2св, (=| со;—(Лсоо)
(
-yA‘cosl Тде -Ф" -
где & , Qo, Qk, R,, Ro, Rk , Ф,, Фк , , G>0, G>k -
нелинейные функции интегралов Френеля, аргу-
где о2, , ц,, Дсо - функции параметров нестацио-
нарного вибрационного возбуждения; А,,, А,,, ф„
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
479
и ф,, - нелинейные функции интегралов Френе-
ля, аргументы которых зависят от параметров воз-
буждения и времени наблюдения.
Спектральная плотность нестационарных ко-
лебаний моделей лопатки состоит из непрерыв-
ного спектра, который характеризует нестационар-
ное воздействие, и дискретных составляющих,
обусловленных реакцией соответствующих моде-
лей лопатки. Появление трещиноподобного по-
вреждения приводит к обогащению СП нестацио-
нарных колебаний лопатки составляющими на
высших гармониках собственной частоты модели
лопатки с повреждением и к изменению (в сторо-
ну уменьшения) временного расположения диск-
ретных составляющих спектральной плотности.
Отношение СПМ наиболее представительской
второй гармоники к СПМ основной гармоники
возрастает с увеличением параметра повреждения
, 6, но не превышает значений от -110 до -70 дБ
в рассматриваемом интервале значений парамет-
ра О.
7.5.2. Методы обработки
диагностической информации
виброакустического мониторинга
газотурбинных двигателей
Процесс виброакустического мониторинга ГТД
состоит в непрерывном получении информации о
вибрационном и виброакустическом состоянии
лопаток, обработке диагностической информации
с целью определения признаков изменения ТС и
в принятии решения о ТС. При использовании
методов вибрационной и виброакустической ди-
агностики непосредственное измерение прямых
признаков состояния объекта невозможно. Поэто-
му измеряются связанные с объектом диагности-
ки параметры вибрации и шума. В качестве диаг-
ностической информации используется вибраци-
онный и акустический шум в диапазоне 0-10 кГц,
излучаемый ГТД в процессе эксплуатации.
В соответствии со структурой динамической
модели ГТД (см. рис. 7.15) и выражением (7.61),
измеряемый сигнал с учетом моделей аэродина-
мической вибрации <2,(г), акустического шума
В,0), импульсных характеристик моделей лопа-
ток без повреждения и с повреждением на любом
из рассматриваемых режимов эксплуатации пред-
ставляется в следующем виде:
если все лопатки без повреждения, -
Х’(г) = (г) + —J Р(т)е“"’?('“т) sin ц.А(г - т)г/т]+
7=1 «=1 М1»7«
+ХСл sin +' W + Ч’уо/) +
f=l
+^B>.sin(/z7wpT+ <pyOi)+ Dj(?)}+ 7V(r);
(7.74)
если одна лопатка с трещиноподобным повреж-
дением, -
и-1 ZJ
7=1 «=1
<V7«W+ J Р(Х)е~"*"~" sin ф.у, (г - Т)</Т
Ш1*7«
+j Р(т)о, costo0(f - т)<7т +J Р(Т)у rfT +
к
+[ +’(т)]Г a, cos ku0(t - т)г/т +
+15(1)0, cos w0(r - t)<7t + j 5(т)-у rfr +
К
+J 5(т)^а( cos k(n0(t - T)dT +
to f + i
+ £B7.sin
№+<?&)+D^t) + N^
(7.75)
где индекс q - номер лопатки; индекс j - номер
рабочего колеса; индекс i - номер гармоники ро-
торной вибрации.
Сравнительный анализ зависимостей (7.74) и
(7.75) для лопаток без повреждения и с поврежде-
нием одной лопатки показывает, что возникнове-
ние повреждения обусловливает появление в из-
меряемом сигнале дополнительных составляющих
малой интенсивности. Выделение их традицион-
ными методами спектрально-корреляционного
анализа затруднено. Для идентификации таких по-
вреждений, оценки и прогнозирования их разви-
тия необходимо использовать методы обработки,
которые применимы для анализа локально или су-
480
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
щественно нестационарных сигналов, чувствитель-
ных к малым изменениям полезной информации
на фоне значительных уровней аддитивных и муль-
типликативных помех [92, 96—98].
Рассмотрим несколько методов обработки ди-
агностической информации, которые можно от-
нести к наиболее эффективным при виброакусти-
ческом диагностировании авиационных ГТД на
стационарных и нестационарных режимах.
I. Многомерный спектральный анализ с ис-
пользованием биспектра (БС) [653, 668, 710, 819]:
^(/рЛ)= Е XC3x^>Oexp(-j27i/;Z.)exp(-;27t/2/)5
где С3х(к,1) - кумулянты третьего порядка в диск-
ретном во времени представлении процесса х(п),
С3х(к,Г) = е[х’(и)х(м + к)х(п + /) | , х* - сигнал, сопря-
женный С X.
2. Частотно-временные преобразования (ЧВП):
Вигнера-Вайла [667, 779, 799, 819, 891]
ехр(-ушт)</т
Чои Вильямса [729]
W,4 в(т,/) =
4-00 4-00
= J f (p(O,t)F(O,t)ехр(-у2лйг)ехр(-/27^'т)^т</© »
где <р(О,т) = ехр(-$2т2/сг); F(©,t) =
f I Т ] f Т I
= j x* t— x Г4-— ехр(/2л0г)г/г ; о - параметр,
определяющий уровень ослабления взаимно спек-
тральных составляющих.
3. Масштабно-временной анализ на основе
Вейвлет-преобразования (ВП) [510, 676, 776, 781,
828]:
</г,
где а - показатель масштаба; b - показатель сме-
щения базовой Вейвлет-функции во времени: *
знак комплексного сопряжения.
4. Анализ безразмерных численных характери-
стик (безразмерных амплитудных дискриминант)
виброакустического сигнала x(z) с одномерной
плотностью вероятности его мгновенных значе-
ний р(х) [127, 661]:
4-оо 1 4-оо 1
4 = [f И" P(x)dx]”[ J |х|"' p(x)dx] ,
где J, - коэффициент формы (п = 2 m =
J2 - коэффициент вероятности (л—><»; /п = 2);
,/3 - коэффициент импульсности (л—><»; т = 1);
- коэффициент фона (>г-»°°; т = 1/2)-
Работоспособность и достоверность данных
методов подтверждается результатами численно-
го и физического моделирования рабочего колеса
газотурбинного двигателя на стационарных и не-
стационарных режимах.
Для численного моделирования, визуализации
и анализа отдельных этапов или полного процес-
са виброакустического мониторинга ТС лопаток
рабочих колес ГТД разработана виртуальная из-
мерительная система (ВИС) на основе персональ-
ного компьютера [99]. С использованием ВИС
были проведены циклы компьютерных численных
экспериментов при стационарных и нестационар-
ных вибрационных возбуждениях для различных
моделей объекта диагностики: лопатка без повреж-
дения и с повреждением; пакет из двух лопаток
без повреждения и с повреждением одной лопат-
ки; рабочее колесо (21 лопатка) без повреждения
и с повреждением одной лопатки. Моделирова-
лись стационарный режим, нестационарные ре-
жимы приемистости, запуска и дросселирования
(примеры реализаций нестационарных сигналов
приведены на рис. 7.16). Учитывалось влияние
аддитивной помехи (А(г), ©7(0), интенсивность
которой задавалась в таких пределах, чтобы обес-
печить пять различных значений отношения сиг-
нал/шум р в интервале 10 1 104.
В качестве примера на рис. 7.17 приведены
результаты оценки модуля БС для бездефектного
рабочего колеса на стационарном (нерезонансном)
режиме вибрационного возбуждения. Результаты
оценки модуля БС как функкции двух частот и
/, (нормированных частот БС по отношению к
частоте дискретизации) представляются в виде
трехмерных диагонально симметричных изобра-
жений.
Появление и развитие повреждения приводит
к изменениям интенсивностей уровней одинако-
Рис. 7.16. Примеры реализаций сигналов (А амплитуда, п - количество точек) на выходе модели
бездефектного рабочего колеса при нестационарном возбуждении для режимов (р = 102):
а - приемистости; б - запуска; в - дросселирования
31 8-470
482
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.17. Результаты оценки модуля биспектра для сигнала на выходе модели бездефектного рабочего колеса при
стационарном возбуждении (р = 102):
а - трехмерное представление; б - полноцветное контурное изображение; в, г - диагональные разрезы
вого представления оценок модуля БС, интенсив-
ностей экстремумов, изменениям геометрических
характеристик контурных изображений и к появ-
лению новых составляющих малой интенсивнос-
ти. Отношение интенсивностей глобального и ло-
кального максимумов /,.//; на стационарном ре-
жиме изменяется неоднозначно (до 20 %) при уве-
личении параметра о.
Результаты ЧВП Вигнера Вайла и Чои Ви-
льямса (рис. 7.18-7.20) представляют собой кон-
турные изображения спектральных оценок в
плоскости нормированной частоты и времени,
состоящие из замкнутых изолиний, формирую-
щих цепи экстремумов [92, 96, 98]. Интенсив-
ность внутренних изолиний выше. Появление и
развитие повреждения приводит к отличиям в
интенсивностях изолиний, отражающих экстре-
мумы оценок, среди которых есть один глобаль-
ный максимум, остальные - локальные. Наибо-
лее чувствительной к повреждению является
интенсивность глобального максимума, которая
на стационарном режиме возбуждения уменьша-
ется до 15 % в рассмотренном интервале значе-
ний О .
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
483
Рис. 7.18. Результаты ЧВП Вигнера-Вайла (а) и Чои Вильямса (б) сигналов для бездефектного рабочего колеса при
стационарном возбуждении (р = 102) в зависимости от времени (по оси абсцис - нормированная частота f по отно-
шению к частоте дискретизации, по оси ординат - число контрольных точек)
Рис. 7.19. Результаты ЧВП Вигнера-Вайла сигналов на выходе модели рабочего колеса для приемистости (р = 10:):
а без повреждения; б с повреждением (0 = 0,05 )
Дня сформированных выборок сигналов опре-
деляются безразмерные амплитудные дискриминан-
ты. Как показывает моделирование, при появле-
нии и развитии повреждения на каждом режиме
возбуждения происходит неоднозначное изменение
дискриминант в ограниченном диапазоне значений.
Дтя повышения чувствительности дискриминант
к появлению и развитию повреждения проводится
предварительная обработка сигналов с использо-
ванием Вейвлет-преобразования [97, 98].
В результате обработки информации по всему
множеству численных экспериментов для каждо-
го режима эксплуатации определяются диагнос-
тические признаки: D,, - отношение интенсив-
484
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.20. Результаты ЧВП Чои Вильямса сигналов на выходе модели рабочего колеса для приемистости (р = Ю2):
а - без повреждения; б - с повреждением (О = 0,05 )
S(f<. fA. v. е.
ностей глобального и локального максимумов
оценки модуля БС; D,,., отношение интенсивно-
стей i-го локального и глобального экстремумов
ЧВП; безразмерные амплитудные дискриминан-
ты Jr отдельных элементов Вейвлет-преобразо-
вания [92].
Диагностические признаки являются случай-
ными величинами с близкими к нормальному и
логарифмически-нормальному законами распре-
деления для состояний рабочего колеса без де-
фектов и с повреждениями. Для определения ди-
агностической ценности признаков необходимо
провести их анализ (по критерию Фишера, по из-
менениям математического ожидания и по коэф-
фициенту вариации). Например, для описанного
выше численного эксперимента получено, что на
стационарном режиме наиболее ценными явля-
ются признаки £>„, 73 и ,/4 (для В>0,05 ); в режи-
ме приемистости для 0 = 0,01 - признаки J"1',
и ,/41р . При увеличении параметра повреждения
(©>0,03 ) информативны все признаки; в режиме
запуска - ; в режиме дросселирования - при-
знаки £)’р, /У‘р, й и J? .
Физическое моделирование виброакустических
сигналов и их анализ проводились путем экспе-
риментальных исследований вынужденных коле-
баний физической модели рабочего колеса при
стационарных и нестационарных вибрационных
возбуждениях [96].
В качестве физической модели (имитатора) ра-
бочего колеса использовался контрольный обра-
зец из алюминиевого сплава Д16, оснащенный во-
семью лопатками. Исследовались бездефектное со-
стояние модели и с повреждением одной лопатки
(© = 0,05 ). Имитатор был закреплен на вращающем-
ся валу экспериментальной установки. Для изме-
рения акустических сигналов, излучаемых лопат-
ками при вращении, использовалась измеритель-
ная система (микрофон, звуковая карта, ПЭВМ).
Получено большое количество выборок изме-
ренных акустических сигналов для бездефектного
и дефектного состояний физической модели рабо-
чего колеса на стационарном и нестационарных
режимах вращения (разгон, переходной режим,
выбег) и вибрационного возбуждения модели. Ана-
лиз сигналов подтвердил результаты численного
моделирования и показал, что все рассмотренные
методы обработки диагностической информации
позволяют определить отличия в характеристиках
выборок измеренных сигналов, обусловленные на-
личием повреждения в лопатке физической моде-
ли рабочего колеса. Наиболее значительные отли-
чия наблюдаются на нестационарных режимах виб-
рационного возбуждения.
7.5. Виброакустическая диагностика компонентов авиационной техники
485
7.5.3. Распознавание технического состояния
лопаток газотурбинного двигателя
по результатам обработки
диагностической информации
В соответствии с [66, 116, 127, 163, 171, 243,
508, 563] основной задачей технической диагнос-
тики является распознавание состояния техничес-
кой системы в условиях ограниченной информа-
ции. Как и для любой сложной динамической си-
стемы главная задача диагностики газотурбинных
двигателей состоит в определении состояния дви-
гателя или прогнозировании его в будущем путем
отнесения к одному из классов возможных состо-
яний по определенному множеству диагностичес-
ких признаков.
Распознавание состояния ГТД на основе виб-
рационной и виброакустической информации
имеет два уровня [508]. На первом распознавание
производится с целью выделения полезных сиг-
налов и определения в них диагностических при-
знаков, которые выявляются при обработке и ана-
лизе измеренных вибрационных и виброакусти-
ческих сигналов. Второй уровень -непосредствен-
ное распознавание состояния и классификация ОД
по значениям, определенным на первом уровне
диагностических признаков.
По результатам обработки диагностической
виброакустической информации на эксплуатаци-
онных режимах ГТД решаются задачи распозна-
вания ТС лопаток.
При двуклассовой диагностике распознавание
ТС лопаток может выполняться с использовани-
ем искусственных нейронных сетей, которые по-
лучают все большее распространение при диагно-
стировании авиационных двигателей благодаря
возможностям проводить обработку, сравнение и
классификацию образов, недоступных для тради-
ционной математики. Нейронные сети позволяют
проводить моделирование сложных, в том числе
и нелинейных зависимостей, процессов и явле
ний, обладают свойствами самообучения и само-
организации [125, 230, 318].
Из различных известных типов нейронных се-
тей для распознавания состояния лопаток рабо-
чего колеса использовалась двухслойная вероят-
ностная нейронная сеть (ВНС) |94. 95]. Класси-
фикация в ВНС основана на использовании ме-
тодов Байеса, согласно которому для каждого из
множества входных векторов (образов) принима-
ется решение о принадлежности его к наиболее
вероятному классу из тех, к которым он может
принадлежать. Для этого в сети определяется сум-
марная плотность вероятности для признаков каж-
дого класса. Параметр влияния сети о задает ши-
рину функций активации нейронов и определяет
их влияние на оценку суммарной плотности веро-
ятности.
Для классификации по количественным при-
знакам (дискриминантам Jr) на каждом из режи-
мов вибрационного возбуждения определяется ин-
тервал значений параметра влияния о , в котором
обеспечивается безошибочное обучение сети и в
котором проводится классификация объектов те-
стового множества признаков. Как показали ре-
зультаты классификации, для параметра повреж-
дения 6= 0,05 сеть выполняет, в основном, пра-
вильное разделение на классы. Проводится ана-
лиз достоверности распознавания в зависимости
от значения параметра влияния сети. Для каждого
из режимов определены значения параметра вли-
яния ст . для которых обеспечивается максималь-
ное значение достоверности распознавания Кэф
при учете вероятных ошибок первого и второго
рода.
ст, режим К*
0,0018, запуск...........0,830
0,05, дросселирование....0,926
0,1, стационарный........0,940
0,1 0,2, приемистость.....0,942
Показано, что вероятность неправильной клас-
сификации меньше среднего риска.
Распознавание по контурным изображениям
выполнено на примере оценок модуля БС для ста-
ционарного режима [94]. Для распознавания ис-
пользованы полноцветные изображения оценок
модуля БС (см. рис. 7.17, б), которые были полу-
чены для двух классов ТС лопаток рабочего коле-
са без повреждения и с начальным трещинопо-
добным повреждением одной из лопаток (о < 0,05).
Для их использования в качестве входных образов
для нейронных сетей все информативные части
полноцветных изображений были преобразованы
в палитровые (градации черно-белых цветов) и
представлены в виде одного сектора путем сече-
ния по осям симметрии (диагональные разрезы),
как показано на рис. 7.21 (по осям обозначено
количество точек в выделенных фрагментах). Сек-
486
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.21. Преобразование палитрового изображения в зависимости от количества точек контроля
Рис. 7.22. Зависимость коэффициента эффективности распознавания от па-
раметров ВНС (а) и от количества объектов обучающего множества (6)
торы изображений были заменены числовыми
матрицами, а затем по столбцам преобразованы в
векторы, которые подаются на вход нейронной
сети. В результате выполнения распознавания тех-
нического состояния лопаток определен интервал
значений параметра влияния о=1,5...Н, в кото-
ром ВНС обеспечивает безошибочное распозна-
вание образов. Количество объектов обучающего
множества образов при этом должно быть не ме-
нее восьми (рис. 7.22).
С учетом того, что дефектное состояние рабо-
чего колеса газотурбинного двигателя задавалось
значениями параметра повреждения б<0,05, по-
лученные результаты распознавания с исполь-
зованием вероятностной нейронной сети свиде-
тельствуют о высокой эффективности примене-
ния этих сетей для распознавания ТС лопаток ГТД
при зарождении и начальном развитии поврежде-
ния по диагностическим признакам в виде изоб-
ражений.
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
7.6. АКУСТОЭМИССИОННЫЙ МЕТОД В ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ
КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
7.6.1. Термины и определения.
Основные параметры сигналов
акустической эмиссии
Согласно существующим представлениям [7,
461, 558], акустическая эмиссия-это излучение ма-
териалом упругих импульсов смещения, возникающих
вследствие локальной динамической перестройки его
структуры. Акустическая эмиссия (АЭ) сопровож-
дает все внутренние процессы в материалах и зак-
лючается в высвобождении энергии, которая рас-
пространяется в виде упругих импульсов смеще-
ний. На рис. 7.23, а приведена схема излучения
сигналов АЭ в процессе развития трещин в мате-
риале, который находится под действием механи-
ческих напряжений. Упругие смещения, распрос-
траняющиеся в материале, регистрируются пьезо-
керамическим датчиком, установленным на по-
верхности изделия или на волноводе, который
должен иметь качественный акустический контакт
с поверхностью материала. На выходе преобразо-
вателя (датчика) формируется электрический сиг-
нал, который усиливается и обрабатывается элек-
тронной аппаратурой. Общий подход к обработке
параметров регистрируемых сигналов показан на
рис. 7.23, б.
В современных методологиях построения АЭ-
аппаратуры используются два основных направ-
ления в обработке информации, анализе и ото-
бражении результатов: по высокочастотной (ВЧ)
и низкочастотной (НЧ) составляющим электри-
ческого сигнала на выходе преобразователя. Сле-
дует отметить, что с данных позиций в опублико-
ванных работах по АЭ часто даются неоднознач-
ные определения и трактования результатов ана-
лиза регистрированной информации.
Основные определения, терминология и парамет-
ры сигналов АЭ приведены в стандартах на испыта-
ния материалов и изделий с использованием метода
АЭ - ГОСТ 2765S 88 [140] и ASTME 1316-94:
порог ограничения (уровень дискриминации) - уро-
вень электрического напряжения, относительно
которого обнаруживаются (регистрируются) сиг-
налы (импульсы) АЭ;
сигнал (импульс) АЭ - согласно рис. 7.23, б\
счет АЭ - количество превышений сигналом
порога ограничения (счет по ВЧ составляющей ре-
гистрируемых сигналов АЭ);
событие АЭ - любые изменения в материале,
которые вызывают возникновение сигналов акус-
тической эмиссии (событие АЭ связывают с оги-
бающей сигналов АЭ);
огибающая АЭ - продетектированный электри-
ческий сигнал АЭ, зарегистрированный на выхо-
де преобразователя;
длительность события АЭ - время нахождения
события над порогом ограничения;
пиковая амплитуда (амплитуда) АЭ макси маль-
ная амплитуда зарегистрированного аналогового
сигнала (события) АЭ;
Датчик АЭ
Поверхность
Дефект —
Напряжения I
-*— Упругие смещения
Материал изделия
Электронная
аппаратура для
обработки АЭ
(ВЧ составляющая)
Длительность события АЭ
Рис. 7.23. Излучение сигналов АЭ:
о - регистрация упругих смешений, возникающих при развитии дефектов структуры материала, находящегося под действием меха-
нических напряжений; б обработка параметров регистрируемых сигналов АЭ
a
488
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
время нарастания - время между появлением
события АЭ над порогом ограничения и макси-
мальной амплитудой события;
энергия АЭ средняя измеренная общая энер-
гия, зарегистрированная на выбранном интервале
испытаний (наблюдений), или энергия события
АЭ, или MARSE (измеренная площадь под огиба-
ющей события АЭ);
амплитудное распределение - распределение
количества сигналов АЭ по значениям их ам-
плитуд;
скорость счета - скорость изменения счета АЭ
(активность), событий АЭ (интенсивность) и энер-
гии за единицу времени;
суммарный счет - общее количество событий,
счета АЭ и энергии в зависимости от времени
или какого-либо другого параметра (например,
нагрузки).
В работах, которые относятся к началу интен-
сивного исследования явления АЭ (середина
1960-х годов), основными анализируемыми пара-
метрами были количество регистрированных сиг-
налов (импульсов), скорость счета (активность, ин-
тенсивность) и суммарный счет. Обработка этих
параметров, вывод и представление результатов
анализа не требуют использования сложных элек-
тронных средств. Тем не менее, проводимые ис-
следования [205, 755] показали, что природа яв-
ления АЭ и причины, которые его порождают,
сложнее, чем предполагало большинство иссле-
дователей. В последующие годы проводилась ин-
тенсивная разработка электронной аппаратуры, что
позволило расширить набор анализируемых па-
раметров с возможностью обработки амплитуды
сигналов, их спектральной плотности, длительно-
сти, амплитудного распределения и т. п. [10, 509,
558]. Несмотря на широкий набор параметров, к
традиционно исследуемым характеристикам АЭ
относятся количество сигналов (импульсов), ско-
рость счета, суммарный счет и амплитудное рас-
пределение. Эти характеристики рассматривают-
ся практически во всех опубликованных исследо-
ваниях, касающихся метода АЭ.
С точки зрения информативности параметров
сигналов АЭ в опубликованных исследованиях
[7,9,461,658] нет единого мнения относительно обос-
нования параметров, несущих информацию о раз-
витии процессов, которые порождают акустичес-
кое излучение. Информативность параметров в
значительной мере зависит от методологии регис-
трации и обработки сигналов АЭ, методологии ана-
лиза информации и отображения ее результатов,
характера и сложности выполняемых задач.
Регистрируемый сигнал АЭ характеризуется,
прежде всего, первичными параметрами, к кото-
рым относятся амплитуда, длительность, энергия,
время появления и форма сигнала. Остальные па-
раметры, которые используются для анализа аку-
стического излучения, являются вторичными. Ис-
следования [36] дали возможность разработать
модели сигналов АЭ, излучаемых в процессе об-
разования в локальной области материала треши-
ны и протекания пластической деформации. При
этом на основе современных физических представ-
лений о развитии процессов в материалах во вре-
мя их нагружения получены аналитические выра-
жения сигналов АЭ:
для трещины при постоянной скорости изме-
нения нагрузки (о0=аг)
Ur(t)=U^saY-eba, (7.76)
где UB = Nuck', Nn - количество элементарных раз-
рушенных объемов на площади образовавшейся
трещины (5Т), которые имеют прочностные ха-
рактеристики (о,,) с распределением вида р(сГ =
= cc>l,eb<v; с, b - коэффициенты, зависящие от
физико-механических характеристик материала,
h»i; к - коэффициент пропорциональности;
5, - параметр, значение которого зависит от фор-
мы единичного импульса возмущения Д(г,т) =
= А0(г)/г(т), А0(г) = А<7Г - амплитуда импульса воз-
мущения, зависящая от напряжения разрушения;
Л(т) - функция, определяющая временной ход
единичного возмущения, предполагается, что она
одинакова для всех разрушаемых объемов и имеет
единичную амплитуду; а - скорость изменения
нагрузки;
для пластической деформации при постоянной
скорости деформирования (е,, = о0г)
= , (7.77)
где »0 = {MliodltT'i>)/l0; Л() - амплитуда импульса воз-
мущения при возникновении излучения; 8,, -
средняя длительность импульса возмущения; ъ„-
1.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
489
Рис. 7.24. Формы сигналов АЭ при образовании трещины (ф /3 - моменты времени
изменения скорости разрушения, < r,< z3; b = 15; й - нормированное значение ампли-
туды на (/тах от трешины; i - нормированное значение на Zmax):
1 - постоянная скорость ат|1 = 5; 2 - начальная скорость атн = 5 и конечная скорость а|к! = 40;
3 - постоянная скорость ОСТН = 40; 4 - начальная скорость <ХТН = 40 и конечная скорость а, к| =
= 45, аГК2 = 55 и Оцд = 100
средняя скорость движения дислокаций, которая
считается постоянной; 10 - расстояние, которое
проходит дислокация между двумя актами излу-
чения; М, В - постоянные, зависящие от физико-
механических характеристик материала, для ко-
торого связь между плотностью подвижных дис-
локаций и деформацией (ег) имеет вид
Лф(Е,,) = Л/Е,,еЛ'.
Моделирование сигналов АЭ в соответствии с
разработанными моделями, согласно существу-
ющим представлениям о развитии процессов ро-
ста трещин и протекании пластической дефор-
мации [473, 560]. позволяет объяснить сложность
форм регистрируемых сигналов АЭ. которые на-
блюдаются во время проведения эксперименталь-
ных исследований. Эта сложность связана с из-
менением скорости процессов роста трещины и
протекания пластической деформации, скачко-
образного роста дефектов структуры и т. д.
Как показали результаты моделирования сиг-
налов АЭ, если материал является малодисперс-
ным по своим физико-механическим характерис-
тикам, а скорость роста трешины высокая, то сиг-
нал от трешины приобретает треугольную форму
(рис. 7.24, а). С увеличением или уменьшением
скорости роста трещины происходит изменение
формы сигнала АЭ и наблюдаются выбросы амп-
литуды на его фронтах (рис. 7.24, б).
Для пластической деформации, когда дислока-
ции двигаются с переменной скоростью, периоди-
ческая составляющая которой связана с преодоле-
нием потенциальных барьеров, в сигнале АЭ по-
является периодическая составляющая (рис. 7.25, б).
С увеличением скорости пластической деформа-
ции сигнал АЭ трансформируется в сигнал трапе-
циевидной формы (рис. 7.25, а).
Исследования показали, что параметры сигна-
лов АЭ для трещины и пластической деформации
и их информативность определяются кинетикой
конкретного физического процесса. С учетом вы-
ражений (7.76) и (7.77) обработка параметров сиг-
налов 1402] показала, что большинство парамет-
ров зависят от скорости процессов, развивающихся
в структуре материала во время его нагружения.
При этом скорость развивающихся процессов по-
разному влияет на параметры сигналов АЭ от тре-
шины и пластической деформации (табл. 7.15).
Как видно из табл. 7.15, параметры сигналов,
не зависящие от скорости развивающихся процес-
сов, для трещины и пластической деформации
различны. Для трешины это площадь под кривой
сигнала, определяющаяся площадью образовав-
шейся трещины, а для пластической деформа-
ции - амплитуда и мощность сигнала, которые
предопределяю 1ся объемом материала, вступив-
шего в пластическую деформацию.
Несмотря на значительную сложность в поста-
новке физических экспериментов и проблем, свя-
занных с аппаратным обеспечением, метод АЭ
имеет значительное преимущество по сравнению
с другими методами неразрушающего контроля.
Прежде всего, это касается значительной чувстви-
тельности метода АЭ к процессам разрушения.
490
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
а
Рис. 7.25. Формы сигналов АЭ при образовании трешины и протекании пластической
деформации t2 - моменты времени изменения скорости разрушения; /, < 12, Ь = 25, В = 20;
й - нормированное значение на t/max от трещины; t - нормированное значение на 7^):
7 — постоянная скорость роста трешины а., и = 40; 2 — начальная скорость пластической деформа-
ции ар|| = 5, конечные скорости а1Ы = 9 и «/)к, = 14; 3 — постоянная скорость пластической
деформации аМ1 = 2; 4 — переменная скорость пластической деформации а/Л1 = 2
Таблица 7.15. Аналитические выражения для расчета
параметров сигналов акустической эмиссии от трещины
и пластической деформации
Параметр сигнала Трещина Пластическая деформация
Длительность переднего фронта 2 Тто = 7 Ьа2 1 TD0 — _ BuD
Длительность 2т ^то ~ , ЬаТ T = ^~ “ B<xD
Амплитуда Ь~ е" ,, _ 1 *2 D max 110 _ Be
Площадь под сигналом = 2L/05N — b S„ =-?— ° B<xD
Энергия ур 3 _ z2c2 1 Е-r — 7^0 ^saT 77 4 b ^O U0 ._3 4B aD
Мощность WT = -t/0252a2-Ц- т 8 ‘ mb4 4<?B'
Примечание. В формулах т и q - целые числа, равные
нескольким единицам.
которые развиваются на микроуровне, что дает
возможность получать значительный объем новой
информации о физических процессах, происхо-
дящих в материалах.
Основными направлениями использования
метода АЭ являются исследования физических
процессов с разработкой и использованием мето-
дов контроля, диагностики состояния и монито-
ринга изделий в условиях эксплуатации, а также
локация дефектов, которые развиваются в изде-
лиях во время их нагружения.
7.6.2. Локация развивающихся
дефектов структуры
по сигналам акустической эмиссии
Координаты расположения развивающихся
дефектов структуры являются самостоятельны-
ми важными параметрами для оценки состоя-
ния контролируемых элементов (изделий) кон-
струкций авиационной техники. Определение
координат дефектов, развивающихся в материа-
ле во время его нагружения, с использованием
явления АЭ основывается на принципах пассив-
ной локации. Как отмечалось, в процессе раз-
вития дефекта структуры (например, трещины)
формируется импульс упругого смещения, ко-
торый распространяется по материалу, а с до-
стижением АЭ датчиков преобразуется в элект-
рический сигнал. Время появления или поступ-
ления этого сигнала на датчики используется для
определения местоположения дефекта, который
развивается в элементах конструкций значитель-
ных габаритов.
Методы АЭ локации широко используются в
авиационной промышленности, в частности в из-
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
491
вестных авиационных фирмах Боинг и Локхид,
свыше 25 лет. Общий подход к определению ко-
ординат дефекта с использованием разности вре-
мени прихода (РВП) сигнала на датчики рассмот-
рены в [8, 9, 144|.
Поскольку в большинстве случаев толщина
материала значительно меньше, чем другие габа-
ритные размеры, то локацию источника излуче-
ния рассматривают на плоскости. В этом случае
необходимо, по крайней мере, два приемных дат-
чика. Если источник излучения на плоскости имеет
координаты X,, Х2, то их можно вычислить из си-
стемы уравнений
(X1-Xli)2+(X2-X2i)2=(,i+CTj2, (7.78)
где Хи, X2i - координаты /-го приемного датчи-
ка; - расстояние от источника излучения сиг-
нала АЭ до fc-го приемного датчика; с - скорость
распространения звука в материале;
разность времени прибытия сигнала на /-й и к-й
приемные датчики.
Решение уравнения (7.78) громоздкое, и это
влияет на оперативность определения координат
расположения источника акустического излучения.
Упростить его можно, учитывая особенности гео-
метрии изделия, особенности расположения дат-
чиков и используя простые алгоритмы расчета
координат.
Для изделий простой геометрии, когда один из
размеров значительно больше, чем другие (напри-
мер, для несущих элементов конструкции), места
возникновения и роста дефектов структуры могут
располагаться на одной прямой. В этом случае
используют два приемных преобразователя, кото-
рые размещаются на этой прямой, а при расчетах
решают простую линейную задачу.
Если разместить два датчика (рис. 7.26, а) на
расстоянии 2 В один от другого (т. е. база равняет-
ся 2В), начало координат - в середине базы между
датчиками, а источник излучения сигнала АЭ - на
линии этой базы (точка Q, то измерение времен-
ной задержки прибытия сигнала на один из дат-
чиков относительно другого дает возможность оп-
ределить координату источника излучения
Х,=0,5ст . (7.79)
Значение задержки т имеет знак «плюс», если
ее отсчет осуществлялся по первому каналу (дат-
чик Д), т. е. если первым сработал датчик Д, и
знак «минус», если первым сработал датчик Д.
Фиксация времени задержки т в диапазоне зна-
чений т < 2 (В/с), где 26 расстояние между дат-
чиками; с - скорость звука в метариале, позволяет
осуществлять пространственную селекцию, т. е.
определять источник излучения с координатами
X, > В и Хх<-В.
Если источник излучения с' расположен на
определенной глубине в материале изделия (рис.
7.26, б), то за его местоположение в линейной по-
становке необходимо брать точку проекции ис-
точника на линию размещения датчиков, т. е. с
координатой Д. Однако расчеты по выражению
(7.79) показывают наличие методической погреш-
ности
ДХ, = Х,-0,5 7(В +Д)2 + ^2 -J(B-Xt)2 + Х2
(7.80)
где Д- глубина расположения источника излуче-
ния относительно поверхности изделия.
Из выражения (7.80) вытекает, что погрешность
ДХ, =0
при X, = 0 и любом Х2,
при X, = 0.
(7-81)
С увеличением значений X, и X, погрешность
возрастает. Чтобы уменьшить погрешность, необ-
ходимо вводить поправку, т. е. действительную
координату источника излучения определять как
приблизительное ее значение относительно нача-
ла координат с учетом поправки:
Х=Хп+Хм, (7.82)
Рис. 7.26. Схема определения линейных координат ис-
точника излучения сигналов АЭ:
а - расположение источника излучения на линии базы; б - то
же, в глубине изделия
492
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.27. Зависимости изменения абсолютного значе-
ния ошибки определения координаты от глубины
залегания источника излучения
где Хп и Хм - приблизительное значение и по-
правка, обусловленная методической погрешнос-
тью.
Для фиксированной схемы расположения дат-
чиков значения Хм можно рассчитать для каждо-
го значения Хп и описать интересующей функ-
цией. Тогда действительное значение координаты
х‘ч+х.\
(7.83)
где Хм* - определяется из аппроксимирующей
функции и имеет меньшую погрешность.
Можно также учитывать максимальную по-
грешность, которая определяется габаритами из-
делия. В этом случае необходимо использовать
выражение (7.80) с известным .максимальным зна-
чением координаты X., которое равно размеру
изделия или его толщине, т.е. расчетная коорди-
ната должна иметь значения X, + ДХ,.
На рис. 7.27 приведены результаты расчетов
абсолютного значения погрешности определения
координат при базовом расстоянии В = 25 м и
толщине изделия Л =1 м. Из рис. 7.28 видно, что с
уменьшением координаты X! абсолютное значе-
ние погрешности, в зависимости от глубины рас-
положения источника излучения, уменьшается.
Следует отметить, что источник излучения не
может размещаться на линии базового размера,
т.е. на линии расположения датчиков по вертика-
ли, так как расстояние от источника до начала
координат будет больше, чем базовый размер и во
время селекции не будет учитываться. Из этого
следует, что верхняя кривая на рис. 7.27 не будет
существовать. Расчеты показывают, что при базе
в десятки метров и отношении ( Х,/В ) < 0,25 по-
грешность определения координаты по абсолют-
ному значению не больше нескольких сантимет-
ров. С ростом отношения Х,/В (более 0,25) по-
грешность определения координаты возрастает.
В связи с этим для уменьшения погрешности не-
обходимо строить номограммы изменения абсо-
лютного значения погрешности в зависимости от
толщины изделия (рис. 7.27) и расстояния до ис-
точника излучения сигналов АЭ.
На рис. 7.28 приведены результаты определе-
ния местоположения источника излучения сигна-
лов акустической эмиссии в двух- и трехмерном
изображении при проведении линейной локации
дефекта, который имитируется разрушением гра-
фитового стержня диаметром 0.5 мм (источник Су
Нильсона). Исследования с расчетами координа-
ты источника излучения С показали, что абсолют-
Рис. 7.28. Карты расположения источника излучения на развертках изделия при
линейной локации с использованием источника Су Нильсона в изображении:
а - двухмерном; (5 трехмерном
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
493
Рис. 7.29. Фрагмент карты расположения источника излучения на развертке изде-
лия при линейной локации с использованием источника Су Нильсона (а) и зави-
симость абсолютного значения ошибки от толщины изделия (б)
ное значение погрешности по результатам обра-
ботки 50 зарегистрированных сигналов акустичес-
кой эмиссии не более 0,003 м, т. е. при расстоя-
нии / между датчиками Д и Д2, равном 1,4 м, и
расстоянии от начала координат О до источника
излучения 0,18 м погрешность определения коор-
динаты не превышает 2 %.
Если графитовый стержень разрушается на про-
тивоположной стороне изделия относительно ли-
нии расположения датчиков, то наблюдается от-
клонение расчетной координаты источника излу-
чения С2 (рис. 7.29, а) от действительного его
местоположения Ct (рис. 7.29, а) на величину ДХ'.
По результатам обработки 50 зарегистрированных
сигналов АЭ при расстоянии между датчиками
1,4 м и расстоянии от начала координат 0,18 м
отклонение ЛХ' = 1,85 см, т. е. 10,3 %. Расчеты
погрешности определения координаты с построе-
нием номограммы изменения ее абсолютного зна-
чения в зависимости от глубины расположения ис-
точника излучения (рис. 7.29, б) показали, что
максимальная погрешность ДА"' = 1,7 см. Если
учесть абсолютное значение погрешности соглас-
но номограмме, то отклонение расчетной коор-
динаты от действительного значения будет состав-
лять 0,15 см, т. е. приблизительно I %. Очевидно,
что с увеличением расстояния между датчиками
при заданной толщине изделия абсолютное зна-
чение погрешности определения координаты ис-
точника излучения будет уменьшаться.
Для уменьшения погрешности определения ко-
ординат местоположения дефекта при увеличении
толщины изделия задачу следует рассматривать на
плоскости (хр х2), т. е. использовать пространствен-
ную локацию, которую можно выполнять лишь
при условии применения более двух приемных дат-
чиков, составляющих антенну. Наиболее распро-
страненными являются антенны с тремя и четырь-
мя датчиками. Приемные датчики, как правило,
размешают определенным упорядоченным обра-
зом. В этом случае может быть два направления в
решении задачи определения местоположения
источника излучения: на плоскости, ограничен-
ной внутренней плоскостью между датчиками ан-
тенны, при значительном базовом расстоянии
между ними; за пределами плоскости, ограничен-
ной внутренней плоскостью между датчиками, при
незначительном базовом расстоянии между ними.
Если используются три датчика, то их размеща-
ют в виде равностороннего треугольника с базо-
вым расстоянием 2В (рис. 7.30, а). Начало отсчета
располагают в точке А. Все линейные размеры со-
поставимы с размером половины базы В, что экви-
валентно принятию такого масштаба линейных
размеров, при котором В — 1. Если источник излу-
чения С имеет координаты X, Y, то точный алго-
ритм расчета координат расположения источника
основывается на отыскании точки пересечения со-
ответствующих гипербол (1-2 и 1-3 на рис. 7.30, а).
Для заданной зоны расположения источника излу-
чения время прибытия сигнала на датчики состав-
ляет г,<г, <г,, т. е. РВП сигнала на датчики
т^ст,,; т,, >0; т31>0. Для упрощения алгоритма
расчетов пересечение гипербол заменяют пересе-
чением прямых (смещение между ними б, и б,),
которые параллельны директрисам и проходят че-
494
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.30. Схема расположения трех (а) и четырех (б) датчиков при проведении пространственной
локации на площади, ограниченной внутренней площадью между датчиками
рез вершины гипербол [172], т. е. действительное
местоположение источника заменяют приблизи-
тельным С'(Х',У')с методической погрешностью.
Приблизительные координаты источника из-
лучения определяют по выражениям
Г' = -^[1-с(т31-0,5т21)],
(7.84)
где с скорость распространения звука; т21, т31 -
РВП сигналов на соответствующие датчики ан-
тенны.
Уточненное значение координат излучения с
использованием поправки, которая учитывает за-
мену пересечения гипербол пересечением прямых,
определяют по формулам
Х’ = Х'(1 + 0,173 У'),
У’ = Г'- 0,805(1-Х')(0,578-Г')2. (7’85)
Значения коэффициентов в формулах (7.85)
подобраны с учетом необходимости обеспечения
минимальных отклонений уточненных координат
источника излучения от действительных. Вместе
с тем, следует отметить, что абсолютное значение
погрешности определения координат зависит от
значения выбранного размера базы антенны 26.
Выражения, аналогичные (7.84) и (7.85), полу-
чают и для других зон расположения источника
излучения, которые ограничиваются плоскостью
треугольников, подобных треугольнику ДХАЕ (см.
рис. 7.30, а). Для таких зон время прибытия сигна-
ла АЭ на датчики определяется соотношениями
f! < г3 < г,, г3 < tx < г,, г3 < Г, < fj , г2 < г3 < г,, г, < г, < t} .
В этом случае происходит перестановка РВП сиг-
налов на датчики в выражениях (7.84) и (7.85).
Если используются четыре датчика, то их раз-
мешают на объекте контроля в виде квадрата или
прямоугольника с произвольными размерами сто-
рон (рис. 7.30, б). Для заданной (базовой) после-
довательности нумерации датчиков, известного
расстояния между ними и определенной РВП сиг-
налов на датчики расчет координат источника из-
лучения (см. рис. 7.30, б) сводится к решению
системы уравнений [545, 575]
(', -U с = Л/(Х,-ХО)2 + (У;-УО)2,
(У-t0)c = 7(Х.-ХО)2 + (У2-УО)2,
0з -10) с = 7(Х3-ХО)2+(У3-УО)2, (7.86)
Д -U С =
где г(), Г(, г,, г4- моменты времени соответствен-
но излучения и прибытия сигнала АЭ на прием-
ные датчики антенны; с скорость распростране-
ния звука; Д, Yt) - координаты местоположения
источника излучения; Д, У', Х2, У2, Х3, У,, Х4, У4-
координаты расположения датчиков соответствен-
но Д, Д, Д и Д.
Уравнения (7.86) сформированы с учетом того,
что сигнал АЭ излучается до тех пор, пока его
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
495
примет любой из датчиков. Для определения ко-
ординат источника достаточно оперировать тремя
уравнениями (7.86), т. е. рассматривать площадь
между датчиками, ограниченную треугольником.
Тогда четвертое уравнение системы (7.86) можно
использовать для контроля правильности реше-
ния задачи.
Дня расположения датчиков в виде прямоуголь-
ника решение системы (7.86) дает зависимость
координат источника излучения сигнала от вре-
мени излучения:
Xn=ax+b,to,
То = «, +6/о-
,, 2 Л V’
где а =с (t, -r) + X.-----=---;
- 1 1 2(Х,-Х2)’
(7.87)
b = c2(t,-t2) .
' (Х,-х2)’
ф =с2(г2
Определение времени излучения с учетом (7.86)
и (7.87) является решением квадратного уравнения
a,t% + btt0 + d, - 0, (7.88)
где a, = с~ -b2 -Л2 ; b, = -2c2t2 + 2(Х, -«v)6, + 2(lj ;
d, = с2Г’’ -(X, -a,)’ + (?j - о,)2.
Уравнение (7.88) имеет два корня:
(7.89)
где K=b;-2a,d,.
Для проверки правильности определения кор-
ней (7.89) рассчитывают неувязку 5, решения чет-
вертого уравнения в (7.86), выражение для кото-
рой имеет вид
= |V[a-д,,:)-х,];+ )|, (7.90)
где г' - отрицательный корень уравнений (7.89);
Х(1Й„), К)</о) координаты источника излучения,
которые получают после подстановки корней си-
стемы (7.89) в уравнение (7.87).
Расчетные координаты источника излучения
отвечают наименьшему значению бх . Для умень-
шения погрешности определения координат ис-
точника излучения в случае расположения антен-
ны в виде прямоугольника или квадрата выпол-
няют расчеты по всем возможным комбинациям
трех датчиков с определением наименьшего зна-
чения б(.
Координаты дефектов на площади, ограничен-
ной внутренней площадью между приемными дат-
чиками АЭ, вычисляют и другими методами [530].
Пространственная локация источника акусти-
ческого излучения за пределами площади, огра-
ниченной внутренней площадью между приемны-
ми датчиками, также выполняется с использова-
нием четырех датчиков и более. Однако в данном
случае базовое расстояние между датчиками ан-
тенны значительно меньше, чем в случае внут-
ренней пространственной локации. При этом ал-
горитмы расчета координат источника излучения
упрощаются благодаря избыточности получаемой
информации и определенной симметрии распо-
ложения датчиков [8, 144, 172].
Для антенны с п приемными датчиками РВП
сигналов на них (тй =г, -гй) имеют свойства, ко-
торые вытекают из их определения:
ТМ ТА7’
т., -т = т..,
ik jk ij
т., +т,. =т.„
ik kj IJ
(7.91)
Если датчики расположены в углах квадрата
(рис. 7.31, а) с базовым расстоянием между ними
26, а источник излучения расположен за предела-
ми площади, ограниченной площадью антенны, и
имеет координаты С(Х, V), то решение уравнения
(7.78) с учетом (7.91) позволяет определить коор-
динаты источника излучения по выражениям
£LT т3|<,т2Д +t41>-2t?,t4U
4fi 42 т34-т,,
(7.92)
где т,,. т,,.... - РВП сигнала АЭ соответственно
на 2-й и 1-й, 3-й и 1-й и т. д. приемные датчики.
Если датчики расположены в углах правильно-
го центрированного треугольника (рис. 7.31, б) с
496
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.31. Схема размещения четырех (а) и трех (б) датчиков при проведении пространственной локации за
пределами площади, ограниченной внутренней площадью между датчиками
базовым расстоянием между ними 2В, а источник
излучения находится за пределами площади, ог-
раниченной площадью антенны, и имеет коорди-
наты С(Х, Y), то решение уравнения (7.78) с уче-
том (7.91) позволяет определить координаты ис-
точника излучения по выражениям
R Fi ^41^43 "ЧЛа 2
х = -==+—Л,,---------------------—•
л/з 25 Зт3,-т41-т21
з Зт3|(т,3+т41)-2т21т4|-4Д- (793)
У = — т4,------------------------£-.
45 - Зт31-т41-т,,
Для уменьшения погрешности определения ко-
ординат источника излучения минимальный базо-
вый размер антенны (базовое расстояние между
датчиками) выбирают с учетом относительной плот-
ности расположения датчиков или минимального
относительного габаритного размера антенны
— 7 R
(7.94)
где Sn - габаритный конструктивный диаметр дат-
чика.
Для антенны в виде квадрата 2 5П111 = 1,414 , а в
виде треугольника -2 5n]in = 1,732.
Однако с уменьшением базового размера ан-
тенны происходит уменьшение РВП сигналов на
датчики, а это усложняет определение РВП сиг-
налов и приводит к увеличению требований к точ-
ности их измерения.
На результат определения координат источни-
ка излучения влияют различные типы волн, кото-
рые возникают вследствие релаксационных про-
цессов во время распространения сигналов АЭ.
Это приводит к необходимости определения сра-
батывания датчиков антенны на прибытие одного
и того же сигнала АЭ [18, 766]. Для этого можно
использовать селекцию сигналов АЭ или их филь-
трацию по таким параметрам, как диапазон ми-
нимальных и максимальных значений, РВП сиг-
налов, диапазон суммарных минимальных и мак-
симальных их задержек, диапазон скорости рас-
пространения звука, диапазон амплитуд сигналов,
принятых датчиками при заданном базовом рас-
стоянии между ними, и т. д. Как свидетельствуют
результаты исследований, проведенных во время
тестирования системы пространственной локации
с антенной в виде квадрата с широкополосны-
ми и полосовыми датчиками на площади за пре-
делами антенны, с применением жестких пара-
метров фильтрации происходит фиксирование
координат источника в соответствии с координа-
тами местоположения тестового источника излу-
чения (рис. 7.32, а).
По результатам обработки тестовых сигналов с
определением координат источника излучения для
антенны в виде квадрата с базой В = 0,22 м (см.
рис. 7.31, а) и расположением имитатора излуче-
ния на расстоянии от антенны X = 1,0 м и У =
= 0,75 м погрешность определения координат не
превышает 0,8 % [35].
Однако, как свидетельствуют результаты экс-
периментов, с расширением диапазона значений
параметров фильтрации или использования ши-
рокополосных датчиков, на карте распределения
источников излучения, кроме основного, фикси-
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
АЭ1
Основной источник^
д волнительные источники
Ан пенна-
а б
Рис. 7.32. Источник излучения на развертке изделия при ограниченном (а) и рас-
ширенном (б) диапазоне значений параметров фильтрации при количестве зафик-
сированных источников N:
а- 130; б-551
руются и дополнительные источники (рис. 7.32, б).
Они располагаются на прямой линии, которая со-
единяет антенну и основной источник излучения
сигналов акустической эмиссии. При этом наи-
большее влияние имеет расширение диапазона
скоростей. Чем шире этот диапазон, тем фикси-
руется большее количество дополнительных ис-
точников излучения, которые соответствуют раз-
ным типам волн, возникающим во время распро-
странения сигнала.
Для уменьшения количества дополнительно
фиксируемых источников излучения можно ис-
пользовать датчики с узкой полосой пропускания
или резонансные датчики. Однако для каждого
изделия (материала) полосу пропускания необхо-
димо подбирать, т. е. проводить индивидуальный
подбор датчиков, что является достаточно труд-
ной задачей.
Существование дополнительных источников
излучения, расположенных на прямой линии меж-
ду антенной и местоположением основного ис-
точника, дает возможность определить направле-
ние на источник, которое фиксируется по углу
наклона прямой, выходящей из начала координат
и соединяющей его с координатой источника (Л,
У) для заданной ориентации антенны на плоско-
сти объекта контроля:
ct = arctgX/y, (7.95)
где а - угол наклона прямой, соединяющей на-
чато координат (антенну) с источником излуче-
ния сигналов АЭ; X, Y - координаты источника,
которые определяются по формулам (7.92) для ан-
тенны в виде квадрата и формулам (7.93) для ан-
тенны в виде центрированного треугольника.
Если имеется п источников излучения, то оп-
ределяется среднее направление на источник
« = (7.96)
i=i
где а( - угол наклона для i-го зарегистрированно-
го источника излучения; п - количество зарегист-
рированных источников.
В случае пространственной локации можно ис-
пользовать две независимые антенны (рис. 7.33, а),
расположенные на некотором расстоянии одна от
другой с определенной пространственной ориен-
тацией. Применение каждой антенны (А и А')
позволяет определять направление на источник
излучения и, таким образом, повысить надежность
и достоверность определения координат источника
излучения. Параметры фильтрации для обеих ан-
тенн одинаковы, однако каждая из них работает
независимо одна от другой, с определением коор-
динат относительно своей базы и ориентации: для
антенны А - С\Х, У); для антенны A'-C'(X',Y').
В случае существования дополнительных ис-
точников излучения фиксируется направление на
источник (угол наклона прямых) и определяются
координаты точки пересечения прямых, которые
соответствуют данным направлениям. В результате
получаем координаты источника излучения [418].
Рассмотрим две антенны с одинаковой ориен-
тацией, первая из которых является базовой, а
вторая смещена относительно базовой по оси у на
расстояние L (см. рис. 7.33, а). Координатами ис-
32 8-470
498
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.33. Определение направления на источник излучения при использовании:
а - двух независимых антенн; б - составной антенны
точника излучения базовой антенны А будут X, Y,
а второй антенны A'-X',Y'. Для определенных
координат уравнения прямых, которые соединя-
ют источник излучения с антеннами (началом их
координат), имеют следующий вид
У = а,х,
у'- O-jX,
(7.97)
X X
где а, = — ; а2 = —.
Y 2 Y
Если учесть смещение L второй антенны, а так-
же то, что х = х , уравнения (7.97) будут иметь вид
у =
у = а2х - L.
(7.98)
Решение уравнения (7.98) позволяет получить
координаты местоположения источника излучения:
Хи = -Д-,
И у'_у’
(7.99)
Y(Y'-Y)’
где значения X,X',Y,Y' определяются для каждой
антенны в соответствии с выражением (7.92).
В случае использования антенны в виде центри-
рованного треугольника (см. рис. 7.31, б) коорди-
наты источника излучения определяются по вы-
ражениям (7.98) и (7.99) с учетом (7.93).
Использование двух антенн повышает досто-
верность определения координат источника излу-
чения, однако приводит к увеличению количества
каналов регистрируемой информации, габаритов
электронной аппаратуры и усложняет алгоритмы
работы программных средств. Это влияет, прежде
всего, на скорость обработки информации. Зада-
ча значительно упрощается, если использовать со-
ставную антенну, в которую входят шесть датчи-
ков с жесткой конфигурацией их расположения и
жестким базовым размером (см. рис. 7.33, б).
В состав первой (основной) антенны А входят дат-
чики 1, 2, 3 и 4, а второй (дополнительной) ан-
тенны А' - датчики Г, 2', 3', 4'. Датчики 2 и 3
антенны А входят в антенну А' с нумерацией - 7'
и 4'. Ориентация составных частей такой антенны
всегда имеет одинаковое направление. Поскольку
размер базы каждой антенны незначительный, то
временные задержки прибытия сигналов на дат-
чики сравнимы между собой по числовым вели-
чинам. Поэтому скорость обработки информации
по каналам измерения снижается незначительно.
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
499
В общем случае соотношения (7.92) для каж-
дой из составных частей антенны сохраняются не-
изменными. Расчеты можно выполнять или для
общей базы, или независимо для каждой из со-
ставных частей антенны. В первом случае уста-
навливают базовые координаты относительно ан-
тенны А, которая работает в нормальном режиме.
Координаты источника рассчитывают по времен-
ным задержкам между датчиками согласно выра-
жениям (7.92). Для антенны А' местоположение
источника определяют с учетом смещения ее ба-
зовых координат относительно антенны А. Во вто-
ром случае вводят базовые координаты для каж-
дой из составных частей антенны, а координаты
источника рассчитывают независимо одна от дру-
гой в соответствии с выражением (7.92). Состав-
ная антенна работает аналогично двум независи-
мым и дает возможность определять координаты
источника излучения и направление на него.
Рассмотрим составную антенну с одинаковой
ориентацией отдельных ее частей, первая из ко-
торых является базовой (Л), а вторая (Д') имеет
смешение начала координат относительно базо-
вой антенны по оси у на расстояние £ и по оси х
на расстояние / (рис. 7.33, 6). Координаты источ-
ника излучения относительно базовой антенны А
составляют X, У, а относительно антенны А’- Х\
Г. Уравнения прямых, которые соединяют источ-
ник излучения с антеннами (началом их коорди-
нат), соответствуют выражению (7.97). С учетом
смещения второй части составной антенны (£, I)
уравнение (7.97) приобретет вид
у = а.х,
у = a2x-d,
(7.100)
где коэффициент d = a2l-L~, at и а2 соответствуют
выражениям (7.97).
Из решения уравнений (7.100) получим коор-
динаты местоположения источника излучения:
х X(Y'l-LX')
" (YX-YX’)’
Y(Yl-LX')
(YX-YX') ’
(7.101)
где X.Y.X'.Y' - определяются для каждой антен-
ны согласно выражению (7.92).
Следует отметить, что использование состав-
ной антенны не приводит к значительному услож-
нению электронных средств, а также к резкому
снижению скорости обработки информации.
7.6.3. Обнаружение трещин
по сигналам акустической эмиссии
В стандартах по классификации источников
излучения сигналов АЭ используются критерии,
основанные на анализе параметров индивидуаль-
ных сигналов. Однако числовые значения крите-
риев или класс источника излучения (класс ис-
точника излучения определяет степень его опас-
ности) являются функцией одного из трех или
одновременно трех взаимосвязанных параметров
K=f(tk,U,W), (7.102)
где tk - интервал анализа (усреднения) информа-
ции; (7 - порог ограничения сигналов; ИС-неко-
торые коэффициенты, определяемые в предвари-
тельных экспериментах.
С изменением значений взаимосвязанных па-
раметров происходит перераспределение источни-
ков излучения по классам в соответствии с при-
нятой системой классификации. Это требует вы-
бора параметров в предварительных модельных
экспериментах, позволяющих фиксировать разви-
тие трещин в материалах.
Результаты опубликованных эксперименталь-
ных исследований показывают, что при переходе
от упругой деформации к пластической, к мик-
ро- и макроразрушению наблюдается изменение
вида гистограмм распределения параметров ре-
гистрируемых сигналов АЭ. В то же время мгно-
венные значения параметров сигналов зависят от
параметров локально протекающих процессов и
имеют значительное перекрытие по своим чис-
ловым значениям. В то же время можно сопоста-
вить различия механизмов протекающих процес-
сов и формальных признаков регистрируемых сиг-
налов АЭ или их потоков: «резкое возрастание
параметров регистрируемых сигналов»; «измене-
ние характера излучения»; «изменение вида амп-
литудного распределения» и др. Теоретические и
экспериментальные исследования [36, 558] по-
казывают, что к формальным признакам можно
отнести и вид (форму) регистрируемых сигналов
АЭ от пластической деформации и роста трещин,
соответственно, сигналы Л-типа и С-типа (рис.
7.34). При этом результаты проведенного моде-
лирования и расчеты параметров сигналов пока-
зывают, что при формировании излучения опре-
деляющей является скорость процессов, разви-
вающихся в структуре материала, которая, в свою
500
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
очередь, определяет скорость высвобождения
энергии.
Численный анализ экспериментальных данных,
полученных при проведении испытаний различ-
ных материалов, показал, что сигналы АЭ А -типа
и С-типа наилучшим образом различаются по
коэффициенту, характеризующему скорость изме-
нения их мощности [239], который в общем слу-
чае для заданной чувствительности используемой
АЭ аппаратуры записывается в виде
Кп =lg(£/x2), (7.103)
где Е, т - энергия и длительность сигнала АЭ.
При проведении измерений и обработки сиг-
налов АЭ в цифровом виде целесообразно выра-
жение (7.103) представить в виде, удобном для
оперирования только цифровыми кодами. Энер-
гия и длительность сигналов АЭ в цифровом виде
определяются как
Е = ДгДС2£д2, (7.104)
i=0
т = ДсЬ,
где Д/ - интервал дискретизации сигнала (Д/ =
= const); ди - входная чувствительность (размер-
ность микровольт на единицу младшего разряда,
ЕМР) аналого-цифрового преобразователя (АЦП),
ДИ = const; п - количество отсчетов амплитуд сиг-
нала АЭ в течение т; Д - цифровой код на выхо-
де АЦП для г-го отсчета амплитуды сигнала АЭ;
L - длительность сигнала АЭ в цифровом коде
(L = п). Исходя из этого выражение (7.103) запи-
шем в виде
ди2']
(7.105)
При заданных значениях входной чувствитель-
ности аппаратуры (ЧА)ДС = const и интервале
дискретизации (ИД) АЦП Дг = 1//Л = const вторая
составляющая выражения (7.105) является посто-
янной величиной. Поэтому (7.105) запишем в виде
(7.106)
где С = const.
Результаты испытаний материалов различного
класса с проведением статистической обработки
гистограмм распределения Кп, определением по-
рогового уровня классификации сигналов АЭ по
значению Кп, а также с оценками вероятности
ошибки классификации показали, что развитие
трещин в материале при заданной чувствительно-
сти аппаратуры и интервале дискретизации сопро-
вождается излучением сигналов С-типа со значе-
нием Кп > 3,0.
Достоверность обнаружения трещин по зна-
чению подтверждается результатами анализа
а б
Рис. 7.34. Типы сигналов А (а) и С (б) акустической эмиссии, регистрируемые при деформировании и раз-
рушении материалов
1.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
501
сигналов АЭ, регистрируемых при разрушении
графитовых образцов (имитаторов сигналов АЭ
аппаратуры |683|) с использованием статистиче-
ской обработки данных. Выбор графита в каче-
стве модельного материала обусловлен особен-
ностями его структуры, которая представляет собой
непрерывный ряд слоев, параллельных основной
плоскости. Слои гексагональной структуры со-
стоят из атомов углерода, а расстояние между лю-
быми соседними атомами углерода в базисной
плоскости слоя меньше расстояния между сосед-
ними слоями. Связь между атомами в пределах
слоя металлическая и более прочная, чем между
атомами из разных слоев, которые относятся к
Ваан-дер-Ваальсовскому типу. Это приводит к
анизотропии физических свойств графита в на-
правлениях параллельном и перпендикулярном
слоям. По этой причине разрушение графита
имеет хрупкий характер в виде скола по базис-
ной плоскости при незначительных напряжени
ях сдвига. В то же время при прессовании графи-
та получают поликристаллические образцы с про-
извольной ориентацией кристаллографических
осей, хотя и наблюдается некоторая анизотропия
свойств, связанная с направлением прессования.
С учетом этого при идентичных условиях нагру-
жения одинаковых образцов графита можно ожи-
дать воспроизводства трешин приблизительно по-
вторяемого размера.
При проведении испытаний графитовые стер-
жни твердостью 2Т (2Н) диаметром 0,5 мм уста-
навливались в отверстие диаметром 0, 6 мм, глу-
биной 4 мм, высверленное в пластине из стали
СтЗ под углом 30° к ее поверхности. Датчик АЭ
стационарно размещался на поверхности пласти-
ны на расстоянии 200 мм от образца. Перед на-
гружением стержня для уменьшения трения в со-
прягающих элементах производилось его обжатие
путем приложения предварительной нагрузки, рав-
ной 20 г. После этого осуществлялось нагружение
стержня с постоянной скоростью деформации
0.5 мм/мин. В процессе нагружения проводилась
регистрация и обработка сигналов АЭ.
Исследования показывают, что при нагруже-
нии графитовых стержней первый регистрируемый
сигнал АЭ фиксируется в момент времени разру-
шения образцов. Он имеет максимальную энер-
гию, значение которой составляет более 99 %
обшей суммарной энергии регистрируемых сиг-
налов АЭ. Его обработка с использованием кри-
Рис. 7.35. Типичные формы сигналов акустической
эмиссии, регистрируемые при разрушении графитовых
стержней
t, мс t, мс
терпя Кн показывает, что они являются сигналами
АЭ от трещин. Последующие сигналы АЭ (3-5 сиг-
налов), очевидно, обусловлены несовершен-
ством используемой методики: соударением тел
при разрушении, трением и др. Так как парамет-
ры (амплитуда, энергия) этих сигналов невелики
и не вносят существенного вклада в результирую-
щий процесс, то их обработка не проводилась.
Поэтому статистический анализ критерия Кв осу-
ществляли только для первых регистрируемых
сигналов АЭ. Типичные формы сигналов АЭ по-
казаны на рис. 7.35.
Экспериментальные исследования и обработ-
ка данных осуществлялась по результатам испы-
таний партии 70 образцов. После формирования
массива данных осуществлялось построение гис-
тограммы значений Кп с определением закона ее
распределения, а также с оценками среднего и
стандартного отклонения.
Анализ полученных результатов показал, что
экспериментальные данные описываются нормаль-
ным законом распределения со значениями оценки
среднего и стандартного отклонения К„ = 4,00311
и \ = 0,01986. Оценка К„ определена для выбор-
ки из А элементов. Доверительные интервалы дей-
ствительного среднего для заданных вероятностей
определим в виде
K„ = K„±y(sK/V^). (7.107)
где у коэффициент, значения которого являют-
ся табличными данными для заданных вероятно-
стей: у = 1,645 для Р = 0,9, у — 2,0 для Р= 0,955
и у = 3,0 для Р = 0,997.
Проведенные расчеты, в соответствии с (7.107)
показали, что для заданных вероятностей среднее
502
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
значение при разрушении графитовых стержней
лежит в таких пределах: кп = 4,00311 ± 0,00258
(вероятность 0,9), Кп = 4,00311 ± 0,00314 (веро-
ятность 0,955) и Кп = 4,00311 ± 0,00471 (веро-
ятность 0,997). Если рассматривать данные от-
клонения в процентном отношении, то получим
5S = ±0,064 % (вероятность 0,9), 8К. = ±0,8 %
(вероятность 0,955) и 8К. = 0,12 % (вероятность
0,997). Доверительный интервал, в котором нахо-
дится значение Кп для заданных вероятностей,
определим в виде Кп = Кп +у\ . Тогда получим Кп =
= 4,00311 ± 0,0353 (вероятность 0,9), = 4,00311 ±
± 0,0429 (вероятность 0,95) и Кп = 4,00311 ± 0,0643
(вероятность 0,997) или, соответственно, в про-
центном отношении - ±0,44 %, ±0,54 %, ±0,8 %.
Таким образом, результаты экспериментальных
исследований по разрушению графитовых стерж-
ней и анализ полученных данных показывают
высокую достоверность применения критерия Кп
для обнаружения сигналов АЭ от трещин.
При проведении исследований было принято,
что значения AU и Д/ являются неизменными.
Однако числовое значение Кп, согласно (3.4), за-
висит от ЧА, а также от ИД. Изменение данных
параметров будет приводить к изменению поро-
гового (граничного) значения Ки и, как следствие,
появлению ошибок или снижению достоверности
обнаружения развивающихся трещин. Поэтому
был проведен анализ влияния ЧА на числовое зна-
чение Кп при следующих допущениях:
1. При высокой скорости развития трещины и
условии, что распределение элементов (элемен-
тарных объемов) в материале по прочности явля-
ется малодисперсным (Z>»1), будем считать, что
сигнал авиационной эмиссии является сигналом
треугольной формы
нейную амплитудно-частотную характеристику
(АЧХ), а длительность принятого сигнала остает-
ся неизменной, т0 = ik, т. е. введение коэффици-
ента деления с помощью аттенюатора приводит
только к изменению крутизны фронтов сигнала.
Мы рассматриваем один и тот же сигнал АЭ.
Исходя из данных условий, а также с учетом
того, что изменение ЧА приводит к изменению
крутизны фронтов сигнала и цифрового кода его
амплитуды, соотношение для Кп на Х-й ЧА запи-
шем в виде
X„* = lg
/=0
L2
А/
ЛС02
At/2
(7.109)
О при t < О,
и(г) =
'2-Ut!in при 0 <t <т„/2, U >0,
2(/(1-г/т„) при т„/2 <t <т„, (/>0, (7.108)
О при t >т„,
где ти - длительность сигнала. Сигнал имеет мак-
симальное значение амплитуды при / = т„/2.
2. Для исходной ЧА (At/0) значение Кп соот-
ветствует К^.
3. По отношению к исходной было произведе-
но изменение ЧА, например, с помощью входно-
го аттенюатора, которая стала равной AtZfc. При
этом считаем, что усилительный тракт имеет ли-
или
/ дг>2'\
X^X^+lg —Ц (7.110)
где Х,о Кпк- значения критерия при исходной и
k-й ЧА для сигнала АЭ; Ао. - /-е текущее значение
сигнала АЭ при исходной ЧА; At/0 исходная ЧА;
AUt - к-я ЧА; и - количество цифровых отсчетов
амплитуд сигнала АЭ на его длительности L.
Из (7.110) видно, что изменение ЧА приводит
к изменению числового значения критерия Кп по
отношению к исходной ЧА (Кп>) на величину
lg(At/o/At/<). Теоретическая зависимость измене-
ния Хот ЧА, в соответствии с (7.110), приведена
на рис. 7.36 (кривая 7) при исходном значении
Кл = 3,5, которое определяли экспериментально
по выражению (7.110) для сигнала произвольной
формы с неизменными параметрами. Зависимость
построена в координатах Кл = 1g А6/Л. Эксперимен-
тальная зависимость приведена на рис. 7.36, (кри-
вая 2). Она строилась по выражению (7.106) для
каждой ЧА, значение которой изменялось вход-
ным аттенюатором. При этом параметры обраба-
тываемого сигнала оставались неизменными.
Таким образом, полученные результаты пока-
зывают, что происходит отклонение расчетных и
экспериментальных величин Хп. Причем послед-
ние имеют завышенные значения. Это, очевидно,
связано с уменьшением длительности сигнала L,
что определяется методикой фиксации сигналов
АЭ. При выводе соотношения (7.110) использова-
лось допущение 3, а именно т0 =т( =AtL . Однако
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
503
Рис. 7.36. Зависимости изменения числового значения
К. от ЧА:
1 - теоретическая, по выражению (7.110) при исходном значе-
нии Л'п0 = 3,5; 2- экспериментальная, по выражению (7.106)
для сигнала с постоянными параметрами; 3 - теоретическая, по
выражению (7.111) с введением поправки на порог обнару-
жения сигналов АЭ
Из (7.112) видно, что при изменении ЧА по-
правка зависит от амплитуды принятого сигнала в
пересчете на максимальную ЧА ( А£), а также от
значения ПУФ (й). Анализ совместного влияния
данных параметров достаточно сложен. Поэтому
проведем анализ выражения (7.112) в виде зави-
симостей при h = const
о=/,(М"),
о = /2(ЗЛ"),
(7.113)
(7.Н4)
(7.115)
регистрация и обработка сигналов АЭ произво-
дится при использовании порогового уровня фик-
сации, т. е. вводится некоторый минимальный
порог обнаружения или пороговый уровень фик-
сации (ПУФ) сигналов, Ап = Ац mjn - значение циф-
рового кода в машинных отсчетах. После фикса-
ции сигнала производится обработка его парамет-
ров относительно «нулевого» уровня. Однако с
введением ПУФ в начале и конце сигнала проис-
ходит потеря нескольких его отсчетов, что приво-
дит к уменьшению длительности. При этом видно
(рис. 7.36, кривая 2), что чем ниже ЧА, тем дан-
ное изменение больше.
Учет значения ПУФ сигналов АЭ, величина
которого h (h = Аи ) не изменяется при измене-
нии ЧА, позволил получить соотношение
где Р = А6/0/А(/Л ; индекс т означает максималь-
ное значение амплитуды сигнала.
Таким образом, введение ПУФ сигналов АЭ
приводит к появлению дополнительного члена в
выражении для определения числового значения
Кп. Запишем его в виде добавочного коэффици-
ента
где А^,А" - соответственно значения амплитуды
сигнала АЭ на максимальной и k-й ЧА; -
максимальное значение добавки D; D' - текущее
значение добавки D.
Графики зависимостей в соответствии с (7.113)-
(7.115) приведены на рис. 7.37 и 7.38. ПУФ сигна-
лов АЭ составлял h = 3. Из рис. 7.37 видно, что
при увеличении амплитуды сигнала происходит
монотонное возрастание кривых и добавка D ком-
пенсирует поправочный коэффициент, вызванный
изменением ЧА. Это означает, что в зависимости
от амплитуды принятого сигнала АЭ числовое зна-
чение Кп лежит в диапазоне величин от предель-
ной кривой (см. рис. 7.36, кривая Г), т. е. при
£)->0, до Кик = КхЛ = const. Другими словами,
начиная с некоторого уровня А" принятого сиг-
нала АЭ, значение границы разделения сигналов
по Кп равно значению, соответствующему макси-
мальной ЧА. Если для принятого сигнала АЭ ам-
плитуда At < А", то необходимо вводить добавку
D. При этом уровень амплитуды А, можно опре-
делить из зависимостей, приведенных на рис. 7.38.
Если достаточно, чтобы ошибка на поправку не
превышала 10 %, то значение А" на каждой ЧА
определяется пересечением горизонтальной пря-
мой, проходящей через точку, соответствующую
заданному уровню ошибки, с зависимостью для
данной ЧА. Если ограничиться уровнем ошибки
невозможно, то для каждого принятого сигнала
504
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.37. Зависимость изменения добавочного коэффициента D от амплитуды принятого сигнала в цифровых кодах:
а - приведенного к уровню максимальной ЧА; б - на заданной ЧА; /, 2, 3, 10- ЧА соответственно 10, 20, 30, ..., 100 мкВ/ЕМР
Рис. 7.38. Зависимость изменения добавочного коэффициента Е>' (в процентах от £>'шх) от амплитуды принятого
сигнала в цифровых кодах:
а — приведенного к уровню максимальной ЧА; б — на заданной ЧА; I, 2, 3, ..., 10 — ЧА соответственно 10, 20, 30,....100 мкВ/ЕМР
б
АЭ необходимо вычислять значение добавки по
выражению (7.112).
На основании полученных результатов был про-
веден расчет с построением зависимости измене-
ния К1к от ЧА по выражению (7.111), где уровень
амплитуды А^' соответствовал уровню амплитуды
сигнала, используемого для построения экспери-
ментальной зависимости (см. рис. 7.36, кривая 2).
Расчетный график с учетом добавочного коэффи-
циента приведен на рис. 7.36 (кривая 3).
Таким образом, для обеспечения надежной и
достоверной фиксации сигналов АЭ от трещин
необходимо введение добавочного коэффициента
на числовое значение Кп, учитывающего измене-
ние ЧА.
Влияние ЧА на числовое значение Кп исследо-
валось при изменении амплитуды принятого сиг-
нала и при условии, что ПУФ сигналов является
постоянной величиной, h = const. Вместе с тем,
ПУФ входит в расчетное выражение (7.111), из
1.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
505
Рис. 7.39. Зависимости изменения добавочного ко-
эффициента D от ПУФ для заданной амплитуды
принятого сигнала АЭ:
а - 100; С 300; в - 500; 7, 2, 3, 4, 5- ЧА соответственно 20,
40, 60, 80. 100 мкВ/ЕМР. Амплитуда и ПУФ в цифро-
вых колах
которого следует, что с увеличением h должно
происходить увеличение второй составляющей
поправочного коэффициента и, как следствие,
уменьшение числового значения D. Анализ выра-
жения (7.111) можно провести в виде
£> = /3(P,/I).A0"'=const, (7.116)
D' =
D" - D'
max 3
D"
max
, A£' = const,
(7.117)
где - значение амплитуды сигнала на макси-
мальной ЧА; - максимальное значение до-
бавки D ; D' - текущее значение добавки D .
Зависимости, построенные в соответствии с
выражением (7.116), приведены на рис. 7.39. Из
рис. 7.39 видно, что на заданной ЧА для приня-
того сигнала АЭ с амплитудой Д'" при увеличе-
нии ПУФ (А) происходит падение числового зна-
чения D. При постоянной амплитуде сигнала с
уменьшением ЧА (увеличение абсолютного чис-
лового значения единицы младшего разряда АЦП)
характер изменения зависимостей сохраняется,
однако наблюдается переход от плавного хода
кривых к резкому возрастанию крутизны их па-
дения и резкому уменьшению числового значе-
ния D (рис. 7.39, а). С увеличением амплитуды
принятого сигнала характер и ход изменения за-
висимостей сохраняется (рис. 7.39, б, в). Расче-
ты, проведенные по выражению (7.111) с построе-
нием зависимости изменения Кпк от ЧА при по-
шаговом увеличении ПУФ, где уровень амплитуды
( Д'") соответствовал уровню амплитуды сигнала,
используемого для построения эксперименталь-
ной зависимости (см. рис. 7.36, кривая 2), пока-
506
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.40. Зависимость изменения добавочного коэффициента от ПУФ для амплитуды принятого сигнала (500):
1, 2, 3, 4, 5 - ЧА соответственно 20, 40, 60, 80, 100 мкВ/ЕМР. Амплитуда и ПУФ в цифровых кодах
зывают, что удовлетворительное совпадение экс-
периментальных и расчетных значений с ошиб-
кой, не превышающей 5 %, наблюдается до оп-
ределенного значения ПУФ (Лп) на каждой ЧА.
В дальнейшем происходит их расхождение, что
обусловлено резким увеличением ошибки на до-
бавочный коэффициент (Z)) для заданной ампли-
туды при изменении значения ПУФ и ЧА
(рис.7.40). Ошибка на числовое значение D с
уменьшением амплитуды принятого сигнала воз-
растает как на заданной ЧА, так и при ее изме-
нении (рис. 7.41). При этом, чем меньше ампли-
туда принятого сигнала, тем более резкое возра-
стание ошибки на добавочный коэффициент.
Из полученных результатов следует, что для
уменьшения ошибок и повышения достоверности
обнаружения сигналов АЭ от трещин, на задан-
ной ЧА необходимо введение определенных огра-
ничений либо на значение ПУФ, либо на ампли-
туду принятого сигнала. Данные ограничения с
определением значения ПУФ можно вводить на
каждой ЧА с использованием зависимостей изме-
нения ошибки на добавку от величины ПУФ для
разных значений амплитуд принятых сигналов АЭ.
Так, если достаточно, чтобы ошибка на добавку
на заданной ЧА не превышала 10 %, то числовое
значение ПУФ для каждой амплитуды принятого
сигнала определяется пересечением горизонталь-
ной прямой, проходящей через точку, соответству-
ющую заданному уровню ошибки, с зависимос-
тью, соответствующей данной амплитуде приня-
того сигнала (рис. 7.40, 7.41).
Из результатов, полученных в соответствии с
(7.113)-(7.115) следует, что при увеличении амп-
литуды принятого сигнала АЭ ошибка на число-
вое значение добавочного коэффициента снижа-
ется (см. рис. 7.38) и, начиная с некоторой амп-
литуды на заданной ЧА, она имеет минимальное
значение. Влияние ПУФ сигналов АЭ носит об-
ратный характер (см. рис. 7.40, 7.41). С увеличе-
нием его значения происходит увеличение ошиб-
ки на добавочный коэффициент, которая имеет
минимальное значение при некотором минималь-
ном значении ПУФ. Тогда для обеспечения дос-
товерного выделения сигналов АЭ от трещин ус-
ловию их фиксации, записанному в цифровом виде
[А>Л,
к.^. (71,8)
(где A., Ai+I - z-й и i + 1 отсчеты амплитуды сигнала
АЭ; h - значение ПУФ сигналов АЭ), должно соот-
ветствовать минимальное значение ПУФ, h = h^.
Расчеты показывают, что при амплитуде сиг-
нала АЭ, равной 1 В, и ЧА AU = 5 мВ/ЕМР умень-
шение ПУФ со 100 мВ до 15 мВ приводит к сни-
жению ошибки на значение добавочного коэф-
фициента с 17 % до 1,8 %, а при амплитуде сигна-
ла 1,5 В с 10,2 % до 1,1 %.
Исследование влияния ЧА на числовое значение
Ки при заданном значении ПУФ сигналов АЭ (й)
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
507
позволили получить добавочный коэффициент в
виде соотношения (7.112). Однако в промышлен-
ных условиях наличие разнообразных помех, про-
никающих в тракт усиления сигналов АЭ, изба-
виться от которых не удается с использованием
каких-либо методов, приводит к необходимости
введения амплитудного порога ограничения g. При
этом уровень амплитудного порога ограничения
(АПО) значительно превышает величину ПУФ
сигналов АЭ (g>h). Его введение, безусловно, вли-
яет на числовое значения Кп, что необходимо учи-
тывать при обработке сигналов АЭ.
Положив, как и ранее, что сигнал АЭ пред-
ставляет собой импульс треугольной формы, опи-
сываемый выражением (7.108), а также с учетом
того, что введение АПО приводит к уменьшению
амплитуды и длительности сигнала, было получе-
но соотношение
K„ = 'g
-21g[(A'''-^)/A'"]+lg(At/7zy);
A>g и g<Am, (7.119)
где А,, А"1 - цифровой код текущего /-го отсчета
амплитуды принятого сигнала АЭ и цифровой код,
соответствующий максимальной его амплитуде;
g цифровой код, соответствующий АПО; L -
цифровой код длительности сигнала; AU , Д/ -
соответственно ЧА и ИД.
Из (7.119) видно, что при заданной ЧА и ИД с
введением порога ограничения g числовое значе-
ние Ки для принятого сигнала зависит от его амп-
литуды и значения АПО.
Рассмотрим составляющие выражения (7.119)
в виде
К.
+ В, (7.120)
< = -21g[(Ara-g)/A"'], (7.121)
где S = 1ё(Д1/2/Дг).
Анализ составляющих (7.120) и (7.121) прове-
дем при заданной длительности сигнала L в виде
зависимостей
< = F2(g,Am),
А'" = const, Aj > g и g < A'". (7.122)
Результаты расчетов изменений К'п и К”п от
АПО в соответствии с выражениями (7.120) при-
ведены на рис. 7.42. Зависимости построены для
сигнала в виде импульса треугольной формы дли-
тельностью т = 300 мкс с амплитудой 1,0 В, 1,5,
2,0, 2,5 и 3,0 В. При проведении расчетов прини-
малось, что интервал дискретизации составляет
Д/= 10 мкс, чувствительность АЦП на единицу
младшего разряда Д17 = 5 мВ.
Из рис. 7.42 видно, что с увеличением АПО
изменение К"' носит убывающий, a возрас-
Рис. 7.41. Зависимость изменения добавочного коэффициента D” от ПУФ для ЧА 20 мкВ/ ЕМР:
/, 2, 3, 4, 5-для амплитуд принятого сигнала 100, 200, 300, 400, 500. Амплитуда сигнала и ПУФ в пифоровых кодах
508
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
таюший характер. При этом до величины АПО,
не превышающей 60-70 % значения максималь-
ной амплитуды сигнала, зависимости изменения
К'п и К” носят плавный характер. С последую-
щим увеличением АПО происходит резкое изме-
нение хода кривых - резкое падение К'п и увели-
чение К” , т. е. по мере увеличения АПО падение
К'п компенсируется увеличением К", что должно
приводить к уменьшению падения К'п и выравни-
ванию зависимости его изменения.
Результаты расчетов зависимости изменения
Кп от АПО для импульсного сигнала треуголь-
ной формы длительностью 300 мкс, проведенные
по выражению (7.111), показаны на рис. 7.43, а,
из которого видно, что при увеличении АПО до
значения порядка 60-70 % максимального значе-
ния амплитуды сигнала происходит незначитель-
ное падение Кп. При последующем увеличении
АПО Кп возрастет. С приближением АПО к мак-
симальной амплитуде сигнала значение Kv пре-
вышает его значение при нулевом пороге огра-
ничения. Очевидно, что при увеличении АПО
снижение Кп за счет уменьшения К', происхо-
дит быстрее, чем его возрастание за счет К’.
После достижения АПО величины порядка 60
70 % от максимального значения амплитуды сиг-
нала влияние К' увеличивается и наблюдается
подъем значения Kv. Расчеты отклонения Кп от
его значения при «нулевом» амплитудном пороге
ограничения в процентном отношении приведе-
ны на рис. 7.43, б.
Из результатов выполненного расчета видно,
что при введении АПО наблюдается изменение
числового значения Кп - выражение (7.120). Ве-
личина данного изменения зависит от амплитуды
сигнала АЭ и может превышать в 2 3 раза значе-
ние Кп при «нулевом» АПО. Введение поправоч-
ного коэффициента (7.121) приводит к стабилиза-
ции падения и выравниванию зависимости изме-
нения Кп от АПО (рис. 7.43, а). При этом откло-
нение Кп от его значения при «нулевом» АПО не
превышает 2 % (рис. 7.43, б).
Таким образом, для повышения достовернос-
ти выделения сигналов АЭ от трещин при введе-
нии АПО, влияющего на граничное значение Кп,
необходимо использовать корректирующую по-
правку - выражение (7.121). Если поправка не
используется, то необходимо устанавливать гра-
ничное значение АПО на заданной ЧА для дан-
ной амплитуды регистрируемого сигнала АЭ с уче-
том процентного отклонения Kv.
Результаты обработки реальных сигналов АЭ, при-
веденных на рис. 7.44, б, показаны на рис. 7.44, а.
Значения К'г вычислялись по выражению (7.120)
без учета поправочного коэффициента (7.121).
Сигналы 1, 2, 3, 4 являются сигналами С-типа
(имеют значение Кп > 3, которое определялось
при й = 3 и g = 0), а сигналы 5, 6-сигналы Л-типа
(имеют значение Kv < 3). Из рис. 7.44 видно, что
с введением АПО (g > 3) происходит уменьшение
значения К'г для сигналов обоих типов. До значе-
ния АПО, не превышающего значение порядка
Рис. 7.42. Зависимости изменения К'п (а) и К” (б) от порога ограничения для сигнала треугольной формы
длительностью 300 мкс с заданной амплитудой 1,0, 1,5. 2,0. 2.5 и 3,0 В (кривые соответственно 1, 2, 3, 4 и 5)-
Интервал дискретизации сигнала Дг = 10 мкс, чувствительность ДС = 5 мВ/ ЕМР
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
509
а б
Рис. 7.43. Зависимость изменения Кп (а) от порога ограничения и его отклонения от значения Кп, опреде-
ленного без порога ограничения (б), для сигнала треугольной формы длительностью 300 мкс, с амплитудой
1,0, 1,5, 2,0, 2,5 и 3,0 В (соответственно кривые 1, 2, 3, 4 и 5). Интервал дискретизации сигнала Д/ = 10 мкс,
чувствительность Д(/ = 5 мВ/ЕМР
60 % максимального уровня амплитуды принято-
го сигнала, данное снижение происходит относи-
тельно плавно, а с дальнейшим увеличением АПО
наблюдается более резкое снижение значения К'п.
Если зарегистрированный сигнал имеет несколь-
ко пиков, то с возрастанием АПО наблюдается его
разбиение на дополнительные сигналы (А на сиг-
нале 5, рис. 7.44, б). Однако, как показывает ана-
лиз достаточно большого количества обработан-
ных сигналов АЭ (десятки тысяч сигналов), раз-
биение сигналов на составляющие при увеличе-
нии АПО не приводит к выбросам на получаемых
зависимостях и не влияет на их тенденцию изме-
нения для основного сигнала. Это имеет важное
значение с практической точки зрения, так как
все сигналы со значением Кп < 3 при увеличении
510
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.45. Зависимость изменения от АПО для сиг-
налов АЭ, изображенных на рис. 7.44, б. Расчеты прове-
дены по выражению (7.119)
значения АПО не будут интерпретироваться как
сигналы от трещин.
Результаты обработки сигналов АЭ (рис. 7.44, а)
с учетом поправочного коэффициента (7.121), т. е.
по выражению (7.119), показаны на рис. 7.45. Из
рисунка видно, что с введением поправки на АПО
сигналов АЭ происходит снижение падения и
выравнивание зависимостей его изменения от
АПО. Причем, на значениях АПО, приближаю-
щихся к максимальному значению амплитуды сиг-
нала, достигается максимальное выравнивание за-
висимостей по отношению к зависимостям, по-
лученным без учета поправочного коэффициента.
Рассмотренное выравнивание относится как к
сигналам С-типа, так и к сигналам Л-типа. Расче-
ты величины отклонения значения Л'п от его зна-
чения, определенного без учета АПО, проведен-
ные при обработке 5000 сигналов АЭ С-типа, за-
регистрированных при испытаниях различных ма-
териалов, показали, что до значений АПО порядка
97 % от максимальной амплитуды принятых сиг-
налов, оно не превышает 6 %. Для сигналов АЭ
Л-типа ошибка достигает 30 35 %. Однако это не
влияет на результат обнаружения сигналов АЭ от
трещин, так как при снижении значения Кг сиг-
налы АЭ Л-типа не будут интерпретироваться как
сигналы от трещин.
Таким образом, полученные результаты пока-
зывают возможность снижения ошибки на число-
вое значение критерия обнаружения сигналов АЭ
от трещин Ка при использовании методологии
подавления помех по амплитудному признаку бла-
годаря введению порога ограничения.
С практической точки зрения применение К„
может использоваться для решения двух основ-
ных задач. Первая - обнаружение и слежение за
развитием макродефектов, когда не требуется вы-
сокой ЧА (в канале регистрации и усиления сиг-
налов АЭ отсутствуют сигналы помех). При этом
обнаружение сигналов АЭ от трещин может осу-
ществляться либо относительно граничного зна-
чения Кп на заданной ЧА (7.105), либо относи-
тельно максимальной ЧА с использованием по-
правки, вычисляемой по выражению (7.112). Вто-
рая задача - обнаружение и слежение за развитием
микродефектов при проведении исследований
физических процессов, где требуется максималь-
ная ЧА. При этом в канале регистрации и усиле-
ния сигналов АЭ, как правило, присутствуют по-
мехи, избавиться от которых можно только с ис-
пользованием порога ограничения. Обнаружение
сигналов АЭ от трещин в данной ситуации можно
осуществлять относительно граничного значения
Кп с использованием выражения (7.120) с учетом
поправочного коэффициента - выражения (7.121).
Широкий комплекс испытаний как пластич-
ных, так и хрупких материалов показал высокую
достоверность и надежность использования К„.
При этом показательными являются испытания
хрупких материалов, для которых определение
момента страгивания трешины является трудной
задачей, поскольку практически невозможно ис-
пользовать стандартные методы механики разру-
шения (испытания на вязкость разрушения).
Рассмотрим результаты испытаний на растя-
жение четырех партий образцов, изготовленных
из специальной мартенситно-стареюшей стали с
различными режимами термической обработки.
Образцы представляли собой пластины толщиной
2 мм и шириной 35 мм с центральным надрезом и
усталостной выращенной трещиной. Диаграммы
«усилие раскрытие» краев трещины носили линей-
ный характер до разрушения. Для определения
момента страгивания трещины (значения нагруз-
ки, при которой происходит страгивание) в про-
цессе регистрации сигналов АЭ проводилась их
обработка с определением значения Кп. При по-
явлении сигналов АЭ со значениями Кп > 3
производилась разгрузка образцов и осуществля-
лось их доламывание в жидком азоте. По анализу
фрактографии излома (разрушения) определялось
7.6. Акуапоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
511
страгивание трешины, которое, как показали ис-
следования, фиксировалось на всех испытанных
образцах. На изломе образца из мартенситно-ста-
реющей стали видны все этапы роста трещины
(исходный надрез, усталостно выращенная трещи-
на, ее страгивание, зафиксированное по сигналам
АЭ и доламывание образца в жидком азоте).
7.6.4. Акустоэмиссионные системы локации
дефектов структуры
На основании результатов комплексных иссле-
дований процессов разрушения материалов и из-
делий в настоящее время выделяются два основ-
ных направления использования метода АЭ:
локация местоположения дефектов, развиваю-
щихся в элементах и конструкциях значительных
габаритов, в частности авиационной техники;
физические исследования процессов разруше-
ния и их влияния на несущую способность изде-
лий.
Первое направление связано с определением и
локализацией наиболее возможной зоны развития
процессов разрушения, второе - с изучением ме-
ханизмов, параметров и закономерностей проте-
кания этих процессов и разработкой методов тех-
нической диагностики состояния изделий. Несмот-
ря на значительное различие в классах выполняе-
мых задач, в основе концепций построения систем
регистрации и обработки сигналов АЭ лежит ло-
кация дефектов, развивающихся в изделиях во
время их нагружения, с дополнительным расши-
рением возможного количества анализируемых
параметров регистрируемых сигналов. Можно ска-
зать, что концепции, как правило, формируются
на объединении в единой системе рассмотренных
направлений решаемых задач с обработкой инфор-
мации в реальном времени.
Однако стремление к реализации методов АЭ
в реальном масштабе времени (сочетание опера-
тивности ввода информации с оперативностью
вывода результатов анализа), а также к совмеще-
нию функций локации источников излучения с
одновременным измерением параметров сигналов
являются факторами [558], которые накладывают
определенные ограничения на скорость ввода ин-
формации, ее объем, вычислительные алгоритмы,
количество каналов и количество анализируемых
параметров (рис. 7.46). Наличие влияющих фак-
торов приводит к широкому использованию ап-
паратной обработки информации с жесткими ал-
горитмами их работы, усложнению структуры ап-
паратной реализации АЭ систем (значительное воз-
растание их стоимости и габаритов), снижению
количества обрабатываемых параметров и т. п.
Последнее не имеет принципиального значения
для систем локации, но при исследовании про-
цессов разрушения это является важным момен-
том, поскольку поиск закономерностей и корре-
ляционных связей, а также принятие решений о
состоянии объектов основывается на анализе па-
раметров регистрированных сигналов АЭ.
В построении систем АЭ, используемых для
контроля элементов авиационной техники, наи-
более общей является концепция, разработанная
американской фирмой Physical Acoustics Corpora-
tion (РАС) [841]. В основе концепции лежит прин-
цип формирования наращиваемой модульной ар-
хитектуры с базовым количеством каналов, рав-
ным двум (рис. 7.47).
Входной модуль - аналоговый интерфейс с
организованной процессорной шиной, которая
содержит независимый контроллер канала ICC,
построенный на базе микропроцессора. Он обес-
печивает кодирование событий АЭ и их парамет-
ров с одновременным отображением и сохране-
нием в памяти устройств, а также с параллельной
Рис. 7.46. Взаимовлияющие факторы при реализации
совмещения локации источников излучения с обработ-
кой параметров сигналов АЭ
512
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.47. Структура параллельной системы обработки сигналов АЭ:
1 - 128 - каналы ввода информации; Д - датчики АЭ; У - усилители; ICC - независимые
контроллеры каналов; РСС - контроллеры параметров канала; GCC - контроллеры управления
каналами; PC центральный процессор
фильтрацией данных в соответствии с предвари-
тельно установленными значениями параметров.
Для ускорения передачи данных и обмена инфор-
мацией в каждом канале имеется контроллер па-
раметров канала РСС, который представляет со-
бой мини-компьютер на базе микропроцессора.
Дополнительно он обеспечивает накопление и вре-
менное хранение данных. Управление процессом
измерений и пересылкой данных в центральный
процессор PC для обработки, отображения и хра-
нения информации выполняет контроллер управ-
лением каналами GCC, который является мощ-
ным мини-компьютером.
Из приведенной архитектуры видно, что кон-
цептуальная часть АЭ системы построена на объе-
динении функций локации и анализа параметров
регистрированных сигналов. Приоритетной явля-
ется локация источников излучения, а для увели-
чения быстродействия и минимизации потерь
информации в каждом канале широко использу-
ется микропроцессорная техника, предназначен-
ная для предварительной обработки параметров
сигналов АЭ. а также определения и обработки
РВП сигналов на датчики.
Для обработки информации используются стро-
го определенные неизменные алгоритмы. В реа-
лизации интерфейса пользователя и общей систе-
мы управления преобладают аппаратные средства,
а программные средства используются для выво-
да и отображения результатов анализа в виде карт
распределения источников излучения и некото-
рых обработанных параметров. Изменение алго-
ритмов обработки информации, контроля и уп-
равления требует изменения электронной части
АЭ систем, которая представляет собой выносные
блоки, размещаемые на шине персонального ком-
пьютера.
Общая методология построения АЭ систем с
объединением функций локации и обработки па-
раметров сигналов предполагает использование
единой методологии обработки параметров реги-
стрируемых процессов, которые могут отличаться
один от другого. Примером такого различия слу-
жит АЭ, регистрируемая во время проведения ста-
тических (механическое или температурное на-
гружение материалов и изделий) и динамических
(трение, резание, шлифование, скрайбирование)
испытаний материалов. В первом случае это им-
пульсная последовательность, а во втором - не-
прерывный сигнал АЭ.
Аналогичная концепция используется в разра-
ботках фирмы РАС (MISTRAS-2001), а также в
многоканальных АЭ-системах «Modal АЕ System»
фирмы DWC (США), «Малахит АСС-12А» ЗАО
«ПАК Диатон» и «A-Line 32» ООО «Интерюнис»
(Российская Федерация).
Стремление к реализации реального масштаба
времени, а также объединение в одной системе
функций, которые обеспечивают решение вопро-
сов разного направления, требует оптимизации
ограничивающих факторов, что является сложной
задачей. Уменьшить вес этих факторов возможно
за счет разделения функций между системами,
которые должны выполнять самостоятельные за-
дачи, а также использования определенной кон-
цепции их построения, основывающегося на со-
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
513
Рис. 7.48. Составные части АЭ системы
четании максимальных возможностей современ-
ных средств вычислительной техники (персональ-
ных компьютеров) и информационных техноло-
гий, направленных на формирование измеритель-
ных лабораторий (технологий LabCard).
Акустоэмиссионная система является инфор-
мационно-измерительной системой (ИВС), состав-
ные части которой показаны на рис. 7.48.
В основе концептуальной части АЭ системы ле-
жат методологии: 1) регистрации и преобразова-
ния первичной информации; 2) усиления и выде-
ления сигналов АЭ; 3) цифрового преобразования
и хранения исходной информации; 4) обработки
сигналов АЭ и их потоков; 5) вывода результатов
анализа; 6) управления процессами измерений;
7) управления информационными потоками (ИП);
8) контроля состояния оборудования.
Такая классификация методологий дает воз-
можность выделить ряд системных функций, ко-
торые распределяются между программными и ап-
паратными средствами (рис. 7.49) и определяют
состав АЭ систем, а именно: регистрацию упру-
гих механических смещений, их преобразование
в электрический сигнал и усиление сигнала - элек-
тронные средства с «жесткими» аппаратными ал-
горитмами работы; цифровое преобразование сиг-
налов АЭ, их обработка, анализ, управление и
контроль за выполнением всех операций в систе-
ме - средства LabCard - порты ввода-вывода (ПВВ)
и персональный (мобильный) компьютер (ПК,
МК). Это обеспечивает минимизацию внешних
электронных средств, использование физическо-
го и логического уровней построения ПВВ и ПК,
проведение цифровых измерений, получение вы-
сокого быстродействия, памяти, разрешающей
способности и точности, построение программ-
ного интерфейса управления, использование гиб-
ких алгоритмов управления, контроля и обработ-
ки данных.
Базовым элементом систем являются современ-
ные инструментальные средства - ПВВ. Логика
работы АЭ систем формируется и поддерживает-
ся программным математическим обеспечением
(ПМО). Функциональные возможности ПВВ обес-
печивают организацию входного аналогового ин-
терфейса, а также входного цифрового интерфей-
са с непосредственной передачей данных по шине
компьютера. Процесс работы системы строится на
обеспечении совместной работы ПВВ и персональ-
ного компьютера под управлением ПМО. Прове-
дение измерений и передача данных выполняют-
ся с использованием ПВВ, а их обработка, ото-
бражение и вывод результатов, контроль и управ-
ление всеми процессами - с помощью
персонального компьютера с использованием со-
ответствующего ПМО.
Рис. 7.49. Структура АЭ системы локации источников излучения:
Д - датчик; У - усилитель; Ф - формирователь информации; ПК - персональный компьютер;
PCL - порт ввода-вывода; CPU - процессор; HDD - жесткий диск; ПМО - программное мате-
матическое обеспечение; М - монитор; ПУ - печатающее устройство
33 8-470
514
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Во время локации источников дефектов струк-
туры, которые развиваются в элементах конструк-
ций, внешний формирователь информации с ми-
нимальной электронной конфигурацией работает
по жесткому алгоритму. Он обеспечивает опреде-
ление времени прибытия сигналов АЭ на прием-
ные датчики и передачу их значений в ПК с по-
мощью ПВВ, который работает с полномасштаб-
ным использованием цифрового и аналогового ин-
терфейсов. В случае использования аналогового
интерфейса (аналого-цифрового преобразователя)
ПВВ работает в двух основных режимах - ожида-
ния и непрерывного, или сквозного ввода инфор-
мации.
Режим ожидания является основной методо-
логией, которая принята в современных цифро-
вых АЭ системах. Процедура строится на форми-
ровании режима ожидания поступления сигнала
относительно превышения некоторого установлен-
ного порога ограничения по амплитудному при-
знаку с последующей обработкой мгновенных зна-
чений параметров зарегистрированного сигнала.
Информация обрабатывается лишь на промежут-
ке времени, когда сигнал превышает порог огра-
ничения. Для ускорения процессов обработки ин-
формации производится независимая обработка
параметров сигналов и алгоритмов определения
координат источника излучения с использовани-
ем микропроцессорной техники. Результаты об-
работки выводятся в реальном времени и переда-
ются в центральный процессор для дальнейшего
анализа и формирования массивов данных.
Непосредственное использование аналогового
интерфейса ПВВ с последующим программным
определением РВП сигналов на датчики снижает
скорость ввода и объем анализируемой информа-
ции. Наиболее приемлемым является использова-
ние скоростного цифрового интерфейса ПВВ.
Для формирования цифровых данных и их пе-
редачи по цифровому интерфейсу используется
промежуточный формирователь информации (см.
рис. 7.49). Моменты времени появления сигналов
на приемных датчиках фиксируются установлени-
ем логических единиц или значений соответству-
ющих бит шестнадцатиразрядной цифровой вход-
ной шины ПВВ. Аналогичным способом можно
формировать и сигналы управления работой фор-
мирователя информации. Это дает возможность
значительно упростить алгоритм работы внешне-
го формирователя информации, а все операции
по обработке данных, управление и контроль за
состоянием системы переложить на ПМО.
Таким образом, АЭ системы строятся с широ-
ким использованием мощных комплексов про-
граммных средств. Такой подход обеспечивает
формирование: гибких многоуровневых интерфей-
сов и мини-интерфейсов управления с разветвлен-
ной сетью выполняемых операций; удобных окон
отображения обработанной информации и пара-
метров состояния системы; удобных контролиру-
емых многоуровневых процедур тестирования си-
стемы и сохранения результатов испытаний из-
делий. Это позволяет также наращивать количе-
ство входных каналов без изменения внутренней
электронной конфигурации систем с модифика-
цией лишь ПМО.
Как отмечалось, применение технологии
LabCard для построения акустоэмиссионных сис-
тем локации источников излучения предусматри-
вает формирование структур, которые базируют-
ся на широком объединении программных и ап-
паратных средств. Одним из важнейших элемен-
тов концепции построения таких структур является
распределение функций между элементами, ко-
торые входят в состав систем. Автономная неза-
висимая работа этих элементов трансформирует-
ся в определенную последовательность операций,
контроль и управление которыми осуществляют-
ся лишь с помощью ПМО. С этих позиций ПМО
- интегрированная среда, которая поддерживает
общую работу всех элементов систем через ин-
терфейс пользователя (управления).
Наличие единых базовых элементов акусто-
эмиссионных систем локации, которыми являют-
ся ПВВ и ПК, и общих групп функциональных
операций (управления и контроля, измерения и
записи информации, отображения результатов,
формирования логических сервисных и других
массивов данных) обеспечивает возможность фор-
мирования единой структуры ПМО. Всю логику
работы системы под управлением ПМО можно
разделить на несколько уровней (рис. 7.50), кото-
рые определяются целью выполняемых задач.
Первый уровень обеспечивает управление пара-
метрами состояния системы, режимами форми-
рования выбора требуемых операций, загружае-
мых на выполнение. Он фактически является уров-
нем программного графического интерфейса
(ПГИ) управления - интерфейсом пользователя.
Второй уровень используется для управления ре-
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
515
ПРОГРАММНЫЙ ИНТЕРФЕЙС
ЛОГИКА УПРАВЛЕНИЯ ПАНЕЛЯМИ ИНСТРУМЕНТОВ
ШИНА ДАННЫХ ПК
ПРОЦЕССОР
Логика
контропя
параметров
калибровки
системы
Логика
управления
параметров
протокола
испытаний
Логика
управления
процессом
измерения
входной
информации
Логика
управления
системными
операциями
Логика
контроля
параметров
текущего
состояния
порта
ввода-вывода
Логика
изменения
параметров
состояния
порта
ввода-вывода
Логика
контроля
параметров
текущего
состояния
устройств
ПК
Логика
изменения
параметров
состояния
устройств
ПК
ПОРТ ВВОДА-ВЫВОДА
Логика
форми-
рования
массивов
данных
УСТРОЙСТВА ПК
МИНИ-ПРОГРАММНЫЙ ИНТЕРФЕЙС
ЛОГИКА УПРАВЛЕНИЯ ПАНЕЛЯМИ ИНСТРУМЕНТОВ
Входящие информационные потоки
потоки
Внутренние информационные потоки
Рис. 7.50. Формирование и передача информационных потоков во время управления аппаратными средствами и
обработки данных в системе локации дефектов, развивающихся в конструктивных элементах больших габаритов
Логика 1 управления
обработкой
экспериментальных
данных
жимами работы аппаратных средств, а третий -
для обработки данных и отображения результатов
анализа.
Основой построения логики работы и управле-
ния АЭ системами на всех уровнях является управ-
ление информационными потоками, обмен кото-
рыми поддерживает процессор посредством шины
данных, а для контроля и управления их парамет-
рами используется общий интерфейс пользовате-
ля. Информационные потоки различаются по функ-
циональному назначению, приоритетности, направ-
лениям и последовательности передачи, а их со-
став и структура принимаются по соглашению. Об-
мен информационными потоками в системе осу-
ществляется последовательным образом с опреде-
ленными приоритетами, т.е. установленной очеред-
ностью их прохождения, которая принимается по
соглашению. Первичными являются информаци-
онные потоки параметров состояния системы. Они
используются для формирования и поддержания
всех других информационных потоков, которые оп-
ределяются конкретной выполняемой операцией.
После каждой операции формируются промежу-
точные массивы данных с параметрами временно-
516
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Логика управления первого уровня
Объект 2
ОбъектN
Объект 1
Сеть управления объектом 1
... Объект 1-N
Объект 1-2-1 Объект 1-2-2
Сеть
управления
объектом N
Объект 1-1 Объект 1-2 _ _. ____
Рис. 7.51. Структура построения многоуровневых сетей управления
IX --------------------------------------- IX Ч
Логика управления второго уровня объекта 1
Сеть
управления
объектом 2
Логика управления второго уровня объекта 1-2
Объект 1-N
Логика управления второго уровня объекта 1-1
Объект 1-1-1 Объект 1-1-2
Объект 1-1-N
го назначения. Эти массивы используются в дру-
гих операциях, которые порождают свои инфор-
мационные потоки и т. д.
Программный графический интерфейс управ-
ления является видимой частью АЭ системы, с по-
мощью которого осуществляется взаимодействие
с системой. Он представляет собой набор панелей
инструментов, используемых для загрузки на вы-
полнение различных операций, ПГИ построен по
принципу многоуровневой разветвленной архитек-
туры (рис. 7.51). Каждый уровень данной архи-
тектуры состоит из подуровней, которые исполь-
зуются для выполнения самостоятельных задач -
формирования параметров состояния системы и
их контроля, формирования протокола испытаний,
формирования параметров расположения датчи-
ков (антенны) и параметров фильтрации, тести-
рования системы, калибровки измерительных ка-
налов системы, задания режима «работа» с опре-
делением координат источника излучения и фор-
мированием массива данных, построения карт
распределения источников излучения и их пара-
метров и т. п.
В основу работы ПГИ положена логика фор-
мирования и управления последовательностью
переходов, которые осуществляются между уров-
нями (переходы по вертикали) и в пределах каж-
дого уровня (переходы по горизонтали). Логика
формирования переходов организована в виде
блочных структур или объектов, каждый из кото-
рых является независимым элементом, предназ-
наченным для выполнения самостоятельной за-
дачи. Наличие независимых объектов дает возмож-
ность размещать в них дополнительные объекты,
т. е. строить разветвленные сети переходов. Это
позволяет строить мини-программные интерфей-
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
517
а
б
Рис.7.52. Результат работы программы для размещения датчиков на объек-
те контроля (а) и формирования параметров состояния системы (б)
сы с независимым управлением на каждом уров-
не, которые используются для выполнения сис-
темных операций (операций измерения), обработ-
ки данных и отображения их результатов.
Разветвленная сеть мини-интерфейсов обеспе-
чивает возможность объединения работы элемен-
тов системы с одновременным выполнением са-
мостоятельных независимых задач. Например,
соответственно одной из принятых схем располо-
жения датчиков и применяемого алгоритма рас-
четов координат по РВП сигналов для определе-
ния местоположения источника излучения пред-
варительно следует сформировать параметры
объекта и параметры привязки датчиков к объек-
ту с учетом направления ориентации антенны.
Сформированные параметры вводят в качестве
параметров состояния системы. Для этого исполь-
зуется независимая операция, которая выполня-
ется во время загрузки соответствующей панели
инструментов в общем ПГИ управления.
После загрузки операции и введения парамет-
ров объекта (типа и размеров) формируют окно
вывода с разверткой объекта контроля и мини-
интерфейсом управления с необходимыми пане-
лями инструментов для расположения датчиков
(рис. 7.52, а). Для линейной локации источников
излучения каждый датчик размещают независимо
на объекте контроля. Первый датчик устанавли-
вают относительно принятой «нулевой» базы объ-
екта или его начала, а второй - относительно пер-
вого с соответствующей ориентацией направления
отсчетов, т. е. направления шкал положительных
и отрицательных отсчетов относительно начала ко-
ординат. После окончания операции все введен-
ные и рассчитанные параметры автоматически за-
поминаются системой (рис. 7.52, б) и использу-
ются в операциях измерения, обработки инфор-
мации и отображения карт распределения источ-
ников излучения на объекте контроля по резуль-
татам проведенной локации (см. рис. 7.28).
По аналогичному принципу формируются и вы-
полняются все операции в системе. Однако для
каждой операции, в соответствии с ее назначени-
ем, формируется свой интерфейс управления.
В рассмотренных конструкциях интерфейсов
обмен ИП осуществляется по вертикали, причем
ИП, формирующиеся во время вывода и отобра-
жения результатов анализа, являются завершаю-
щими потоками работы системы. Они могут фор-
мироваться как во время выполнения операций
непосредственно в процессе проведения экспери-
ментов, так и после их окончания. Поэтому опе-
рации, связанные с обработкой таких потоков, вы-
делены в самостоятельную ipynny. На выполне-
ние данные операции загружаются из интерфейса
пользователя как независимые автономные моду-
ли с использованием системных команд. Такой
подход дает возможность, во-первых, формиро-
вать базы данных по результатам экспериментов;
во-вторых, анализировать данные и отображать
получаемые результаты независимо от времени
проведения испытаний изделий; в-третьих, вести
независимое управление внутренними и внешни-
ми информационными потоками, а также выпол-
нять операции экранного анализа информации
с формированием соответствующих массивов
данных.
Важным направлением формирования работо-
способности систем локации источников излуче-
ния является обеспечение достоверности получа-
емых результатов. Это достигается селекцией сиг-
налов, которая осуществляется с использованием
рассмотренных выше способов. Отдельный воп-
рос данного направления - применение необхо-
518
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Рис. 7.53. Амплитудно-частотные характеристики датчика (а) для регистрации сигналов АЭ и датчика совмест-
но с трактом усиления сигналов АЭ (б)
димых первичных преобразователей и алгоритмов
выделения сигналов АЭ на фоне помех. В систе-
мах локации используются резонансные или ши-
рокополосные датчики. Последние имеют преиму-
щество, поскольку ограничений, связанных с кон-
тролем изделий из разных материалов, значитель-
но меньше. Поэтому в рассмотренной системе
линейной локации используются широкополосные
датчики [419].
На рис. 7.53 приведены амплитудно-частотные
характеристики (АЧХ) разработанного пьезокера-
мического датчика и усилительного тракта вместе
с датчиком (К - коэффициент преобразования).
Характеристики получены при проведении абсо-
лютной калибровки этих датчиков в центре сер-
тификации АЭ аппаратуры ВНИИФТИ «Дальстан-
дарт» (Российская Федерация).
В АЭ системах широко применяются и пас-
сивные способы снижения влияния сигналов по-
мех ограничение частотного диапазона, а также
введение АПО. Однако с учетом сложной формы
регистрируемых сигналов АЭ введение порога
ограничения может приводить к значительным
ошибкам в результатах обработки информации.
Вместе с тем, тракт приема и усиления сигналов
АЭ имеет конечную чувствительность, значение
которой можно рассматривать как порог ограни-
чения. Если использовать преобразование анало-
говых сигналов в цифровой код с конечным зна-
чением квантования по амплитуде, то объедине-
ние этих двух составных элементов является ап-
паратурным порогом ограничения. Поэтому любой
шум (внутренний и внешний) на выходе аналого-
цифрового преобразователя будет представлять
собой последовательность импульсных сигналов.
Это подтверждается результатами эксперименталь-
ных исследований как в лабораторных, так и в
промышленных условиях [34]. Статистическая об-
работка регистрируемых импульсных процессов
свидетельствует, что они, как правило, являются
стационарными случайными процессами в соот-
ветствии с определением стационарной случайной
функции. Внешний шум в виде непрерывного сиг-
нала можно свести к импульсной последователь-
ности путем введения дополнительного порога
ограничения.
Анализ распределения параметров сигналов
помех и сигналов АЭ показывает, что они в зна-
чительной мере перекрываются по своим число-
вым значениям. В случае параметрического ото-
бражения сигналов (1/ш, тш , где (/ш - максималь-
ная амплитуда сигнала, тш - его длительность)
наблюдаются подобласти распределения значений
их параметров. Другими словами, во всей области
значений параметров сигналов АЭ фиксируются
отдельные подобласти (кластеры), занимаемые
сигналами помех (см. рис. 7.42). Если использо-
вать отсечку сигналов помех путем введения по-
рога ограничения по амплитуде Un или их дли-
тельности тп (рис. 7.54), то отсекается область
значений параметров анализируемых сигналов, ко-
торая расположена в пределах
<А„е[од,],
(7.123)
Регистрируемые сигналы со значениями пара-
метров, которые лежат в данной области, рассмат-
7.6. Акустоэмиссионный метод в технической диагностике конструктивных элементов
519
риваются как сигналы помех. Естественно, чем
больше значения параметров сигналов помех, тем
большая область отсечки значений анализируемых
параметров.
Если анализировать каждый принятый сигнал
по его амплитуде и длительности с определением
их предельных значений, то это позволяет значи-
тельно сузить подобласть отсечки во всей области
значений анализируемых параметров. При этом под-
область отсечки, например, в виде прямоугольни-
ка (см. рис. 7.54) будет располагаться в пределах
тве[гГ^], (7Л24)
где - соответственно минимальное и мак-
симальное предельные значения амплитуды сиг-
налов помех; т"',т7 - минимальная и максималь-
ная длительность сигналов помех.
Для обеспечения достоверности отсечки сиг-
налов помех значения параметров и'", , т"‘ и
устанавливаются на основе статистического ана-
лиза данных с определением среднего и стандарт-
ного отклонений. При этом подобласти значений
параметров сигналов помех, например, для вероят-
ности 0,997 определяют
t/f =с7ш_-з^
тГ = тш_-35т,
где йш, тш - средние значения соответственно ам-
плитуды и длительности сигналов помех с дове-
как
^=иш. + -
тТ = тш++35,
(7.125)
рие. 7.54. Подобласти распределения параметров сиг-
налов помех, зарегистрированных при проведении ис-
пытаний элементов конструкций в условиях промыш-
ленного производства (количество сигналов =5100)
Рис. 7.55. Кластеры сигналов помех в облас-
ти значений анализируемых параметров
рительными интервалами; s„,sx - стандартные от-
клонения соответственно амплитуды и длитель-
ности сигналов помех.
Значения иш и тш определяются с учетом до-
верительных интервалов:
Ua=Un±ksK/y[N-,
_ ~ , I— (7.126)
тш=тш±*зтД/7У?
где йш,^ш - оценки средних значений; к - ко-
эффициент, значение которого для вероятнос-
тей 0,9; 0,955; 0,997 соответственно равняется
1,645; 2,0; 3,0; N - количество обработанных
сигналов.
Рассмотрим результаты работы алгоритма от-
сечения сигналов помех для данных, приведен-
ных на рис. 7.51.
Статистический анализ амплитуд и длительно-
сти сигналов помех показал, что гистограммы их
распределения подчиняются нормальному закону
с параметрами = 2,52 В, = 0,14 В, =
= 134 мкс, 5Т = 3,1 мкс. Согласно выражениям
(7.126), для вероятности 0,997 йш = 2,52 ± 0,006 В,
тш = 134 ± 0,13 мкс. Тогда, согласно выражениям
(7.125), значения параметров области отсечки сиг-
налов помех для вероятности 0,997 будут иметь
значения (7, = 2,094; U2 = 2,95; т, = 124,8 мкс;
т, = 143,4 мкс.
После введения значений параметров зоны от-
сечки проводили повторную регистрацию и об-
работку сигналов помех. По окончании работы
алгоритма отсечки сигналов помех с заданной
подобластью значений параметров сигналов на даль-
нейшую обработку прошло 8 из 10 000 проана-
520
7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
лизированных сигналов, вероятность прохождения
которых
p(U,t) = Nl/N1, (7.127)
где Wp/Vj; - соответственно количество пропущен-
ных и общее количество проанализированных сиг-
налов.
Тогда вероятность отсечки сигналов помех
б = 1-р([/,т). (7.128)
Для проведенных испытаний, согласно полу-
ченным данным, р = 0,0008, Q = 0,9992, что сви-
детельствует о высокой эффективности алгорит-
ма подавления сигналов помех.
Следует отметить, что параметрический ана-
лиз позволяет выделять сигналы помех в любой
подобласти значений анализируемых параметров
[420], даже если во всей области значений фикси-
руется не один, а несколько кластеров (рис. 7.55).
В этом случае алгоритм анализа остается без из-
менения, а параметры каждой подобласти отсеч-
ки можно определять независимо один от другого
для каждого кластера и выбрать в любом диапазо-
не значений
(7.129)
где и”, т^т'" - предельные значения пара-
метров отсечки сигналов помех в i-м кластере; i -
номер кластера во всей области значений анали-
зируемых параметров.
Подобласти отсечки параметров сигналов по-
мех рассматривались и задавались в простейшем
виде - в форме прямоугольника. Однако возмож-
но использовать более сложный математический
аппарат кластерного анализа, который позволяет
с большей точностью описать подобласти, зани-
маемые отдельными кластерами, и, как следствие,
значительно сузить область отсечки анализируе-
мых параметров и значительно снизить потерю
сигналов АЭ.
Глава 8
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
8.1. АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
ОТ ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Общее состояние проблемы. Основными при-
чинами авиационных происшествий являются че-
ловек, авиационная техника и внешняя среда.
Процесс эксплуатации авиационной техники
непосредственно связан со взаимодействием ВС
с внешней средой. Из всего спектра воздействия
на ВС внешней среды следует выделить те метео-
рологические явления, под влиянием которых воз-
можно возникновение АП. Они называются опас-
ными метеорологическими явлениями (ОМЯ), к ко-
торым принадлежат сильная атмосферная турбу-
лентность, сдвиг ветра (СВ), обледенение ВС,
грозы, электрические разряды, ливневые осадки,
снег, туман и наличие в атмосфере посторонних
предметов (птицы, зонды и др.).
Опасные метеорологические явления на полет
ВС влияют по-разному. В частности, атмосфер-
ная турбулентность, сдвиг ветра и спутный след
изменяют силы и моменты, действующие на ВС,
и вызывают его возмущенное движение. Следстви-
ем столкновения с птицей или удара молнии мо-
гут быть местные повреждения конструкции ВС
или его агрегатов. Такие явления, как туман и
низкая облачность затрудняют самолетовождение,
выполнение посадки и другие связанные с управ-
лением ВС функции экипажа, чем провоцируют
его возможные ошибочные действия.
По данным ICAO, из общего числа АП, свя-
занных с метеорологическими условиями. 62 %
вызваны ухудшением видимости, 11 % - грозовы-
ми явлениями, 11 % - сильной болтанкой, 7 % -
обледенением, 9 % - другими причинами [832,
854]. Среди других причин одно из первых мест
занимают случаи столкновения ВС с птицами. По
данным Федеральной авиационной администра-
ции США (FAA), за период с 1991 по 1997 гг. за-
фиксировано 16 949 случаев столкновения ВС с
птицами.
С целью выявления реального влияния внеш-
ней среды на БП выполнен статистический ана-
лиз АП на основании материалов ICAO, FAA, На-
ционального Комитета безопасности перевозок
США (NTSB), бюллетеня инспекции БП Укравиа-
транса.
Результаты анализа зависимости АП от метео-
условий [845, 850, 857] показывают, что значи-
тельное число катастроф и тяжелых авиационных
происшествий происходит на этапах взлета, захо-
да на посадку и приземления ВС. Главную опас-
ность представляет ограниченная видимость, свя-
занная с низкой высотой облаков, туманами, сне-
гопадами и резкими сдвигами ветра, а также об-
леденение ВС и его двигателей. При выполнении
полета по маршруту наиболее вероятными явля-
ются АП, связанные с попаданием ВС в грозу,
которая сопровождается градом, значительной
конвективной турбулентностью, интенсивным
дождем и молниями.
Анализ описанных в литературе АП, которые
имели место при турбулентности на высотах, по-
казывает, что в большинстве случаев они прояв-
лялись при грозах или в непосредственной близо-
сти от них. Если исключить эти случаи, то в чис-
том виде сильная турбулентность в ясном небе
(ТЯН) - явление относительно редкое. В то же
время она признана опасной для авиации в ос-
новном из-за неожиданности влияния на ВС. По-
этому из многочисленных ОМЯ, влияющих на без-
опасность полетов ВС, рассмотрим природу гро-
зовых образований, ТЯН и зоны со сдвигом вет-
ра, а потом кратко опишем методы и средства
выявления и защиты ВС от влияния этих опасных
явлений природы.
Грозы и электрические разряды. Техническим
центром FAA был выполнен статистический ана-
лиз 800 сообщений о попадании молнии в ВС [648].
Использование компьютерной базы позволило
сгруппировать их по определенным признакам.
Виды режимов полета ВС, которые сообщались
летными экипажами, и погодные условия сопо-
ставлялись в процентном отношении к общему
количеству ударов молний. Среди них - высота
522 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.1. Распределение количества ударов молнии
в ВС в зависимости от времени года
полета, температура, месяц года, в котором имел
место удар молнии, вид осадков, степень турбулент-
ности атмосферы, электрическое состояние до и
после удара молнии, режимы полета. Рассчитаны
гистограммы, представляющие информацию о час-
тоте ударов молний в ВС в зависимости от условий.
На гистограмме, характеризующей влияние
времени года на распределение ударов молний
в ВС (рис. 8.1), показано, что наибольшее коли-
чество случаев происходит весной (март, апрель,
май). Этот вывод противоречит преобладавшему
ранее мнению о том, что больше всего случаев
происходит летом.
Значительное количество ударов характерно и
для зимних месяцев (декабрь, январь), когда ус-
ловия для грозовых явлений возникают не настоль-
ко часто. Некоторые из ударов молний случа-
лись при полете ВС сквозь снег, что объясняется
сильной наэлектризованностью атмосферы в ме-
тель. Одной из причин частых столкновений
с молниями в зимние месяцы может быть то,
что избежать таких ситуаций труднее, поскольку
возникновение молний во время метелей опреде-
лить сложнее, чем во время летних гроз. Экипажу
относительно легко установить и избежать лет-
ней грозы, связанной с наличием кучево-дожде-
вых облаков, содержащих ливневые осадки и под-
нимающихся на большую высоту. Зимние мете-
ли часто связаны с дождевыми слоистыми обла-
ками, которые распространяются на большие
площади и не имеют прочных дождевых ядер,
легко фиксирующихся метеорологическими лока-
торами.
Подтверждены данные, что большинство раз-
рядов молнии возникает при температурах, близ-
ких к температуре замерзания воды, т. е. от +5 до
-5 °C (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Распределение количества ударов молнии в ВС в зависимости от температуры
внешней среды
8.1. Анализ зависимости безопасности полетов от опасных метеорологических явлений
523
Рис. 8.3. Распределение количества ударов молнии в ВС в зависимости от высоты полета
Более 85 % ударов молнии в ВС происходит в
интервале температур от -6 до +20 °C.
На количество ударов молнии влияет высота
полета. В соответствии с данными, приведенны-
ми на рис. 8.3, 36 % ВС было поражено на высо-
тах ниже 3000 м, а 87 % - на высотах полета ВС до
4900 м. То, что большинство ударов молнии про-
исходит на высотах полета ВС до 4900 м, не сви-
детельствует о редком появлении молнии на боль-
ших высотах. Известно, что грозовые облака мо-
гут простираться на высоту 20 000 м, а разряды
молний происходят по всему их объему.
Распределение ударов молнии в зависимости
от высоты полета влияет также на их распределе-
ние по этапам полета (рис. 8.4). Как видно из ги-
стограммы, больше всего ударов молнии в ВС при-
ходится во время набора высоты (37 %) и захода
на посадку (21 %).
Результаты анализа АП и специальных иссле-
дований показывают, что фактическая вероятность
удара молнии в ВС в активных грозовых облаках
составляет 102, т. е. молния попадает в ВС в сред-
нем один раз на сто полетов в грозовом облаке
[212].
Сдвиг ветра. Для детального статистического
анализа АП, вызванных СВ, были использованы
материалы расследований NTSB, по данным ко-
торого в воздушном пространстве США за 1985
2005 гг. произошло 185 авиационных происше-
ствий, в которых погибло 257 чел. [722, 729]. Наи-
более опасными фазами полета с точки зрения вли-
яния СВ остаются снижение, заход на посадку и
посадка ВС (рис. 8.5).
Большое количество АП на этапах снижения и
посадки обусловлено малыми скоростями полета
ВС на этих этапах и их быстротечностью.
На количество АП влияет также абсолютная
скорость ветра в условиях СВ, причем на легкие
ВС больше, чем на тяжелые (рис. 8.6). Как видно
из рисунка, на тяжелые ВС приходится 16 АП, на
легкие - 169. Кроме того, самая неблагоприятная
скорость ветра для АП - 5... 10 м/с.
По данным ICAO, СВ на малых высотах явля-
ется причиной 20 % случаев выкатывания нор-
мально функционирующих ВС за кромку взлетно-
Рис. 8.4. Распределение количества ударов молнии в ВС
в зависимости от этапа полета:
/ — взлет; 2 — набор высоты; 3 — горизонтальный полет; 4 —
снижение; 5 — заход на посадку
524 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.5. Распределение количества АП, вызванных сдвигом ветра, в воздушном
пространстве США по этапам полета:
1 — уход на второй круг; 2 — взлет; 3 — полет по маршруту; 4 — маневрирование; 5 — заход на
посадку; б — снижение; 7 — посадка; 8 — другие этапы
посадочной полосы ВПП и более 10 % приземле-
ний до кромки [792].
Приведенные примеры иллюстрируют опасность
явления СВ и подтверждают актуальность обеспе-
чения безопасности полетов в этих условиях.
Обледенение ВС. Наиболее тяжелым происше-
ствием из-за обледенения ВС была катастрофа
АТР-72 (31 октября 1994 г. в районе г. Розелаун,
штат Индиана, США) с гибелью 68 чел. Эта ката-
строфа стала поводом для целого ряда новых на-
учных работ. В одной из них выполнен подроб-
ный анализ 149 происшествий, в том числе 65 ка-
тастроф с общим числом погибших 1095 чел. (1946—
1996 гг.), вызванных обледенением, по данным
Всемирного фонда безопасности полетов [190].
Рис. 8.6. Распределение количества АП в зависимости
от массы ВС и скорости ветра
Наибольшее число жертв (256 чел.) имело мес-
то в катастрофе ВС DC-8 на взлете в аэропорту
г. Гандер (Канада, 12 декабря 1985 г.). В Российс-
кой Федерации обледенение стало причиной ка-
тастрофы самолета Як-40 в аэропорту Шереметь-
ево 9 марта 2000 г.
Высокий процент катастроф (43,6 %) говорит
о том, что обледенение является очень опасным
фактором авиационных происшествий.
На количество АП, вызванных обледенением,
влияют время года, этап полета, а также масса ВС.
Наибольшее количество подобных случаев воз-
никает в декабре и январе - по 23.5 %, приблизи-
тельно по 15 % - в феврале и марте (рис. 8.7).
Происшествия, связанные с обледенением, про-
исходили в мае, июле и августе в полете по марш-
руту. В последнем АП без человеческих жертв с
ВС ВАЕ (штат Айова, США, 26 мая 1996 г.) при
полете по маршруту в условиях обледенения от-
казали все четыре двигателя и ВС выполнило ава-
рийную посадку только на одном запущенном дви-
гателе.
В результате анализа обстоятельств АП опре-
делены этапы полета, на которых начинались при-
знаки обледенения (рис. 8.8). Например, проис-
шествие произошло на этапе начального набора
высоты, но обледенение возникло еще на земле
до начала взлета. В таком случае этапом возник-
новения происшествия принимается начальный
набор высоты, а этапом начала обледенения - на-
8.1. Анализ зависимости безопасности полетов от опасных метеорологических явлений
525
земным этап. Из десяти наиболее тяжелых АП,
вызванных обледенением, 5 катастроф (50 %) про-
изошли в условиях начального обледенения ВС
на земле.
Большая часть АП вследствие обледенения в
полете присуща ВС, максимальная взлетная масса
которых не превышает 50 т (рис. 8.9). Таким обра-
зом, обледенение ВС в полете существенно влияет
налетные характеристики сравнительно небольших
ВС. Начало обледенения на земле приводило к АП
ВС с большими взлетными массами (две катастро-
фы ВС DC-8 с взлетной массой 160 т).
Рис 8.8. Распределение АП, обусловленных обледенением, по этапам полета:
/ — наземное обледенение; 2 — разбег; 3 — начало набора высоты; 4 — набор высоты; 5 — полет
по маршруту; 6 — снижение; 7 — заход на посадку; 8 — выравнивание и посадка; 9 — полет по
кругу; 10 — заход на второй круг; / / — посадка
526 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.9. Распределение АП, обусловленных обледенением, в зависимости от взлетной
массы ВС
Исследования проблемы обледенения ВС [459]
показали, что в процессе выполнения одного по-
лета вероятность обледенения поверхности ВС со-
ставляет 10Л..10 5. Это превышает уровень веро-
ятности появления аварийной или катастрофичес-
кой ситуации, установленный нормами летной
пригодности, и требует принятия необходимых
решений для борьбы с этим явлением.
Начальное обледенение ВС на земле - причи-
на АП на этапе разбега и всех этапах набора высо-
ты, в основе которой лежит человеческий фактор,
т. е. ошибки в действиях пилота, не следующего
нормативным документам, а также низкий уро-
вень его обучения.
Экспертные оценки метеорологических явлений
пилотами. Статистические данные о влиянии кон-
кретных метеорологических явлений на безопас-
ность полетов интересно сопоставить с эксперт-
ными оценками пилотов. Такие оценки получены
после обработки данных специального опроса лет-
ного состава [614]. Независимо от стажа работы и
выполняемых функций в экипаже опрошенные
специалисты единодушно признают опаснейшим
метеорологическим явлением молнию. На второе
место они ставят град, на третье - турбулентность
(рис. 8.10). Турбулентность определяют как наи-
более частое метеорологическое явление.
Согласно обобщенному мнению экспертов, ме-
теорологические явления на разных этапах полета
ранжируются по степени их опасности. Следует
иметь в виду, что в этом перечне сдвиг ветра на
взлете и посадке включался в понятие турбулент-
ности. На этапах набора высоты и, в особеннос-
ти, полета по маршруту молния и град признают
ся пилотами самыми опасными - соответственно
65,4 % и 74,4 %. На этапах взлета и посадки оценки
Рис. 8.10. Распределение результатов экспертных оце-
нок пилотов об опаснейших явлениях:
М — молния; Г— град; Т— турбулентность; В — очень сильный
ветер; СВ — сдвиг ветра; Ш — шквал, смерч; Д — другие
8.2. Метеорологические факторы и их природа
527
степени опасности метеоявлений распределе-
ны сравнительно равномерно по всем их источ-
никам.
Важно также оценить, как часто случаются те
или другие метеорологические явления в практике
самолетовождения. Последовательность метеоявле-
ний, полученная усреднением мест, присвоенных
им пилотами при классификации ОМЯ по частоте
встреч с ними, выглядит таким образом: турбулент-
ность, гроза, сильный ветер, обледенение, СВ, силь-
ный ливень, молния, град. Более 80 % опрошен-
ных пилотов указали, что чаще всего влияют на
полет турбулентность, гроза и сильный ветер.
По этапам полета эти явления можно предста-
вить в такой последовательности:
на взлете - турбулентность, град, молния, ли-
вень, ветер, другие;
во время набора высоты - град, молния, турбу-
лентность, ливень, ветер, другие;
по маршруту - молния, град, турбулентность,
ливень, другие, ветер;
во время снижения град, молния, турбулент-
ность, ливень, другие, ветер;
во время посадки - турбулентность, ливень,
град, молния, ветер, другие.
Статистические данные показывают, что из
перечисленных ОМЯ наибольшее влияние на без-
опасность полетов оказывают обледенение, вет-
ровые возмущения, атмосферные электрические
разряды.
8.2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ИХ ПРИРОДА
Для борьбы с опасными метеорологическими
явлениями необходимо знать физику процессов,
обусловливающих (сопровождающих) их возник-
новение. Изучение процессов развития сопутству-
ющих явлений позволяет прогнозировать и на ран-
ней стадии определять их образование.
8.2.1. Обледенение самолетов
Обледенение связано с отложением льда на
обтекаемых частях самолета, силовых установках,
внешних деталях агрегатов, устройств при полете
ВС в облаках, во время тумана, дождя или мокро-
го снега. Источник обледенения - наличие в воз-
духе переохлажденных водных капель и минусо-
вой температуры.
Процесс обледенения во многом определяется
метеорологическими факторами, в частности, тем-
пературой, влажностью воздуха, водностью и мик-
роструктурой облаков.
Лед возникает на поверхности самолета при
температуре воздуха ниже 0 °C.
Теоретически обледенение может возникать
при полете в облаках, содержащих большое коли-
чество переохлажденных капель с температурой
от 0 до -38 °C. Наибольшая вероятность обледе-
нения соответствует диапазону температур пере-
охлажденных капель от -3 до -15 °C (рис. 8.11).
По статистическим данным (135 000 полетов),
обработанных в центре им. Льюиса (NASA), ока-
залось, что вероятность обледенения составила до
42 % при более высоких температурах диапазона
и до 29 % - при более низких [21]. При темпера-
туре облаков ниже -15 °C вероятность обледене-
ния резко снижается, так как влага здесь быстро
превращается в безопасный снег. Однако в куче-
вых облаках с интенсивным конвективным теп-
лообменом переохлажденные незамерзшие кап-
ли воды могут встретиться при -25 °C, а иногда и
при -30 °C.
Обледенение самолета связано с влажностью
воздуха, обусловливаемой не абсолютной массой
водяного пара, который находится в единице объе-
ма воздуха, а степенью приближения воздуха к
Рис. 8.11. График зависимости вероятности обледенения
в облаках от температуры воздуха
528 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
состоянию насыщения. Степень насыщенности
воздуха водяным паром определяется относитель-
ной влажностью. Со снижением температуры от-
носительная влажность возрастает, и воздух при-
ближается к состоянию насыщения. Наблюдения
показывают, что во время обледенения относи-
тельная влажность составляет 80 100 %. Возрас-
тание относительной влажности с увеличением
высоты свидетельствует о благоприятных для об-
леденения условиях.
На развитие обледенения влияет насыщенность
воздуха водой (концентрация воды в единице объе-
ма воздуха), которая находится в капельножид-
ком состоянии, т. е. водность облаков. Для раз-
ных форм облачности характерны разные значе-
ния водности, но в одной и той же облачности
значения водности колеблются в широких диапа-
зонах. Так, в облаках слоистых форм водность
составляет 0,1 г/м3, в слоистых и слоисто-куче-
вых - 0,17, в переохлажденных кучевых и кучево-
дождевых - 0,2 г/м3 (максимальные значения при-
ближаются к 2 г/м3). Есть сведения о зарегистри-
рованных значениях водности переохлажденных
облаков порядка 3—5 г/м3. Вероятность появления
условий для существования аэрозоля с водностью
зависит от температуры внешнего воздуха. Со сни-
жением температуры водность уменьшается при
заданном уровне вероятности ее возникновения.
Угроза обледенения возникает при полете в
водных облаках, состоящих из переохлажденных
капель воды, или облаках, содержащих переохлаж-
денную воду и ледяные кристаллы (смешанные
облака). При полете в облаках, состоящих только
из ледяных кристаллов, обледенение, как прави-
ло, не происходит.
Большинство случаев обледенения наблюда-
ется в чисто капельных облаках (41 %), значи-
тельно меньше — в смешанных и кристалличе-
ских (по 5 %) [46]. В зависимости от формы об-
лаков повторяемость водной и смешанной фаз в
облаках с обледенением изменяется. Водная фаза
имеет наибольшую повторяемость в слоистых,
слоисто-кучевых, высококучевых облаках одно-
родных воздушных масс, а также во фронталь-
ных слоисто-дождевых и слоисто-кучевых обла-
ках. Эти облака характеризуются значительной
вероятностью обледенения ВС. Смешанная фаза
присуща слоисто-дождевым и высокослоистым
облакам, для которых характерна сравнительно
небольшая вероятность обледенения ВС, а также
кучево-дождевым с очень высокой вероятностью
обледенения воздушного судна.
Водные капли в облаках имеют разную вели-
чину, достигая нескольких миллиметров в диамет-
ре. Но наиболее часто в облаках встречаются кап-
ли диаметром 10-15 мкм. Облака небольшой вер-
тикальной мощности (слоистые, слоисто-кучевые,
плоские кучевые) содержат меньшие по размерам
капли, нежели слоисто-дождевые, кучево-дожде-
вые и мощные кучевые облака. Большинство об-
лаков в своей верхней части содержат капли боль-
ших размеров, чем в нижней. Увеличение капель
и рост водности с высотой обусловливают рост
интенсивности обледенения в верхней части об-
лаков.
Размер капель в той или иной облачности ха-
рактеризуется средним арифметическим радиусом
г В облаках слоистых форм этот радиус колеб-
лется от 1 до 8 мкм (чаще всего не превышает
5 мкм). В слоисто-дождевой облачности фронталь-
ных зон он достигает иногда 12-13 мкм. Со сни-
жением температуры воздуха г уменьшается.
В иностранной литературе употребляется понятие
«средний эффективный диаметр капель» (4/рэф).
Этот параметр означает, что в каплях, диаметр
которых больше среднего эффективного, помеша-
ется столько же воды, сколько в каплях с диамет-
ром, меньшим среднего эффективного. Как вид-
но из графика на рис. 8.12, наибольшую вероят-
ность возникновения обледенения имеют капли
размером 40 мкм. Это распределение принято FAA
как нормативное и его используют для моделиро-
вания полетов в условиях обледенения [21].
Рис. 8.12. График зависимости вероятности обледене-
ния от размера капель
8.2. Метеорологические факторы и их природа
529
Кроме размера и массы капель большое влия-
ние на интенсивность оседания их на поверхнос-
ти крыла имеет скорость воздушного потока. Чем
больше скорость движения капель, тем большее
их количество будет оседать на профиль в едини-
цу времени. Но рост скорости приводит к увели-
чению сил инерции, что вызывает оседание и мел-
ких капель. Охлажденные мелкие капли, оседая
на аэродинамической поверхности, создают иней,
который не опасен для газотурбинных ВС. Боль-
шие переохлажденные капли, сталкиваясь с по-
верхностью ВС, имеют более продолжительный
период замерзания. Это приводит к сдуванию и
деформированию замерзающего слоя вдоль поверх-
ности профиля. Поток, который скользит по по-
верхности обшивки крыла и замерзает, создает
вытянутые вдоль профиля ледяные образования
неправильной формы с впадинами и гребешками.
Такая форма ледяного покрова приводит к пере-
кручиванию и отрыву ламинарного воздушного
потока от профиля и снижению коэффициента
подъемной силы. Под действием потока замерз-
шая масса перемещается по профилю дальше от
точки столкновения.
Опасность обледенения ВС характеризуется его
интенсивностью J - толщиной прослойки льда,
который откладывается за единицу времени
на обмерзшей поверхности: слабое обледенение
(J< 0,5 мм/мин); умеренное (J= 0,5...1 мм/мин);
сильное (J > 1 мм/мин). Интенсивность обледе-
нения зависит от геометрических характеристик
ВС и метеорологических условий.
Обледенение самолетов может происходить до
высот 10-12 км, однако в 80 % случаев оно бывает
на высотах менее 4 км. Попадание самолетов и
вертолетов в зону переохлажденного дождя при-
водит к самому интенсивному обледенению (J >
> 5 мм/мин). Ширина зоны дождя, в которой про-
исходит обледенение, может составлять 100-200 км.
8.2.2. Турбулентность атмосферы
Скорость движения воздуха и зависших в нем
частичек изменяется в пространстве и во време-
ни. Упорядоченные и турбулентные движения воз-
душных масс различаются, прежде всего, масшта-
бами. Крупномасштабное движение считается упо-
рядоченным, а мелкомасштабное - турбулентным.
Провести четкую границу между ними невозмож-
но: она является условной и зависит от задания и
методов измерений.
Для турбулентного движения воздушных масс
характерна неупорядоченность поля скоростей во
времени и в пространстве, наличие неоднородно-
стей или турбулентных вихрей, влияющих на по-
ведение самолета [857]. Создается спектр вихрей
разных размеров (масштабов) L. Величина, обрат-
ная масштабу L, называется пространственной ча-
стотой'. Q = 2л/L , аналогично тому, как круговая
частота со в радиотехнике является величиной, об-
ратной периоду колебаний Т: со = 2л/Т. Распреде-
ление турбулентной энергии по пространственным
частотам S' (Q,e), которые называют спектром тур-
булентности, является ее достаточно полной ха-
рактеристикой. Величина е, как размерный па-
раметр спектра турбулентности, характеризует ее
интенсивность.
Природа турбулентного движения в атмосфере
такова, что энергия крупномасштабных вихрей
передается вихрям меньшего масштаба - вихри
словно дробятся. Это продолжается до тех пор,
пока вихри не станут настолько мелкими, что их
кинетическая энергия целиком пойдет на преодо-
ление вязкости воздуха и превратится в тепло.
Такой процесс турбулентного движения протека-
ет беспрерывно, пока идет энергетическое попол-
нение крупномасштабных вихрей от атмосферных
энергетических источников, связанных с разно-
стью температур и давлений. Преобразование ки-
нетической энергии турбулентности в теплоту на-
зывают диссипацией кинетической энергии турбу-
лентности (ДКЭТ). Величина е по своему физи-
ческому содержанию является скоростью, с
которой превращается в теплоту кинетическая
энергия турбулентности минимальных масштабов.
Чем больше г, тем выше интенсивность турбу-
лентности.
Турбулентность наблюдается не во всей атмос-
фере одновременно и не на всех высотах. Она воз-
никает под влиянием термических и динамичес-
ких факторов. Поэтому принято различать терми-
ческую и динамическую турбулентность.
Термическая турбулентность появляется в резуль-
тате неравномерного нагревания земной поверх-
ности и при больших вертикальных градиентах
температуры. Этот вид турбулентности характерен
для нижней половины тропосферы (до 3-4 км).
Интенсивность ее зависит от времени года, перио-
да суток и устойчивости атмосферы. Наибольшая
34 8-470
530 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
интенсивность наблюдается днем в теплое время
года в холодных неустойчивых воздушных массах,
а также в размытом барическом поле - в седлови-
нах и циклонах.
При термической турбулентности в атмосфере
возникают как беспорядочные, так и упорядочен-
ные восходящие и нисходящие движения воздуха,
создаются кучевые и кучево-разорванные, мощ-
но-кучевые и кучево-дождевые облака.
Динамическая турбулентность создается вслед-
ствие трения движущегося воздуха о шершавый
рельеф земной поверхности и неоднородности
воздушных потоков по скорости и направлению.
Трение воздуха о земную поверхность на рав-
нинной и гористой местности обусловливает
возникновение динамической турбулентности пре-
имущественно в нижнем слое тропосферы (до 1-
1,5 км). В горной местности она может распрост-
раняться значительно выше (до 7-9 км).
Динамическая турбулентность возникает в сло-
ях свободной атмосферы с большой изменчивос-
тью характеристик ветра и наблюдается чаще там,
где имеются сходимость или расхождение воздуш-
ных потоков, искривление их направления, а так-
же на участках струйных течений. Она может воз-
никать также в виде восходящих и нисходящих
потоков в результате волновых движений на гра-
нице слоев инверсии и изотермии. Интенсивность
ее зависит от скорости вертикального и горизон-
тального сдвигов ветра.
Хотя термическая и динамическая турбулент-
ность создаются в результате действия разных
факторов, на характер воздушных потоков они
могут влиять как раздельно, так и одновременно,
усиливая интенсивность турбулентного состояния
атмосферы.
Турбулентность обусловливает в атмосфере пе-
ренос теплоты, водяных паров и твердых частиц
по вертикали, порывистость ветра. Турбулентный
обмен существенно влияет на условия образова-
ния, эволюцию и микроструктуру облаков, осад-
ков и туманов, которые создают сложные метео-
рологические условия для полетов.
Интенсивная турбулентность наблюдается при
ясном и облачном небе. Поскольку она является
одним из облакообразующих факторов, рассмот-
рим ее физические характеристики при ясном небе
(«турбулентное поле»).
Существует несколько видов турбулентности в
ясном небе [430]:
1) механическая турбулентность, обусловлен-
ная влиянием неровностей земной поверхности на
воздушные течения и иногда усиливаемая ее не-
одинаковым нагреванием;
2) горные волны, которые по происхождению
являются особой формой турбулентности первого
вида (из-за специфического влияния на полеты
ВС горные волны рассматриваются отдельно);
3) турбулентность струйных течений;
4) турбулентность во внутренних для свобод-
ной атмосферы слоях.
Турбулентность в ясном небе относится к опас-
ным для авиации метеорологическим явлениям в
силу внезапности влияния на ВС. Некоторые авиа-
ционные происшествия происходили вследствие
попадания самолетов при безоблачном небе в зоны
опасной турбулентности.
Турбулизация воздушных потоков в ясном небе
связана с существованием в атмосфере слоев со
значительными вертикальными и горизонтальны-
ми градиентами скорости ветра и температуры
воздуха.
В условиях стойкой температурной стратифи-
кации возникновение ТЯН можно объяснить по-
терей устойчивости (ростом по амплитуде и пос-
ледующему разрушению) гравитационных или гра-
витационно-сдвижных волн (над горами - горных
волн) и передачей энергии от волновых движений
к турбулентным.
В тропосфере вероятность попадания ВС в ТЯН
довольно высока, она зависит от географической
широты. В средней и верхней тропосферах уме-
ренных широт этот параметр составляет прибли-
зительно 10 % общего налета самолетов, в южных
широтах - 15-20 %. В стратосфере такая вероят-
ность значительно меньше и в слое 10-20 км рав-
на приблизительно 1 %.
Попадая в зону ТЯН, самолеты чаше всего под-
вергаются слабой и умеренной болтанке, интег-
ральная повторяемость которой в тропосфере со-
ставляет 95 %, и только в 5 % случаев может на-
блюдаться сильная болтанка.
Горизонтальные размеры ТЯН изменяются в
довольно больших пределах, в особенности в тро-
посфере, достигая в отдельных случаях несколь-
ких сотен километров. Однако для 80 % случаев в
верхней тропосфере умеренных широт длина тур-
булентных зон не превышает 140 км. В страто-
сфере зоны ТЯН имеют значительно меньшие го-
ризонтальные размеры. На высоте 10-20 км гори-
8.2. Метеорологические факторы и их природа
531
зонтальная длина турбулентных зон (80 % случа-
ев) в умеренных широтах территории СНГ состав-
ляет меньше 80 км, а в нижней стратосфере над
США — до 40 км. Это означает, что при пересече-
нии сверхзвуковым самолетом на крейсерском
режиме зон ТЯН болтанка наблюдается на протя-
жении нескольких секунд или десятков секунд.
Зоны ТЯН могут быть непрерывными (сплош-
ными) и в виде отдельных прерывчатых ячеек с
довольно резкими границами. Сплошные зоны
ТЯН имеют большую повторяемость.
Толщина зон ТЯН, как и горизонтальные раз-
меры, колеблется в значительных диапазонах в
зависимости от географической широты, высоты
размещения и аэросиноптических условий. В сред-
них и высоких широтах СНГ (85-90 % случаев)
толщина турбулентных зон в тропосфере не пре-
вышает 1000 м, а в стратосфере - 350 м. Следова-
тельно, зоны ТЯН имеют сильно выраженную
пространственную анизотропию. Это плоские об-
разования, коэффициент пространственной ани-
зотропии которых (отношение толщины турбу-
лентной зоны к ее горизонтальной длине) при
80-процентной интегральной повторяемости со-
ставляет для верхней тропосферы средних широт
7 • 10 3, для нижней стратосферы 4 • 10 3 [771|.
8.2.3. Ветровые возмущения
Сдвиг ветра - это изменение его скорости и
(или) направления в пространстве. Такое измене-
ние возможно как в горизонтальном (горизонталь-
ный СВ), так и в вертикальном (вертикальный СВ)
направлениях. Термином «сдвиг ветра» описыва-
ют широкий спектр состояния атмосферы.
Сдвиг ветра порождают разные метеорологи-
ческие явления: гроза, ливень, вирга (дождевой
поток, который испаряется, не достигая земли),
нисходящие потоки холодного воздуха, восходя-
щие потоки, температурный инверсионный сдвиг,
струйные течения, шквалы и пр. Гроза, ливень и
вирга вызывают микропорывы ветра - основную
причину появления СВ [60].
Наблюдения показывают, что приблизительно
5 % гроз сопровождаются микропорывами. Свя-
занные с ними нисходящие воздушные потоки рас-
пространяются в зоне размерами от 500 м до не-
скольких километров. Когда такой поток достига-
ет земли, он растекается в приземном слое возду-
ха в горизонтальной плоскости, иногда с образо-
ванием вихревых колец по границам зоны расте-
кания. На рис. 8.13 показано формирование мик-
ропорыва вертикальным нисходящим потоком
(симметричный микропорыв).
Зона распространения вихревых колец дости-
гает высоты 500 м над землей и покрывает пло-
щадь от 2 до 4 км в диаметре. Микропорывы мо-
гут возникать и достигать поверхности земли без
дождя в случае вирги. Образовавшийся на высоте
дождь будет испаряться, вызывая тем самым ох-
лаждение воздуха и, как следствие, нисходящий
поток ветра.
Грозовые облака могут находиться в движении,
и микропорыв, вызванный ими, станет несиммет-
ричной формы. Жизненный цикл микропорыва -
15-20 мин. Максимальной интенсивности сдвиг
ветра достигает приблизительно через 5 мин по-
сле контакта нисходящего потока с землей
(рис. 8.14).
Сильный СВ (особенно на низкой высоте) мо-
жет быть вызван шквалом на расстоянии несколь-
ких километров от зоны СВ. Его механизм - бо-
ковое растекание горизонтального потока, ско-
рость которого достигает 150-185 км/ч. Очень ча-
сто шквал грозового фронта, который развивается,
сопровождается другими видами облачности, ме-
шающей его идентификации.
Температурный инверсионный сдвиг ветра
чаще всего обусловливает изменение скорости и
(или) направления ветра в небольшом приземном
слое, если теплая масса воздуха перемещается над
холодной воздушной массой, - преимущественно
Рис. 8.13. К пояснению формирования симметричного
микропорыва
532 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Начальный Контакт
Наибольшая Начало
Рис. 8.14. Диаграмма развития микропорыва
в районах прибрежных или предгорных аэропор-
тов (рис. 8.15). Здесь восходящий поток охлажда-
ется при подъеме, но с такой же скоростью нагре-
вается, когда стекает сверху вниз. В результате
нагревания инверсия над холодным воздухом пред-
горной долины усиливается. При этом темпера-
турный градиент чрезвычайно возрастает. Такой
СВ возникает вследствие трения медленно двига-
ющихся приземных потоков и теплого воздуха, ко-
торый быстро перемещается над ними.
Летние грозы вблизи ветреных склонов гор так-
же создают значительные СВ при соответствую-
щих условиях. Эти грозы характеризуются отно-
сительно высокими основами облаков, часто на
высотах 2500-3000 м (иногда - более) над землей,
в воздушных массах, которые создают высокие
температуры на поверхности земли (38...40 °C), но
сравнительно низкой точкой росы (от-6 до +3 °C).
Дождь, выпадающий из кучево-дождевых облаков
на большой высоте, может целиком испариться
до того, как достигнет земли.
Рис. 8.15. Сдвиг ветра, обусловленный температурным
инверсионным сдвигом
Кучево-дождевые облака в зависимости от сво-
его развития делятся на внутримассовые и фрон-
тальные, а также ливневые и градовые [46]. Обла-
ка отличаются не только интенсивностью и вида-
ми осадков, но и механизмом возникновения и
развития.
В случае слабых усредненно-массовых куче-
во-дождевых облаков многочисленные капли,
возникающие в результате конденсации и коа-
гуляции, достигнув максимальных критических
размеров, начинают выпадать из облака навстре-
чу восходящим воздушным потокам. Когда эф-
фект действия падающих капель превосходит
эффект подъема воздуха, гроза затихает.
В сильных фронтальных кучево-дождевых об-
лаках под влиянием СВ в средних и верхних сло-
ях атмосферы восходящий поток может выгибать-
ся. В таком случае тормозящее действие осадков
уменьшается, поскольку они находятся вне накло-
на поднимающегося воздушного потока. При об-
разовании наклоненного восходящего потока над
относительно ровной местностью иногда возни-
кают вращательные движения, в результате чего
резко увеличивается вертикальная скорость, а вме-
сте с ней и скорость вращения.
Исследования сильных гроз в 1990—2005 гг. по-
казали [598, 648], что они связаны с термодина-
мической неустойчивостью, обусловленной пере-
греванием приземного слоя воздуха, или нерав-
номерным распределением по высоте адвекции
тепла и холода, а также конвергенцией и дивер-
генцией воздушных потоков. При этом кучево-
дождевые облака с градом, шквалами и торнадо
(смерчами) возникают и развиваются тогда, когда
в верхней части тропосферы наблюдаются струй-
ные течения. В целом проведенные исследования
8.2. Метеорологические факторы и их природа
533
свидетельствуют о том, что вместо общей карти-
ны распределения воздушных потоков под куче-
во-дождевыми облаками имеем лишь описание
отдельных ее фрагментов, причем достаточно про-
тиворечивое [820],
Шквал - резкое кратковременное усиление вет-
ра с изменением его направления. Шквалы связа-
ны с кучево-дождевыми облаками и чаще всего
наблюдаются во время грозы. Для шквала харак-
терно вихревое движение воздуха с горизонталь-
ной осью в облаках или под ними. Скорость ветра
во время шквала нередко превышает 20 м/с; про-
должительность явления обычно составляет не-
сколько минут; иногда наблюдаются повторные
порывы шквала.
Смерч - сильный вихрь небольшого размера
под облаками с почти вертикальной осью враще-
ния. Имеет вид темного облачного столба (диа-
метр до нескольких сотен метров), одна часть ко-
торого опускается воронкообразным сужением с
низкого основания кучево-дождевого облака, а на-
встречу из земной поверхности может подниматься
вторая часть из брызг и пыли, которая соединяет-
ся с первой. Наиболее узкая часть столба - в се-
редине. Скорость ветра в смерче достигает 50-
100 м/с при сильной восходящей составляющей.
Воздух в смерче вращается и вправо, и влево.
Смерч может вызвать катастрофические разруше-
ния и человеческие жертвы на пути своего движе-
ния, хотя вблизи него будет почти полное зати-
шье. Смерч над сушей иногда называют тромбом.
а в США - торнадо.
8.2.4. Грозы и электрические разряды
Гроза - это комплексное атмосферное явление,
которое характеризуется интенсивным возникно-
вением конвективной облачности и сопровожда-
ется значительной турбулентностью, шквалами,
смерчами, сдвигом ветра, осадками в виде дождя,
снега, града, частыми электрическими разрядами
и громом.
Грозы делятся на 6 уровней. Грозы уровня 1
(слабые) и уровня 2 (умеренные) характеризуются
слабой или умеренной атмосферной турбулентно-
стью и молниями; грозы уровней 3 и 4 (сильные и
очень сильные) - значительной турбулентностью,
молниями, осадками в виде сильного дождя; гро-
зы уровня 5 - сильной турбулентностью, молни-
ями, резкими порывами ветра, возможен град;
грозы уровня 6 - значительной турбулентностью,
сильным градом, многочисленными молниями и
продолжительными порывами ветра. Главный при-
знак грозы - молния.
В любой момент времени в мире одновремен-
но происходит около 180 отдельных гроз при раз-
рядах молнии в среднем каждые 20 с.
Молния - гигантский искровой разряд атмо-
сферного электричества между облаками, между
облаками и землей, а также внутриоблачный раз-
ряд (рис. 8.16).
Если для наземных объектов главную опасность
представляют разряды облако-земля, то для объек-
тов, находящихся в атмосфере, опасны молнии всех
видов.
Различают несколько типов молний. Зарница
(тепловая молния) - молния или свечение обла-
ка, вызванное молнией, не сопровождающееся
громом (из-за большого расстояния к наблюда-
телю). Для полосчатой молнии характерно полос-
чатое освещение ею облака. Ракетообразной мол-
нией называют длинный разряд в атмосфере, ко-
торый создает впечатление медленного разви-
тия разряда вдоль канала. Ленточная молния
образуется в том случае, если за время между
импульсами канал разряда облако-земля смеща-
ется (возможно, ветром). Импульсы в такой
вспышке разделены в горизонтальном направ-
лении, хотя глаз фиксирует все ленты одновре-
менно. Неточная молния имеет форму, канал ко-
торой разбивается (или кажется разбитым) на
светящиеся фрагменты, их длина составляет не-
сколько десятков метров. Шаровой молнией на-
зывается светящаяся подвижная сфера диамет-
ром до 20 см, продолжительность ее жизни не-
сколько секунд.
Линейная молния - относится к так называемым
безэлектродным разрядам. Длина ее составляет
несколько километров и может достигать даже
20 км. От основного канала имеет несколько от-
ветвлений длиной 2-3 км, что повышает вероят-
ность ее удара в самолет. Средняя скорость дви-
жения молнии - 150 км/с, сила тока внутри ее
канала достигает 200 000 А, а температура плазмы
в канале превышает 10 000 °C [212].
Источником молнии являются грозовые об-
лака (чаше всего, кучево-дождевые) и электриче-
ские заряды в них. Мощность грозовых облаков,
как правило, невелика, что характерно для суб-
534 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.16. Виды разрядов молний:
а - облако-облако; б - облако-земля; в - внутриоблачный
тропиков, хотя может достигать больших разме-
ров в гигантских грозовых облаках, простираю-
щихся на высоту более чем 20 км. Высота типич-
ных грозовых облаков - 8-12 км (верхняя грани-
ца) и 0,5-2 км (нижняя граница). Их высоту оп-
ределяет только географическая местность.
Процесс развития молнии в атмосфере начина-
ется при определенных условиях. В частности, не-
обходимо, чтобы напряженность электрического
поля превысила некоторое предельное значение Е .
Для грозовых зон 0,4 МВ/м < £кр < 1 МВ/м [606].
Протяженность отдельных грозовых центров по
горизонтали не более 10 км, поэтому размеры ос-
новных областей зарядов в них не превышают не-
скольких километров. Объемы с максимальной
плотностью зарядов, где инициируются молнии,
должны быть еще меньше, т. е. их линейные раз-
меры составляют несколько сотен метров.
Таким образом, можно вычислить плотность
объемного заряда, достаточную для образования на-
пряженности пробоя: £кр = 106 В/м. Она составля-
ет приблизительно КТ6 Кл/м3, что на один-два по-
рядка выше средней плотности заряда в кучево-
дождевых и грозовых облаках.
Энергия электрического поля, вырабатываемая
молнией, переносится теплым воздухом, который
поднимается в облаке вверх (рис. 8.17).
В типичном грозовом облаке хаотически дует
ветер, вода и лед находятся в гравитационном поле,
а также в поле градиента температур и давлений.
Именно эти движущие силы распределения и на-
копления электрического заряда приводят в ко-
нечном итоге к формированию электрически ак-
тивной области в атмосфере.
Механизм образования электрических зарядов в
облаках до конца не ясен, но считается, что он
связан с сильным восходящим движением возду-
ха в центре облачного образования и со столкно-
Рис. 8.17. Образование электрического заряда в облаке
8.2. Метеорологические факторы и их природа
535
вениями капелек переохлажденной воды с крис-
таллами льда.
Поднимаясь вверх, влажный воздух охлажда-
ется и в точке росы его избыточный водяной пар
конденсируется в водные капли, формируя обла-
ко. При дальнейшем движении вверх (до 20 км)
температура воздуха уменьшается до -40 °C. Во-
дяной пар в нем превращается в ледяные крис-
таллы, которые срастаются в небольшие, доволь-
но тяжелые градины. Последние, падая сквозь об-
лако, собирают переохлажденные водные капли.
Мелкие легкие кусочки льда взлетают вверх, неся
положительный заряд и оставляя более тяжелые
градины с отрицательным зарядом. Вертикальные
течения воздуха несут кусочки льда в верхнюю
часть облака, где накапливаются положительные
заряды, а в основании облака создается центр от-
рицательного заряда.
Как показал физический анализ процессов, свя-
занных с электрическим пробоем воздуха и фор-
мированием молнии в атмосфере, источниками
молний могут быть только зоны атмосферной не-
однородности (в частности, облака), которые со-
держат избыточный электрический заряд и созда-
ют довольно интенсивное и протяженное элект-
рическое поле. Именно такие зоны и являются
молниеопасными. Подобные атмосферные обра-
зования имеют свои источники и динамические
характеристики.
Наиболее вероятный источник молниеопасных
зон - интенсивное конвективное движение воз-
душных потоков в грозовых ячейках. Это приво-
дит к распределению и выносу одноименно заря-
женных капель. Другие источники молниеопас-
ной зоны - пылевые бури, выбросы действующих
вулканов и ядерные взрывы [459].
Анализ механизмов распределения и выноса
заряда в атмосфере довольно сложен. Поэтому до
настоящего времени отсутствует общепризнанная
теория подобных процессов для указанных источ-
ников. Такая теория позволяла бы вычислять не-
которые характеристики молниеопасной зоны -
максимальную напряженность электрического
поля, распределение электрического поля в про-
странстве, скорость генерации электрических за-
рядов и зону их локализации.
Электрический заряд самолета может сформи-
роваться в кучево-дождевых, мощных кучевых,
высокослоистых и слоисто-дождевых облаках.
Для этого необходимо, чтобы в облаке существо-
вало неоднородное электрическое поле. Чем не-
однороднее облако по фазовому составу, тем ме-
нее однородным будет в нем электрическое поле.
Заряд Q самолета, который в зоне осадков (под
облаком) очень мал, резко увеличивается при
входе в облако. Основной причиной накопле-
ния электрического заряда самолета является
взаимодействие его с облачными частицами.
Наибольшая электризация самолета происходит
в области минусовых температур (до -15 °C). Это
заметно сказывается на вероятности поражения
молнией. По данным NASA зона поражения са-
молетов молниями в облаках сосредоточена в
основном в области, ограниченной изотермами
0, -10 °C. Электризация самолета влияет на тра-
ектории возникших молний и на вероятность их
генерации.
Электростатический заряд ВС влияет на без-
опасность полета не только в связи с повышени-
ем вероятности поражения его молнией. Он так-
же вызывает эффекты, ухудшающие качество ра-
диоприема на борту, снижает точность показаний
радиокомпаса и качество функционирования бор-
тового РЭО в целом. Электрический заряд само-
лета иногда сказывается даже на аэродинамике
полета. Кроме того, заряд может вызвать взрыв
при заправке ВС топливом в полете. Важным яв-
ляется то, что в облаках всех типов (кроме высо-
кослоистых) самолет при обледенении электризу-
ется сильнее. В частности, в слоисто-дождевых
облаках значение заряда Q обмерзшего самолета в
два раза выше, чем чистого самолета. Для обеспе-
чения безопасности полетов при возникновении
значительной электризации самолета рекоменду-
ется по согласованию с диспетчером изменить
высоту полета.
8.2.5. Ливневые осадки
Интенсивные ливневые осадки (ИЛО) выпада-
ют из внутримассовых и фронтальных кучево-дож-
девых облаков.
Кучево-дождевые облака - один из 10 видов
облаков по международной классификации. Их
международное название - Cumulonimbus (Cb).
В умеренных широтах СЬ достигают высоты 12-
14 км, а в тропиках - 15-16 км. Одно облако мо-
жет занимать площадь до 50-100 км2. Эти облака
часто образуют фронтальные полосы длиной в
536 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
несколько тысяч километров. Они характеризуются
резко выраженными вертикальными потоками
воздуха, турбулентностью, электрическим полем.
Тем не менее зоны, опасные для полетов в СЬ,
относительно небольшие по размерам, и во фрон-
тальной облачности практически всегда существу-
ют промежутки, достаточные для безопасного про-
лета ВС.
Различают три стадии в жизни СЬ. На первой
стадии развития (кучевое облако) превалирует вос-
ходящий поток (10-15 мин от момента, когда об-
лако обнаруживается радиолокатором). Вторая
стадия - период зрелости (15-30 мин), который
отличается наличием восходящих и нисходящих
потоков воздуха, выпадением осадков, возникно-
вением молний. На третьей стадии (свыше 30 мин)
облако распадается, уменьшается интенсивность
осадков, снижается электрическая активность и
турбулентность.
В метеорологии интенсивность осадков при-
нято определять высотой столба воды, который
выпал на горизонтальную поверхность на протя-
жении определенного времени. Например, дождь
с интенсивностью 100 мм/ч является довольно
сильным, хотя содержание воды в воздухе при этом
составляет 2-3 г/м3. Измерения на протяжении
одного часа дают существенно усредненные зна-
чения.
В г. Юконвилль (штат Северная Дакота, США)
4 июля 1956 г. была зафиксирована наибольшая в
мире интенсивность осадков 1870 мм/ч при изме-
рении на протяжении 1 мин [826]. В 1962 г. про-
водили измерения содержания воды в воздухе во
время грозы на специально оборудованном само-
лете F-100 [829]. Хотя наземные измерения дава-
ли умеренные значения интенсивности осадков
(37 мм/ч) и содержания воды (1,1 г/м3), измере-
ния, проведенные с самолета, показали средний
уровень водности 8,4 г/м3 и максимальный - до
44 г/м3. На территории бывшего СССР максималь-
ная зафиксированная интенсивность осадков со-
ставляла около 1000 мм/ч.
Относительно влияния ИЛО на аэродинами-
ческие характеристики ВС представляют интерес
такие числовые характеристики, как интенсивность
осадков, водность.
8.3. СТОЛКНОВЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
С ИНОРОДНЫМИ ПРЕДМЕТАМИ
В настоящее время в атмосфере находится мно-
го посторонних для ВС предметов. Это радиозон-
ды, аэростаты, трансзонды и прочие средства, не-
обходимые для метеорологического контроля со-
стояния атмосферы. Траектория их движения пол-
ностью зависит от внешней среды, которая влияет
на вероятность столкновения с ВС.
Но, согласно информации ICAO, одно из пер-
вых мест в столкновении ВС с инородными пред-
метами в воздухе принадлежит птицам [20]. Для
систематизации отчетов о столкновении самоле-
тов с птицами 1САО разработана система кодиро-
вания (IBIS, документ № 9332). В соответствии с
циркуляром ICAO «Доклад о столкновении с пти-
цами», страны - члены ICAO присылают инфор
мацию об этих явлениях в установленной форме.
Состоянием на 2000 г. обработано более 78 тыс.
докладов о столкновениях ВС с птицами и о по-
следствиях этих столкновений [395].
По регионам столкновения с птицами распре-
деляются так, %: Европа - 42; Северная Амери-
ка - 32; Азия - 19; Южная Америка и страны Ка-
рибского бассейна - 2. Столкновения происходи-
ли на территории аэропортов (79 %), вблизи их
(И %) и за пределами (10 %). Приблизительно
50 % столкновений произошло в период между
июлем и октябрем (рис. 8.18).
Естественно, что столкновения происходят пре-
имущественно на малой высоте. По статистике
45 % всех случаев состоялось на высоте ниже 20 м,
75 % - на высотах ниже 300 м и 85 % - ниже 600 м
(рис. 8.19). Максимальная высота столкновения
самолета с птицей (11 600 м) зарегистрирована над
западным побережьем Африки [459].
Анализ приведенных данных показывает, что
наиболее опасными этапами полета с точки зре-
ния столкновения ВС с птицами является заход
на посадку и приземление (49 % всех случаев). На
взлет и набор высоты приходится 35 % всех столк-
новений.
С ростом скоростей полета ВС птицам избе-
гать столкновений стало тяжелее. Статистика по-
8.3. Столкновение воздушных судов с инородными предметами
537
Месяцы года
Рис. 8.18. Распределение столкновений ВС с птицами
по временам года
казывает, что 84 % столкновений с птицами про-
исходит в диапазоне скоростей от 150 до 400 км/ч
(рис. 8.20). Суточные распределения столкнове-
ний самолетов с птицами свидетельствуют, что в
темное время суток столкновений в полтора раза
больше, чем можно было бы ожидать, приняв во
внимание соотношение интенсивности полетов
днем и ночью.
Наиболее часто сталкивались с птицами са-
молеты «Боинг-737» (373 случая за 19911997 гг.)
и MD-80/DC-9 (166 случаев). Повреждения са-
молетов этих типов часто сопровождались мате-
риальными затратами на их ремонт. В основном
при столкновениях выходили из строя двигате-
ли, лобовые стекла кабины экипажа, обтекатели
радиолокационных станций и носки крыльев. По-
следствиями 2676 столкновений были поврежде-
ния одного или более компонентов конструкции.
В 63 случаях столкновение с птицей привело к
прерыванию взлета, в 12 - к остановке двигателя
и в 119 случаях — к осложнению посадки. Неред-
ко из-за столкновения с птицами самолеты от-
странялись от полетов и ставились на ремонт,
суммарное время их простоя за рассмотренный
период составило 77 762 ч, а убытки авиакомпа-
ний США от простоя и ремонта - 47,91 млн дол-
ларов США.
Для южных регионов земного шара существу-
ет также вероятность столкновения ВС с млеко-
питающими - оленями, обезьянами и др. Простой
ВС от столкновений с млекопитающими составил
58 273 ч, а убытки - 2,27 млн долларов США.
Таким образом, суммарный простой ВС от
столкновений с птицами и млекопитающими -
136 035 ч. суммарные убытки - 50,18 млн долла-
ров США [20].
Рис. 8.19. Распределение столкновений самолетов с пти-
цами по высоте полета
Рис. 8.20. Распределение столкновений самолетов с пти-
цами по скорости полета
538 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
8.4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
Несмотря на развитие и широкое внедрение со-
временных средств самолетовождения, оборудо-
вание аэродромов и ВС специальными устройства-
ми для обеспечения регулярности и безопасности
полетов, метеорологические условия остаются од-
ной из основных причин большого числа авиаци-
онных происшествий. Опасные метеорологичес-
кие явления не только негативно влияют на ком-
форт полета пассажиров, создают предпосылки к
АП и являются их причиной, но и приводят к авиа-
ционным катастрофам. По данным ICAO, наибо-
лее тяжелые АП из-за погоды происходят в 6-9 %
случаев. Если же учесть и те случаи, когда погода
благоприятствовала АП, то окажется, что почти
каждое третье происшествие прямо или косвенно
связано с метеорологическими условиями [780,
783, 858].
Чтобы обеспечить безопасность полетов с по-
зиции метеорологических условий, накладывают-
ся определенные ограничения (изложенные в со-
ответствующих инструкциях), которые ставят своей
целью исключение полетов в зонах ОМЯ. Одна-
ко. несмотря на это, всегда существует опреде-
ленная вероятность выполнения полетов в опас-
ных зонах. Причинами попадания ВС в зоны ОМЯ
могут быть недостаточно полная и четкая инфор-
мация относительно наблюдения и ожидания опас-
ных явлений погоды и их интенсивности, недо-
оценка диспетчерским и авиационным составом
метеорологической обстановки в районе полетов.
Для безопасного пересечения зоны ОМЯ эки-
пажу нужна информация о влиянии этого явле-
ния на характеристики ВС. Такая информация
позволяет оперативно принимать решение о по-
ведении (управлении) ВС.
8.4.1. Влияние обледенения
на аэродинамические
и летно-технические характеристики
Обледенение резко ухудшает аэродинамичес-
кие и летные характеристики ВС, особенно его
крыльев и оперения. В результате отложения льда
изменяется форма обтекаемых частей, возрастает
лобовое сопротивление, уменьшается подъемная
сила, увеличивается масса ВС, возрастает потреб-
ная и уменьшается располагаемая тяга. Вклад кры-
ла и оперения в общее увеличение лобного со-
противления ВС при обледенении достигает 70-
80 %. Это приводит к уменьшению вертикальной
скорости набора высоты, снижению практического
потолка и максимальной скорости полета, увели-
чению расхода топлива, ухудшению маневренных
качеств и посадочных характеристик воздушного
судна.
Обледенение становится проблемой для кры-
льев с короткой хордой и большим относитель-
ным удлинением. Слой льда толщиной 15-20 см
на носке крыла вызывает значительно большее
изменение характеристик обтекания профиля с ма-
ленькой хордой, чем с большой. Еще существен-
нее влияние на суперкритических профилях со
смещенной назад точкой приложения равнодей-
ствующей подъемной силы. Прежние (старые) про-
фили менее восприимчивы к обледенению на пе-
редней кромке. Начало их обледенения не приво-
дит к немедленному ухудшению летных характе-
ристик. Попадание больших обломков льда в
воздухозаборник турбовинтового двигателя сопро-
вождается снижением оборотов на 3^4 %, тряс-
Рис. 8.21. Типичные формы отложения льда на профи-
ле крыла (оперении):
/ - клинообразная (профильная или гладкая); 2 - желобо-
образная (рогообразная или шершавая); 3 - бугристая (грибо-
видная)
8.4. Воздействие внешней среды на характеристики воздушных судов
539
Рис. 8.22. График зависимости коэффициента подъем-
ной силы с от угла атаки а при обледенении крыла
самолета Ан-140:
/ - без обледенения; 2 — в случае обледенения с включенной
противообледенительной системой самолета; 3 - то же, с отка-
зом противообледенительной системы самолета
кой, ударами и появлением белого дыма на вых-
лопе. Главная угроза возникает при потере устой-
чивости и управляемости ВС.
Как известно, форма отложения льда на крыле
или оперении зависит от скорости полета, осо-
бенностей обтекания частей ВС и вида льда [547].
Обработка результатов экспериментальных данных
и летных испытаний показала, что отложение льда
на профиле можно свести к трем типичным фор-
мам (рис. 8.21).
В результате отложения льда значительно
уменьшается максимальное значение коэффици-
ента подъемной силы су. Это происходит вслед-
ствие срыва потока при меньших, чем без обледе-
нения, углах атаки а (рис. 8.22). Наибольшее
уменьшение критического угла атаки бывает, ког-
да лед имеет желобообразную форму. В этом слу-
чае появление местных срывов потока часто со-
провождается тряской ВС.
Уменьшение критических углов атаки крыла и
оперения вследствие обледенения чрезвычайно
опасно при малых скоростях полета, в особеннос-
ти во время посадки. На предпосадочных режимах
горизонтальное оперение ВС сталкивается со
встречным потоком воздуха, который «набегает» под
большим отрицательным углом атаки. Этот угол
зависит от угла установки стабилизатора и скоса
потока за центральной частью крыла. Если обледе-
нению подвергается передняя кромка стабилиза-
тора, то критический угол атаки горизонтального
оперения уменьшается. При приближении к этому
углу нижней поверхности стабилизатора возника-
ют местные срывы обтекания. Они изменяют рас-
пределение аэродинамической нагрузки по хорде
оперения и приводят к уменьшению шарнирного
момента руля высоты при отклонении его вниз,
что уменьшает усилия на штурвал. С целью обес-
печения безопасности полета необходимо, чтобы
минимально допустимая скорость была не менее
чем в 1,3 раза больше скорости срыва без обледе-
нения.
Отложение льда в большой степени изменяет
продольную устойчивость ВС. Это действие про-
является в перераспределении усилий Рв на штур-
вальной колонке самолета. Наибольшее негатив-
ное влияние оказывает образование льда бугрис-
той формы (рис. 8.23).
При отложении льда на передних кромках ру-
лей, замерзании влаги в стыках секций предкрыл-
ков, закрылков и т. п. может произойти их закли-
нивание в полете и отказ в работе, что чрезвычай-
но опасно. Обледенение двигателя существенным
образом ухудшает его рабочие характеристики.
Вследствие обледенения входного канала силовой
установки потребная тяга увеличивается, а распо-
лагаемая тяга уменьшается. Даже у сверхзвуково-
го ВС при умеренном обледенении уменьшается
скорость полета.
Рис. 8.23. Зависимость продольной устойчивости по
перегрузке самолета Ан-12 при различных формах льда
на передней кромке стабилизатора:
/ - без обледенения; 2 клинообразный лед; 3- желобообраз-
ный лед; 4 - бугристый лед
540 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Образование льда отрицательно сказывается на
функционировании радиоустройств. Значительное
обледенение приводит к замыканию их на корпус
или к обрыву, вследствие чего радиосвязь прекра-
щается и наступает отказ в работе радионавига-
ционного оборудования. Отложение льда на ан-
тенне также усложняет радиосвязь. Если в кожух
рамки радиокомпаса попадает влага и там замер-
зает, радиокомпас выходит из строя.
Обледенение приемника воздушного давления
вызывает выход из строя таких важных пилотаж-
ных приборов, как указатели скорости, высоты,
угла атаки, числа Маха М, вертикальной скорос-
ти набора высоты. Это может привести к произ-
вольному выводу ВС на опасные режимы полета.
Обледенение лопастей воздушных винтов в
поршневых и турбовинтовых ВС уменьшает их
КПД до 27 % (547]. Воздушный винт улавливает
значительно больше водяных капель, чем крыло,
оперение и другие элементы конструкции. При
отложении льда на винтах может возникнуть тряска
ВС из-за весовой и аэродинамической асиммет-
рии лопастей. Вследствие кинетического нагрева-
ния концевые части лопастей обычно не подвер-
гаются обледенению, но втулка винта леденеет
довольно быстро. Куски льда, которые срывают-
ся, могут повредить обшивку ВС, стекла кабины
или другие элементы конструкции.
Довольно опасно обледенение силовой установ-
ки в дозвуковых реактивных ВС, поскольку отло-
жение льда на входном канале, защитных сетках,
на направляющем аппарате и других его деталях
уменьшает поступление топлива. Это приводит к
падению тяги двигателей на 20-30 % и повыше-
нию температуры газа за турбиной, что может выз-
вать помпаж и тряску двигателя.
Если отложение льда достигает определенных
размеров, под действием вибрации конструкции
или флуктуации воздушного потока лед сбрасы-
вается в воздушный канал двигателя. Ударяя по
направляющему аппарату, лопаткам первой сту-
пени компрессора или другим элементам конст-
рукции двигателя, кусочки льда деформируют и
повреждают их, что приводит к досрочной замене
двигателя.
Наиболее подвержены обледенению газотур-
бинные двигатели с осевыми компрессорами. От-
ложения льда на стойках корпуса аналогичны ле-
дяным наростам на крыле или оперении, хотя они
и имеют относительно незначительные размеры.
Лопатки направляющего аппарата из-за сравни-
тельно маленьких размеров подвержены обледе-
нению интенсивнее, чем стойки. Отложения на
лопатках изменяют их профиль и резко ухудшают
аэродинамические характеристики.
На воздухозаборнике реактивного двигателя лед
может откладываться при отсутствии обледенения
других частей ВС. Это объясняется тем, что перед-
ние части плоскостей крыла и оперения значи-
тельно больше нагреваются, чем вход в реактив-
ный двигатель. Если двигатель работает в режиме
значительных оборотов турбины, а скорость по-
лета небольшая, то вместо поджатия воздуха про-
исходит его всасывание. Вследствие адиабатичес-
кого расширения температура воздуха снижается
на несколько градусов. По этой причине в обла-
ках возможно обледенение реактивных двигате-
лей при плюсовой температуре, близкой к 0 °C.
С целью безопасности полетов нужно сокра-
щать к минимуму время пребывания ВС в усло-
виях обледенения. Организация и управление по-
летами должны осуществляться так, чтобы поле-
ты выполнялись по возможности без отложения
льда, поскольку даже умеренное обледенение мо-
жет оказать сильное отрицательное влияние на
несущие свойства современного ВС и приблизить
его работу к режиму срыва.
8.4.2. Влияние турбулентности
на летно-технические характеристики
Полет в турбулентной атмосфере сопровожда-
ется болтанкой -- появлением знакопеременных
ускорений, линейных колебаний центра массы ВС
и угловых колебаний относительно центра массы.
При этом внезапно изменяются высота и скорость
полета, курс, крен и другие характеристики. Бол-
танка не только нарушает комфорт пассажиров,
но и снижает работоспособность экипажа. При
полете в зоне опасной турбулентности (ЗОТ) воз-
никает опасность потери управляемости, возмож-
ны повреждения конструкции ВС. Кроме того, при
сильной болтанке ВС может выйти на критичес-
кий угол атаки и утратить управляемость (свали-
вание ВС). Болтанка приводит к самоотключению
двигателя из-за резкого уменьшения объема по-
ступающего воздуха как результат колебаний ВС.
Тряска и неуправляемые движения ВС в верти-
кальной плоскости, вызванные болтанкой, сопро-
8.4. Воздействие внешней среды на характеристики воздушных судов
541
вождаются перегрузкой, которая характеризуется
отношением подъемной силы к массе ВС. При го-
ризонтальном полете в спокойной атмосфере
подъемная сила и масса ВС равны. При неустано-
вившемся режиме полета или влиянии вертикаль-
ных порывов ветра подъемная сила может быть боль-
ше или меньше массы ВС, что вызывает неконтро-
лированные перемещения самолета по вертикали.
Перегрузка, а следовательно и болтанка, зави-
сят не только от интенсивности атмосферной тур-
булентности, но и от конструкции ВС и режима
полета. Это означает, что при одной и той же ин-
тенсивности турбулентности разные типы ВС бу-
дут ощущать болтанку по-разному. При других
равных условиях болтанка тем интенсивнее, чем
больше скорость полета. Поэтому в руководствах
по летной эксплуатации ВС числом М задаются
максимально допустимые скорости полета в спо-
койной и турбулентной атмосфере.
Интенсивность болтанки зависит от прираще-
ния перегрузки Д«, выраженной в долях ускоре-
ния свободного падения g.
Ддя количественной оценки интенсивности бол-
танки ВС, вызванной атмосферной турбулентнос-
тью, можно пользоваться данными табл. 8.1, где
представлена принятая ICAO классификация атмос-
ферной турбулентности по интенсивности ее влия-
ния на полет ВС с перегрузками Ди и соответствую-
щие физические параметры турбулентности [624].
Таблица 8.1. Классификация атмосферной турбулентно-
сти по интенсивности болтанки |683|
Характеристика болтанки ВС Физические характеристики турбулентности
по влиянию на ВС Ди в долях от# 1 у max, м/с О,, м/с Е , м2/с3
Незначительная ±0,2 0-5 0-1,5 0,2-3,4
Слабая ±0,5 5-10 1,5 -3 3,4-43
Умеренная ± 1,0 10-15 3-4,5 43-551
Сильная > 1,0 > 15 >4.5 >551
Как известно, турбулентность атмосферы име-
ет вихревой характер. В процессе турбулентного
движения образуется спектр воздушных вихрей
самых разных размеров (пространственных мас-
штабов). Не всегда турбулентность одинаково вли-
яет на движущееся ВС. Мелкомасштабные тур-
булентные движения не являются опасными.
Вихри очень больших размеров (десятки кило-
метров и больше) также не представляют опас-
ности, поскольку они воспринимаются ВС как
единое целое, не вызывая знакопеременных пе-
регрузок. Чем больше размеры ВС и его скорость,
тем опаснее крупномасштабные вихри. Наибо-
лее опасными для средних и больших ВС при
дозвуковых скоростях полета являются турбулент-
ные движения размером в несколько сотен мет-
ров. Разной интенсивности турбулентных движе-
ний заданного диапазона пространственных мас-
штабов отвечают ориентировочные значения мак-
симальных скоростей порывов ветра Vy и
среднеквадратичных скоростей турбулентных
пульсаций ветра ог (см. табл. 8.1).
Статистические параметры скорости турбулент-
ного движения воздуха Vy и о(, зависят от мас-
штабов движений. Иначе говоря, при одинаковой
интенсивности турбулентности вихри больших
размеров имеют большие скорости, чем вихри
меньших размеров. Поэтому количественные зна-
чения интегральных параметров V,,max и о,., при-
веденные в табл. 8.1, отвечают диапазону разме-
ров турбулентных вихрей, представляющих опас-
ность для ВС. Наиболее опасные для ВС масшта-
бы турбулентности (от десятков метров до полутора
километров) обычно принадлежат к инерционно-
му интервалу (диапазону) размеров турбулентнос-
ти. Инерционный интервал отличается тем, что в
нем кинетическая энергия передается от больше-
го масштаба к меньшему с постоянной скорос-
тью. Это означает, что скорость диссипации ки-
нетической энергии е не зависит от размеров вих-
ря и потому является более однозначной характе-
ристикой интенсивности турбулентности, чем о
или |Ктах| [857].
При незначительной болтанке наблюдаются
лишь отдельные легкие содрогания ВС, которые
при продолжительном воздействии могут вызвать
у некоторых пассажиров неприятные ощущения.
Для слабой болтанки характерны частые толч-
ки, связанные с покачиванием ВС и небольшими
изменениями высоты, которые не вызовут затруд-
нений в пилотировании. Постоянный режим по-
лета сохраняется, но у части пассажиров возника-
ют неприятные ощущения.
Умеренная болтанка сопровождается резкими
содроганиями и бросками ВС, значительными ча-
стыми кренами и рысканием. Затрудняется исполь-
542 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
зование автопилота, т. е. нарушается постоянный
режим полета. При больших отрицательных пере-
грузках ощущается невесомость, а при положитель-
ных, наоборот, - сильное прижимание к креслу.
Незакрепленные предметы смещаются, хождение
по ВС может вызвать травмы. Продолжительное
влияние умеренной болтанки тяжело переносится
большинством пассажиров, вызывает болезненные
ощущения и утомляемость экипажа.
При сильной (штормовой) болтанке наблюдаются
исключительно резкие броски ВС, полет проис-
ходит с большими отклонениями по высоте и кур-
су, значительно искажаются показания некоторых
приборов, ухудшается управляемость ВС, появля-
ется возможность создания опасного для прочно-
сти ВС режима скорости. Не пристегнутые рем-
нями пассажиры могут получить сильные травмы.
Штормовая болтанка вызывает у подавляющего
большинства пассажиров болезненные ощущения.
Сильная (штормовая) болтанка часто возника-
ет при таком турбулентном состоянии атмосфе-
ры, когда мощные вертикальные потоки носят
порывистый характер, при этом порывы следуют
один за другим с большой частотой.
Вне грозовых облаков вертикальные порывы
ветра могут достигать 10-12 м/с и вызывать пере-
грузку ВС до ±(0,8-1,0)g. В грозовых кучево-дож-
девых облаках были зарегистрированы порывы
ветра скоростью до 15 м/с, перегрузка при этом
составляла до +2g.
Болтанку обусловливают и горизонтальные
порывы ветра, изменяя подъемную силу и силу
лобового сопротивления. Но эти изменения не-
значительны, поскольку скорость горизонтально-
го порыва ветра относительно мала по сравнению
со скоростью полета. Эффект действия горизон-
тальных порывов приблизительно в 10-12 раз мень-
ше, чем вертикальных. Поэтому горизонтальные
порывы существенного влияния на равновесие ВС
не оказывают.
8.4.3. Влияние сдвига ветра на полет
Влияние СВ на полет в нижних слоях атмос-
феры состоит в том, что ВС, изменяя высоту при
взлете и посадке, попадает на такой уровень, где
скорость и (или) направление ветра отличаются
от предыдущих. Вследствие инерции ВС продол-
жает двигаться с прежней путевой скоростью, но
его воздушная скорость, а также подъемная сила
изменяются. При попадании ВС в зону СВ про-
исходит изменение как направления, так и вели-
чины скорости ветра, что вызывает изменение
программной траектории движения ВС. Измене-
ние подъемной силы и направления движения бу-
дет тем больше, чем больше скорость СВ в рас-
смотренном слое.
Поскольку СВ является вектором, его можно
разложить на горизонтальную (боковую) и вер-
тикальную составляющие. Боковая составляющая
обусловливает перемещение ВС относительно оси
взлетно-посадочной полосы, вызывая необходи-
мость маневрирования на малой высоте. Это мо-
жет привести к столкновению консоли крыла с
землей или вообще исключить возможность по-
падания воздушного судна на взлетно-посадоч-
ную полосу [71, 403].
Вертикальная составляющая СВ характеризует
изменение воздушной скорости полета. Различают
положительную вертикальную составляющую
(уменьшение скорости встречного ветра с увеличе-
нием высоты) и отрицательную (увеличение ско-
рости встречного ветра с увеличением высоты).
Положительная составляющая СВ обусловливает
увеличение воздушной скорости ВС на посадке, что
может привести к перелету посадочных знаков и
выкатыванию за границы взлетно-посадочной по-
лосы. Отрицательная составляющая CZ? уменьшает
воздушную скорость, а следовательно, приводит к
недолету, иногда значительному, с приземлением
перед границей взлетно-посадочной полосы или к
грубой посадке [553].
В практике полетов, как правило, наблюдается
комбинированное влияние СВ, т. е. его горизон-
тальной и вертикальной составляющих, на взлет
и посадку ВС.
Согласно данным ICAO, разработана класси-
фикация интенсивности СВ (табл. 8.2), обуслов-
ленной изменением скорости ветра в зависимос-
ти от высоты [622].
Таблица 8.2. Классификация интенсивности СВ
Интенсивность Скорость ветра, м/с, на высоте
30 м 100 м
Слабая Умеренная Сильная Очень сильная 0-2 2-4 4-6 >6 0-6,5 6,5-13 13-20 >20
8.4. Воздействие внешней среды на характеристики воздушных судов
543
Измерения СВ с помощью ветровых вышек
позволили определить вероятность появления вер-
тикального сдвига в зависимости от градиента ско-
рости ветра:
Градиент скорости ветра, Вероятность, %
м/с на 100 м
4.................................50
8,5...............................17
13.................................2
17...............................0,4
100...................Отдельные случаи
С изменением скорости ветра интенсивно изме-
няется его направление. Зарегистрированы случаи,
когда в приземном слое толщиной 46 м резко изме-
нялось направление вектора скорости ветра на про-
тивоположное (grad = 35 м/с на 100 м).
Уменьшение скорости встречного ветра в про-
цессе снижения ВС по глиссаде в зоне СВ приво-
дит в момент вхождения в СВ к уменьшению воз-
душной скорости при постоянной путевой скоро-
сти. В результате этого уменьшается подъемная
сила и ВС проваливается под глиссаду. При от-
сутствии своевременных корректирующих дей-
ствий органов управления ВС приземлится до на-
чала взлетно-посадочной полосы с повышенной
вертикальной скоростью (рис. 8.24).
Нисходящий поток воздуха уменьшает угол ата-
ки ВС, что также приводит к уменьшению подъем-
Рис. 8.24. Траектория полета в зоне сдвига ветра при
заходе на посадку:
/ линии течения СВ; 2- глиссада до захода на посадку; 3 -
траектория полета при своевременных корректирующих действи-
ях органов управления; 4 - траектория полета при отсутствии
корректирующих действий органов управления; 5 взлетно-поса-
дочная полоса
ной силы и увеличению вертикальной скорости
при снижении. В силу присущей воздушному судну
продольной устойчивости восстанавливается угол
атаки, но при большом значении угла тангажа уве-
личивается негативное влияние подъемной силы
на направление движения. А это приводит к умень-
шению путевой и воздушной скорости ВС из-за
недостатка тяги. Возникает дополнительная поте-
ря высоты полета, обусловленная уменьшением
подъемной силы.
При движении ВС по глиссаде в случае увели-
чения встречного ветра или уменьшения попут-
ного наблюдается обратная картина. Воздушная
скорость и подъемная сила возрастают, ВС «всплы-
вает» над глиссадой. Без корректирования посад-
ка произойдет за расчетной точкой приземления,
что может привести к выкатыванию ВС за преде-
лы взлетно-посадочной полосы.
Сдвиг встречного ветра при взлете ВС может
быть критическим, если скорость ветра уменьша-
ется или имеет место нисходящий поток воздуха.
При этом уменьшается градиент набора высоты,
который при очень сильной интенсивности СВ мо-
жет стать отрицательным.
Опасность такого явления обусловлена не толь-
ко тем, что интенсивность СВ может превысить
возможности ВС относительно его преодоления,
но и такими факторами, как внезапность СВ из-
за отсутствия каких-либо визуальных признаков
его существования, непредсказуемость поведения
ВС при отсутствии данных о конкретных пара-
метрах и характере СВ, недостаточность знаний и
умений пилотов относительно корректирования
ВС в условиях СВ. Опасность СВ повышает также
наличие факторов, которые его сопровождают и
усложняют пилотирование ВС (турбулентность,
осадки, плохая видимость). Все это приводит к
запоздалому обнаружению этого явления, а зна-
чит, к несвоевременному принятию корректиру-
ющих действий и их неадекватности.
8.4.4. Влияние грозовой активности атмосферы
на полет
Грозовая активность атмосферы определяется
такими основными факторами, как молния, лив-
невые осадки и град.
Молния. Гроза всегда усложняла воздухоплава-
ние, но особое значение эта технико-экономичес-
544 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
кая проблема мирового авиационного транспорта
приобрела только в конце 1960-1970-х годов, о чем
красноречиво свидетельствует статистика.
Электрические разряды молнии - непременный
атрибут грозы. Основными факторами, которые
влияют на поражение ВС молнией, являются ин-
тенсивное внешнее электрическое поле облака (его
следует учитывать как отдельную причину и как
источник индуцированного распределения зарядов
на поверхности ВС) и собственный заряд ВС.
Летными экспериментами относительно взаи-
модействия ВС и молнии установлено, что все
удары молний в ВС на высоте более 7 км (боль-
шие высоты) и около 90 % ударов на высотах ниже
7 км (малые высоты) были инициированы ВС [540].
Иными словами, основной фактор поражения ВС
молнией - не естественная молниевая активность,
а электрическое поле движущегося ВС, достаточ-
ное для инициирования разряда молнии.
Опровергнуты высказываемые ранее убеждения,
что поражения ВС молниями связаны с турбулент-
ностью. Большинство ударов молний в летний
период имели место в условиях слабого дождя и
незначительной турбулентности.
В результате научной интерпретации данных
бортовых измерений была выдвинута гипотеза о
том, что молниевый разряд, который начинается
от корпуса ВС, развивается в двух направлениях в
виде положительного и отрицательного фидеров,
существующих на выступающих частях корпуса и
имеющих максимальную плотность заряда проти-
воположного знака [606]. Эта гипотеза, подтверж-
денная многочисленными лабораторными экспе-
риментами, не противоречит данным, полученным
по результатам анализа реальных поражений мол-
ниями ВС гражданской авиации [557].
Кроме молний на полет ВС могут влиять также
электрические, магнитные, электромагнитные и аку-
стические поля, порождаемые другими разрядами.
Повреждения ВС, полученные от непосред-
ственного столкновения с каналом молнии или
от действия тока, который проходит сквозь него,
называют прямыми влияниями, сопровождаемы-
ми физическими повреждениями. Основные при-
чины физических повреждений:
влияние на материал ударных нагрузок в ре-
зультате подведения огромной энергии в точке
присоединения канала молнии;
возникновение температурных напряжений,
обусловленных протеканием мощных электричес-
ких токов через материал с высоким сопротивле-
нием, в особенности в местах стыковки неодно-
родных материалов;
механические напряжения, возникающие при
протекании мощного тока в обшивке и элементах
конструкции ВС с очень большой кривизной;
прогары вследствие теплового влияния, вы-
званного прохождением мощного тока через об-
ласти высокого сопротивления;
искрообразование вблизи легковоспламеняю-
щихся материалов.
Совершенствование авиационного электронно-
го оснащения, его роли в управлении полетом и
принципов конструирования ВС с широким при-
менением полимерных композиционных матери-
алов позволило установить, что кроме прямого су-
ществует и непрямое влияние разряда молний на
ВС. В практике эксплуатации ВС стали появлять-
ся сообщения о том, что приборы систем управ-
ления и контроля за работой двигателя и другая
электроника неправильно срабатывают даже в том
случае, когда отсутствует прямая связь с разряда-
ми молний.
Разряд молнии относится к кратковременным
электрическим процессам, поэтому в момент, ког-
да токи разряда протекают через ВС или разряд
молнии проходит вблизи ВС, создаются сильные
и быстро изменяющиеся электромагнитные поля.
Пересекая электрические провода, эти поля по-
рождают в них индуктивные напряжения пере-
ходных процессов, пропорциональные скорости
изменения магнитного поля. Переходным про-
цессом является изменение во времени электри-
ческих параметров системы при переходе ее из
одного постоянного состояния в другое под дей-
ствием приложенного возмущения. Индуктивные
напряжения могут появляться между проводами
двухпроводной электрической сети или между
проводом и конструктивным элементом плане-
ра. Переходные процессы, вызванные токами
молнии, нарушают правильную работу электри-
ческих сетей и электронных схем ВС. а в отдель-
ных случаях, если индуцированное молнией на-
пряжение очень высокое, разрушают электрон-
ные компоненты, в особенности микроэлектрон-
ные схемы.
Теоретически определенная вероятность стол-
кновения ВС с молнией при пролете сквозь ак-
тивное грозовое облако Р = 104 [598], но факти-
чески она приближается к значению Рф = 10 2. Be-
8.4. Воздействие внешней среды на характеристики воздушных судов
545
роятность частичного разрушения ВС или возник-
новения катастрофы при попадании в него мол-
ний составляет (2,5...5) 10 2.
Одним из факторов поражения ВС следует счи-
тать психологическое влияние молнии на экипаж.
За 1996-2006 гг. случаи поражения ВС молниями
участились, что связано с усилением влияния де-
ятельности человека на состояние атмосферы.
Высказывались даже мнения, что электрические
разряды становятся главным метеорологическим
фактором, определяющим АП.
Интенсивные ливневые осадки. Впервые вопрос
о влиянии интенсивных ливневых осадков на по-
лет ВС возник в начале 1940-х годов, когда метео-
служба США начала выполнять полеты в «глаз»
тропических тайфунов на ВС - зондировщиках
атмосферы типа DC-3, DC-6 и др. В результате
исследований сделан вывод о том, что доминиру-
ющим фактором является приращение лобового
сопротивления вследствие потери импульса от
столкновения ВС с каплями дождя [825]. Однако
это приращение не существенно для ВС, выпол-
няющего полет на высоте 1500 м, с точки зрения
безопасности полетов.
Повторно к вопросу о влиянии ИЛО возврати-
лись в конце 1970-х - начале 1980-х годов. По за-
казу NASA провели исследования и подготовили
отчет [727] о влиянии ИЛО на аэродинамические
характеристики ВС в посадочной конфигурации.
В опубликованных данных отмечалось, что фак-
торами влияния ИЛО на характеристики ВС яв-
ляются:
увеличение массы ВС вследствие наличия воды
на его поверхности (однако это влияние даже для
больших ВС не превышает 1-2 %);
перенос импульса вследствие столкновения ВС
с каплями (например, во время полета самолета
«Боинг-747» по глиссаде продольная сила FT
может достигать 7 х 104 И, а вертикальная к -
1 х 104 Н при интенсивности осадков 2000 мм/ч);
увеличение шероховатости поверхности ВС
вследствие столкновения капель с его поверхнос-
тью и существующей на ней пленкой воды, а так-
же увеличение волнистости поверхности, обуслов-
ленное обтеканием пленки воды воздушным по-
током большой скорости (это может привести к
приращению коэффициента сопротивления сх на
5-20 %, уменьшению критического угла атаки акр
на 5-8° и максимального коэффициента подъем-
ной силы с на 20 %).
у max '
Исследование влияния ИЛО на аэродинами-
ческие характеристики модели перспективного
пассажирского ВС [321] для полетной, взлетной
и посадочной конфигураций проводилось также
на аэродинамическом комплексе ТАД-2 в На-
циональном авиационном университете. При
этом сравнивали характеристики в сухом воз-
духе и в условиях, моделированных ИЛО с
двумя значениями водности - И2, = 35 и =
= 64 г/м3.
Результаты исследований показали, что ИЛО
приводят к уменьшению подъемной силы и кри-
тического угла атаки, увеличению сопротивления
и некоторому уменьшению продольной статичес-
кой устойчивости, причем с увеличением интен-
сивности осадков (водности) потери аэродина-
мических характеристик возрастают (рис. 8.25).
Наиболее существенные потери аэродинамичес-
ких характеристик наблюдаются для механизи-
рованного крыла, т. е. для конфигураций, кото-
рые используются в полете вблизи земли на ре-
жимах взлета и посадки, где запасы аэродинами-
ческих и летно-технических характеристик ВС
минимальные.
Исследования в области эксплуатационной
аэродинамики [55] свидетельствуют, что даже не-
значительные отклонения аэродинамических ха-
рактеристик ВС и характеристик силовой уста-
новки могут представлять опасность. Например,
потеря 5 % тяги двигателей самолета Ил-86 на
взлете приводит к уменьшению градиента набо-
ра высоты на 13-18 %. Повышение сопротивле-
ния ВС, обусловленное наличием ИЛО, по своей
сути аналогично потере тяги, т. е. они являются
опасными. Есть сведения, что в период интен-
сивных ливневых осадков тяга газотурбинных дви-
гателей также может падать [778]. В современ-
ных винтовентиляторных двигателях падение
тяги, возможно, обусловлено снижением харак-
теристик газовоздушного тракта и винтовенти-
лятора.
В качестве примера можно привести катастро-
фу самолета Ил-62 Кубинской авиакомпании в
1995 г., выполняющего взлет в аэропорту г. Гава-
ны во время ливня. После отрыва самолет не смог
набрать высоту и упал на строения, находящиеся
непосредственно за пределами аэропорта [674].
Одной из причин, которая способствовала пере-
ходу ситуации в катастрофическую, были ливне-
вые осадки.
35 8-470
546
8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Град. Последствия попадания града в ВС очень
опасны. Только в США за 9 лет было зарегист-
рировано 272 случая серьезных повреждений ВС
Рис. 8.25. Графики зависимости коэффициентов подъем-
ной силы (с.), лобового сопротивления (cv), продольно-
го момента (/п_), аэродинамического качества (К) моде-
ли пассажирского ВС во взлетной конфигурации от угла
атаки а и интенсивности ливневых осадков:
I - без осадков; 2- = 35 г/м1; 3 - И/ = 64 г/м3
градом. При большой скорости ВС механичес-
кие повреждения градом становятся более силь-
ными.
Обычно максимальный диаметр градин состав-
ляет 2-5 см, но есть сообщения о выпадении гра-
дин диаметром более 10 см и массой до 0,5 кг.
Учитывая то, что в процессе полета к земле гра-
дины тают, можно предположить, что на высотах
они больших размеров.
Зоны формирования и выпадения града, как и
грозовые центры (области интенсивных электри-
ческих процессов), чаще всего развиваются в ку-
чево-дождевых облаках (СЬ). Вероятность появ-
ления зоны формирования града существенным
образом зависит от температуры вертикальных
потоков и микрофизических условий.
В работе [374| описывается модель образова-
ния градин. Градины формируются в СЬ в резуль-
тате слияния переохлажденных капель с зерныш-
ками снежной крупы и их замерзания. Падая, гра-
дины попадают в прослойки с положительной тем-
пературой воздуха, начинают таять. Мощным
восходящим потоком воздуха они забрасываются
на высоту, где температура минусовая. Здесь к
стекловидной поверхности градины примерзают
переохлажденные капли и частички, которые об-
разуют прослойку мутного непрозрачного льда.
Градины обычно имеют неправильную форму,
структура их слоистая (прослойки прозрачного и
непрозрачного льда).
Градовые зоны, связанные с внутримассовыми
облаками, перемещаются со скоростью 10-12 км/ч
и существуют от 1 до 3 ч. Линейные размеры зон
градовой опасности наиболее часто составляют от
1 до 10 км. Обычно объем градовых зон не превы-
шает 30 км3, в то время как объем градоносного
облака в среднем составляет 800 км3, но может быть
и намного большим. Существенно, что только в
75-85 % случаев град выпадает во время гроз. Это
означает, что до 25 % случаев выпадения града воз-
можны при отсутствии активной грозовой деятель-
ности. Очевидно, что на высотах градины без гро-
зы встречаются еще чаше. Они могут находиться
на высоте 15 км (чаще в прослойках от 4,5 до 7 км)
и не только внутри СЬ, но и (благодаря турбулент-
ности) рядом с облаком, и даже выше его.
Известно, что с образованием и выпадением
жидких и твердых осадков тесно связано электри-
ческое состояние облаков.
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
547
8.5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
8.5.1. Методы и процедуры исследования
Факторы внешней среды по-разному влияют
на безопасность полетов ВС. Характер их влия-
ния зависит от типа ВС, режима и продолжитель-
ности полета и др. Для каждого типа ВС устанав-
ливается совокупность расчетных значений харак-
теристик внешней среды, при которых их эксплу-
атация допустима [183].
Допустимые расчетные характеристики внеш-
ней среды зависят от параметров ВС. Основным
документом, определяющим требования и реко-
мендации к характеристикам ВС при нормальной
работе всех систем и агрегатов, а также в ситуаци-
ях отказа, являются нормы летной годности ВС
транспортной категории (Авиационные пра-
вила АП-25) [5]. Они целиком отвечают требова-
ниям ICAO, приведенным в Приложении 8 «Лет-
ная годность воздушных судов» и Приложении 10
«Авиационная электросвязь» к материалам Чикаг-
ской конвенции [349], а также американским нор-
мам FAR-25 и европейским JAR-25.
Номенклатура характеристик для оценки соот-
ветствия ВС требованиям Норм летной годности
приведена в АП-25, разд. В «Полет». Предельные
значения характеристик ВС конкретного типа рег-
ламентируются Руководством по летной эксплуа-
тации (РЛЭ). Согласно АП-25. характеристики ВС
оцениваются на всех этапах полета.
Полет любого ВС условно делится на такие эта-
пы: полный взлет, набор высоты, крейсерский по-
лет, снижение, полная посадка. Характеристики ВС,
оцениваемые на этих этапах, подразделяются на
интегральные (время, пройденное расстояние, рас-
ход топлива и др.), мгновенные (высота, скорость,
градиенты набора высоты и снижения, углы поло-
жения ВС в пространстве, углы отклонения руле-
вых поверхностей, режимы работы двигателей и
т. д.) и характеристики устойчивости и управляе-
мости. Хотя на каждом этапе на оценки многих из
этих характеристик влияет техника пилотирования,
существуют методы ее контроля, позволяющие от-
делить влияние техники пилотирования от влия-
ния внешней среды.
Соответствие характеристик ВС и его функци-
ональных систем действующим АП-25 устанавли-
вается на основании наземных и летных испыта-
ний согласно расчетам и моделированию, а также
анализа ожидаемых условий эксплуатации. В про-
цессе анализа ситуаций с ВС учитываются крити-
ческие воздействия внешней среды и их вероят-
ность.
Таким образом, основными исследовательски-
ми приемами обеспечения БП являются летные
испытания и расчеты. Наибольшую важность и
сложность имеют вопросы исследования безопас-
ности в особых случаях полета.
Вопросы летных испытаний и расчетных методов
оценки БП можно рассматривать с двух сторон: во-
первых, проведению летных испытаний (в частно-
сти, в особых условиях полета) всегда предшествуют
расчетные работы, на основании которых составля-
ется программа испытаний; во-вторых, несмотря на
развитие методов и средств летных испытаний, все-
таки нельзя смоделировать в полете все возможные
варианты особых ситуаций как из-за большой опас-
ности некоторых экспериментов (например, посадка
с неработающими двигателями), так и из-за сложно-
сти моделирования необходимых условий полета (на-
пример, для определения максимального значения
сдвига ветра на взлете). Кроме того, пилотирован-
ный полет ВС является сложным процессом функ-
ционирования системы «человек-машина-среда»,'от
согласованности в которой характеристик человека
и техники зависят БП и эффективность летных ис-
пытаний. Поэтому в последнее время при исследо-
ваниях активно используются расчетные методы.
Можно выделить три основных взаимосвязан-
ных направления расчетных исследований летных
характеристик и параметров устойчивости и уп-
равляемости ВС: исследование с помощью анали-
тических методов; моделирование на ЭВМ; иссле-
дование на пилотажном стенде с участием чело-
века-оператора.
Преимуществом аналитических методов явля-
ется возможность просто установить основные
закономерности, оценить устойчивость движения
ВС, определить влияние разных факторов на лет-
ные характеристики и параметры устойчивости и
управляемости ВС. Однако эти методы базируют-
ся на существенных упрощениях модели, т. е. они
недостаточно точные.
548 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Широкое развитие получили методы исследо-
вания полетд ВС с помощью моделирования на ЭВМ
и пилотажных стендах. Основная трудность в этом
вопросе состоит в достоверности задания аэроди-
намических характеристик ВС, так как получен-
ные в аэродинамических трубах характеристики
ВС часто не позволяют добиться удовлетворитель-
ного совпадения расчетов с результатами летных
испытаний, поэтому сейчас интенсивно развива-
ются методы идентификации аэродинамических ха-
рактеристик на основании летных испытаний [62,
245, 758].
Для исследования задач динамики полета и
пилотажных характеристик ВС также широко при-
меняются разные пилотажные стенды. Как уже
отмечалось, исследование управления ВС пило-
том является случайным процессом, его результа-
ты следует подвергать статистической обработке.
Но для того, чтобы после статистической обра-
ботки эксперимента можно было получить необ-
ходимые данные, нужно, чтобы по основным па-
раметрам и режимам полета при многоразовых
исследованиях была обеспечена необходимая по-
вторяемость условий, которую в полете практи-
чески невозможно осуществить. Решить эту зада-
чу позволяет исследование на пилотажных стен-
дах. Особо важную роль играют эти исследования
для оценки поведения системы «самолет-пилот»
в сложных условиях полета (например, при отка-
зах в системе управления).
Результаты, получаемые в процессе модели-
рования полета воздушного судна, делятся на две
основные категории: объективные оценки, по-
лучаемые той или другой формализованной про-
цедурой обработки эксперимента, и субъектив-
ные оценки, предоставленные пилотом. Можно
отметить, что моделирование динамики полета
ВС на ЭВМ имеет своей основной задачей по-
лучение объективных оценок (хотя в последнее
время развиваются и расчетные методы оценок
пилота), а главной задачей моделирования дви-
жения ВС на пилотажных стендах можно счи-
тать получение субъективных оценок, которые
дает пилот-оператор.
Впрочем, ни один из рассмотренных исследо-
вательских приемов полностью не охватит все про-
блемы обеспечения БП ВС. И только оптимальное
сочетание этих методов позволяет решить задачу
повышения БП транспортных ВС в нормальном
полете и в особых случаях.
Наиболее безопасным и эффективным мето-
дом исследований влияния внешней среды на БП
ВС является воспроизведение разных ситуаций
путем моделирования процессов взаимодействия
ВС и среды. Проведенный анализ процессов, про-
исходящих во внешней среде, и их влияния на
аэродинамические и летно-технические характе-
ристики ВС позволил построить типовую схему
исследований [238].
Независимо от фактора внешней среды снача-
ла исследуют механизм его влияния на аэродина-
мические характеристики ВС, а потом - влияние
изменений аэродинамических характеристик на
параметры устойчивости и управляемости.
В первую очередь исследуются ИЛО, обледе-
нения, турбулентность, грозы, молнии, т. е. те фак-
торы, которые приводят к изменениям состояния
внешней поверхности ВС, нарушениям внешних
форм вследствие статических деформаций, ухуд-
шению тяговых характеристик силовых установок
и, в конечном итоге, к изменению аэродинами-
ческих характеристик ВС. Влияние турбулентнос-
ти, сдвига ветра изучается при неизменных аэро-
динамических характеристиках.
Действие одного фактора внешней среды мо-
жет сопровождаться параллельным действием
другого (например, грозовые разряды сопровож-
даются турбулентностью, а иногда и ливневыми
осадками), поэтому необходимо учитывать та-
кую возможность при моделировании. Также
важным моментом является создание отдельных
моделей процессов воздействия внешней среды
на ВС. Для принятия решения о безопасности
влияния соответствующего фактора внешней
среды на БП ВС необходимо выполнить анализ
изменений летно-технических характеристик и
параметров устойчивости и управляемости кон-
кретного типа ВС и принять решение об их со-
ответствии нормам летной годности - Авиаци-
онным правилам (АП-25). В случае нарушения
требований АП-25 влияние соответствующего
фактора можно интерпретировать как наруше-
ние условий БП ВС.
С учетом этих требований разработана струк-
турная схема моделирующего комплекса, один из
вариантов которой показан на рис. 8.26. На струк-
турной схеме выделены основные модули, с по-
мощью которых выполняются расчеты соответству-
ющих моделей процессов, чтобы получить необ-
ходимые параметры, по которым можно оценить
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
549
Рис. 8.26. Структурная схема моделирующего комплекса для исследований влияния внешней среды на БП ВС
изменения внешних форм ВС, его внешней де-
формации и пр. Для того чтобы задача была вы-
полненной, необходимо рассчитать приращения
аэродинамических коэффициентов, обусловлен-
ных изменениями внешних форм и деформация-
ми планера ВС.
Основным является модуль, реализующий
математическую модель динамики полета ВС.
С помощью этого модуля рассчитывается поведе
ние ВС при воздействии внешней среды и актив-
ном управлении пилотом ВС, а также рассчиты-
ваются соответствующие характеристики ВС.
Для принятия решения о безопасности для ВС
исследуемого фактора полученные характеристи-
ки ВС сопоставляются с нормативными.
Таким образом, моделирующий комплекс пред-
ставляет собой набор математических моделей
(ММ) процессов и динамики поведения объекта.
Любая ММ всегда является некоторой идеали-
зацией задачи, основанной на предположениях об
объекте, упрощающих структуру модели. При этом
не учитываются несущественные свойства объек-
та, не влияющие или незначительно (для данной
задачи) влияющие на изучаемые свойства.
Качество математического моделирования оп-
ределяется полнотой математического описания
рассмотренного физического объекта, точностью
вычислительных процедур, применяемых при ре-
ализации ММ. и достоверностью исходных дан-
ных о самом физическом объекте. Поэтому осо-
бое внимание при моделировании должно быть
уделено адекватности модели объекту относитель-
но конкретной задачи. Адекватность разработан-
ной модели и границы ее применения оценивают,
сравнивая результаты моделирования с парамет-
рами реального объекта.
8.5.2. Модель процесса обледенения
На основе накопленных экспериментальных
данных, полученных в ходе летных эксперимен-
тов и анализа статистики рейсовых полетов, сфор-
мировано представление о механизме процесса
образования льда на ВС и установлены количе-
ственные закономерности.
Физическую картину развития обледенения на
поверхности ВС при полете в среде, содержащей
переохлажденную капельную жидкую водную фазу,
можно представить, рассматривая процесс обте-
Рис. 8.27. Схема обтекания профиля крыла воздушным
потоком
550
8 БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.28. График зависимости полного коэффициента оседания ка-
пель Е для профиля крыла от инерционного параметра Р и числа
Рейнольдса Re0
кания профиля крыла ВС воздушным потоком,
столкновение капель с поверхностью крыла,
их растекание и замерзание. Как показано на
рис. 8.27, поток воздуха, двигающийся с дозвуко-
вой скоростью на некотором расстоянии перед
профилем крыла, разделяется на два потока, один
из них проходит сверху, другой - снизу крыла.
Огибая профиль, оба потока соединяются. При по-
стоянном движении частицы воздуха, обтекающие
профиль, двигаются по определенным траектори-
ям - линиям тока. Захваченные силами вязкости
воздуха переохлажденные водные капли двигают-
ся сначала также по линиям тока. Пока линии тока
прямолинейные, траектория капли практически
совпадает с ними. Но на участке, где линии тока
искривляются, огибая профиль, капля, движуща-
яся по ней, вследствие инерции стремится сохра-
нить направление своего движения и начинает
отклоняться от линии тока, смещаясь в направле-
нии профиля.
Если сила инерции окажется достаточной, что-
бы преодолеть силу вязкости воздуха, то капля
настолько отклонится от линии тока, что столк-
нется с крылом. Если же сила инерции мала, то
капля незначительно отклонится от линии тока
и пройдет мимо крыла, не осев на его поверхно-
сти. Не все капли, находящиеся в объеме возду-
ха, что отвечает тела, оеедалот на его по-
верхности. Существует определенная зона шири-
ной 8, капли которой сталкиваются с крылом.
Если в потоке воздуха движутся только крупные
капли, тогда из-за большой силы инерции их тра-
ектории будут прямолинейными и практически
все капли осядут на поверхности крыла.
Ширина «зоны столкновения» 8, приближает-
ся к толщине профиля с, и лед откладывается на
поверхности (участок ЕЕ). Если капли мелкие,
то небольшая часть их попадает на поверхность
крыла. Ширина зоны столкновения таких капель
8, - небольшая, образование льда происходит на
узком участке Н-Н. В реальном потоке капли име-
ют разный размер. Зона столкновения определя-
ется крайними траекториями самых крупных ка-
пель.
Кроме размера капли и величины зоны 8,, боль-
шую роль в оседании капель на поверхность крыла
играет скорость движения воздушного потока VM.
С повышением скорости движения растет количе-
ство капель, оседающих на профиле за единицу вре-
мени, и увеличивается сила их инерции. Чем боль-
ше скорость, тем большее количество мелких и бо-
лее отдаленных от оси а-b капель оседает на поверх-
ности профиля (т. е. увеличивается 8,).
Крайние касательные траектории капель
определяют коэффициент оседания или захвата
Е - отношение действительной массы воды, осев-
\uevi v.3, woYR.pxwocAW, к масса чордл, торлужащей-
ся в объеме воздуха, обтекающие крыло в едини-
цу времени.
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
551
Если считать, что вся осевшая на поверхности
крыла вода превращается в лед и замерзает в точ-
ке падения, то количество льда, образующегося в
единицу времени на единице длины крыла (ин-
тенсивность обледенения Г), выразится формулой
/ = EWcV„, (8.1)
где Е = 8/с - полный коэффициент оседания;
W - водность облака; с- толщина профиля; V„ -
скорость невозмущенного потока.
Для оценки интенсивности обледенения вдоль
профиля крыла используется локальный коэффи-
циент оседания Ел - масса воды, осевшей на еди-
ницу длины дуги профиля.
Интенсивность обледенения какого-либо тела
характеризуется полным коэффициентом оседа-
ния Е. Факторы, которые определяют процесс
осаждения капель на теле, сводятся к двум без-
размерным параметрам: критерию подобия тра-
ектории капель - инерционному параметру Р и
числу Рейнольдса Re0 (рис. 8.28). Основную роль
играет параметр Р.
При исследовании процесса обледенения важ-
ным параметром является размер зон отложения
льда на профиле (например, зона О-Н). Как пра-
вило, в пространстве рассматривается относитель
ная зона оседания капель на профиле S . т. е. от-
ношение площади зоны осаждения S к длине хор-
ды профиля Ь.
Относительная зона осаждения капли на про-
филе в расчетном пересечении несущей поверх-
ности ВС может быть определена математической
моделью:
5 = — = 0,1 Re0025 Р °-45Л‘6г' 'г?+0 07?), (8.2)
Ь
где с. - коэффициент подъемной силы профиля;
с“ - градиент увеличения коэффициента подъем-
ной силы по углу атаки а; с - относительная
толщина профиля крыла.
Критерии, которые моделируют условия экс-
плуатации, рассчитываются так:
Re0 = 0,019 V т/ке °-8782"" cos%; (8.3)
0.0139ю 'Е /о л\
Р = 6,63 10(,ТЬе
где ф - диаметр капель; Н - высота полета; %-
угол стреловидности по передней кромке крыла;
Г- температура воздуха на высоте полета; Ь- хорда
профиля.
Таким образом, модель, представленная зави-
симостями (8.1 )-(8.4), устанавливает взаимосвязь
между геометрическими характеристиками ВС, ре-
жимами полета и параметрами состояния внеш-
ней воздушной среды.
8.5.3. Модель процесса турбулентности
Для описания действия турбулентной атмо-
сферы применяются два метода - дискретных по-
рывов и непрерывных случайных порывов. Метод не-
прерывных случайных порывов использует ста-
тическое описание скорости движения воздуха.
Он точнее, чем метод дискретных порывов, опи-
сывает реальные процессы движения воздуха в
атмосфере.
Известен ряд моделей непрерывной турбулент-
ной атмосферы [179]. При модулировании дина-
мики полета рекомендуется модель турбулентной
атмосферы в форме Кармана, для которой спект-
ральная плотность воздушных возмущений по ко-
ординате X аппроксимируется следующим выра-
жением:
(8.5)
а для координат У и Z
L 1+-(1,339LV со)2
5 (со) = о2 ------3------------ , (8 6)
71 Г1 + (1,339£ до) 1
где со - частота порывов ветра, мо2 - средне-
квадратичная скорость порывов ветра, м/с; EX,L -
масштабы турбулентности, м.
Мгновенные значения компонент вектора ско-
рости движения воздуха в атмосфере принимают-
ся распределенными по нормальному закону.
Н. 3. Пинусом [430] предложена физическая
модель ТЯН, основанная на многочисленных экс-
периментальных данных о пространственных,
структурных и энергетических характеристиках
турбулентности.
552 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Таблица 8.3. Дополнительные параметры физической модели ТЯН по Н. 3. Пинусу (для высот 7-20 км)
Параметр Масштабы турбулентности, м
<; 600 при интенсивности 600-1000 >1000
слабой умеренной СИЛЬНОЙ
Спектральная плотность S (в)}, м3/с2, пульсаций компонент скорости ветра 2 • 102-2 • 103 2 • 103-5 • 103 > 5 • 103 ~оГ5'3 ~ о/2"
Средний коэффициент турбулентности, м7с 300 450 >450 - -
Согласно Н. 3. Пинусу, критическими значе-
ниями для образования ТЯН могут быть: для вер-
тикального градиента средней скорости ветра -
8 10 3 с-1, горизонтального градиента средней ско-
рости ветра - 10 4 с1, горизонтального градиента
температуры воздуха - 6 • 10~5 °С/м.
Особый интерес представляет анализ результа-
тов изучения спектральных характеристик ТЯН для
размеров от нескольких сотен метров до несколь-
ких километров. Многочисленные эмпирические
данные показывают, что для спектров пульсаций
вертикальной и горизонтальной компонент ско-
рости ветра довольно удовлетворительной ап-
проксимацией является степенная зависимость
5’(о))~о). Для волновых чисел со > 1,7 • 10 3 иг1
показатель степени п = 5/3, т. е. имеет место кол-
могоровский спектр. Показатель степени п изме-
няется от 5/3 до 4.
Согласно Г. Н. Шуру, энергетический спектр
ТЯН зависит от температурной стратификации.
С учетом стратификации атмосферы энергетичес-
кий спектр
S (со) = 0,15 е2'3(0-5/3
i+|(y<x-yX2'3w
’ (8-7)
где е - скорость диссипации турбулентной энер-
гии в тепло; g - ускорение свободного падения;
Т - средняя температура; уо и Y - соответствен-
но адиабатический и действительный градиенты
температуры.
Из формулы (8.7) видно, что в области боль-
ших волновых чисел скорость передачи кинети-
ческой энергии по спектру определяется скорос-
тью диссипации е. При уменьшении о> возраста-
ет роль параметра плавучести g/T и градиента
потенциальной температуры, приблизительно рав-
ного разности уа - у. В условиях стойкой темпе-
ратурной стратификации, характерной для верх-
ней тропосферы и стратосферы, на преодоление
силы плавучести расходуется значительная часть
кинетической энергии ТЯН.
Дополнительные параметры физической мо-
дели ТЯН, построенной по экспериментальным
данным, приведены в табл. 8.3. Данные таблицы
наиболее показательны для ТЯН, наблюдаемой в
верхней тропосфере и в стратосфере умеренных
широт.
В области волновых чисел охЗ-Ю^м"1 значе-
ния спектральной плотности для нижней страто-
сферы над горными районами и для верхней тро-
посферы над равнинной местностью значительно
отличаются друг от друга.
8.5.4. Модель критического профиля
сдвига ветра
Общий подход к решению рассматриваемой
проблемы заключается в использовании матема-
тических моделей СВ. До последнего времени
широко применяется модель Майла [788], ее ос-
новные особенности: возможность рассмотрения
разных ситуаций при множестве комбинаций
встречно-продольных и вертикальных составляю-
щих скорости ветра; существование зависимостей
интенсивности нисходящих потоков от высоты по-
лета и расстояния до центра СВ; не учитывается
влияние составляющих встречного ветра на на-
чальном и продольного - на конечном участках
траектории полета в зоне СВ. Последнее предпо-
ложение является значительным недостатком этой
модели, так как имитирует вход ВС в зону СВ при
максимальном встречном, а выход из нее - при
максимальном продольном ветре, что не отвечает
реальным условиям. Значимость учета особенно-
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
553
стей полета на начальном и конечном участках
СВ состоит в определении стратегии управления
ВС, т. е. безопасности дальнейшего полета. Пре-
небрежение этой особенностью привело к непра-
вильным выводам о причинах нескольких авиа-
ционных катастроф, в том числе катастрофы в
Далласе летом 1985 г. [637].
Кроме модели Майла разработаны аппрокси-
мирующие инженерные модели критического профи-
ля СВ [88]. Для математической постановки зада-
чи поиска допустимых значений параметров СВ
определено понятие его критического профиля.
Критический профиль СВ - это ветровое возбуж-
дение такого профиля, которое при фиксирован-
ных значениях максимального перепада скорости
ветра Д1КПИХ =Ипия-ИтЬ1 и максимального модуля
градиента скорости ветра А = max|gradw| на за-
данном этапе управляемого полета обусловливает
максимальное отклонение ВС от программной тра-
ектории. Ветровое возбуждение на заданном эта-
пе полета характеризуется формой профиля и
значением таких его параметров, как AWmax,A.
Возможные схемы формирования критическо-
го профиля СВ приведены на рис. 8.29 и 8.30.
Первая из них - модель встречно-продольно-
го, а две остальные - вертикального СВ, направ-
Рис. 8.29. Возможная схема формирования критического профиля горизонтального СВ:
/ - расчетный профиль ветра; 2 - глиссада; 3 - траектория полета: 4 взлетно-посадочная полоса
Рис. 8.30. Возможные схемы формирования профиля вертикального СВ;
а - в горной местности; б на равнине
554 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
ление его изменяется от встречного до продоль-
ного как один период синусоиды (рис. 8.29).
В двух остальных моделях скорость нисходящего
потока также является функцией длины СВ и из-
меняется в виде пульсации как один полупериод
косинусоиды (рис. 8.30). Эти модели отображают
два самых опасных варианта СВ и, хотя они не
охватывают всего разнообразия явления, описы-
ваемого моделью Майла, все-таки дают возмож-
ность получать более обобщенные результаты.
Преимущество моделей состоит в небольшом ко-
личестве переменных параметров, что существен-
но упрощает анализ условий безопасности полета
в зонах СВ. Комплексное исследование моделей
позволяет достаточно полно рассматривать все
варианты влияния СВ на траектории ВС и выяв-
лять причины авиационных происшествий.
Используя эти модели, можно определить гра-
ничные характеристики ВС в условиях СВ, при
которых обеспечивается надежное пересечение
зоны сдвига ветра. К таким характеристикам от-
носятся: отклонение от заданной точки призем-
ления, вертикальная скорость снижения, абсолют-
ная скорость приземления, минимально безопас-
ная высота полета и др. Отклонение значений этих
характеристик от допустимых классифицируется
как аварийная ситуация. На безопасность полета
ВС влияют также значения таких параметров СВ,
как длина его зоны, интенсивность ветра и распо-
ложение зоны относительно траектории полета.
Задача определения допустимых значений па-
раметров СВ на критическом профиле оптимиза-
ционная и формулируется так: необходимо найти
форму профиля ветрового возмущения СВ, на ко-
торой при минимальном значении А или AWnlitx реа-
лизуются максимальные отклонения параметров по-
лета ВС от их программных значений без выхода
их за пределы эксплуатационных ограничений.
Такие задачи, как правило, решаются методом
декомпозиции. Процесс их решения сводится к
последовательному решению базовых задач услов-
ной параметрической оптимизации. Для примера
сформулируем q-ю базовую оптимизационную за-
дачу.
Пусть состояние системы «ВС-система управле-
ния-ветровое возбуждение» описывается моделью
i = F(t,z, и-); z(/0) = z0; z = (х.и);
re[r0,rK]; F = (f,g)- y = h(z), (88)
где z - вектор фазових координат ВС; и - вектор
системы управления ВС; w- вектор внешних воз-
мущений; z0 - вектор начальных условий; f,g-
векторы правых частей дифференциальных урав-
нений модели динамики полета ВС; у - вектор
наблюдаемых параметров.
Конечный момент времени tK определяется по
первому выполнению одного из условий
ф,[иол]=о;'е^ (8.9)
где L - количество условий.
Профили ветровых возмущений W = И7(А) фор-
мируются в классе многопараметрических кривых.
В этом выражении А = (а1,а2,..., ап) - вектор па-
раметров, определяющих профиль сдвига ветра.
Тогда для заданных значений и Аи> не-
обходимо определить вектор параметров А =
= (а,, а2,..., ал), обеспечивающих минимум функ-
ционала Q:
A* =argmin<2(y(A3));A*e Qa, (8.10)
при ограничениях
(р„(А)>0, п = 1,71,, Ae Qa,
<р„ (у) >0. п = zij +1, А, у е Qr,
|W — IV - I = AlV”,
I max nun | max ’
maxjgrad IV | = A{>),
(8.П)
где л - допустимая зона эксплуатационных огра-
ничений; Qa - зона поиска вектора параметров
оптимизации; <р„СА) > 0 - неравенства, для про-
верки которых не нужно интегрировать систему,
они определяются только алгоритмом формиро-
вания профиля ветра; <ри(у)>0 - неравенства,
проверка которых связана с интегрированием си-
стемы.
Следует отметить сложность сформулирован-
ной оптимизационной задачи. Модель полета ВС
с достаточно высокой степенью адекватности ре-
ально происходящего процесса имеет большую
размерность, поэтому ее параметры должны опи-
сываться массивами данных большой размернос-
ти. Кроме того, приведенная система в процессе
решения одной конкретной задачи может иметь
переменную структуру, например, в случае реше-
ния задачи перехода из режима автоматического
захода на посадку (АЗП) в режим автоматическо-
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
555
Рис. 8.31. Алгоритм поиска границ допустимой области изменения парамет-
ров ДИ7^ и А и ее возможные конфигурации:
а - поиск точек верхней границы допустимых значений AWniax и А ; б - возможные
конфигурации области допустимых значений ДИ7 и А
го ухода на второй круг или задачи перехода из
режима АЗП в режим штурвального управления
воздушным судном.
Требование удовлетворения ограничений
К,а« -^„1 = ДИ^, max|gradW| = А"' также суще-
ственно усложняет решение оптимизационной за-
дачи. Эти обстоятельства побуждают к проработ-
ке алгоритма формирования профиля ветра, обес-
печивающего автоматическое выполнение ограни-
чения Ках-И^ = ДИС', max|gradW| = А'71, и к
разработке такой стратегии поиска допустимых
значений ДИ7^ и А, которые дали бы возмож-
ность перевести сформулированную задачу из
класса условной в класс безусловной оптимиза-
ции, что значительно упростит ее решение.
Согласно физической постановке задачи (этап
полета, режим управления ВС и др.) и эксплуата-
ционным ограничениям <р„ (у) > 0, выделяют наи-
более существенные параметры, по которым строят
функционал (9так, чтобы его значение могло ука-
зывать на нарушение или ненарушение выбран-
ного эксплуатационного ограничения. Определя-
ют граничные значения функционала Q', когда это
ограничение еще не нарушается. Допускается, что
ограничения (р„(у)>0 могут быть представлены в
виде
Лгаи-Л>0; Лт1П>0, Л=ГК,- (8.12)
где уЛтах, уЛпйп - значения границы для А-го экс-
плуатационного параметра.
Стратегия поиска допустимых значений пара-
метров ветрового возмущения ДИ7^’ и Адс"‘ на
критическом профиле заключается в определении
в плоскости (Д1СП1ах, А} нижней и верхней границ
области, в которой выполняются эксплуатацион-
ные ограничения (рис. 8.31).
Поиск граничных точек выполняется для ряда
фиксированных значений , которые
задаются из установленного перечня профилей СВ.
Поскольку А = max|gradw|, то при фиксирован-
ном значении ДИ7^ = - WA, наименее возмож-
ные значения А достигаются в том случае, когда Wmax
и И7™, реализуются в крайних точках рассматривае-
мого СВ. Следовательно, нижней границей области
допустимых значений будет прямая (см. рис. 8.31)
ДИ7
Д —________П1ах_
^nin н-н.
AWnMX
L,
(8.13)
для значений ДИ7^ , при которых не нарушаются
эксплуатационные ограничения. В формуле (8.13)
556 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Н" - высота начала развития СВ; Я - высота, ниже
которой скорость ветра можно принять посто-
янной; L* - характерная протяженность развития
СВ, который определялся вдоль направления по-
лета ВС.
Из анализа полученной области вытекает, что
допустимые параметры ветровых возмушений
(ЛИ/-1, А™ ) = min (max max ), (8.14)
где maxAwj^, тахА(Л!) - максимальные значе-
ния AWmax и А, для которых не нарушаются экс-
плуатационные ограничения, полученные в про-
цессе решения (4гЛ,)-й и (/и,д2 )-й базовых оп-
тимизационных задач.
8.5.5. Моделирование процессов
действия грозы
и интенсивных ливневых осадков
Анализ механизмов распределения и вынесения
заряда атмосферы является достаточно сложным.
До сих пор не существует общепризнанной тео-
рии подобных процессов, которая давала бы воз-
можность вычислить такие характеристики мол-
нии, как максимальная напряженность электри-
ческого поля, распределение электрического поля
в пространстве, скорость генерации электрических
зарядов и площадь зоны их локализации. Един-
ственный метод исследования процессов, связан-
ных с грозовой деятельностью атмосферы, - экс-
периментальный.
Анализ экспериментальных данных, получен-
ных в реальных условиях полета, показал, что уда-
ры молний в ВС нужно идентифицировать как
природные внутриоблачные, а не как разряд об-
лако-земля.
Согласно последним данным о реальных пора-
жениях ВС молниями можно выделить следую-
щее [648]:
1) тип А - группа импульсов электрического
тока на стадии инициирования молниевого удара
в ВС с амплитудой импульса до 20 кА; продолжи-
тельность импульсов - 0,1-2 мкс; максимальная
длительность группы - 20 мс; частота прохожде-
ния импульсов - до 20 мс '; скорость нарастания
фронта импульса - 410 А/с (этот тип выявлен в
более чем 90 % ударов молний в ВС-лаборатории
F106 В);
2) тип В - единичный импульс негативного
обратного стримера или стреловидного фидера с
продолжительностью от нескольких десятков до
нескольких сотен микросекунд, максимальной си-
лой в несколько килоампер и длительностью на-
растания фронта в сотни наносекунд (этот тип об-
наружен при всех ударах молнии в ВС внутри гро-
зовых зон);
3) тип С - непрерывный ток длительностью в
сотни миллисекунд с малой вариацией частоты
(десятки миллисекунд) и большой амплитудой
силы тока; средняя амплитуда - несколько десят-
ков, максимальная - несколько сотен ампер (ха-
рактерен для всех ударов молнии, инициирован-
ных ВС);
4) тип D - импульс обратного удара длитель-
ностью в несколько сотен микросекунд; пиковое
значение - 26 - 30 кА; крутизна фронта - до
1,6 А/с (обнаружен в 26 % ударов на высотах ме-
нее 7 км).
Динамику типового разряда молнии можно
описать моделью
/ (г ) = /0(е“-<?-*), (8.15)
в которой параметры зависят от типа разряда
(табл. 8.4).
Таблиця 8.4. Параметры модели молниевого разряда
Вид разряда Значения параметров модели
кА а 10’, с"' * -10%с'
Разряд облако-земля
Умеренный 20 14,3 2,5
Сильный 200 14,3 1
Разряд облако—облако
Умеренный 5 14,3 1
Сильный 20 14,3 1
Как уже отмечалось, воздействие разряда мол-
нии на ВС носит комплексный характер, проис-
ходят нарушения в работе бортового электронно-
го оборудования, повреждения металлических со-
единений конструкции ВС, деформации фюзеля-
жа и несущих поверхностей ВС. Проследить
воздействие разряда молнии на ВС можно непо-
средственно по работе бортового электронного
оборудования (техническое диагностирование) и
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
557
Рис 8.32. Импульсы напряжения, наводимые в соединительных контурах:
а - диффузный; б — обусловленный проникновением электромагнитного поля сквозь отверстия; в - высокочастотный
отклонениям нивелирования в реперных точках
по поверхности ВС. Если изменения выявлены,
то необходимо использовать методы расчета из-
менений аэродинамических коэффициентов, по
которым на моделированном комплексе можно
оценить соответствие характеристик ВС нормам
летной годности.
Следует также отметить, что для бортового элек-
тронного оборудования ВС разработаны нормы
испытаний на устойчивость к прямым влияниям
разрядов молний [540]. Они совпадают с нормами
испытаний элементов конструкции, установлен-
ными в таких нормативно-технических докумен-
тах, как АП-25, ОСТ 100720-86, циркуляр NASA
ТМ-74974.
При испытании бортового оборудования с раз-
рядниками на устойчивость используют низкие
скорости возрастания тока, т. е. импульсы с кру-
тизной переднего фронта 10"5-10-7 А/с.
Нормы испытаний оборудования на стойкость,
которые относятся к косвенным влияниям, в дан-
ное время разрабатываются. Но можно руковод-
ствоваться разд. 22 стандарта ISO-7137 (второе из-
дание 1987 г.) и русского ОСТ 1-01160-88. В этих
документах установлено три типа испытательных
импульсов (рис. 8.32) и пять категорий жесткости.
В связи с разнообразием типов и сечений про-
водов, а также конструкций бортового оборудо-
вания предложено концепцию зонального нор-
мирования условий испытаний, т. е. категорий
жесткости.
Категории жесткости бортового оборудования
(табл. 8.5) определяются электромагнитными ус-
ловиями на борту ВС при ударе молнии:
Таблица 8.5. Категории жесткости бортового оборудования и уровни испытаний
Категория Испытательный уровень
Длинная волна Короткая волна Колеблющаяся волна
no ISO-7137 по ОСТ 1-01160-88 Ср, в Гр, А Ср, в Гр, А Ср, в Гр, А
I 1 125 25 125 25 250 10
К 2 300 60 300 60 500 24
L 3 750 150 750 150 1500 60
М 4 1600 320 1600 320 3200 128
X - Исследования не нужны
558 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
категория I - электронное оборудование и со-
единительные провода размещены в защищенных
от внешнего влияния корпусах (например, в отсе-
ках оборудования) цельнометаллических ВС;
категория К - электронное оборудование и со-
единительные провода расположены в зонах уме-
ренных внешних влияний, т. е. в частично защи-
щенных зонах, например, на цельнометалличес-
ких ВС, имеющих зоны, прозрачные для электро-
магнитных волн (кабины пилота, диэлектрические
обтекатели);
категории L и М - электронное оборудование
и соединительные провода размещены в экстре-
мальных электромагнитных условиях (в ВС из
полимерных композиционных материалов) или на
внешних металлических поверхностях ВС;
категория X — действие молнии на оборудова-
ние незначительно и требования к защите от мол-
нии не предъявляются.
В действующем в Украине ОСТ 1-01160-88
предусмотрено два этапа испытаний бортового
оборудования:
в лабораторных условиях (до установки на ВС)
путем индуцирования в испытуемых межблоковых
контурах импульсов напряжения, репродуцируе-
мых импульсами, которые наводятся молнией;
на натурных ВС путем пропускания по его кон-
струкции импульсов тока, имитирующих импуль-
сы тока молнии.
На этапах испытаний контролируют напряже-
ние и силу тока в установленных элементах обо-
рудования, критических к наведению в электри-
ческих контурах. Это требование отличает ОСТ
от стандарта ISO. Оно дает возможность четко и
однозначно соединить оба этапа испытаний и по-
лучить конкретные данные, необходимые разра-
ботчику для уточнения конструкции. В стандарте
приводятся схемы установок для проведения ис-
пытаний, формы программ и актов.
Рекомендации ОСТ апробированы на практи-
ке при испытаниях ВС Ан-28, Ан-72, Як-42, вер-
толетов В-3.
Процессы удара молнии в ВС и влияние лив-
невых осадков на характеристики ВС до этого вре-
мени изучены недостаточно. Трудности теорети-
ческих исследований связаны с тем, что при ИЛО
профиль ВС обтекается двухфазным потоком.
Физические явления, обусловленные обтеканием
аэродинамической поверхности двухфазным по-
током, чрезвычайно сложны. В 1985 г. А. Била-
нин рассмотрел законы подобия в исследовании
моделей летательных аппаратов и профилей в ус-
ловиях ИЛО. Однако он дал лишь общие пред-
ставления относительно физики процессов, кото-
рые происходят при обтекании аэродинамических
поверхностей двухфазным крупнокапельным по-
током. Выполненный им анализ показал, что мож-
но выделить 9 критериев подобия, которые отве-
чают разным физическим процессам. Стало оче-
видным, что выдержать одинаковыми для модель-
ных и натурных исследований все 9 критериев
невозможно. Выводы относительно того, какой
критерий и в каких условиях является доминиру-
ющим, сделаны не были. Поэтому для переноса
результатов модельных экспериментов на натур-
ные следует провести методические исследования
важности разных критериев, как это было с кри-
териями подобия обледенения [820, 833].
Такое состояние проблемы затрудняет экспе-
риментальные исследования, которые легли в ос-
нову физических моделей.
Несмотря на это, выполнено большое количе-
ство экспериментальных исследований в аэроди-
намических трубах [808, 850], которым, безуслов-
но, присущ ряд ограничений - механических, кон-
структивных и экономических: невозможность по-
лучить достаточно высокие числа Рейнольдса
(атмосферные трубы), недостаточно низкая сте-
пень турбулентности (прямоточные трубы), высо-
кая энергоемкость ( большие трубы).
Наиболее полные испытания влияния ИЛО на
аэродинамические характеристики профиля как в
полетной конфигурации, так и с выпущенными
механизмами, были проведены в NASA [644, 684].
Продувки выполнены в аэродинамической трубе
с размерами рабочей части 4 х 7 м при скоростях
потока от 35 до 70 м/с, что отвечает числам Рей-
нольдса (1...2) х 106. Водность в экспериментах со-
ставляла 14, 29 и 46 г/м3. Моделью служило кры-
ло размахом 2,4 м, ограниченное концевыми шай-
бами, с профилем NASA 64-210 и длиной хорды
76,2 мм. Такой профиль типичен для транспорт-
ных ВС III поколения. Установкой для создания
ИЛО служил обтекаемый коллектор с трубчаты-
ми форсунками.
В первой серии экспериментов [684] поле вод-
ности охватывало лишь часть крыла, а во второй,
выполненной после модификации коллектора, -
крыло полностью. Полученные данные свидетель-
ствуют о снижении коэффициента подъемной силы
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
559
во всем диапазоне углов атаки, а также о сниже-
нии его максимального значения и критического
угла атаки. Данные об изменении коэффициента
сопротивления, как отмечают сами исследовате-
ли, являются противоречивыми, в особенности для
профиля в крейсерской конфигурации. Например,
на закритических углах атаки сопротивление про-
филя в условиях ИЛО меньше, чем в сухом возду-
хе. Наиболее существенно осадки влияли на ха-
рактеристики профиля с механизмами. Для крей-
серской конфигурации данных нет. Все продувки
проведены при положении механизмов, близком
к посадочному (угол отклонения закрылков 35,75°).
Промежуточную конфигурацию, близкую ко взлет-
ной, не исследовали.
Важным результатом работ является определе-
ние влияния ИЛО на аэродинамические характе-
ристики профилей и крыльев конечного размаха.
Результаты анализа дают возможность установить,
что существенным фактором влияния ИЛО на аэро-
динамические характеристики несущих поверхно-
стей - турбулизация пограничного слоя. Так, для
ламинаризированных профилей при низких чис-
лах Рейнольдса характерно наличие аэродинами-
ческого гистерезиса в области критических углов
атаки, который исчезает при увеличении числа
Рейнольдса или турбулентности потока. Именно
исчезновение гистерезиса и наблюдается в лами-
низированных профилях в условиях ИЛО.
Таким образом, пока что существует единствен-
ная возможность получить зависимость изменений
аэродинамических коэффициентов от влияния
ИЛО - аэродинамический эксперимент, который
должен быть спланирован для конкретного типа ВС.
8.5.6. Модель динамики полета
воздушного судна
Разработка математической модели полета ВС
начинается с анализа поставленной задачи моде-
лирования и формулирования допустимых упро-
щений и ожидаемых результатов ее применения.
Далее анализируют и устанавливают перечни вхо-
дящих и исходных параметров, а также необхо-
димые для моделирования функциональных сис-
тем ВС правила передачи и преобразования дан-
ных. Затем обрабатывают алгоритм решения за-
дачи, уточняют перечень и устанавливают форму
представления входящих и исходных параметров.
После этого выполняется расчленение модели на
отдельные модули с последующим расчетом каж-
дой характеристики отдельно и восстановлением
этих частей в заданной модели [102]. Такой под-
ход обеспечивает рассмотрение задачи модели-
рования полета как задачи моделирования слож-
ных систем.
Динамику движения ВС в связанной системе
координат можно описать такими уравнениями [469]:
V, ~ (К10, -V.cov)+(/i, _sin$)g;
V, =(V.(*)t -V,co.) + (/i, -costlcosY)#;
V. = (V,CO, _VvCO,)+(n, -cos Osin у)#;
cbx =
co, co, (/; - lyl. +lxy)+(Qx(0j„ (/ - lx - /,)+lvMy + lyMx
/.A-/; '
4 =
cotco.(/t/: -/; -Zp+covco;/v(/t-ly + L)+lx>Mx+lxMy
co,co,(/, -/,) + (co; -co2)/„ + M_
() =^—— --------------— ----
I.
(8.16)
где V,, V„ V. - проекции линейного ускорения ВС
на оси связанной системы координат; со,, со,, со. -
проекции углового ускорения ВС на оси связан-
ной системы координат; V,, V,,V. - проекции
линейной скорости ВС на оси связанной системы
координат; лх, л,,л. - продольная, нормальная и
поперечная перегрузки; М„ М , ,М _ - моменты внеш-
них и реактивных сил относительно соответству-
ющих осей координат; со,, со,, со. - проекции уг-
ловой скорости ВС на оси связанной системы ко-
ординат; © - угол тангажа; Y - угол крена; g -
ускорение свободного падения; 7 - мо-
менты инерции самолета относительно рассмат-
риваемых осей;
Д -(с, cos а-с, sin a)qS +
п, =—--------------------------:;
G
Рх—(сх sin а-с, cos а)(/5’+ /?"'”
н, = ——— ------------------------—;
G
560 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
с qS + R™
п. = —-------1;
G
Мх=(тх cosa + /ny sina)qlS + + Л/“3;
Мх cosa-mx sina)qlS + Мz, +Л/“3;
М. = m^qb^S + М г +М'^Я\
И
Рх = — Р. cos ср( cos t;
1=1
п
Pv ~ Р sin <р/ cos ip -;
i=l
Р_ = У^/^sinip-;
i=i
4
Л/= у, Pi (cos ср. sin ф-х. - sin ф. cos \|Л % );
i=i
4
= У (cos ip. cos cp.z. + sin ф. cos ф1.л/);
i=i
4
Мр = X^(cosi|/1cos(pixi +cosvjcos<p-j<7),
‘ /=1
здесь q - скоростной напор; G - вес ВС; /? - тяга
/-го двигателя; <• , <\ , с. -безразмерные аэроди-
намические коэффициенты лобового сопротивле-
ния, подъемной силы и боковой силы в полусвя-
занной системе координат; тх , тх , т. - безраз-
мерные коэффициенты момента крена, момента
рыскания и продольного момента в полусвязан-
ной системе координат; bA,l,S - средняя аэроди-
намическая хорда, размах и плоскость крыла ВС;
Ф,,у, - углы установки /-го двигателя соответ-
ственно в вертикальной и горизонтальной плос-
костях; Мр, Мр ,МР - составляющие момента ре-
активных сил (сил тяги двигателей) относительно
соответствующих осей координат; Рх, Ру, Р. - состав-
ляющие силы тяг двигателя относительно соот-
ветствующих осей координат; л;.,y,,z, - коорди-
наты соответствующих двигателей по осям коор-
динат; /?““, 7?“Oi, R“°' — составляющие полного век-
тора силы от внешних возмущений в связанной
системе координат; М“т. М"‘". - составляю-
щие полного вектора момента от внешних возму-
щений в связанной системе координат.
Силы и моменты, создаваемые силовой уста-
новкой, рассчитываются с учетом тяг и углов ус-
тановки каждого двигателя.
Безразмерные аэродинамические коэффициен-
ты в общем случае выражаются в виде функцио-
нальных зависимостей от изменений формы ВС,
кинематических параметров движения и критериев
подобия по режимам полета:
= f (5зак/5пр’
а, Р, а, р, сог, со., М, Re, V, Н, хТ), (8.17)
где 8ик/511р - конфигурация ВС, определяется
положением механизации крыла (закрылков, пред-
крылков); фст,8р„,5рв,бэ - отклонение поверхнос-
тей управления (стабилизатора, руля направления,
руля высоты, элеронов); - коэффициен-
ты, учитывающие изменение формы ВС (в част-
ности, упругости конструкции); а, р, а, р - соот-
ветственно углы атаки и скольжения и темпы их
изменения; cot,cov,co. - угловые скорости; М-чис-
ло Маха: Re - число Рейнольдса; V - скорость
полета; Н - высота полета; хт — координата цен-
тра тяжести в долях от средней аэродинамичес-
кой хорды.
Существуют международные требования к струк-
туре представления аэродинамических коэффици-
ентов, разработанные для пилотажных стендов со-
временных ВС [715] и принятые за базовые для
соответствующих аэродинамических коэффициен-
тов в моделировании. Соответственно [715] аэро-
динамические характеристики ВС представляются
шестью безразмерными аэродинамическими коэф-
фициентами - подъемной силы, лобового сопро-
тивления, боковой силы, продольного момента, мо-
ментов крена и рыскания в полусвязанной системе
координат OXeYeZe. Характеристики демпфирова-
ния и перекрестные производные приводятся в свя-
занной системе координат OXYZ.
Безразмерные аэродинамические коэффициен-
ты сил и моментов являются функциями несколь-
ких переменных - углов атаки и скольжения, чис-
ла М, высоты полета, центровки, расстояния до
земли, угла отклонения органов управления, - а
также конфигурации ВС, обусловленной положе-
нием закрылков, предкрылков и шасси. Такое
8.5. Исследование влияния внешней среды на характеристики воздушных судов
561
представление аэродинамических характеристик
ВС дополняется приращениями, которые учиты-
вают изменения аэродинамических коэффициен-
тов в зависимости от влияния внешней среды (об-
леденение, удар молнии, ливневые осадки и пр).
Исходя из этого, безразмерные коэффициенты
сил, моменты и структура базы данных имеют вид:
СУ су )а=0
е осн
af tt/»,
у
а
V
tn
. 4
У
52Л
v
СС +
+ Д с/
К +
где с , с, , т. _ основные коэффициенты
' осн „ ' осн осн
подъемной силы, лобового сопротивления и про-
дольного момента жесткого ВС в рассмотренной
конфигурации с убранным шасси при центровке
25 % среднеаэродинамической хорды и нейтраль-
ном положении органов управления; (Д<\)а=0,
(Л/л )и 0 - изменение основных коэффициентов
подъемной силы и продольного момента при
а = 0 вследствие влияния упругости; Д(с“)а,
д(т“)а- изменение основного коэффициента
подъемной силы и коэффициента продольного
Уст
+Дс
’ отк
Jp.B
+ Дс
ИН
• ИНТ
+ Дс
ОС
•у,
+Дсу ;
тт
+ Ас,. + Дсд.
р.в
+ Дс,
осн ст
сх -А'| с,
е \
+ (1 - k )с (М) + Дс..
М инт
+ Дс,. + Дс, + Дс, +
т.щ Т и
+Дсд. +Дсд. +Дсд + Дс,. ;
отк ИН ос 'л
'е
н отк
т. =т. + (Д/л.)а=0 + Д
~е 'осн
ICC 4-
п
+ Л /П.'
+Дл;.
'инт
+ Длг,
*отк
V
<!>
+ т. '
“А/
v
момента из-за влияния аероупругости на линей-
ном участке; су --------------------—
эффициента подъемной силы в зависимости от
V
- изменение основного ко-
темпов изменения угла атаки; с/ у" ) ~ изме“
нение основного коэффициента подъемной силы,
обусловленное скоростью изменения угла танга-
/ п Л
жа; A суу изменение основного коэффици-
ента подъемной силы вследствие аэроупругости,
обусловленной изменением нормальной перегруз-
ки п ; Дс,. , Дсу , - изменение ос-
СТ р.в ' ИНТ ' т.щ
новного коэффициента подъемной силы за счет
отклонения стабилизатора, руля высоты, секций
интерцепторов и тормозных щитков от нейтраль-
ного положения; Дс,, ,Дсд ,Лсг ’Д/ш ,Д/л, ,
'ОТК ОТК отк отк отк
Д/л ,. - изменение основных коэффициентов подъ-
отк
емной силы, лобового сопротивления, боковой
силы, продольного момента, момента крена и мо-
мента рыскания, обусловленное несимметричным
отклонением предкрылков и закрылков при их от-
казе; Дс, , Дсг , Дс, , Дсд. , Дс, , Дсд. - измене-
' ст р.в ИНТ э тдц н
ние основного коэффициента лобового сопротив-
ления вследствие отклонения стабилизатора, руля
высоты, секций интерцепторов, элеронов, секций
тормозных щитков и руля направления от нейт-
рального положения; Дс,. - изменение основного
коэффициента лобового сопротивления в зависи-
мости от скольжения; сХи (М) - коэффициент ло-
бового сопротивления для заданного числа М;
Дс,, , Д<-,. . Д/л. , Д/л,, , Д'"., - изменение ос-
ин ИН , , 'ин • ИН ИН
новных коэффициентов подъемной силы, лобо-
вого сопротивления и продольного момента, мо-
л,.+Д/л + Д/л. +
'р.в
+Д/л, +
'н
+ Д/л. ;
'л
2V
+ Д/л.
+ Дт,
ин
+ Длг.
Ф
+ Д"'-
'ос
СО
тх = mY(p) + mrJ
' е '
+Д/ид +&тх
Э " ИНТ
36 8-470
СО
+ т,.-
2V
н
с
+ Дтг 4-
отк ин
со
ту =т (3) + w7v -v
СО,./ ' со + т,,х 'со,/
2V у 2V
к
\ ь„
(Лт -0.25 7+
+ Дш,,
э
+Дш,
ИНТ
+Д/л,. + Д/л,. + Дл/,. ,
Н ОТК ИН
(8.18)
562 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
мента рыскания и момента крена вследствие про-
явления индивидуальных особенностей конкрет-
ного ВС; Ас,, , Асд , Алг, - изменение основных
коэффициентов подъемной силы, лобового сопро-
тивления, продольного момента, обусловленное на-
личием интенсивных ливневых осадков; Ас , Ас, ,
‘л
A/л. - изменение основных коэффициентов подъ-
емнои силы, лобового сопротивления и продоль-
ного момента вследствие обледенения ВС; к — ко-
эффициент, учитывающий влияние числа М;
с,(Р), шл(Р), wv(P) - коэффициенты боковой си-
лы, момента крена, момента рыскания, обуслов-
ленные скольжением; Асг - изменение коэффи-
циента боковой силы вследствие отклонения руля
направления; cv(xT-0,25) - изменение основного
коэффициента продольного момента за счет от-
клонения центра масс от положения 25 % средне-
аэродинамической хорды; т, - изменение
основного коэффициента продольного момента за
ю.-М
счет темпов изменения угла атаки; т.\ -
изменение основного коэффициента продольно-
го момента, обусловленное скоростью изменения
угла тангажа; a(w"’ )и¥ - изменение основного ко-
эффициента продольного момента вследствие из-
менения нормальной перегрузки л,.; А/п. , Алд ,
'ст -рв
Алк , Ат. , Лт. — изменение основного коэф-
ИНТ 'т.щ н
фициента продольного момента за счет отклоне-
ния стабилизатора, руля высоты, секций интер-
цепторов, секций тормозных щитков и руля на-
правления от нейтрального положения; А/п. - из-
менение основного коэффициента продольного
к
момента, обусловленное скольжением; т/1 ,
<6.
/л..
со,./
2V
- изменение коэффициентов момента
крена и рыскания, обусловленное скоростью из-
cov/
2V
CD,
- изме-
2V
менения угла крена; тх
нение коэффициентов момента крена и рыскания
за счет скорости изменения угла рыскания; Ал;, ,
’ э
Д/я,- , Ал1д. - изменение коэффициента момента
’ ИНГ н
крена вследствие отклонения элеронов, интерцеп-
торов и руля направления от нейтрального поло-
жения; Алк , Am,, , - изменение коэф-
фициента момента рыскания за счет отклонения
элеронов, интерцепторов и руля направления.
Для создания базы данных безразмерных аэро-
динамических коэффициентов (8.18) используют-
ся отчеты и атласы аэродинамических характери-
стик исследуемого типа ВС.
Если нет каких-либо данных о значениях от-
дельных характеристик или для данного ВС они
не существуют (например, обдувка крыла для ВС
с ГТД, расположенными в хвосте), то соответству-
ющие коэффициенты в модели приравниваются к
нулю.
Для расчета высотно-скоростных и дроссель-
ных характеристик ГТД используются такие па-
раметры в безразмерном виде:
/7 /?
»вд = /.(«..7;’);-^ = /2(М„,-^);
Jt Jt
V в V в
Р*
c= — ;RB = R"p —; С = А (м„);
‘ Р 760
Рф = Ркр; = секСг; кр = /6 (а„, Мп);
=/7(ав,Мг|);= Рн(1 + 0,2Мв)3’5;
<=Гн(1 + 0,2М3),
(8.19)
где лвд, nHJ - частота оборотов роторов каскадов
высокого и низкого давления компрессора;
/,...,/7 - функциональные зависимости между
характеристиками двигателя (данные разработчи-
ка конкретного двигателя); ав - положение ры-
чага управления двигателем; Т*, Рв* - температу-
ра и давление торможения на входе двигателя;
Т - температура наружного воздуха на высоте по-
лета Я; Мп - число Маха для полета; Р, G, - тяга
двигателя и расход топлива в заданных условиях
(режим работы, скорость, высота, температура и
т. д.) без учета потерь; с, - удельный расход топ-
лива в заданных условиях; Яа - сопротивление дви-
8.6. Организационные принципы метеорологического обеспечения авиации
563
гателя на режиме авторотации для конкретных
условий; Я"г - сопротивление двигателя для стан-
дартных условий; Рф , с - фактические соответ-
ственно тяга и удельный расход топлива с учетом
потерь в заданных условиях; к,,, к,. - коэффици-
енты потери тяги и удельного расхода топлива в
заданных условиях.
Высотно-скоростные характеристики двигате-
ля (8.19) учитывают принятую программу регули-
рования, а также систему ограничений, которая
прелотврашает нарушения прочности и газодина-
мической перегрузки двигателя. Учитываются ог-
раничения максимального часового расхода топ-
лива, максимальной физической частоты враще-
ния роторов, минимального расхода топлива для
режима малого газа и максимальной температуры
газа за турбиной для конкретного режима.
Действие турбулентности и сдвига ветра учи-
тывают через скоростной напор q и приращение
углов Дав, дрв:
? = (8-20)
где рн - плотность воздуха на рассмотренной вы-
соте; Уи, - результирующая скорость набегающе-
го потока:
к, = + Wv)2 + (Vv + Wv)2 + (V. + W;)2 , (8.21)
здесь Wv,Wv,W_ - соответствующие составляющие
скорости ветра в связанной системе координат.
Истинные значения углов атаки и скольжения
ВС с учетом ветра вычисляются по соотношениям
Р = arctg
_______V-+W-_______
^{Vx+Wx)2 +{Vy+Wy)2
(8.22)
Координату центра масс ВС переводят из свя-
занной системы координат в земную и наоборот с
помощью матрицы направляющих косинусов.
Математическая модель ВС - это система не-
линейных дифференциальных уравнений (8.16),
реализованная в пакете прикладных программ,
которые дают возможность исследовать динамику
движения ВС с учетом влияния внешней среды и
индивидуальных особенностей на его летно-тех-
нические характеристики. Организация пакета
обеспечивает его модификацию соответственно
требованиям конкретной задачи.
8.6. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВИАЦИИ
8.6.1. Основные определения
Метеорологическое обеспечение полетов в граж-
данской авиации - это своевременное доведение до
руководящего, командно-летного, летного состава,
работников службы движения и других должност-
ных лиц метеорологической информации, необхо-
димой для выполнения возложенных на них обя-
занностей. Метеорологическое обслуживание - ком-
плекс мероприятий, направленных на обеспечение
безопасности, регулярности и экономической эф-
фективности полетов воздушных судов. Комплекс
включает: метеорологическое, аэрологическое и ра-
диолокационное наблюдение; авиационные прогно-
зы погоды; штормовые предупреждения по аэродро-
мам, воздушным трассам, маршрутам и районам по-
летов; действия по своевременному предоставлению
метеоинформации для планирования, организации
и выполнения полетов.
В действующих документах ICAO принята сле-
дующая терминология. Аэродромный метеорологи-
ческий орган - это расположенный на аэродроме
орган, предназначенный для метеорологического
обеспечения полетов воздушных судов. Метеоро-
логическая информация является важной состав-
ляющей полетно-информационного обслуживания,
цель которого - предоставление консультаций и
информации для безопасного и эффективного
выполнения полетов. Часть воздушного простран-
ства, в пределах которого обеспечивается полет-
но-информационное и аварийное обслуживание,
называется районом полетной информации. Обслу-
564 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
живание района полетной информации обеспечи-
вается секторами полетно-информационного обслу-
живания районного диспетчерского центра (РДЦ),
вспомогательного районного диспетчерского центра
(ВРДЦ) и диспетчерского органа подхода (ДОП),
предназначенными для предоставления полетно-
информационного обслуживания в классифици-
рованном воздушном пространстве в пределах
зоны полетной информации.
Важные элементы метеоинформации — штор-
мовые сообщения и предупреждения. Штормовое
сообщение - разовая метеоинформация о начале
или усилении опасного для авиации явления. Для
сообщений вокруг каждой авиационной метеостан-
ции образуется штормовое кольцо. Штормовое
предупреждение — информация об ожидаемом
появлении (усилении) опасного метеоявления.
Конкретный порядок метеообеспечения разных
видов полетов должен соответствовать междуна-
родным и государственным нормам по метеоро-
логическому обеспечению полетов ГА.
8.6.2. Международные рекомендации
Для обеспечения безопасных и эффективных
воздушных перевозок очень важны вопросы взаи-
модействия и согласованности метеорологического
обеспечения на международном уровне. Они ко-
ординируются такими организациями, как ICAO,
Всемирная метеорологическая организация (ВМО)
и EUROCONTROL. Основным нормативным до-
кументом, определяющим порядок метеорологи-
ческого обеспечения аэронавигации, является
Приложение 3 «Метеорологическое обеспечение
международной аэронавигации» к Конвенции о
международной гражданской авиации ICAO [745]
и Технический регламент ВМО № 49, том II «Ме-
теорологическое обслуживание международной
аэронавигации».
Нормы метеорологического обслуживания,
определяемые Приложением 3, сводятся к следу-
ющему. Пилоты нуждаются в информации о метео-
условиях на маршрутах, по которым им предсто-
ит выполнять полет, и на аэродромах назначения.
Для выполнения задачи метеорологического об-
служивания необходимо наладить тесную связь
между теми, кто предоставляет метеорологическую
информацию, и теми, кто ею пользуется. На меж-
дународных аэродромах метеорологическую ин-
формацию авиационные пользователи получают
от аэродромного метеорологического органа. Го-
сударство обеспечивает соответствующие средства
электросвязи, позволяющие метеорологическим
органам предоставлять информацию органам об-
служивания воздушного движения и органам по-
исково-спасательной службы. Средства электро-
связи между метеорологическими органами и аэро-
дромными диспетчерскими пунктами или диспет-
черскими пунктами подхода должны обеспечивать
возможность установления связи в течение 15 с.
В сводки по аэродрому, согласно требованиям
ICAO, как минимум, включаются данные о при-
земном ветре, видимости, дальности видимости
на ВПП, существующих условиях погоды и об-
лачности, температуре воздуха, точки росы, атмос-
ферном давлении. Эти сводки выпускаются каж-
дый час или каждые полчаса. Если какой-либо
параметр изменяется и начинает превышать уста-
новленные пределы, дополнительно передаются
специальные сводки.
Данные о приземном ветре, видимости, усло-
виях погоды, облачности и температуре подаются
каждые 3 или 6 ч со сроком действия от 9 до 24 ч.
Прогнозы по аэродрому постоянно контролиру-
ются и по мере необходимости соответствующее
метеорологическое бюро вносит в них изменения.
Прогнозы для посадки составляются на неко-
торых международных аэродромах в целях удов-
летворения потребностей воздушных судов, вы-
полняющих посадку. Они прилагаются к сводкам
по аэродрому и срок их действия составляет 2 ч.
В прогнозы для посадки включаются сведения об
ожидаемых условиях в районе комплекса ВПП,
содержащие данные о приземном ветре, видимо-
сти, условиях погоды и облачности.
Для оказания пилотам помощи при планиро-
вании полетов в большинстве государств органи-
зуется метеорологический инструктаж, при про-
ведении которого все чаще используются автома-
тизированные системы.
Инструктаж включает данные об условиях по-
годы по маршруту полета, о ветре и температуре
воздуха на высотах, часто отображаемых на ме-
теорологических картах, а также предупреждения,
связанные с наличием опасных условий погоды
по маршруту, сводки и прогнозы по аэродрому
назначения и запасным аэродромам.
Для предоставления находящимся в полете воз-
душным судам информации о существенных из-
8.6. Организационные принципы метеорологического обеспечения авиации
565
менениях условий погоды (грозы, тропические
циклоны, мошные фронтальные шквалы, сильный
град, сильная турбулентность, сильное обледене-
ние, песчаные и пыльные бури, а также облака
вулканического пепла) создаются органы метео-
рологического слежения. Кроме того, эти органы
предупреждают по аэродрому о метеорологичес-
ких условиях, которые могут неблагоприятно воз-
действовать на воздушные суда или оборудование
и средства на земле, например об ожидаемых снеж-
ных бурях. Они также предупреждают о сдвиге
ветра на траекториях начального набора высоты и
захода на посадку. Дополнительно к этому с бор-
та воздушных судов, находящихся в полете, долж-
ны передаваться сводки об особых явлениях по-
годы, встречаемых ими на маршруте.
Полученную информацию подразделения по
обслуживанию воздушного движения направляют
всем заинтересованным воздушным судам.
На большинстве международных маршрутов
экипажи воздушных судов ведут наблюдения за
ветром и температурой воздуха на высотах. Дан-
ные передаются в автоматизированном режиме по
линии передачи «воздух-земля».
Что касается прогнозов по маршруту полета,
то все экипажи нуждаются в получении забла-
говременной и точной метеорологической инфор-
мации для прокладки такого курса, который по-
зволит им воспользоваться благоприятным вет
ром и сэкономить топливо. В условиях, когда
иены на топливо постоянно растут, это стано-
вится все более важным фактором. Поэтому ICAO
внедрила Всемирную систему зональных прогно-
зов (ВСЗП), состоящую из двух всемирных цент-
ров зональных прогнозов, в которых использу-
ются самые современные компьютеры и средства
спутниковой связи (ISCS и SADIS) для составле-
ния и направления глобальных прогнозов в циф-
ровой форме непосредственно государствам и
пользователям.
В целях организации наблюдений и предостав-
ления информации об облаках вулканического
пепла, а также подготовки предупреждений для
пилотов и авиакомпаний ICAO с помощью дру-
гих международных организаций создала службу
слежения (с девятью консультативными центра-
ми) за вулканической деятельностью на междуна-
родных авиатрассах (IAVW).
Все чаще используемые в настоящее время на
аэродромах автоматизированные системы наблю-
дения за погодой считаются очень эффективны-
ми для удовлетворения авиационных потребнос-
тей в том, что касается наблюдений за призем-
ным ветром, видимостью, дальностью видимости
на ВПП, высотой нижней границы облаков, тем-
пературой воздуха и точки росы, атмосферным
давлением. Полностью автоматизированные сети
в настоящее время могут функционировать без
участия человека в те периоды, когда аэродром не
эксплуатируется.
Важным является вопрос приведения норма-
тивных документов национального уровня в соот-
ветствие с положениями стандартов ICAO.
8.6.3. Организация
метеорологического обеспечения полетов
Организационная структура метеорологическо-
го обеспечения может существенно отличаться в
разных странах. В ряде государств национальная
метеорологическая или гидрометеорологическая
служба (НМС) является полномочным метеоро-
логическим органом, аккредитованным в ICAO,
что дает ей возможность и вменяет в обязанность
выполнять метеорологические наблюдения, со-
ставлять все виды прогнозов и предоставлять
метеоуслуги на этапе предполетной метеорологи-
ческой подготовки. В некоторых странах все или
отдельные виды метеорологического обслужива-
ния выполняют службы, созданные в структуре
аэронавигационных служб или в структуре нацио-
нальных администраций ГА. Иногда этим зани-
маются специализированные подразделения, ко-
торые административно находятся вне структур как
НМС, так и ГА.
На совещании метеорологической группы
(METG) ICAO было отмечено [524], что в тех го-
сударствах, где метеорологическое обеспечение
аэронавигации находится в структуре аэронавига-
ционных служб или ГА, вопросы метеообеспече-
ния и модернизации оборудования решаются бы-
стрее и более качественно.
В Украине метеорологическое обеспечение ГА
проводят организации гидрометеорологической
службы, которые входят в состав Министерства
по вопросам чрезвычайных ситуаций. Метеообес-
печение регламентируется Положением о метео-
рологическом обеспечении ГА, утвержденном Ка-
бинетом Министров Украины, и НМО ГА. Конк-
566 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
ретный порядок метеорологического обеспечения
полетов в пределах зоны полетной информации
утвержден совместным приказом Государственной
службы Украины по надзору за обеспечением без-
опасности авиации и Министерством охраны
окружающей природной среды Украины. При раз-
работке этого Порядка в дополнение к указанным
в подразд. 8.6.2 международным документам уч-
тены следующие нормативно-правовые акты: Воз-
душный кодекс Украины, Наставления по метео-
рологическому обеспечению гражданской авиации
(НМО ГА-90), Правила полетов воздушных судов
и обслуживания воздушного движения в класси-
фицированном воздушном пространстве Украины,
Программа развития государственной системы ис-
пользования воздушного пространства Украины на
2002-2006 гг.
Госгидрометслужба несет ответственность за
полноту, качество и своевременность метеороло-
гического обеспечения. Непосредственное метео-
рологическое обеспечение осуществляют опера-
тивные подразделения Госгидрометслужбы в аэро-
портах. Базовыми метеорологическими подразде-
лениями можно считать авиаметцентры (АМЦ),
авиаметстанции (АМСГ), а также авиаметпосты
(АМП).
Метеорологические подразделения регулярно
проводят метеорологические и аэрологические
наблюдения, собирают и распространяют метео-
информацию, подают штормовые предупреждения,
составляют и доводят до потребителей штормо-
вые предупреждения об опасных метеорологичес-
ких явлениях, составляют и предоставляют коман-
дованию авиакомпаний, летному и диспетчерско-
му составу прогнозы и данные о фактической по-
годе на своем и запасных аэродромах, в пунктах
посадки, по маршрутам и районам полетов.
Метеорологические наблюдения на аэродромах
ведутся на основных, вспомогательных и допол-
нительных пунктах (регулярные и специальные
наблюдения). Существуют контактные и дистан-
ционные методы метеорологического и аэроло-
гического наблюдения. Для обеспечения аэро-
навигации особенно большое значение имеют
средства дистанционного зондирования (ДЗ). На-
блюдения с помощью метеорологических радио-
локаторов (МРЛ) дают большой объем информа-
ции об облачности, грозовых явлениях, зонах гра-
да и ливневых осадков. В оперативном отноше-
нии АМСГ и МРЛ подчиняются руководству
авиапредприятий, а в методическом - гидромет-
службам, которые обеспечивают оперативное и
техническое обслуживание МРЛ. Базы ЭРТОС или
другие технические структуры аэропорта обычно
не обслуживают МРЛ.
Метеорологические подразделения должны
быть обеспечены квалифицированными специа-
листами и необходимыми метеорологическими и
аэрологическими приборами, техническими сред-
ствами и оборудованием согласно нормам годно-
сти аэродромов и аэродромного оборудования.
В рамках международного сотрудничества суще-
ствует возможность предоставления консультатив-
ной помощи со стороны ICAO в организации обу-
чения специалистов в области авиационной ме-
теорологии, а также в организации и проведении
экспертизы при решении вопросов приобретения
и модернизации оборудования. Такая помощь мо-
жет также поступать со стороны ВМО. Например,
в 2001 г. был организован курс обучения по ис-
пользованию данных Всемирного центра зональ-
ных прогнозов (ВЦЗП), включая использование
спутниковой (подразд. 8.12) системы SADIS. Со-
гласно Приложению 3 ICAO, в мире функциони-
руют два ВЦЗП, или World Area Forecast System
(WAFS): в Лондоне и Вашингтоне. Кроме ВЦЗП
существуют региональные центры - РЦЗП, один
из которых - в Москве.
Требования ICAO по связи между метеороло-
гическими органами и потребителями информа-
ции обеспечиваются тем, что для сбора и распро-
странения метеорологической информации ис-
пользуют систему прямых авиационных связей
(СПАС), каналы связи ГА, а также арендуют ра-
дио- и проводные средства Министерства транс-
порта и связи. В последнее время находит приме-
нение и метеоинформация, поступающая по сети
Интернет. Актуальным является вопрос опреде-
ления статуса такой информации [233].
Видное место в работе оперативных метеоро-
логических подразделений занимает обеспечение
метеоинформацией органов обслуживания воз-
душного движения (ОВД), в частности, полетно-
информационного обслуживания РДЦ, ВРДЦ и
ДОП. Каждый орган ОВД и органы единой сис-
темы управления воздушным движением УВД
обеспечиваются всей метеоинформацией в соот-
ветствии с требованиями НМО ГА, государствен-
ными правилами и международными рекоменда-
циями.
8.6. Организационные принципы метеорологического обеспечения авиации
567
Поскольку метеорологическое обеспечение
авиации базируется на сборе и распространении
метеорологической информации, которая должна
быть своевременной, неискаженной и репрезен-
тативной, определим источники и технические
средства ее получения.
К основным источникам информации относят-
ся: наземные государственная и ведомственная
сети метеорологических станций; сеть междуна-
родного обмена; средства разведки погоды; ме-
теорологическая космическая система. Отдельную
группу составляют автономные бортовые средства
ДЗ, которые непосредственно предупреждают пи-
лота о наличии опасных метеорологических явле-
ний на трассе полета и в близлежащих районах.
Ни один из источников информации не явля-
ется универсальным. Поэтому удовлетворить тре-
бования авиации можно только пользуясь всем
объемом доступной информации. Например, на-
земная метеорологическая и аэрологическая сеть,
включая сеть международного обмена, дает боль-
шой объем информации о метеорологических ве-
личинах и явлениях с довольно высокой точнос-
тью. Но эта информация характеризуется высо-
кой степенью дискретности и вообще отсутствует
в отдельных, иногда довольно больших, районах.
В сеть автоматических станций входят станции,
установленные в труднодоступных районах (горы,
льды Арктики и т. п.). Такие станции обычно че-
тыре раза в сутки передают сведения об измерен-
ных метеорологических величинах, а также о ме-
стонахождении станции, если она дрейфующая.
Станции автоматизированной сети передают ин-
формацию с неосвещенной территории, и это
очень важно, однако на таких станциях не выпол-
няются аэрологические наблюдения. Для переда-
чи информации с таких станций в метеорологи-
ческие центры используется ретрансляция через
искусственные спутники Земли.
Особое значение имеют автоматизированные
станции, расположенные на аэродромах. Такой
станцией является комплексная радиотехническая
автоматическая метеорологическая станция
(КРАМС) и более новая автоматическая метеоро-
логическая информационно-измерительная систе-
ма (АМИИС). На этих системах ведутся измере-
ния, регистрация и кодирование метеорологичес-
ких величин, а также выдача результатов измере-
ний на цифровые индикаторы, установленные у
работников ГА, отвечающих за безопасность по-
летов. Согласно требованиям ICAO, выдача ре-
зультатов измерений и обновление информации
должно осуществляться с интервалом 1-2 мин.
В последнее время в некоторых аэропортах
США введены станции автоматизированного ме-
теорологического наблюдения нового поколе-
ния - Automated Meteorological Observing Stations
(AOS). Это одобрено Комиссией по аэронавига-
ционной метеорологии ВМО [872]. Использова-
ние AOS позволило США обеспечить непосред-
ственные метеорологические наблюдения в таких
аэропортах, где они вообще никогда не выполня-
лись, что повысило уровень безопасности.
Станции AOS также улучшили качество наблю-
дений в других аэропортах, в частности там, где в
соответствии с требованиями Приложения 3 ICAO
[745] и Технической директивой ВМО (WMO
Technical Regulation С.3.1) необходимы регуляр-
ные авиационные метеорологические сообщения
о погоде в кодовой форме ВМО METAR (Aviation
Route Weather Report). Исследовательская группа
ICAO по аэродромной системе метеорологичес-
кого наблюдения, проанализировав современное
состояние и возможности автоматизации метео-
рологических наблюдений, предложила соответ-
ствующие поправки [872] к Приложению 3 ICAO.
В будущем прогнозируется использование авто-
матизированных систем наблюдений во всех меж-
дународных аэропортах.
Кроме сообщений METAR используются ме-
теорологические сообщения других форматов, в
частности, SIGMET служит для передачи инфор-
мации о фактическом или ожидаемом возникно-
вении определенных явлений погоды на маршру-
те. Сообщения AIRMET представляют собой ана-
логичную информацию, но для полетов на малых
высотах, а сообщения GAMET являются данны-
ми зонального прогноза, который составляется в
виде открытого текста для полетов на малых вы-
сотах для района полетной информации.
К средствам разведки погоды следует отнести
средства ДЗ атмосферы и воздушной разведки. ДЗ,
в частности радиотехническая разведка, осуществ-
ляется с помощью различных локационных стан-
ций (см. подразд. 8.10). Основные объекты радио-
локационных наблюдений - облака вертикально-
го развития (мощные кучевые и кучево-дождевые),
ливни и грозы. Специальные МРЛ, кроме того,
дают возможность наблюдать за облаками всех
других ярусов, различать зоны осадков разной
568 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
интенсивности, определять вертикальный профиль
облачности, обнаруживать зоны турбулентности,
града и сдвига ветра, а иногда и турбулентности
ясного неба.
Средствами воздушной разведки являются ВС
без пассажиров на борту, которые в сложной и
неустойчивой метеорологической обстановке мо-
гут выполнять специальные полеты для оценки
метеорологических условий. Воздушная разведка
ведется довольно редко. Намного чаще информа-
цию о погоде, наличии опасных явлений и их вли-
янии на взлет, полет и посадку передают экипажи
рейсовых ВС, которые взлетают, пролетают или
заходят на посадку. Такой вид метеонаблюдения
получит дальнейшее развитие в рамках концеп-
ции автоматического зависимого наблюдения (см.
подразд. 8.13.4). Метеорологическая космическая
система позволяет получить огромный объем ин-
формации, необходимой для обеспечения ГА (см.
подразд. 8.12). Наблюдения метеорологических
спутников Земли принимаются наземными авто-
номными пунктами приема информации и пере-
даются синоптикам для анализа.
Объединение метеорологической информации,
получаемой из разных источников, помогает успеш-
но решать задачи метеорологического обеспечения
ГА. В последнее время особое развитие и значение
приобретают интегрированные системы (см. подразд.
8.13), которые комплексно обрабатывают информа-
цию от источников разной физической природы,
наземных и бортовых датчиков. С другой стороны,
пилоту необходимо предоставлять надежную опе-
ративную информацию об опасных метеорологичес-
ких явлениях по трассе полета. При этом значи-
тельно увеличивается роль автономных бортовых
средств получения метеоинформации. Это целиком
соответствует концепции Free Flight. Общее действие
обеих указанных тенденций может в будущем при-
вести к полномасштабному участию бортовых дат-
чиков в формировании единой картины интегриро-
ванной метеорологической обстановки с передачей
на каждый борт лишь адресной метеорологической
информации, необходимой для безопасного осуще-
ствления полета каждым ВС [616, 618]. Созданные
экспериментальные системы сбора и оповещения с
трансляцией метеоинформации с рейсовых самоле-
тов на спутники Aircraft to Satellite Data Relay
(ASDAR) и система автоматического сбора данных
и оповещения Automated Meteorological Data and
Reporting (AMDAR), которые успешно развиваются
[351], являются существенным шагом в улучшении
метеорологического обеспечения.
Деятельность авиационных и метеорологичес-
ких организаций и программ направлена на усо-
вершенствование системы метеорологического
обеспечения аэронавигации. Актуальны вопросы,
связанные с внедрением новой концепции CNS/
ATM. В соответствии с постановлением, приня-
тым Европейской группой аэронавигационного
планирования (EANPG) в 1999 г., группа по ме-
теорологии EANPG (METG) занимается контро-
лем за деятельностью в области CNS/ATM в час-
ти разработки метеорологической составляющей
для европейской концепции CNS/ATM. Разработ-
кой этой концепции занимается проектная груп-
па в области метеорологии (РТ/МЕТАТМ). При
этом необходимо налаживание регулярного взаи-
модействия CNS/ATM с EUROCONTROL, при-
чем эта организация подтвердила свою поддерж-
ку данной задачи и назначила координатора для
решения вопросов, связанных с метеорологией
[352]. В состав проектной группы входят экспер-
ты из Австрии, Бельгии, Великобритании, Герма-
нии, Латвии, Нидерландов, Румынии, Украины,
Финляндии, Франции, Швеции, EUROCONTROL
и 1АТА, работающие под руководством ICAO.
8.7. ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ
8.7.1. Преимущества
дистанционного зондирования
Дистанционным зондированием называют по-
лучение информации об объектах без вхожде-
ния с ними в физический контакт [822]. Однако
это определение является слишком широким.
Поэтому введем некоторые ограничения, позво-
ляющие конкретизировать особенности понятия
«дистанционное зондирование», и в частности,
важного для обеспечения безопасности авиации
понятия дистанционного зондирования атмо-
сферы. Во-первых, предполагают, что информа-
цию получают с помощью технических средств.
8.7. Дистанционное зондирование атмосферы
569
Во-вторых, речь идет об объектах, находящихся
на значительных расстояниях от технических
средств, что принципиально отличает ДЗ от дру-
гих научно-технических направлений, таких как
неразрушающий контроль материалов и изделий,
медицинская диагностика и т. п. Добавим, что
ДЗ использует косвенные методы измерения.
Дистанционное зондирование включает иссле-
дования атмосферы и земной поверхности, в пос-
леднее время развились и подповерхностные ме-
тоды ДЗ. Применение методов и средств дистан-
ционного неконтактного получения информации
о состоянии и параметрах тропосферы способству-
ет безопасности авиации.
Главные преимущества ДЗ - это высокая ско-
рость получения данных о больших объемах ат-
мосферы (или о больших площадях земной по-
верхности), а также возможность получения ин-
формации об объектах, практически недоступных
для исследования другими способами. С традици-
онными метеорологическими измерениями в верх-
ней атмосфере, выполняемыми с помощью ша-
ров-зондов, широко и систематически применя-
ются сложные методы ДЗ.
Дистанционное зондирование стоит довольно
дорого, особенно космическое. Несмотря на это,
сравнительный анализ затрат и получаемых резуль-
татов доказывает высокую экономическую эффек-
тивность зондирования. Кроме того, использова
ние данных зондирования, в частности, метеоро-
логических спутников, наземных и бортовых ра-
диолокационных средств, сохранило тысячи
человеческих жизней за счет предупреждения сти-
хийных бедствий и избежания опасных метеоро-
логических явлений. Поэтому научно-исследова-
тельская, экспериментальная, конструкторская и
оперативная деятельность в области ДЗ, которая
интенсивно развивается в ведущих странах мира,
является полностью оправданной.
8.7.2. Объекты и применение
дистанционного зондирования
Основными объектами ДЗ являются:
погода и климат (осадки, облака, ветер, турбу-
лентность, излучения);
элементы окружающей среды (аэрозоли, газы,
электричество атмосферы, перенос, т. е. перерас-
пределение в атмосфере той или иной субстанции);
океаны и моря (морское волнение, течения,
количество воды, лед);
земная поверхность (растительность, геологи-
ческие исследования, изучения ресурсов, высото-
метрия).
Информация, получаемая средствами ДЗ, не-
обходима для многих отраслей науки, техники и
экономики. Количество потенциальных потреби-
телей этой информации постоянно растет.
С целью обеспечения безопасности полетов ДЗ
используется:
метеорологией, климатологией и физикой ат-
мосферы (оперативные данные для прогноза по-
годы, определения профиля температуры, давле-
ния и содержания водяного пара в атмосфере, из-
мерения скорости ветра и т. п.);
спутниковой навигацией, связью, в радиоло-
кационных наблюдениях и радионавигации (эти
области требуют данных об условиях распростра-
нения радиоволн, которые оперативно получают-
ся средствами ДЗ);
авиацией, например, прогноз метеоусловий в
аэропортах и на авиатрассах, оперативное обна-
ружение опасных метеорологических явлений, та-
ких как град, гроза, турбулентность, сдвиг ветра,
микровзрыв и обледенение.
Кроме того, важными являются такие области
|822], в которых летательные аппараты использу-
ются в качестве носителей средств ДЗ:
гидрология, включая оценку и управление вод-
ными ресурсами, прогнозирование таяния снегов,
предупреждения о паводках;
аграрные области (прогноз и управление пого-
дой, контроль типа, распространения и состоя-
ния растительного покрова, построение карт ти-
пов грунтов, определение влажности, предупреж-
дение градобитий, прогноз урожая);
экология (контроль загрязнения атмосферы и
земной поверхности);
океанография (например, измерение темпе-
ратуры морской поверхности, исследования оке-
анических течений и спектров морского волне-
ния);
гляциология (например, отображение распро-
странения и движения ледовых щитов и морского
льда, определения возможности морского судоход-
ства в ледовых условиях);
геология, геоморфология и геодезия (например,
идентификация типа горных пород, локализация
геологических дефектов и аномалий, измерение
570 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
параметров Земли и наблюдение тектонического
движения);
топография и картография (в частности, полу-
чение точных данных о высоте и привязке их к
данной системе координат, производство карт и
внесение изменений в них);
контроль стихийных бедствий (в том числе конт-
роль объема паводков, предупреждение о песча-
ных и пылевых бурях, лавинах, оползнях, опреде-
ление маршрутов лавин и т. п.);
планирование в других технических приложе-
ниях (например, инвентаризация землепользова-
ния и контроль изменений, оценка земельных ре-
сурсов, наблюдение за движением транспорта);
военные применения (контроль передвижения
техники и воинских формирований, оценка мест-
ности).
8.7.3. Системы и методы
дистанционного зондирования
Классификация систем ДЗ основывается на
привычных для специалистов по радиолокации
отличиях между активными й пассивными систе-
мами. Активные системы облучают исследуемую
среду электромагнитным излучением (ЭМИ), ко-
торое обеспечивает система ДЗ, т. е. в этом случае
средство ДЗ генерирует электромагнитную энер-
гию и излучает ее в направлении исследуемого
объекта. Пассивные системы воспринимают ЭМИ
от исследуемого объекта естественным образом.
Это может быть как собственное ЭМИ, возника-
ющее в самом объекте зондирования, например
тепловое излучение, так и рассеянное ЭМИ како-
го-либо естественного внешнего источника, на-
пример солнечного излучения. Преимущества и
недостатки каждого из двух указанных типов сис-
тем ДЗ (активные и пассивные) определяются ря-
дом факторов. Например, пассивная система прак-
тически неприменима в тех случаях, когда отсут-
ствует достаточно интенсивное собственное излу-
чение исследуемых объектов в заданном диапазоне
длин волн. С другой стороны, активная система
становится технически невыполнимой, если из-
лучаемая мощность, необходимая для получения
достаточного отраженного сигнала, оказывается
слишком большой.
В ряде случаев для получения необходимой
информации желательно знать точные парамет-
ры излучаемого сигнала, чтобы обеспечить ка-
кие-то специальные возможности анализа, напри-
мер, измерение доплеровского сдвига частоты от-
раженного сигнала для оценки движения цели по
отношению датчика (приемника) или изменения
поляризации отраженного сигнала относительно
зондирующего сигнала. Как и любые информа-
ционно-измерительные системы, которые исполь-
зуют ЭМИ, системы ДЗ различаются по диапа-
зонам частот электромагнитных колебаний, на-
пример: ультрафиолетовые, видимого света, ин-
фракрасные, миллиметровые, сантиметровые,
дециметровые.
Рассмотрим ДЗ атмосферы, в частности, тро-
посферы - той части земной атмосферы, которая
непосредственно прилегает к поверхности Земли.
Тропосфера простирается до высот 10-15 км, а в
тропических широтах - до 18 км. Использование
ДЗ с целью метеорологического обеспечения без-
опасности полетов требует внимания к системам,
которые рассматривают атмосферу как трехмер-
ный, объемно распределенный объект, и позво-
ляют получать профили атмосферы в разных на-
правлениях зондирования.
Объектами зондирования, или целями, могут
быть флюктуации, которые естественно происхо-
дят в атмосфере, а также фиксированные объекты
на определенном расстоянии от средства ДЗ. Важ-
но понять суть разных видов взаимодействия между
ЭМИ и атмосферой. Разные виды такого взаимо-
действия - это удобный способ классификации
методов ДЗ. Они основываются на затухании, рас-
сеянии и излучении электромагнитных колебаний
Рис. 8.33. Дистанционное зондирование на основе
поглощения излучения объектом зондирования
8.7. Дистанционное зондирование атмосферы
571
Рис. 8.34. Дистанционное зондирование на осно- Рис. 8.36. Дистанционное зондирование на ос-
ве собственного излучения объекта нове рассеяния (активная система)
объектами зондирования. На рис. 8.33-8.36 пока-
заны схемы основных процессов взаимодействия
электромагнитных колебаний с атмосферными
неоднородностями применительно к задачам ДЗ.
В первом случае (рис. 8.33) излучение от за-
данного известного источника (передатчика) по-
ступает на вход приемника после того, как оно
прошло через исследуемый объект. Оценивает-
ся величина ослабления излучения на трассе
распространения от передатчика к приемнику,
при этом предполагается, что величина потерь
электромагнитной энергии при прохождении
через объект связана со свойствами этого объек-
та. Причиной потерь может быть поглощение
или комбинация поглощения и рассеяния, что
лежит в основе получения информации об объек-
те. Много методов ДЗ по сути основаны на та-
ком подходе.
Во втором случае, когда источник сам являет-
ся источником излучения (рис. 8.34), обычно воз-
никает задача измерения инфракрасной или/и
микроволновой эмиссии, что используется для
получения информации о тепловой структуре ат-
Рис. 8.35. Дистанционное зондирование на ос-
нове рассеяния (пассивная система)
мосферы и других ее свойствах. Кроме того, та-
кой подход характерен для исследования молние-
вого разряда на основе его собственного радиоиз-
лучения и для обнаружения грозы на больших
расстояниях.
Третий случай состоит в использовании рассе-
яния электромагнитных колебаний атмосферным
образованием для получения информации о нем.
На свойстве рассеяния основаны различные спо-
собы ДЗ. Один из них характеризуется тем, что
исследуемая среда освещается каким-то источни-
ком некогерентного излучения, например, солнеч-
ным светом или инфракрасным излучением, ко-
торое исходит от поверхности Земли, а датчик
средства ДЗ принимает рассеянное объектом из-
лучение (рис. 8.35). Другой - тем, что объект об-
лучается специальным искусственным (когерент-
ным или некогерентным) источником, например,
лазером или источником с длиной волны от де-
циметров до миллиметров (как в случае радиоло-
катора). Это излучение рассеивается объектом,
обнаруживается приемником и используется для
извлечения информации о рассеивающем объек-
те (рис. 8.36).
Заметим, что первый из рассмотренных случа-
ев (см. рис. 8.33) соответствует активной системе
зондирования, второй (см. рис. 8.34) - пассивной,
а третий реализуется как в пассивном (см. рис. 8.35),
так и в активном (см. рис. 8.36) вариантах.
Активная система ДЗ может быть моностати-
ческой, когда передатчик и приемник средства
ДЗ размещаются на одной позиции (рис. 8.37),
бистатической, как показано на рис. 8.36, или
даже мультистатической, когда система состоит
из одного или нескольких передатчиков и не-
скольких приемников, расположенных в разных
позициях.
572 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.37. Моностатическая активная система дистан-
ционного зондирования
Классификация не будет достаточно полной,
если не указать основные технические средства
ДЗ: радиолокаторы, радиометры, лидары и другие
устройства или системы, используемые в качестве
датчиков ДЗ.
Изучение атмосферы с помощью ДЗ включа-
ет использования приборов, устанавливаемых на
искусственных спутниках Земли и орбитальных
станциях, самолетах, ракетах, воздушных шарах,
а также средствами, размещенными на земле.
Чаше всего носителями средств ДЗ являются спут-
ники, самолеты и платформы наземного базиро-
вания.
8.7.4. Обратные задачи
Задачи ДЗ - это обратные задачи, т. е. такие,
при решении которых вынуждены идти от ре-
зультата к причине. К ним относятся все задачи
обработки и интерпретации данных наблюдений.
Теория обратных задач - самостоятельная мате-
матическая дисциплина [541], а ДЗ атмосферы -
лишь одно из научно-технических направлений,
для которых теория обратных задач является важ-
ной. В прикладном аспекте необходимо хорошо
понимать, как ЭМИ взаимодействует с исследу-
емыми атмосферными объектами, формируя сиг-
налы, которые используются для получения ин-
формации об атмосфере. В идеальном случае
между измеренным параметром сигнала и оце-
ниваемой характеристикой атмосферы существу-
ет взаимно однозначное соответствие. Но в ре-
альных ситуациях всегда возникают характерные
для обратных задач проблемы.
Рассмотрим простой пример, который отно-
сится к пассивному зондированию атмосферы.
Предположим, что поглощающий газ в атмосфе-
ре характеризуется собственным излучением, за-
висящим от температуры газа. Это излучение вос-
принимается датчиком, расположенным на спут-
нике. Предположим также, что существует связь
между длиной волны излучения и температурой,
а температура зависит от высоты слоя атмосфе-
ры. Тогда знание взаимосвязи между интенсив-
ностью излучения, длиной волны излучения и
температурой газа дает способ оценки темпера-
туры атмосферного газа как функции длины вол-
ны и, следовательно, высоты. На самом деле си-
туация намного сложнее по сравнению с описан-
ным идеальным случаем. Излучение на заданной
длине волны не исходит из одного слоя на соот-
ветствующей высоте, а распределено по толще
атмосферы, поэтому нет взаимно однозначного
соответствия между длиной волны и высотой, как
это предполагалось для идеального случая, что
вызывает размытость этой связи. Этот пример
является типичным для многих обратных задач
ДЗ. В данном случае на совокупность измерений
собственного излучения как функции длины вол-
ны влияют все значения неизвестного вертикаль-
ного распределения температурыДх) по всему ди-
апазону слоев, которые вносят «вклад» в излуче-
ние. Пусть К(х) - весовая функция относитель-
ного вклада излучающего слоя при длине волны
Л(.. Интервал между хи х + Ал вносит в измере-
ние интенсивности излучения /-го канала радио-
метра составляющую f(x)K[x)dx. Полное измерен-
ное излучение в z-м канале
ь
gi=\Ki{x)f{x)dx, (8.23)
а
где границы интегрирования зависят от особен-
ностей конкретной задачи. Это уравнение изве-
стно как интегральное уравнение Фредгольма
первого рода. Оно характеризуется тем, что гра-
ницы интеграла фиксированные, а Дх) появ-
ляется только в подынтегральном выражении.
Функция К.(х) называется ядром или функцией
ядра уравнения.
Разные задачи ДЗ сводятся к уравнению (8.23)
или к подобным уравнениям. Для решения таких
задач необходимо выполнить обратное преобра-
зование, чтобы по результатам измерений g. полу-
чить распределение Дх). Такие обратные задачи
называются некорректными, или некорректно по-
ставленными задачами. Их решение ассоцииро-
вано с преодолением трех следующих трудностей.
В принципе решение некорректной задачи может
оказаться математически несуществующим, неодноз-
начным или неустойчивым. Отсутствие решения
8.8. Радиолокационные характеристики метеорологических образований
573
обычно не является типичным для практических
задач, так как речь идет о реальных измерениях^.,
и искомая функция Дх) должна существовать из
физических соображений. Неоднозначность свя-
зана с влиянием размытости, о чем было сказано
выше. Практическое следствие этого состоит в том,
что математически существуют несколько функ-
ций Дх), которые приводят к той же самой функ-
ции gr Эта проблема может быть преодолена за
счет ограничения класса допустимых решений
путем введения априорной информации в про-
цедуру поиска, и сведения решения к физически
осуществимому. Наибольшие трудности при ре-
шении уравнения (8.23), по крайней мере для прак-
тических задач, связаны с преодолением пробле-
мы неустойчивости, возникающей, например, из-
за погрешности в наблюдениях g., с учетом кото-
рой уравнение (8.23) запишем так:
ь
g, + ei = JKiMf(x)dx , (8.24)
а
где даже маленькая погрешность е7 может приве-
сти к как угодно большому изменению вДх). По-
этому окончательный успех любого решения в
значительной мере зависит от точности измере-
ния g. и формы Л(х). Поскольку избавиться от по-
грешностей измерения параметров принятого
ЭМИ в принципе невозможно, необходимо раз-
рабатывать такие процедуры решения обратных
задач, которые обеспечивают получение возмож-
ных решений в реальных условиях получения ис-
ходных данных ДЗ.
8.7.5. Локализация зон
опасных метеорологических явлений
С точки зрения ДЗ, опасные метеорологические
явления (ОМЯ) можно рассматривать как объемно
распределенные объекты, которые занимают опре-
деленные пространственные зоны в облачности или
в безоблачной атмосфере (ясном небе). Физические
признаки внешнего проявления ОМЯ, как правило,
описываются параметрами, характеризующими ин-
тенсивность ОМЯ и которые в принципе можно из-
мерять, например, параметры скорости ветра, на-
пряженности электрического и магнитного полей,
интенсивность осадков. Физические параметры
ОМЯ рассмотрены в подразд. 8.2.
Районы атмосферы, в которых параметры, ха-
рактеризующие интенсивность ОМЯ, превышают
некоторый заданный уровень, называются зонами
ОМЯ. Процесс обнаружения ОМЯ и отнесение их
зон к определенным пространственным координа-
там в заданное время на основании результатов ДЗ
называется локализацией зон ОМЯ [610].
Таким образом, в процессе локализации сред-
ствами микроволнового ДЗ атмосферы обнаружи-
вают зоны ОМЯ и определяют их местоположение
в заданной системе координат. В ряде случаев мож-
но оценить также степень интенсивности ОМЯ.
Локализация опасных для полетов зон борто-
выми радиолокационными средствами - это опе-
ративное обнаружение и определение местополо-
жения с помощью метеонавигационных радиоло-
каторов (МНРЛС) и других боровых устройств,
которые могут быть сопряжены с МНРЛС [618].
8.8. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ
8.8.1. Радиолокационная отражаемость
Зондирование облаков и осадков, как и дру-
гих объектов радиолокационного наблюдения, с
энергетической точки зрения описывают уравне-
нием радиолокации [593]. Облака и осадки со-
стоят из большого количества частиц - капель и
кристаллов, выпадающих или «висящих» в воз-
духе. Такие частички называют гидрометеорами.
Они являются рассеивателями электромагнитно-
го излучения. Радиолокатор облучает одновремен-
но большое количество рассеивателей, совокуп-
ность которых в разрешающем объеме Vвоспри-
нимается как единая цель. Средняя мощность
принятого сигнала пропорциональна радиолока-
ционной отражаемости (РО), полностью опреде-
ляющейся микроструктурой самого метеорологи-
ческого образования.
Объединив все характеристики радиолокатора
в единый параметр С, который имеет смысл энер-
гетического потенциала данного радиолокатора,
уравнение радиолокации метеорологических
574
8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
объектов в сокращенном виде [618] записывают
так:
(8-25)
К
где FJip - принимаемая мощность, усредненная по
всем отражателям, находящимся в разрешающем
объеме; С = const; Z - радиолокационная отража-
емость; R - расстояние от РЛС до объекта; К -
комплексный показатель преломления вещества
рассеивателей.
Из выражения (8.25) вытекает, что измеряя Р ,
можно оценивать РО метеорологического объек-
та. Радиолокационная отражаемость (мм6/м3) очень
сильно зависит от диаметра капель (шестая сте-
пень). Диапазон значений РО облаков и осадков
очень большой. Поэтому РО удобно представлять
в логарифмических единицах. Часто РО выража-
ют в «дебезетах» (dBZ), причем 1 dBZ = 10 1g Z.
Размерность РО такая же, как и Z (мм6/м3).
Величина РО является важным информацион-
ным параметром, интегрально характеризующим
опасность метеорологического объекта для авиации.
8.8.2. Параметры доплеровского спектра
Рассеиватели, формирующие отраженный сиг-
нал, двигаются в разрешающем объеме. Скорость
капли относительно радиолокатора в произволь-
ный момент времени определяется действием не-
скольких сил. По крайней мере, капля падает вер-
тикально вниз под действием силы гравитацион-
ного притяжения, на нее действует ветер и, в осо-
бенности в случае бортового радиолокатора,
составляющая скорости, вызванная движением но-
сителя радиолокатора - самолета или вертолета.
Вследствие эффекта Доплера сигнал обратного
рассеяния характеризуется частотным сдвигом
относительно зондирующего колебания. В случае
зондирования реального метеорологического
объекта принятый сигнал формируется множе-
ством рассеивателей, находящихся в разрешающем
объеме. Поскольку эти рассеиватели двигаются
относительно радиолокатора с разными скорос-
тями и каждый из них создает свой доплеровский
сдвиг, то принятый сигнал содержит целый спектр
доплеровских частот.
С использованием эффекта Доплера связаны
различные методы радиолокационного получения
информации о динамических процессах, проис-
ходящих в облаках и осадках. В практике микро-
волнового доплеровского зондирования (ДЗ) об-
лаков и осадков при интерпретации данных ши-
роко пользуются понятием доплеровского спект-
ра (ДС). Его называют так потому, что спектр
эхо-сигнала от гидрометеоров образуется совокуп-
ностью доплеровских частот, которые связаны с
радиальными скоростями рассеивателей. Понятие
ДС учитывает не только распределение радиаль-
ных скоростей рассеивателей, но и энергетичес-
кую сторону формирования рассеянного сигнала
ансамблем хаотически движущихся частичек. Это
выражается, прежде всего, в том, что мощность
отраженного сигнала зависит от эффективной пло-
щади рассеяния (ЭПР) частички, в то время как
доплеровский сдвиг частоты зависит от радиаль-
ной скорости этой частички. В связи с этим ско-
рости частичек с большой ЭПР вносят больший
вклад в ДС, чем скорости частичек, имеющих
меньшую ЭПР. Адекватный подход к моделиро-
ванию сигналов, отраженных от метеорологичес-
ких объектов, развит в работе [561].
Как аргумент ДС часто используется не часто-
та/ а доплеровская скорость, т. е. радиальная ско-
рость рассеивателей v. Ясно, что при постоянной
частоте излучаемых колебаний доплеровская ско-
рость и доплеровская частота однозначно связа-
ны соотношением f = 2v/X . Однако величина v
как аргумент спектральной функции носит более
общий характер, поскольку она не зависит от не-
сущей частоты сигнала радиолокатора.
Таким образом, ДС сигнала, отраженного от
облаков и осадков, является взвешенным распре-
делением радиальных скоростей рассеивателей.
Весы доплеровских скоростей (или доплеровских
частот) зависят от отражающей способности рас-
сеивателей, которые двигаются с соответствующи-
ми скоростями. Отражаемость капель очень силь-
но зависит от их размеров. Поэтому, если в разре-
шающем объеме имеются несколько больших ка-
пель, то их скорости в ДС могут играть большую
роль, чем скорости мелких капель, хотя количе-
ство последних во много раз больше.
На самом деле веса скоростей (или частот) ДС
зависят не только от отражающей способности
соответствующих рассеивателей, но также и от
формы диаграммы направлености антенны, фор-
мы зондирующих импульсов и отклика приемни-
ка на эти импульсы. Это можно учесть с помо-
8.8. Радиолокационные характеристики метеорологических образований
575
щью весовой функции по дальности, на которую
в импульсной РЛС влияет огибающая зондирую-
щего импульса, и весовой функции по угловым
координатам, по сути, повторяющей форму глав-
ного лепестка диаграммы направленности антен-
ны по мощности. При упрощенном определении
ДС [618] учитывают только веса, связанные с от-
ражающей способностью капель. Весовые функ-
ции подробно рассмотрены в [681], а оценка вли-
яния реальной формы ДН на параметры спектра
изложена в [609].
Математическое выражение ДС учитывает ЭПР
капли о(£>), зависящее от диаметра капель, и
количество капель данного диаметра в единице
объема, задаваемое распределением капель по раз-
мерам N(D). Если известна плотность распреде-
ления радиальной скорости капли диаметра D, то
ДС можно определить формулой
Г p(v/D)v(D)N(D)dD (8 26)
с интегрированием по всем размерам капель от
наименьших Dmjii до наибольших Dmm.
Ключевым компонентом ДС в формуле (8.26)
является условная плотность распределения ради-
альной скорости капли p(y/D), которая связана
с инерционностью капли [611]. На рис. 8.38 [618]
представлены распределения р(г/е,0) при сла-
бой турбулентности е = 1 см2/с3 (штриховая ли-
ния) и сильной турбулентности е = 100 см2/с3
(сплошная линия) для двух моделей зондирова-
ния: вертикального (0 = 90°) и при наклоне ан-
тенны на угол 0 = 20° относительно горизонта.
Из графиков плотности вероятностей радиаль-
ной скорости видно, что кривые распределения
при 0 = 90° располагаются правее кривых при
0 = 20°. Это вызвано тем, что проекция скорости
падения капель на луч (радиальная скорость) мак-
симальна, когда антенна направлена вертикально
вверх. Диапазон распределений, соответствующих
сильной турбулентности (е =100 см2/с3), значи-
тельно шире, чем при слабой турбулентности
(Е = 1 см2/с3). Расширения спектра из-за турбу-
лентности больше при малых углах наклона ан-
тенны (0 = 20°) по сравнению со спектром при
больших углах наклона (0 = 90°). Положитель-
ные скорости (в направлении на радиолокатор)
более вероятны при зондировании вертикально
вверх. Вероятность отрицательных скоростей по-
Рис. 8.38. Плотности вероятностей радиальной скорос-
ти капель дождя при разных интенсивностях турбулент-
ности и углах наклона антенны
вышается с увеличением интенсивности турбулент-
ности.
При реальных измерениях мощность приня-
тых сигналов и амплитуды спектральных состав-
ляющих, которые являются результатом преоб-
разования Фурье принятых временных реализа-
ций, зависят от энергетического потенциала и
других параметров радиолокатора. Поэтому при
расчетах удобно вынести все сомножители, ко-
торые не зависят от D, за знак интеграла и ввести
такое нормирование, чтобы площадь под спект-
ральными кривыми равнялась радиолокационной
отражаемости, т. е. ^Sv(v)dv = Z. Тогда
Sv(v.f-)=Q J p(y/D.E)DbN(D)dD , (8 27)
где £ - множитель, зависящий от Z, | А'| , а также
от параметров радиолокатора и нормирования.
Некоторые другие метеорологические явления
и процессы ДЗ также могут влиять на ДС. К ним
относятся сдвиг ветра, изменения ориентации и
вибрации гидрометеоров, движение луча антенны,
поступательное движение самолета. Поэтому про-
цессы формирования реальных ДС более слож-
ны, чем рассмотренные модели.
Влияние движения носителя РЛС (самолета) на
спектр принятого сигнала состоит в том, что, во-
первых, ДС смешается вправо в соответствии с
проекцией скорости самолета на луч, а во-вторых,
спектр дополнительно расширяется. Движение лу-
ча антенны также приводит к расширению спект-
576 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
ра. Эти эффекты рассмотрены в [618]. Они могут
быть учтены или компенсированы при обработке
сигналов.
Для расчета средней скорости и ширины ДС
удобно пользоваться нормированным спектром
(^)/{ Sv(y)dv . Если удельная ЭПР однород-
на по объему или если ЭПР и скорость капли яв-
ляются некоррелированными величинами, то нор-
мированная спектральная плотность пропорцио-
нальна распределению вероятностей радиальных
скоростей. Важно отметить, что при нормирова-
нии теряется информация, которая содержится в
амплитудных характеристиках отраженного сиг-
нала. Полную информацию из сигнала доплеров-
ского радиолокатора можно извлечь, работая со
спектрами, сохраняющими энергетические особен-
ности отраженного сигнала. Поэтому основные
параметры ДС — его моменты:
нулевой, который является ничем иным, как
РО данного разрешающего объема метеорологи-
ческого объекта,
[\,(v)dv = Z; (8.28)
первый начальный, определяющий среднюю
доплеровскую скорость,
— Г vST,(y)dv =v ; (8.29)
Z
второй центральный, определяющий диспер-
сию доплеровской скорости,
= (8-30)
По своей сути параметр ог, представляет со-
бой взвешенное среднеквадратичное отклонение
радиальных скоростей рассеивателей от их взве-
шенной средней радиальной скорости. Из фор-
мулы (8.28) вытекает тесная связь между измере-
ниями РО по временным реализациям путем их
усреднения для оценки средней мощности при-
нятого сигнала и измерениями ненормированных
спектров. Фактически РО, будучи нулевым момен-
том спектра, используется в формулах (8.29) и
(8.30) в качестве нормирующего делителя. Пара-
метры ДС содержат очень важную информацию
об опасности исследуемого отражающего объема
и совокупности отражающих объемов при зонди-
ровании метеорологического объекта.
8.8.3. Поляризационные параметры
Поляризационные радиолокаторы отличаются
переменной поляризацией зондирующего и/или
принятого сигнала, а также обеспечивают прием
двух ортогонально поляризованных радиоволн, что
дает возможность дистанционно определять такие
характеристики гидрометеоров, как размеры, фор-
му, пространственную ориентацию и термодина-
мическое состояние. Поляризационные характе-
ристики отдельного гидрометеора имеют фунда-
ментальное значение. Эти характеристики описы-
ваются с помощью матрицы обратного рассеяния
[5], связывающего электрическое поле обратного
рассеяния в антенне с падающим электрическим
полем [681].
Учитывая практическое значение линейной
ортогональной поляризации, рассмотрим лишь
линейный ортогональный поляризационный ба-
зис, указав, что результаты имеют силу и для лю-
бого другого ортогонального поляризационного
базиса. Связи между параметрами отражателей и
измеряемыми величинами обычно являются не-
линейными, а также неявными интегралами ма-
тематических ожиданий. Поэтому используют спе-
циальные комбинации измеряемых величин, что-
бы исключить какие-то характеристики свойств
гидрометеоров и выделить другие. Некоторые по-
ляриметрические измеряемые переменные, полу-
ченные из параметров ковариационной матрицы
обратного рассеяния, указаны ниже.
Радиолокационная отражаемость при горизон-
тальной (Л) и вертикальной (v ) поляризациях
где У - элементы матрицы [5], а индексы обо-
значают поляризацию, причем первый индекс ха-
рактеризует поляризацию принятой составляю-
щей сигнала, а второй - зондирующего колеба-
ния.
Дифференциальная отражаемость (ДО)
Z = 101g
(8.32)
Линейное деполяризационное отношение
(ЛДО)
8.8. Радиолокационные характеристики метеорологических образований
577
С
Рис. 8.39. Типичные формы падающих капель дождя
“> Vf "» s|.s„r
(8.33)
Взаимный корреляционный коэффициент при
нулевом сдвиге
/с с* \
Рм.(0)= \ 7 , (8.34)
Кроме этих пяти измеряемых переменных мо-
гут быть использованы и другие, например, удель-
ная дифференциальная фаза, представляющая со-
бой относительную разность фаз сигналов на ор-
тогональных поляризациях.
После введения измеряемых параметров, учи-
тывающих поляризационные особенности сигна-
лов, рассмотрим физическую сторону поляримет-
рического зондирования метеорологических объек-
тов. В подразд. 8.9.3 не оговаривается форма рас-
сеивателей. По сути, принята сферическая форма
частичек, так как поляризационные эффекты не
принимались во внимание. Однако большинство
типов осадков содержит несферические частички.
Капли дождя сплюснутые, ледяные кристаллы
вытянутые или сплюснутые, снежинки имеют
сложную форму. На рис. 8.39 приведены фотогра-
фии реальных капель дождя разных размеров, из
которых ясно видно, что чем крупнее капля, тем
больше ее форма отличается от сферы.
Обратное рассеяние на несферических частич-
ках зависит от поляризации зондирующего сигна-
ла. Поэтому путем изменения поляризационных
характеристик антенн и специальной обработки
сигналов можно получить информацию о форме
гидрометеоров. При использовании поляризаци-
онных характеристик появляются дополнительные
возможности улучшения качества идентификации
типа гидрометеоров, а также повышается точность
оценки интенсивности осадков.
Для того чтобы учесть несферичность гидро-
метеоров, их форма моделируется сплюснутыми
или вытянутыми эллипсоидами. В частном случае
при равенстве двух из трех осей эллипсоида он
превращается в сфероид. В книге [618] с привле-
чением результатов [677] детально рассмотрены
ЭПР сфероида в положении без наклона и с на-
клоном с учетом поляризационных эффектов. Эф-
фективную площадь рассеяния сфероида можно
записать в виде
ип=^У2(ег-1)Ч, (8.35)
4л
где индексы г и i при о соответствуют поляриза-
ции отраженной и падающей волн; к0 - волновое
число; V — объем частицы; ег - относительная
диэлектрическая проницаемость частицы; qri - ко-
эффициент, зависящий от формы и ориентации
сфероида [618]. В случае обратного рассеяния на
сфере из (8.35) можно получить оценку, которая
совпадает с выражением для рэлеевского рассея-
ния на сферической частице [593].
Когда частичка наклонена, т. е. ее ось симмет-
рии находится под углом 8 к вертикали, рассеян-
ный сигнал содержит кросс-поляризационную
(перекрестную) составляющую. Это лишь одно из
проявлений связи поляризационных параметров
с ориентацией частичек. Связь поляризационных
параметров с характеристиками метеорологичес-
ких образований базируется на том, что они очень
чувствительны к форме и ориентации частиц. Не
углубляясь в теорию, приведем результаты расче-
тов с помошью математических моделей, адекват-
ность которых проверена экспериментально [880].
Эти результаты иллюстрируют связи параметров
поляризации радиолокационного сигнала с харак-
теристиками гидрометеоров.
Угол 8 наклона частиц в облаках и осадках
является случайной величиной и характеризует-
ся распределением значений 8 . При условии га-
уссового распределения р(8) с нулевым средним
и дисперсией ой зависимость ZDR от эквивалент-
ного диаметра капель D, т. е. диаметра сферы,
объем которой равен объему несферической кап-
ли, показана на рис. 8.40 для разных углов на-
клона антенны в вертикальной плоскости при
о5 = 10°. Из графиков видно, что при зондиро-
вании в вертикальном направлении (0 = 90°)
37 8-470
578 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
дифференциальная отражающая ZDR не зависит от
диаметра и близка к нулю. Это объясняется тем,
что капли сплющены в вертикальной плоскости
и их проекциями являются круги.
При наклоне антенны ZDR возрастает, так как
проекция капли на плоскость, перпендикулярную
к лучу, отличается от круга, т. е. сигналы с орто-
гональными поляризациями рассеиваются по-раз-
ному. Чем больше D, тем значительнее отличает-
ся капля от сферы, следовательно, тем больше ZDR.
Зависимость дифференциальной отражаемости от
диаметра частиц при постоянном угле наклона ан-
тенны (60°), но при разных значениях дисперсии
угла наклона частиц (о8 =1; 10; 30; 50°) показана
на рис. 8.41.
Анализ этого графика показывает, что рост
дисперсии углов наклона несферических частиц,
т. е. повышение вероятности отклонения их от нор-
мального положения падающей капли, нивелиру-
ет обычную зависимость Zdr(D). При увеличении
дисперсии og кривые становятся более пологи-
ми. В реальных условиях большой разброс углов
8 наклона частиц может быть вызван турбулент-
ностью, сдвигом ветра, торнадо и другими дина-
мическими процессами [886].
В случае несферических твердых частиц, таких
как градины или снежинки, рассеяние на разных
поляризациях будет неодинаковым вследствие их
несимметричности. Кроме того, может появиться
существенная кросс-поляризационная составляю-
щая, т. е. отражение на ортогональной поляриза-
ции относительно поляризации падающей волны.
Расчеты проводились для капель дождя при
наклоне антенны 30° для разных значений дис-
персии углов ориентации частичек о6. Наблю-
дается возрастание величины LDR как функции
эквивалентного диаметра капли Z), причем бо-
лее хаотичная ориентация частиц (большее зна-
чение о8) ведет к возрастанию ЛДО. Таким об-
разом, турбулентность, очевидно, влияет на па-
раметры ZDR и Ldr противоположно. Вероятно,
что одновременное измерение ZDR и LDR может
дать более определенную информацию о мик-
рофизических характеристиках гидрометеоров в
исследуемом объеме облака. Из приведенных
формул и результатов расчетов вытекает, что на
дифференциальную отражаемость ощутимо вли-
яет изменение размеров частиц при углах на-
клона антенны, отличных от 90°. Линейное де-
поляризационное отношение возрастает при уве-
личении разброса углов наклона частиц несфе-
рической формы.
На самом деле ситуация еще более сложная,
поскольку речь идет о рассеянии на ансамбле ча-
стиц с учетом их распределения по размерами и
ЭПР. Не углубляясь далее в теоретические вопро-
сы, перейдем к практической оценке поляриза-
ционных параметров.
Наиболее простыми являются такие три схемы
измерений:
1) передатчик и приемник настроены на гори-
зонтальную поляризацию: е, = е, = ё,,;
2) передатчик и приемник настроены на вер-
тикальную поляризацию: ёг = е, = ёг,;
Рис. 8.40. Зависимость ZDR от диаметра час-
тиц при разных углах наклона антенны
Рис. 8.41. Зависимость ZDR от диаметра частиц
при разных значениях угла наклона частиц
8.8. Радиолокационные характеристики метеорологических образований
519
3) передатчик излучает горизонтально поляри-
зованный сигнал, а приемник принимает только
вертикально поляризованную компоненту отра-
женного сигнала: ёг = ёг, П et = eh.
Схемы 1 и 2 относятся к сополяризационным
измерениям. Схема 3 представляет собой кросс-
поляризационные измерения. Для управления
поляризацией радиолокационного сигнала исполь-
зуют антенны с управляемой поляризацией.
Известны два основных типа поляриметриче-
ских РЛС - одноканальные и двухканальные. Двух-
канальные РЛС, в которых каждый из ортогональ-
ных компонентов сигнала обрабатывается парал-
лельно в своем канале, позволяет быстрее полу-
чить необходимую совокупность поляризационных
параметров. Однако точная работа двухканальной
РЛС связана с необходимостью поддержания стро-
гой идентичности каналов. Иначе поляризацион-
ные отличия могут оказаться не следствием осо-
бенностей облаков и осадков, а быть вызваны рас-
хождениями критических характеристик парал-
лельных каналов ортогональных поляризаций.
Одноканальные РЛС лишены этого недостатка
(если не учитывать, что измерения на разных по-
ляризациях проводятся с интервалом в период мо-
дуляции зондирующего сигнала), но требуют вдвое
больше времени для излучения и приема необхо-
димого набора сигналов для оценки измеряемых
поляризационных параметров.
Технические аспекты построения устройств с
необходимыми характеристиками касаются также
проблемы идентичности диаграмм направленнос-
ти антенн при изменении поляризации и развяз
ки основных и перекрестных составляющих по-
ляризованных сигналов. Антенны с управляемой
поляризацией, которые обеспечивают необходи-
мые технические характеристики, вполне реали-
зуемы в бортовых МНРЛС. Конкретные разработ-
ки таких антенн известны [615]. С их помощью
можно делать поляризационные измерения с дос-
таточной для практики точностью.
Чаше всего измеряют радиолокационную
отражаемость при разных поляризациях Zh, Zv,
Z4i, дифференциальную отражаемость ZDR =
= 10 lg(ZWi/Zv), реже ЛДО LDR= 10 lg(Z„v/Zv) или
LDR= 10 lg(ZUi/Zvv). Заметим, что LDR обычно явля-
ется довольно малой величиной, и ее измерения с
необходимой точностью вызывают определенные
трудности.
8.8.4. Доплеровско-поляриметрические
характеристики
Отдельного обсуждения заслуживает вопрос
применения поляриметрических измерений в ко-
герентных радиолокаторах. Когерентно-импульсные
радиолокаторы, а также когерентные радиолокато-
ры непрерывного излучения с частотной модуля-
цией. которые имеют технические устройства для
управления поляризацией на передачу и на прием
и позволяют проведение как доплеровских, так и
поляриметрических измерений, называются доп-
леровско-поляриметрическими радиолокаторами.
По сравнению с другими такие радиолокационные
системы имеют значительно большие информаци-
онные возможности, однако и интерпретация их
данных существенно сложнее. В настоящее время
известны лишь результаты исследовательских ра-
бот по измерению турбулентности, интенсивности
осадков и других метеорологических характерис-
тик доплеровско-поляриметрическими РЛС назем-
ного базирования [681, 880].
Кривые на рис. 8.42 характерируют ДС отра-
женного от дождя сигнала, рассчитанного |618]
при горизонтальной Shh(y) и вертикальной 5„(v)
поляризациях. Ясно, что для каждого спектра мож-
но рассчитать или получить путем измерений оцен-
ки параметров ширины ДС ovw,, . РО
при разных комбинациях поляризаций на переда-
чу и прием Zhh, Zm, Z^, средних скоростей Vhh, Vm ,
и т. п. Справедливо предположить, что сово-
купности таких параметров содержат больше ин-
формации, чем каждый из них в отдельности,
но наибольший интерес вызывают спектральные
поляризационные параметры, которые формиру-
ются путем совместной обработки двух или боль-
ше доплеровско-поляриметрических спектров.
Рис. 8.42. Характеристики ДС отраженного
от дождя сигнала
580 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.43. Спектральные дифференциальная отражаемость и линейная дифференциаль-
ная отражаемость как функции доплеровской скорости капель
В работах [934], [917] введены параметры, по-
хожие на дифференциальную отражаемость ZCR, и
ЛДО Ldr, но в отличие от этих интегральных пара-
метров, которые являются числами для данного раз-
решающего объема, новые параметры - функции:
м")=101ём4: L™W=101gM^j- (836)
Они называются спектральными дифференциальной
и линейной дифференциальными отражаемостями.
Интерпретация доплеровско-поляриметричес-
ких спектральных параметров - сложная задача,
но эти параметры имеют большой информацион-
ный потенциал. Рассмотрим, например, одно из
простейших метеорологических явлений - дождь.
Дождевые капли имеют два свойства, которые яв-
ляются важными для интерпретации СДО и СЛДО.
Во-первых, чем больше диаметр капли, тем ее
форма больше отличается от сферы. Во-вторых,
капли с большим эффективным диаметром D па-
дают быстрее, так как постоянная скорость паде-
ния формируется как баланс силы притяжения
земли и силы сопротивления воздуха (закон Сто-
кса). Поэтому при зондировании зоны осадков
под некоторым углом в вертикальной плоскости
характеристики СДО и СЛДО как функции ско-
рости f должны возрастать (большая скорость от-
вечает большему диаметру, т. е. большей дефор-
мации капли по сравнению со сферой). Этот ло-
гический вывод иллюстрируется результатами рас-
четов, показанными на рис. 8.43.
Пунктирные прямые - это линейные регрес-
сии (ReZCK и Re£fiR), построенные методом наи-
меньших квадратов. Тангенс угла а наклона пря-
мой ReZCK к оси абсцисс обозначим SlpZCR = tga.
Эта величина является одним из доплеровско-по-
ляризационных информационных параметров.
Турбулентность атмосферы, действуя на капли,
нарушает их установившуюся скорость и нормаль-
ную ориентацию. Это частично нивелирует харак-
терную зависимость, показанную на рис. 8.43. Ре-
зультаты расчетов СДО при разных значениях ин-
тенсивности турбулентности, которая задается па-
раметром е, показаны на рис. 8.44.
Кривая при е = 0,1 соответствует практичес-
ки отсутствию турбулентности. Следующие две
кривые представляют собой две градации слабой
турбулентности. Эти результаты свидетельствуют
о довольно высокой чувствительности параметра
SlpZCR к интенсивности турбулентности. Таким
Рис. 8.44. Функции СДО при трех значени-
ях интенсивности турбулентности
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеорологических явлений
581
образом, доплеровско-поляриметрические инфор-
мационные параметры отличаются чувствитель-
ностью как к особенностям формы и ориента-
ции частиц (подобно поляризационным парамет-
рам), так и к динамике рассеивателей, определя-
ющейся турбулентностью, сдвигом ветра и дру-
гими факторами. Доплеровско-поляриметриче-
ские методы являются перспективными для опе-
ративных метеорологических радиолокаторов сле-
дующих поколений [886].
8.9. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗОН
ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
8.9.1. Ливни
Кучево-дождевые облака, сопровождающие-
ся ливневыми осадками, иногда называют лив-
невыми облаками. Ливневые облака и дожди
хорошо обнаруживаются средствами радиолока-
ции сантиметрового диапазона. Метеорологиче-
ские образования могут иметь разнообразную
микроструктуру. Вследствие высокой чувстви-
тельности РО к размерам капель диапазон РО в
облаках и осадках очень большой. Данные об
отражаемости Z облаков разных типов приведе-
ны в [529]. Среди недождевых облаков наиболь-
шая отражаемость в среднем присуща мощным
кучевым облакам. Все дождевые облака харак-
теризуются еще большими значениями РО.
В грозовых и градовых облаках РО может дос
тигать 107 мм6/м3.
Интенсивность осадков I измеряют в единицах
толщины слоя воды, которая выпадает в единицу
времени (миллиметр в час). Величина/зависит от
распределения капель по размерам и скорости их
падения относительно земли. Поскольку свойства
метеорологических образований также связаны с
распределением размеров капель N(D), то их мож-
но связать и с интенсивностью осадков. Отражае-
мость осадков Z как функцию их интенсивности I
приблизительно можно выразить эмпирической
зависимостью
Z = Л1Ь. (8.37)
В умеренных широтах для дождя в среднем
А = 200, b = 1,6, а для снегопада А = 2000, 6=2.
Интенсивность снегопадов обычно находится в
пределах 0,01-5 мм/ч. Дожди имеют более широ-
кий диапазон значений интенсивности 0,1 < I <
< 150 мм/ч. Используя (8.37) и (8.25), можно рас-
считать дальность обнаружения дождя заданной
интенсивности с помощью радиолокатора с изве-
стными параметрами.
Основной способ обнаружения опасных лив-
невых осадков состоит в измерении РО (Z), кото-
рая связана с интенсивностью дождя. Обычно РО
оценивается по сечению метеорологического об-
разования в горизонтальной или в вертикальной
плоскости. Если интенсивность осадков или РО
превышает установленный пороговый уровень, то
принимается решение, что данное метеорологи-
ческое образование опасно. Национальное бюро
погоды США применяет классификацию интен-
сивности осадков и их РО [513], представленную
в табл. 8.6.
В таблице указан цвет, которым обычно ото-
бражается соответствующая зона на экране метео-
Таблица 8.6. Классификация интенсивности осадков и соответствующие значения радиолокационной отражаемости Z
Характеристика осадков Интенсивность осадков, мм/ч Радиолокационная отражаемость Z Цвет отображения зоны осадков
мм6/м3 abZ
Слабые 0,76-3,Я (1,3 17) - I02 21-32 Зеленый
Умеренные 3,8-12,7 (1,7-12) • 103 32-41 Желтый
Сильные 12,7-50,8 (1.2-11) - 104 41-50 Красный
Интенсивные 50,8 204 (1.1 -10) 105 50-60 Фуксиновый
582 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
рологического радиолокатора в режиме обнару-
жения интенсивных осадков.
Для надежной оценки опасности осадков не-
обходимо довольно точно измерять РО. Погреш-
ности измерения РО зависят от многих инстру-
ментальных, системных и случайных факторов.
В частности, на эти погрешности влияют неточ-
ность временной автоматической регулировки
усиления (ВАРУ), неточность компенсации ос-
лабления радиоволн; системные погрешности
(связаны с приемом отражений от земной поверх-
ности по основному и боковым лепесткам); дли-
на волны (за счет возможного отклонения харак-
тера рассеяния от модели Рэлея и особенностей
распространения радиоволн), неточность калиб-
ровки радиолокатора, флюктуации сигнала, из-
менчивость микроструктуры метеорологических
объектов.
Оценка требований к точности измерения РО
сделана в [618]. Там показано, что для обеспече-
ния погрешности измерения интенсивности осад-
ков не выше 10 % необходимо измерять РО с по-
грешностью, которая не превышает 16 %. Мето-
дами повышения точности оценки РО являются
осреднение сигнала, снижение уровня боковых ле-
пестков, коррекция по дальности, компенсация ос-
лабления радиоволн, калибровка радиолокацион-
ной системы.
Осреднение принятого сигнала. Вопрос состоит
в том, сколько реализаций или какое время необ-
ходимо для оценки средней мощности. При усло-
вии, что амплитуда подчиняется распределению
Рэлея, а мощность - экспоненциальному распре-
делению, в работе [26] оценено влияние осредне-
ния сигнала на распределение его значений и на
точность оценки РО. При осреднении по 25 неза-
висимым импульсам и доверительной вероятнос-
ти 0,95 измеренное среднее будет находиться в
интервале 40 % от истинного среднего. Посколь-
ку такие погрешности имеют тот же порядок, что
и другие случайные погрешности, а также даль-
нейшее повышение точности оценки истинной
средней мощности требует значительно большего
количества независимых выборок к (пропорцио-
нально к2), то при экспериментальных измерени-
ях мощности эхо-сигналов от осадков можно по-
лучить приблизительно к = 25 независимых им-
пульсов.
Коррекция сигнала по дальности. Из уравнения
(8.25) вытекает, что мощность принятых сигна-
лов, отраженных от метеообразований с одинако-
вой РО, обратно пропорциональна квадрату их
дальности. Облака, которые имеют одинаковую РО
Z, но находятся на разных расстояниях от радио-
локатора, создадут на входе приемника разную
мощность. Для количественного определения
опасности метеообьектов по их РО Z необходима
коррекция сигнала по дальности. Компенсация
зависимости сигнала от дальности при измерении
РО осуществляется методом ВАРУ приемника.
Система ВАРУ изменяет усиление приемника в
зависимости от расстояния R в соответствии с урав-
нением (8.25). Согласно [513], максимальная даль-
ность действия ВАРУ бортового метеорологичес-
кого радиолокатора должна быть не меньше 0,25
от максимальной дальности обнаружения метео-
образований, обусловленной показателем потен-
циала, или не меньше 130 км. График градуиров-
ки ВАРУ, можно построить путем введения на-
чальных отсчетов дальности Д, и мощности Ро, как
показано в [608]. Схемы ВАРУ, которые работают
по принципу снижения чувствительности прием-
ника, в некоторых случаях могут привести к не-
желательному подавлению сигналов, отраженных
от слабых осадков. Для устранения этого недо-
статка разрабатывают более совершенные алгорит-
мы ВАРУ [417].
Коррекция сигнала по ослаблению. Необходи-
мость учета ослабления радиоволн при опенке
опасности облаков и осадков, расположенных за
другими метеообъектами, очевидна. Однако кор-
ректная компенсация ослабления является слож-
ной технической задачей. Национальный Коми-
тет по безопасности перевозок США - National
Transportation Safety Board (NTSB) опубликовал
результаты расследования авиационных катастроф,
связанных с некорректной работой бортовых ра-
диолокаторов. Причиной одной из них явилось
затухание радиолокационных сигналов 3-сантимет-
рового диапазона в атмосферных осадках, что ог-
раничило возможность определения с помощью
метеонавигационной радиолокационной станции
(МНРЛС) фактической протяженности и интен-
сивности опасной зоны, из-за чего экипаж про-
должал полет в зону сильного дождя. Это привело
к тому, что оба двигателя заглохли из-за засасы-
вания значительных масс воды. В 1975 г. при по-
добных обстоятельствах из-за потери мощности
обоих двигателей потерпел крушение самолет DC-9.
Погибло 63 человека. В данном случае NTS В ус-
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеорологических явлений
583
тановил, что потеря тяги была вызвана попадани-
ем в компрессор двигателей значительной массы
воды и града. Самолет DC-9 вошел в зону осадков
интенсивностью более 50 мм/ч с верхней кром-
кой кучево-дождевого облака выше 12000 м.
В отчете NTSB отмечалось, что на данные радио-
локатора, который работает в 3-сантиметровом ди-
апазоне, существенно влияет ослабление радио-
волн в водяных парах и атмосферных осадках. Если
пилот не учитывает это ограничение, он может
неправильно истолковать изображение на экране
индикатора. Из этого был сделан вывод, что са-
молетный метеорадиолокатор (без компенсации
затухания) следует использовать только как сред-
ство избежания попадания в зону сложных метео-
условий, а не как устройство для прохождения
через зону гроз. Поэтому в современных МНРЛС
обязательно предусматривают компенсацию ослаб-
ления радиоволн. Для сантиметрового диапазона
ослаблением атмосферными газами можно прак-
тически пренебречь, но ослабление в облаках и
осадках должно обязательно учитываться. Извест-
ны разные аппроксимации эмпирических зависи-
мостей между интенсивностью осадков и ослаб-
лением радиоволн в них. В [730] используется урав-
нение
L2 =2,9-10 4Z0 72 ,
где L2 — одностороннее ослабление в зоне дождя,
дБ/км; Z — РО, мм6 /м3.
Принцип коррекции по ослаблению состоит в
изменении амплитуды по закону, зависящему от
измеренных значений РО в элементах дальности.
Таким образом, устройство компенсации ослаб-
ления по своей сути является адаптивным [618].
8.9.2. Турбулентность
Существует несколько подходов к обнаруже-
нию зон опасной турбулентности (ЗОТ) в облаках
иосадках, а также в ясном небе (ТЯН). Зоны опас-
ной турбулентности в облаках и осадках обнару-
живаются с помощью микроволновых радиолока-
торов. Чаще всего используют радиолокаторы сан-
тиметрового диапазона. Для выявления ТЯН при-
меняют лазерные локаторы (лидары), а также
радиолокаторы дециметрового диапазона с высо-
ким энергетическим потенциалом.
Связь радиолокационной отражаемости с турбу-
лентностью. Механизм корреляционной связи меж-
ду РО и турбулентностью в облаках и осадках со-
стоит в том, что турбулентность и восходящие
потоки способствуют образованию крупных ка-
пель, а размеры капель и количество больших ка-
пель определяют величину РО. Поэтому высокая
РО является косвенным признаком ЗОТ. Можно
представить себе такую модель образования и ро-
ста капель [618]. При определенных условиях (тем-
пература, влажность, давление) первые капельки
образуются за счет конденсации воды, находящей-
ся в парообразном состоянии, на мелких частич-
ках - ядрах конденсации, которых всегда много в
тропосфере. Только что образовавшиеся капель-
ки очень маленькие и имеют слабую РО. Однако
процесс конденсации продолжается, капли уве-
личиваются. Возрастает и их РО. В то же время
образовавшаяся капля падает под действием сил
гравитации, она может выйти из зоны эффектив-
ной конденсации и тогда, не успев вырасти, кап-
ля испаряется. Этому препятствуют восходящие
потоки. Восходящий поток воздуха, поддерживая
капли на высотах, содействует продолжению про-
цесса конденсации и роста капель. На границах
восходящего потока существуют высокие гради-
енты скорости воздуха и возникают турбулентные
завихрения. Турбулентность, в свою очередь, мо-
жет способствовать росту капель. Это связано с
тем, что хаотичные вихри воздуха, увлекая капли
за собой, сталкивают их. В результате таких столк-
новений капли сливаются. Из двух мелких капель
образуется одна большая. Увеличение диаметра
капли в два раза приводит к росту отражаемости в
64 раза. Процесс роста капель за счет их слияния
вследствие столкновений называется коагуляци-
ей. Таким образом, восходящие потоки воздуха и
турбулентность способствуют конденсации и коа-
гуляции, следовательно, и росту размеров капли и
увеличению РО.
При достижении критических размеров массы
гидрометеоры начинают падать, вызывая усиле-
ние нисходящих потоков в облаке и увеличение
турбулентности. Следовательно, РО (а значит и
принятая радиолокатором мощность отраженных
радиоволн), которая находится в сильной зависи-
мости от размеров капель, должна характеризо-
вать степень опасности облака для самолетов с
точки зрения наличия ЗОТ. Действительно, слои-
стые, слоисто-кучевые и высококучевые облака, в
584
8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
которых процессы турбулентного обмена развиты
слабо, не имеют и больших РО (Z < 102 мм6/м3).
В таких облаках отсутствует корреляция между ве-
личиной РО и параметрами турбулентности. Это
является следствием того, что здесь турбулентность
в процессе увеличения рассеивателей играет вто-
ростепенную роль по сравнению с другими фак-
торами (например, электрическими силами). Для
мощно-кучевых и кучево-дождевых облаков, в
особенности в грозовой стадии, заметна четкая
связь между параметрами РО и турбулентности
(оба параметра примерно одновременно возрас-
тают по мере развития облака и перехода его в
грозовую стадию). Таким образом, области высо-
кой РО являются индикаторами тех районов тро-
посферы, в которых повышена вероятность ЗОТ.
Коэффициент корреляции между величинами ov
и 10 lg Z составляет приблизительно 0,5, что харак-
теризует не очень тесную, но заметную корреляцию
между этими двумя параметрами. Подобные зави-
симости были получены путем специальных летных
экспериментов [761]. Сравнения одновременно из-
меренных значений скоростей турбулентных пуль-
саций, вызывавших перегрузку самолета, и характе-
ристик РО облаков, которые пересекал самолет,
подтверждают, что характеристики РО и параметры
турбулентности взаимосвязаны.
Необходимо иметь в виду, что расположение
зон повышенной РО в целом не совпадает точно с
расположением ЗОТ в облаке, т. е. РО лишь ин-
тегрально характеризует повышенную вероятность
опасности облака с точки зрения наличия ЗОТ в
облаке или в районе облака. Поэтому инструкции
по использованию данных бортовых некогерент-
ных радиолокаторов, не имеющих режима допле-
ровского обнаружения ЗОТ, вообще запрещают
входить в облака, которые дают сильные радиоло-
кационные отражения.
Связь параметров ДС с турбулентностью. Воз-
можность оценки турбулентности на основе эф-
фекта Доплера основана на следующих предполо-
жениях и фактах:
1) турбулентные порывы ветра вовлекают в свое
движение частички облаков и осадков, являющи-
еся рассеивателями энергии, излучаемой МНРЛС.
Следовательно, скорости рассеивателей связаны
с турбулентностью;
2) при формировании сигнала, отраженного
от ансамбля рассеивателей, колебания, рассеян-
ные частицами, взаимодействуют между собой,
Рис. 8.45. Нормированные ДС при различной
интенсивности турбулентности
и доплеровские сдвиги частоты парциальных сиг-
налов разных рассеивателей при наложении при-
водят к флюктуациям суммарного принятого сиг-
нала;
3) анализируя сигнал путем прямого преобра-
зования Фурье, получаем оценку спектра, завися-
щего от исходных доплеровских сдвигов частоты,
вызванных движущимися рассеивателями;
4) оценки параметров радиальной скорости
движения рассеивателей позволяют судить о ха-
рактеристиках турбулентности, являющейся одной
из причин этого движения. Таким образом, ин-
формация о турбулентности и других динамичес-
ких процессах в метеообъекте, состоящем из рас-
сеивателей электромагнитной энергии, формиру-
ется в энергетическом спектре отраженного сиг-
нала. Скорость диссипации кинетической энергии
турбулентности (СДКЭТ), которая характеризует
интенсивность турбулентности, входит в качестве
параметра в выражение ДС (8.26):
J pp(v/D,e)g(D)^DMD (8 38)
На рис. 8.45 показаны результаты расчетов [618]
нормированных ДС при трех значениях интенсив-
ности турбулентности. В качестве оценки шири-
ны ДС часто пользуются среднеквадратичным от-
клонением доплеровской частоты, которое явля-
ется квадратным корнем второго центрального мо-
мента ДС, т. е. дисперсии спектра о; .
Величина о.. зависит как от параметров РЛС и
режима зондирования, так и от метеорологических
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеорологических явлений
585
параметров, которые определяют распределение
плотности гидрометеоров и их скоростей в разре-
шающем объеме. Критическими параметрами ра-
диолокатора являются ширина диаграмм направ-
ленности антенны, частотный диапазон и длитель-
ность зондирующего импульса.
Относительное движение гидрометеоров в ра-
диальном направлении приводит к расширению
спектра. Турбулентность вызывает хаотичное от-
носительное перемещение рассеивателей. Но су-
ществуют и другие причины взаимного движе-
ния гидрометеоров: СВ и разброс скоростей па-
дения как следствие отличий размеров капель.
Кроме того, спектр расширяется также из-за дви-
жения отражающего объема в результате скани-
рования антенны. Поскольку указанные механиз-
мы расширения спектра действуют независимо
один от другого, дисперсия частоты может быть
представлена как сумма влияний каждого из эф-
фектов [6811:
+ °« + ^ + °о + °т2 ’ (8-39)
где каждое из слагаемых представляет собой вклад
в общую дисперсию: oj - за счет СВ; <га - из-за
движения антенны; oj - вследствие разброса ско-
ростей падения рассеивателей; а; - под влияни-
ем изменения ориентации и вибраций рассеива-
телей; oj - из-за турбулентности.
Следует отметить, что при обнаружении тур-
булентности на основе измерения ширины ДС
дополнительное расширение спектра за счет СВ
не является препятствием для принятия решения
об опасности. Во-первых, СВ - действительно
опасное явление, во-вторых, ЗОТ встречаются
намного чаще, в-третьих, отличия между явлени-
ями турбулентности и СВ в определенной мере
условны и зависят от пространственных масшта-
бов, которые принимаются во внимание. Иначе
говоря, макромасштабная турбулентность может
рассматриваться как совокупность СВ меньших
масштабов. Именно поэтому измерение суммы
= ст + о, вполне приемлемо.
Формула (8.39) не учитывает возможное рас-
ширение спектра в результате обработки сигнала
(эффект спектрального окна и ему подобные).
Заметим, что все приведенные расчеты сделаны в
предположении конкретных значений многих ме-
теорологических факторов, влияющих на резуль-
тат, а также параметров РЛС и режима зондиро-
вания. Из-за того, что эти факторы и параметры
никогда не известны точно, их общее действие
обусловливает случайный характер связи между
характеристиками метеообъекта и измеренными
параметрами отраженного радиолокационного
сигнала, даже если предположить, что сами пара-
метры измерены довольно точно.
Алгоритмы обнаружения турбулентности. Суще-
ствует ряд подходов к решению задачи обнаруже-
ния турбулентности в облаках и осадках на осно-
ве связей между турбулентностью и характерис-
тиками отраженного радиолокационного сигнала.
Разработаны и находят практическое применение
разные алгоритмы обработки сигналов.
Следует отметить, что на ширину ДС, оце-
ненную по сигналу, отраженному от одного раз-
решающего объема, влияют лишь турбулентные
вихри, пространственный масштаб которых
меньше размера разрешающего объема. Сравни-
вая между собой результаты доплеровских из-
мерений средней скорости рассеивателей в раз-
ных разрешающих объемах, можно, наоборот,
оценить интенсивность турбулентности, масш-
табы которой превышают размеры разрешающе-
го объема радиолокатора. Это можно сделать
только с помощью когерентного доплеровского
радиолокатора. В то же время известно [26], что
ширина спектра огибающей сигнала некогерент-
ного радиолокатора однозначно связана с ши-
риной ДС, если выполняются условия Котель-
никова-Найквиста. Следовательно, указанный
параметр также содержит информацию о турбу-
лентности. Кроме того, ширина ДС обратно свя-
зана с коэффициентом межпериодной корреля-
ции сигнала. Это дает возможность использо-
вать корреляционные характеристики сигнала в
наземных и бортовых метеорологических радио-
локаторах [611]. Идея использования коэффи-
циента межпериодной корреляции для обнару-
жения турбулентности нашла довольно широкое
применение в наземных и бортовых метеороло-
гических радиолокаторах.
Комплексный алгоритм совместного исполь-
зования амплитудного и корреляционного пара-
метров для повышения вероятности локализации
опасных турбулентных зон был предложен в 1985 г.
[618]. Алгоритм включает измерения параметров
РО и ширины спектра, формирование и испыта-
ние на порог дискриминантной функции, завися-
щей от комплекса параметров.
586 8. БЕЗОПА СНОСТБ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДБ1
Алгоритм, известный как пульс-парный (pulse-
pair), широко используется в метеорологических
радиолокаторах [681]. Корреляцию одного импуль-
са с другим оценивают по корреляционному ко-
эффициенту (КК), на практике его получают раз-
личными вычислительными процедурами. Алго-
ритм обнаружения турбулентной зоны реализует-
ся с помощью сравнения оценки КК с порогом
решения И.
Отраженный радиолокационный сигнал явля-
ется коррелированным случайным процессом.
Коэффициент корреляции между двумя последо-
вательными импульсами, отраженными от одного
единичного радиолокационного объема, рассмат-
ривается как функция интенсивности турбулент-
ности г = г(<\,), где ог, — среднеквадратичное зна-
чение доплеровской скорости, характеризующее
интенсивность турбулентности. Чем выше интен-
сивность турбулентности, тем ниже КК. Этот ал-
горитм достаточно прозрачен при отсутствии шума.
Но в реальной ситуации, когда действует адди-
тивная смесь коррелированного сигнала и некор-
релированного шума, достоверность обнаружения
турбулентности снижается. В работе [773] показа-
но, что существует определённое значение отно-
шения сигнал/шум у0, начиная с которого КК
уменьшается, когда увеличивается о7,. Для импульс-
ной РЛС оно зависит от периода повторения им-
пульсов Ts, длины волны Л и мощности шума
приемника . Поэтому пульс-парный алгоритм,
который на самом деле измеряет межпериодный
КК, чувствителен к интенсивности турбулентнос-
ти, только если отношение сигнал/шум больше,
чем у0. Некоррелированный шум может привес-
ти к значительной декорреляции принятого сиг-
нала. Это означает, что необходимо повысить по-
рог обнаружения, что снижает эффективность
пульс-парного алгоритма в случае небольшого от-
ношения сигнал/шум. В результате уменьшается
дальность обнаружения турбулентности. Пульс-
парный алгоритм становится непригодным при
малых значениях ширины спектра (несильной тур-
булентности) или при недостаточных отношени-
ях сигнал/шум.
Указанные выше алгоритмы радиолокационно-
го обнаружения зон турбулентности в облаках ис-
пользуют ясные физические принципы. Они пост-
роены с применением измерительных алгоритмов
конкретных информационных сигналов (мощнос-
ти, ширины спектра, интервала корреляции, КК и
т. д.). Одним из важных факторов, часто ограничи-
вающим вероятность обнаружения турбулентности
с помощью известных алгоритмов, является недо-
статочный объем выборки сигнала для получения
обоснованных оценок информационных показате-
лей. Статистические характеристики выборочных
оценок существенно зависят от объема выборки.
Кроме того, на достоверность информации боль-
шое влияние оказывают шумы и помехи, характе-
ристики которых могут изменяться в процессе ра-
боты. Поэтому алгоритмы, которые построены на
основе физических соображений, в реальных ситу-
ациях не всегда бывают наилучшими.
Существует класс алгоритмов обнаружения тур-
булентности, синтезированных на основе статис-
тических зависимостей между параметрами сиг-
Рис. 8.46. Вероятность правильного обнаруже-
ния D турбулентности для алгоритмов:
/ — пульс-парного; 2 — адаптивного одновыборочно-
го; 3 — адаптивного двухвыборочного; 4 - парамет-
рического
Рис. 8.47. Зависимость порогового
уровня принятия решения от объема
выборки для алгоритмов:
/ - пульс-парного; 2 - адаптивного одно-
выборочного; 3 - адаптивного двухвыбо-
рочного; 4 - параметрического
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеорологических явлений
587
Рис. 8.48. Данные, иллюстрирующие отрицательную корреляцию между накло-
ном СДО и интенсивностью турбулентности
нала и характеристиками объекта. Задача синтеза
параметрического алгоритма [458] обнаружения
ЗОТ формулировалась как проверка параметри-
ческой гипотезы с учетом как амплитудных о,
так и корреляционных г параметров, а структура
решающего правила определялась логарифмом от-
ношения правдоподобия для конкурирующих ги-
потез. Для обеспечения стабильности вероятнос-
ти ложной тревоги порог решения V в парамет-
рическом алгоритме необходимо изменять соот-
ветственно дальности.
В работе [773] содержится и другая постановка -
синтез одновыборочного адаптивного алгорит-
ма, инвариантного к мощности сигналов, кото-
рый реагирует только на смену КК, игнорируя
(в информационном смысле) мощность обнару-
женного отраженного сигнала, а следовательно
и РО. Таким образом, он не полностью исполь-
зует информацию, содержащуюся в сигнале, от-
раженном от турбулентной зоны. Более полное
использование информации с учетом данных о
фоновой помехе от земной поверхности или от
других неподвижных рассеивателей, попавших
в разрешающий объем, может быть осуществле-
но при использовании двухвыборочного реша-
ющего правила [773], экспериментально прове-
ренного в [885]. Соответствующий алгоритм ис-
пользует две выборки - сигнальную хр ..., хп,
которая может нести информацию о наличии
зоны турбулентности, и обучающую ур ..., уп,
содержащую только сигнал от фона. Результаты
сравнительного анализа указанных алгоритмов
путем статистического моделирования показа-
ны на рис. 8.46 [773].
На рис. 8.47 показана зависимость порогового
уровня принятия решения от объема выборки.
Вполне естественно, что наибольшей эффек-
тивностью характеризуется параметрический ал-
горитм, самым близким к нему является адап-
тивный двухвыборочный, далее следует адаптив-
ный алгоритм. Достоверность пульс-парного ал-
горитма существенно снижается при низких
отношениях сигнал/шум и при невысоком уров-
не интенсивности турбулентности. Адаптивный
подход к обнаружению ЗОТ может быть приме-
нен как в некогерентных, так и в когерентных
588 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
метеорологических радиолокаторах. В то же вре-
мя для доплеровских радиолокаторов могут раз-
рабатываться также алгоритмы, учитывающие
среднюю доплеровскую скорость в отражающих
объемах.
В последнее время быстро развиваются доп-
леровско-поляриметрические методы исследова-
ния облаков и осадков. В частности, в работе
[886] представлены результаты радиолокацион-
ных наблюдений за дождем, которые проанали-
зированы с целью исследования связи между ин-
тенсивностью турбулентности в дожде и спект-
ральной дифференциальной отражаемостью
(СДО) sZrfr (рис. 8.48) - измеряемой величиной,
разработанной и введенной в практику дистан-
ционного зондирования (ДЗ) атмосферы в пос-
леднее время [817]. Экспериментальные данные
были получены с помощью радиолокационной
системы 5-диапазона TARA (Л. = 9 см) на поли-
гоне, расположенном в центральной части Ни-
дерландов. Установлено, что СДО, в частности
ее параметр - наклон линии линейной аппрок-
симации кривой СДО (slope sZdr), связан с ин-
тенсивностью турбулентности.
Накопленные результаты одновременных из-
мерений SLP (slope sZdr) и вклада турбулентности
(от) в ДС показаны на рис. 8.48. Представлены
данные для 13 временных слоев от 90 элементов
дальности, т. е. для 1170 точек. Из графика видно,
что осредненные значения SLР и о, отрицатель-
но коррелированны между собой, следовательно,
чем больше интенсивность турбулентности, тем
меньше SLP. Измерения в спектральной области
на двух поляризациях легли в основу алгоритма,
описанного в работе [818].
Сочетание теории адаптивного статистическо-
го синтеза с новыми [280] данными о связи доп-
леровско-поляриметрических измеряемых пара-
метров с турбулентностью может лечь в основу
разработки новых алгоритмов радиолокационно-
го обнаружения турбулентности.
Синтез адаптивных алгоритмов является ша-
гом вперед по сравнению с эвристическим и па-
раметрическим подходами. Но проблема адекват-
ности исходных моделей остается актуальной и в
этом случае. С точки зрения усовершенствова-
ния методики синтеза, дальнейшее направление
исследований связано с синтезом непараметри-
ческих алгоритмов обнаружения сигналов от тур-
булентных зон. Таким образом, существуют оп-
ределенные возможности дальнейшего развития
метеорологических радиолокаторов (бортовых и
наземных) в части разработки и применения ал-
горитмов обнаружения турбулентности.
8.9.3. Сдвиг ветра
Оперативные методы обнаружения сдвига вет-
ра (СВ) как отдельного опасного метеорологичес-
кого явления начали разрабатываться сравнитель-
но недавно. В последние годы в ведущих авиаци-
онных странах мира последовательно проводятся
работы по созданию надежных оперативных
средств дистанционного обнаружения зон СВ и
микровзрыва бортовыми и наземными средства-
ми ДЗ. Механизм обнаружения СВ средствами ДЗ,
как и в случае обнаружения турбулентности, свя-
зан с доплеровскими измерениями характеристик
движения рассеивателей, увлекаемых порывами
ветра. Такими рассеивателями выступают гидро-
метеоры (капли, кристаллы, снежинки) или мел-
кие аэрозольные частички, которые всегда есть в
тропосфере.
Связь СВ с шириной ДС. Слагаемое, описыва-
ющее расширение спектра из-за СВ, которое вхо-
дит в (8.39), в свою очередь, содержит три состав-
ляющие:
°;=<+Олв + °^, (8.40)
соответствующие наклонной, азимутальной и ра-
диальной координатам. Выражение (8.40) [681] по-
лучено при допущении, что СВ постоянен по
разрешающему объему, а весовая функция может
быть представлена в виде произведения функций
по координатам 0, V иг. Если ветер линейно
изменяется относительно v0, то скорость ветра
v-v0 = к'Х + к'У + k.z , (8.41)
где кх, к. и к. - составляющие СВ по трем осям.
Сориентируем систему координат так, чтобы
ось у была направлена по углу наклона V , ось х-
по азимуту 0 , а ось z - параллельно оси антенны.
Координаты по этим осям являются составляю-
шими вектора /*0 - гр а начало координат* опре-
деляется радиусом-вектором г0, причем |r, -*i| = rp.
Из (8.41) следует, что 7> = т'о при rt = г0. В работе
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеорологических явлений
589
[681] показано, что когда размеры отражающего
объема малы по сравнению с расстоянием до него,
т. е. отрезки в направлениях, перпендикулярных
к лучу, могут быть аппроксимированы длинами
дуг, то
„2 _ „2 , „2 , _2 _
= (го0 A )2 + (г0оЛ )2 + (arkr )2, (8.42)
где kw, кв, к,- составляющие сдвига по коорди-
натам V, 6, г; oj и - определяются как вто-
рые центральные моменты в обозначенных направ-
лениях для двукратно используемой ДН антенны
по мощности; о2 = а? - второй центральный мо-
мент весовой функции, которая зависит от фор-
мы импульса и характеристики приемника. Для
гауссовой ДН антенны с круговой симметрией
по крайней мере, двухмерное поле скоростей, а
многопозиционные системы, занимающие три или
больше локационных позиций, обеспечивают по-
лучение 3D информации о трех ортогональных со-
ставляющих скорости ветра в зоне обзора.
Обнаружение зон СВ с учетом характеристик
самолета. Из качественного анализа влияния СВ
и микровзрыва на самолет (см. подразд. 8.4) выте-
кает, что угрозу безопасности полета представля-
ют воздействия горизонтального СВ и нисходя-
щего потока. Каждое из этих влияний порознь или
оба совместно могут привести к критической по-
тере высоты самолета, который садится или взле-
тает. Исходя из этого, в работе [652] с учетом осо-
бенностей механики полета введен безразмерный
параметр F-фактор, учитывающий скорость само-
лета. Он количественно характеризует влияние го-
ризонтальных и вертикальных СВ на самолет. Этот
параметр описывается формулой
= °е
161п2 ’
(8.43)
1 йин w
g dt KI ’
(8.45)
Для прямоугольного излучаемого импульса и
гауссовой АЧХ приемника при условии согласо-
ванности полосы пропуска приемника (А/'t, = 1,37)
справедливо соотношение:
(8.44)
Чтобы оценить величины сдвигов к^ , кв и кг,
которые необходимо подставить в выражение
(8.42), можно воспользоваться различием радиаль-
ных скоростей в сопредельных по наклону и ази-
муту областях в сферической системе координат,
связанной с радиолокатором.
Обнаружение СВ по полю скоростей ветра. Доп-
леровские локационные приборы и системы при-
боров разных диапазонов (радиолокаторы, лида-
ры, инфракрасные локационные системы и т.п.) в
принципе позволяют измерять скорости движе-
ния рассеивателей в отражающем объеме. При
условии высокого пространственного разрешения
один локатор без сканирования способен полу-
чать информацию об изменениях скорости ветра
вдоль линии луча. При сканировании он может
воспринимать информацию о радиальной скоро-
сти по разрезу воздушной массы или метеороло-
гического объекта в плоскости сканирования. Два
синхронно работающих локатора могли бы давать,
где U,, - горизонтальная составляющая скорости
ветра вдоль траектории полета; w - вертикальная
составляющая скорости ветра; g - ускорение сво-
бодного падения; \'а - воздушная скорость само-
лета. Этот параметр рекомендован Федеральной
Авиационной Администрацией США (FAA) в ка-
честве основы для оценки СВ, a ARINC 708А он
рекомендуется как критерий оценки опасности СВ
для бортовых метеорологических радиолокаторов.
Перспективные исследования. Совершенствова-
ние методов обнаружения СВ остается актуаль-
ной задачей, над решением которой работают во
многих странах мира с высокоразвитой авиацией.
В рамках долгосрочного сотрудничества между TU-
Delft (Нидерланды) и НАУ (Украина) предпола-
гается выполнение проекта по созданию много-
позиционной радиолокационной системы для из-
мерения 3D поля ветра и обнаружения всех видов
СВ и микровзрыва [866], которые могут представ-
лять опасность для полетов в зоне аэропорта (не-
сколько десятков километров от ВПП и до 5 км
вверх), в частности, по линии глиссады посадки и
взлета (рис. 8.49).
Планируется выполнить исследования и разра-
ботки в развитие предложения [866] на основе по-
лученных теоретических и экспериментальных ре-
зультатов [886], новых данных, которые должны
590 8. БЕЗО ПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.49. Мультистатическая система для измерения 3D
поля ветра в районе аэродрома на основе доплеровско-
поляризационного радиолокатора
быть получены с помощью активного радиолока-
тора, и специально разработанных пассивных при-
боров, образующих мультистатическую радиолока-
ционную систему. Экспериментальная система
может быть установлена в районе аэродрома для
проведения ДЗ тропосферы и обнаружения 3D поля
ветра с оценкой необходимых параметров и срав-
нением радиолокационных наблюдений с прямы-
ми нерадиолокационными измерениями и объек-
тивными данными влияния СВ на самолеты.
кристаллы). Эта зона обычно имеет и наибольшую
РО. Электрические силы взаимодействия также спо-
собствуют коагуляции капель. Поэтому между элек-
трическим полем в облаке и его отражаемостью су-
ществует связь, которая основана на том, что и на-
пряженность поля Е, и РО Z растут с ростом кон-
центрации и размеров частиц. К сожалению, эта
связь прослеживается только для осредненных зна-
чений параметров. Максимальная РО кучево-дож-
девого облака может служить косвенным призна-
ком его электрической активности. Иногда предель-
ным значением РО для обнаружения грозы считают
Z = 2 104 мм6/м3 [529].
Перспективы активной радиолокации для об-
наружения зон повышенной электрической актив-
ности связаны с применением поляризационных
характеристик сигналов для оценки регулярной
компоненты ориентации рассеивателей, которая ас-
социируется с сильным электрическим полем [599].
Пассивные методы. Разнообразные типы доволь-
но интенсивного собственного ЭМИ сопровож-
дают электрические процессы в тропосфере, по-
этому пассивное ДЗ - органичное направление раз-
вития исследований атмосферного электричества.
Различные типы проявлений электрической
активности в метеорологических объектах указа-
ны на рис. 8.50.
Тепловое излучение является предметом радио-
метрических методов [464] исследований и прак-
8.9.4. Молния
Известны активные и пассивные методы обна-
ружения молний и зон повышенной электричес-
кой активности в атмосфере.
Активная радиолокация. Электрические процес-
сы существенно влияют на формирование микро-
структуры облаков. Некоторая информация об элек-
трических процессах может быть получена с исполь-
зованием активных средств ДЗ. В процессе разви-
тия мощных конвективных облаков, с того момента
как в них начинается интенсивный рост частиц,
который приводит к увеличению РО, происходит
интенсивная электризация отдельных гидрометео-
ров и деление зарядов разных знаков. Основная элек-
тризация происходит в зоне, где существуют части-
цы в двухагрегатном состоянии (и капли, и ледяные
Рис. 8.50. Классификация проявлений электрической
активности в метеорологических объектах
8.9. Методы обнаружения зон опасных метеорологических явлений
591
тически играет лишь вспомогательную роль в об-
наружении ОМЯ.
Непрерывно-шумовое ЭМИ возникает в на-
чальный период деятельности грозового облака.
Оно наблюдается постоянно, пока продолжаются
процессы разделения зарядов и поддерживается
сильное электрическое поле [247]. Спектральная
плотность этого ЭМИ не очень значительна и оно
почти равномерно до сотен мегагерц. Предгрозо-
вое ЭМИ начинается за 7-15 мин перед первой
активной молнией. Интенсивность излучения на
всех частотах во время активной фазы грозы по-
вышается на 2—3 порядка, причем самые интен-
сивные сигналы наблюдаются во время разряда.
Во время активной грозы обнаруживаются все три
типа собственного ЭМИ.
Диапазон частот предгрозового ЭМИ (нетеп-
лового и немолниевого) широкий перед первым
ударом молнии, в паузах между молниями и на
протяжении некоторого времени после их пре-
кращения. По длительности пакетов импульсов
различают ЭМИ: 1) предгрозовое, длительность
пакетов 7-10 мс; 2) молнии, длительность 100-
120 мс; 3) непрерывно-шумовое, режим длитель-
ности 0,8-2,0 мс. Данные о немолниевом ЭМИ
на частоте 1,7 МГЦ представлены в [247]. Такое
ультракоротковолновое ЭМИ существует доволь-
но продолжительное время и имеет вполне ста-
ционарную природу. Разработаны метод и уст-
ройство для обнаружения предгрозового собствен-
ного ЭМИ и оценки координат его источника с
борта ВС [618]. Этот метод способен обнаружи-
вать грозовые ячейки за несколько минут до на-
чала активной грозовой деятельности.
Существует группа методов для обнаружения
и определения координат электрических разря-
дов, которые являются источниками атмосфе-
риков (ЭМИ молнии). Эти методы более разви-
ты по сравнению с теми, которые касаются дру-
гих типов нетеплового ЭМИ, так как молния ге-
нерирует наиболее мощный сигнал. Частотный
спектр ЭМИ молнии чрезвычайно широкий.
Особенности в разных диапазонах этого ЭМИ
исследованы в [126]. Статистические модели ат-
мосфериков и некоторые методы локации гроз
обобщены в [268].
Задача определения направления на молнию
решается довольно просто известными методами
пеленгации. Трудности связаны с оценкой рассто-
яния до источника ЭМИ, когда измерения долж-
ны быть осуществлены с одной точки, например, с
борта самолета. Существует несколько различных
подходов к разработке оперативных приборов. Про-
стейший из них (ЛЛ-метод) основан на оценке ве-
личины принятых радиочастотных сигналов. В сред-
нем, чем более интенсивен сигнал, тем меньше
расстояние до его источника. Практически этот
метод обеспечивает точность оценки расстояния
лишь 50 % из-за того, что мощность ЭМИ носит
статистический характер. Л/1-метод использовался
в дешевых бортовых штормоскопах [801].
Второй подход (£77-метод) основан на измерени-
ях отношения электрической Е и магнитной //ком-
понент принятого сигнала. £/7-метод позволяет дос-
тичь точности 10 % для расстояний не более 60 км.
Третий метод {НН-метод) базируется [802] на
измерениях отношения двух магнитных компонен-
тов поля, которое генерируется молнией, на двух
разных частотах Но =|//(ш1)/7/(ы2)|. Он обеспе-
чивает оценку больших дальностей. Такой метод
используется в штормоскопе LSZ-850 фирмы «Хо-
нивел» (Honeywell), которая декларирует погреш-
ность не больше 10 %.
Четвертый (££-метод) основан на измерениях
напряженности электрического поля в двух орто-
гональных плоскостях. Он предложен и исследо-
ван в НАУ. Расстояние между молнией и борто-
вым приемником определяется путем обработки
результатов измерений напряженностей электри-
ческого поля в вертикальной и горизонтальной
плоскостях.
Точность ££-метода определяется погрешнос-
тью из-за предположения, что высота эквивалент-
ного диполя молнии равняется нулю. Эта погреш-
ность уменьшается, когда расстояние возрастает.
Другая составляющая погрешности возникает из-
за отклонения эквивалентного диполя от верти-
кальной позиции. Указанная погрешность может
быть уменьшена путем идентификации вертикаль-
ных разрядов. ££-метод реализуется на одной ра-
бочей частоте или с использованием спектра час-
тот и специальными процедурами обработки сиг-
налов для повышения точности.
Погрешность измерений дальности до молнии
всеми упомянутыми методами может быть умень-
шена путем осреднения [884].
Классификация, показанная на рис. 8.50,
включает также квазиэлектростатическое поле,
измерение которого лежит в основе электроло-
кационного метода [888]. Возможность оценки
592 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
электрической структуры облачности, собствен-
ного заряда самолета и прогнозирование напря-
женности электрического поля атмосферы по
трассе полета самолета свидетельствует о том,
что можно использовать еще один подход к опе-
ративному обнаружению молниевой опасности.
Он [888] предложен еще в 1980 г. [618]. Этот
подход перспективен в связи с указанной в под-
разд. 8.4 опасностью возникновения молнии в
негрозовых облаках под влиянием собственного
заряда самолета.
8.9.5. Град
Отражаемость градоносных облаков в среднем
выше, чем гроз без града. Если удельная ЭПР об-
лака о0 >5-10“5 м ', то в облаке могут быть гради-
ны размером больше 1 см. Доказано, что чем выше
облако и чем больше его РО, тем больше вероят-
ность града. Признаки градовых облаков — вели-
чина РО и особенности ее распределения. Облако
является градовым, если:
1) величина РО превышает 30 дБ7;
2) вертикальная длина зоны повышенной от-
ражаемости (ЗПО) превышает 3 км;
3) отношение вертикальной длины ЗПО к тол-
щине всей зоны радиолокационного отражения
составляет приблизительно 50 %;
4) ЗПО располагается в средней или верхней
части облака;
5) большая часть ЗПО сосредоточена в зоне
отрицательных температур;
6) вертикальная длина радиолокационного от-
ражения не меньше 6 км и достигает высот 9 км.
Для надежного распознавания градовых обла-
ков по РО необходимо, чтобы существовала вся
совокупность указанных признаков [529]. Достичь
высокой достоверности определения локализации
ЗГО только по одному измеренному параметру
РО невозможно из-за значительной области пе-
рекрытия кривых условных вероятностей p{Z/zpad)
и р(2/ливень). Иногда «градовым порогом» РО счи-
тают Z = 105 мм6/м3 = 50 дБ/. Для более надеж-
ного распознавания зон града применяют специ-
альные радиолокационные методы, например,
зондирование на двух длинах волн.
Поляризационные характеристики сигналов,
отраженных от частиц разной формы и разме-
ров, с учетом характерных особенностей градин
позволяют утверждать, что обнаружение града
может быть осуществлено на основе оценок по-
ляризационных параметров отраженных сигна-
лов [599], [86-4]. Существует ряд подходов к об-
наружению града поляризационным методом
[882, 887].
8.9.6. Обледенение самолетов
Поляризационные параметры применяются
также для обнаружения зон опасности обледене-
ния (ЗОО). В 1991 г. А. Б. Шупяцкий и Ф. И. Янов-
ский получили положительное решение по заявке
№ 4898827 на изобретение «Способ радиолокали-
зации зон опасности обледенения воздушных су-
дов». Этот метод определения локализации ЗОО
использует чувствительность поляризации к фор-
ме рассеивателей для обнаружения переохлажден-
ных капель [599], которые имеют практически сфе-
рическую форму. В свою очередь, наличие пере-
охлажденной воды является основным фактором,
создающим условия для обледенения ВС в поле-
те. Для сферических капель ZDR близка к нулю.
Для несферических частиц, которыми являются
ледяные кристаллы, значения ZDR отличаются от
нуля тем больше, чем сильнее выражена несфе-
ричность частичек. Поэтому при ZDR > б прини-
мается решение, что ЗОО нет [882]. Но невыпол-
нения условия Z;),. > б не обязательно свидетель-
ствует о наличии ЗОО, так как близкое к нулю
значение ДО может быть вызвано не только сфе-
ричностью частиц, но и хаотичной ориентацией
ледяных кристаллов.
Для исключения предположения, что объект со-
стоит из кристаллов, осуществляют проверку LI)R > у.
Дело в том, что наличие несимметричных (несфе-
рических) частичек, даже хаотически ориентирован-
ных, вызывает появление ортогональной поляриза-
ционной составляющей в отраженном сигнале, т. е.
Ldr возрастает. Вопрос о том, находятся ли эти кап-
ли в переохлажденном состоянии, решается путем
оценки температуры [882] объекта t.
В последнее время исследования и разработ-
ки, посвященные развитию этого метода [811, 877]
и оперативных технических средств дистанцион-
ного обнаружения зон вероятного обледенения
ВС в полете [90, 881] существенно активизирова-
лись в США, Канаде, Германии и других странах
[803, 821].
8.10. Наземные средства обнаружения опасных метеорологических явлений
593
8.10. НАЗЕМНЫЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ
ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
8.10.1. Виды
метеорологических радиолокаторов
Согласно [26], радиолокационная метеорология
впервые использовалась в 1941 г., когда 10-санти-
метровый радиолокатор, расположенный на побе-
режье Англии, обнаружил грозовое облако на рас-
стоянии 13 км. Это случилось на начальном эта-
пе развития радиолокационной техники, вклад
в развитие которой внесли ученые разных стран
[787, 889].
Современные метеорологические радиолокато-
ры (МРЛ) предназначены для обнаружения гроз,
ливневых осадков и облаков, для определения их
координат, скорости, измерения других парамет-
ров и выделения зон ОМЯ. По принципу действия
МРЛ целесообразно разделить на некогерентные
и доплеровские. Радиолокаторы каждого из этих
двух классов могут быть поляризационными.
С использованием поляризационных МРЛ появи-
лась возможность оперативно управлять поляри-
зацией сигнала на передачу или/и на прием. По-
ляризационные радиолокаторы, которые обеспе-
чивают измерение поляризационных параметров
цели, называют поляриметрическими. Различают
одноволновые и многоволновые (обычно двухвол-
новые) МРЛ. Как поляриметрические, так и мно-
говолновые радиолокаторы являются мультипара-
метрическими.
Некогерентные МРЛ можно считать метеоро-
логическими радиолокаторами первого поколения.
В качестве примера можно назвать советские ра-
диолокаторы МРЛ-2, МРЛ-5 и американские
WSR-57, WSR-74C. Оперативные доплеровские
МРЛ - это радиолокаторы второго поколения.
Наиболее распространен в США радиолокатор
типа NEXRAD, или Next Generation Weather Radar
(WSR-88D).
Перспективными являются доплеровско-поля-
риметрические МРЛ. В настоящее время в Нидер-
ландах, Великобритании, США и Германии функ-
ционируют лишь исследовательские радиолокато-
ры такого типа, например Delft Atmospheric Research
Radar (DARR) [772], Transportable Atmospheric
Radar (TARA) [729]. Передвижной радиолокатор
«S-Ро!» Национального центра атмосферных ис-
следований (NCAR) представляет собой опытный
образец двухполяризационной версии WSR-88D
[672]. Тем не менее, в США уже издана моногра-
фия [654], посвященная доплеровско-поляримет-
рическим методам исследования атмосферы. Ме-
тоды извлечения метеорологической информации
из отраженного радиолокационного сигнала могут
существенно отличаться от методов для радиоло-
каторов разного типа. Некоторые из них рассмот-
рены в подразд. 8.9.
8.10.2. Некогерентные
метеорологичекие радиолокаторы
Некогерентные МРЛ способны обнаруживать
отражения от метеорологических целей на фоне
шума, а также могут измерять РО облаков и осад-
ков. Интерпретация результатов измерений осу-
ществляется в соответствии с данными по связи
РО с метеорологическими параметрами (подразд.
8.8, 8.9). В зависимости от функционального на-
значения некогерентные МРЛ традиционно делят
на три класса. К первому относятся МРЛ, пред-
назначенные для обнаружения зон облаков и осад-
ков с целью штормового оповещения об ОМЯ.
Для измерения количества и интенсивности ат-
мосферных осадков, контроля за результатами
активных воздействий на дождевые и градовые
облака используют МРЛ второго класса. С помо-
щью МРЛ третьего класса осуществляют наблю-
дение за недождевой облачностью и измерение ее
границ, контроль за результатами активных воз-
действий на недождевые облака.
Требования к МРЛ зависят от выполняемых
функций. Обычно некогерентные МРЛ дают воз-
можность получить вертикальный и горизонталь-
ный разрезы метеорологических образований,
верхнюю и нижнюю границы облачности, интен-
сивность осадков, водность облаков. Они также
способны оценить тенденцию развития облаков и
определить термодинамическое состояние атмос-
феры, т. е. зоны конвекции, восходящие потоки
воздуха, высоту тропопаузы и т. п. Важным и слож-
ным является вопрос об оптимальных длинах волн.
Объединение двух каналов с разными длинами
38 8-470
594 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
волн позволяет повысить точность метеорологи-
ческой информации и расширить функциональ-
ные возможности МРЛ, хотя значительно услож-
няет и удорожает систему. Особенность наблюде-
ний с помощью МРЛ - необходимость сканиро-
вания в вертикальной плоскости для получения
информации о вертикальных профилях РО и дру-
гих измеряемых параметрах. Важными являются
также вопросы осреднения сигналов, компенса-
ции ослабления и коррекции по расстоянию, рас-
смотренные в подразд. 8.9.
Несмотря на то, что некогерентные МРЛ сле-
дует считать устаревшими, они до сих пор ис-
пользуются, например, гидрометслужбами Нидер-
ландов, Польши, Российской Федерации, Венг-
рии, Украины, Франции, Чешской Республики и
многих других стран. В странах СНГ широкое
применение нашли двухволновые радиолокато-
ры МРЛ-1 (в диапазонах 8 мм и 3 см), одновол-
новые МРЛ-2 (3 см) и двухволновой МРЛ-5, а
также их одноволновые модификации МРЛ-4 и
МРЛ-6. Метеорологическая информация пред-
ставляется в форме радиолокационной карты.
Радиолокатор МРЛ-5 является специализирован-
ной двуканальной системой градозащиты. Он
надежно измеряет разнообразные параметры об-
лаков, выделяет градовые, градоопасные и потен-
циально градоопасные облака. Один канал рабо-
тает на волне 3,2 см, а второй - на волне 10 см.
Антенны МРЛ-5 в защитной оболочке могут рас-
полагаться на значительном расстоянии от пуль-
та управления. Этот радиолокатор имеет боль-
ший энергетический потенциал и более совер-
шенную аппаратуру обработки и регистрации ме-
теорологической информации по сравнению с
радиолокаторами МРЛ-1 и МРЛ-2. В режиме гра-
дозащиты диаграммы направленности (ДН) его ан-
тенн симметричны и имеют одинаковую ширину
(1,5°). В режиме штормооповещения ДН первого
(3 см) канала сужается до 0,5°. Поляризация поля
антенн - линейная, в первом канале - вертикаль-
ная, во втором - горизонтальная.
Некогерентные МРЛ морально устарели и по-
всеместно вытесняются доплеровскими радиоло-
каторами. В то же время потенциальные возмож-
ности некогерентных радиолокаторов не исполь-
зуются в полной мере. В работах [773, 885] пред-
ставлены новые довольно эффективные алгоритмы
обнаружения зон турбулентности с помощью не-
когерентных радиолокаторов.
8.10.3. Доплеровские
метеорологические радиолокаторы
Когерентные (доплеровские) радиолокационные
станции предназначены для оценки метеорологи-
ческих характеристик на основе измерений пара-
метров доплеровских спектров, которые были рас-
смотрены в подразд. 8.8. Они позволяют опреде-
лять средние и турбулентные характеристики воз-
душного потока. Первые работы по применению
эффекта Доплера в радиолокационной метеороло-
гии появились еще в конце 1950-х годов, но только
в 1990-х методы доплеровской радиолокации ста-
ли (в США) стандартным инструментом, который
применяется в оперативных МРЛ для получения
информации о динамических процессах в облаках
и осадках. Эффект Доплера в сочетании с совре-
менными методами обработки сигналов дает воз-
можность создать богатый набор автоматизирован-
ных алгоритмов. Это позволяет метеорологам бо-
лее определенно идентифицировать метеорологи-
ческие объекты и опасные явления, в частности,
оценивать интенсивность гроз и осадков, опреде-
лять положение вершин облаков, обнаруживать
признаки ОМЯ (турбулентности, микровзрывы,
СВ), измерять количество осадков.
Импульсная доплеровская МРЛ типа NEXRAD -
это современная цифровая система, разработан-
ная в США. Она нашла широкое применение во
многих регионах мира. Целесообразно выделить
следующие компоненты этой системы, существен-
ные с точки зрения получения конечной метеоро-
логической информации и ее использования:
1) система сбора радиолокационных данных -
Radar Data Acquisition (RDA); 2) система широко-
полосной связи - Wideband Communication Link
(WCL); 3) устройство формирования радиолока-
ционной данных - Radar Product Generator (RPG);
4) терминал процессора основного пользователя
Workstation (Principal User Processor) (PUP Work-
station); 5) пользовательский терминал (Applications
Terminal); 6) основные и неосновные пользовате-
ли - Principal and Other Users.
Блок RDA является собственно радиолокато-
ром (WSR-88D). Он состоит из антенны, передат-
чика, приемника и сигнального процессора. Эти
узлы генерируют и излучают зондирующие им-
пульсы, принимают отраженную энергию и обра-
батывают ее (сигнал), формируя радиолокацион-
ные данные.
8.10. Наземные средства обнаружения опасных метеорологических явлений
595
Блок WCL обеспечивает обмен данными между
RPG и RDA в режиме широкополосной полнодуп-
лексной связи. Блок RPG является управляющим
центром всей системы. Здесь обрабатываются циф-
ровые данные, в результате чего формируется из-
влеченная из сигнала радиолокационная информа-
ция (полезная продукция) и создается база данных.
Блок RPG осуществляет фильтрацию помех и про-
чие вспомогательные функции.
Терминал PUP используется для доступа к про-
дукции, полученной с RPG, а также ее обработки
и сохранения. Обычно рабочее место PUP разме-
шается в компьютерном помещении основного
метеорологического узла.
Терминал пользователя - это место, откуда ме-
теоролог манипулирует данными. Он обычно раз-
мещается возле стойки для инструктажа и обору-
дуется клавиатурой, «мышкой» и графическими
мониторами. Составляющая системы, названная
Principle and Other Users, включает компетентные
органы тех организаций, которые потребляют ме-
теорологическую информацию. В США сюда вхо-
дят Министерство обороны (DOD), Национальная
метеорологическая служба (NWS) и Федеральная
авиационная администрация (FAA). Экипажи ВС
наблюдают доплеровскую информацию в метеоро-
логическом узле или дистанционно на основе се-
тевой (web) технологии. При пользовании сетевой
технологией или другой технологией дистанцион-
ного доступа продукция доплеровской системы
NEXRAD является вполне определенной и обыч-
но дополнительной информации требовать невоз-
можно. Пользователь просто наблюдает ту инфор-
мацию, которая доступна в данный момент време-
ни, и не имеет возможности манипулировать, на-
пример, диапазоном углов наклона антенны или
другими параметрами радиолокационных изобра-
жений.
Результаты отображаются в виде цветных имид-
жей, которые формируются при сканировании
радиолокационного луча на 360° по азимуту. Центр
демонстрируемого изображения обычно соответ-
ствует местонахождению базовой наземной МРЛ.
Доплеровские МРЛ дают разрезы (при разных
наклонах луча антенны) трех параметров допле-
ровского спектра: радиолокационной отражаемо-
сти, средней доплеровской скорости и среднеквад-
ратичной доплеровской скорости (подразд. 8.8).
Такие радиолокаторы успешно используются для
исследования воздушных потоков и турбулентно-
сти. Кроме того, они позволяют получать оценки
интенсивности и микроструктуры осадков. Мето-
ды и алгоритмы обработки сигналов кратко опи-
саны в подразд. 8.8, 8.9, более подробный анализ
доплеровских МРЛ выполнен в (170].
Система NEXRAD позволяет получать прибли-
зительно 40 разных метеорологических величин.
Прежде всего, это РО. Цветная шкала рядом с имид-
жем показывает отражаемость в DBZ. Метеороло-
ги могут отображать имиджи, используя разные
наклоны антенны для получения необходимой ин-
формации. Кроме того, можно исследовать разные
параметры отражаемости, например, ее изменения
во времени и пространстве, интенсивность осад-
ков, тенденцию развития метеообразования. Как
было указано выше, данные о РО полезны при
идентификации ОМЯ таких, как грозы, град, шква-
лы. Очень большие значения РО (больше 55 dBZ)
могут соответствовать зонам града.
Высокая чувствительность МРЛ WSR-88D по-
зволяет видеть также зоны без осадков, такие как
отражения от земли, птиц, насекомых и т. п. По-
этому членам экипажей всегда рекомендуется про-
верять присутствие неметеорологических отраже-
ний, консультируясь с метеорологом.
Измерения доплеровской скорости обеспечи-
вают определение местонахождения и прогноз ско-
рости ветра, СВ и микровзрыва. Эта информация
позволяет службам управления воздушным дви-
жением (УВД) лучше управлять воздушным дви-
жением. избегая опасных ситуаций. В режиме из-
мерения скорости МРЛ WSR-88D отрицательные
значения соответствуют движению в сторону ра-
диолокатора, а положительные - от него. Зоны
сильного ветра снабжены на дисплее числовым
кодом.
Система NEXRAD способна отображать про-
фили вертикального ветра в радиусе 20 морских
миль от станции. Для этого служит вертикально-
азимутальнй индикатор - Vertical Azimuth Display
(VAD). Он является эффективным инструментом
при инструктаже, так как способен показать ве-
тер на разных высотах в реальном времени. Сис
тема имеет несколько возможностей анализа дан-
ных для обнаружения СВ, например система пре-
дупреждения о СВ на малых" высотах - Low Level
Wind Shear Alert Systems (LLWAS) и Terminal
Doppler Weather Radar (TDWR). В случае обнару-
жения или прогноза опасного СВ пилот получает
инструктаж от метеоролога станции НМС (NWS).
596 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Некоторые станции обслуживания полетов -
flight service stations (FSS) оборудованы системой
TDWR. Специалисты FSS на таких позициях сер
тифицированы интерпретировать состояние метео-
обстановки по данным радиолокационного дис-
плея. Они могут инструктировать экипажи, пользу-
ясь изображениями моделей погоды в зоне по-
крытия. В то же время инструктор пилотов FSS
не уполномочен анализировать отражения от ме-
теообразований, он просто сообщает о результа-
тах анализа, выполненного специалистом по про-
гнозам из службы NWS. По доплеровскому прин-
ципу работают также специализированные радио-
локационные измерители профиля ветра.
8.10.4. Поляризационные доплеровские
метеорологические радиолокаторы
Поляризационные параметры электромагнит-
ных волн в атмосфере и принципы получения
информации об аэрозолях и гидрометеорах на ос-
нове поляризационных измерений описаны в под-
разд. 8.8. Некогерентные радиолокаторы, которые
используют поляризационные измерения для из-
влечения информации об объектах, обычно назы-
вают радиолокационными поляриметрами. Поля-
ризационные измерения в МРЛ сначала рассмат-
ривались как средство повышения точности оп-
ределения интенсивности осадков [710]. Однако
они могут быть эффективно использованы для
дистанционного определения микрофизических
характеристик гидрометеоров, а по ним и таких
ОМЯ, как зоны градовой опасности (ЗГО) и веро-
ятного обледенения самолета (ЗОО) 1882, 887].
Доплеровские радиолокационные поляриметры
характеризуются значительно большим информа-
ционным потенциалом, чем неполяризационные
доплеровские радиолокаторы. Некоторые доплеров-
ско-поляриметрические параметры рассмотрены в
подразд. 8.8.4. Это направление пока что не стало
достоянием повседневной практики радиолокаци-
онной метеорологии, но имеет большие перспек-
тивы [642, 654]. В настоящее время в США актив-
но ведутся работы по модернизации системы
NEXRAD с целью преобразования ее по доплеров-
ско-поляриметрическим принципам [672].
В |949] сообщается о проекте многофункцио-
нальной радиолокационной системы на основе
фазированной антенной решетки, которая объе-
динит функции радиолокаторов управления воз-
душным движением и метеорологических систем,
в частности, аэродромного радиолокатора (ASR),
трассового радиолокатора (ARSR), аэродромной
доплеровской метеорологической системы
(TDWR) и метеорологического радиолокатора
(WSR-88D) в поляриметрическом варианте. Эта
работа начата в National Severe Storm Laboratory в
Норманне (США).
8.10.5. Лцдары
Оптические квантовые локаторы - лидары
(Lidar - light detecting and ranging) применяются
для измерения ряда важных параметров состоя-
ния атмосферы. Принципы построения оптичес-
ких квантовых локаторов и взаимодействие ла-
зерного излучения с атмосферой изложены в ра-
боте [214]. С помощью лидаров обеспечиваются
измерения температуры, влажности и газового
состава атмосферы. Кроме того, применение из-
ложенных выше принципов доплеровской лока-
ции для локаторов оптического диапазона позво-
ляет осуществлять измерение ветра с помощью
доплеровских лидаров. Поскольку электромагнит-
ные волны оптического диапазона рассеиваются
аэрозолями, которых всегда достаточно много в
тропосфере, в особенности на воздушных трасах,
доплеровские лидары могут обнаруживать турбу-
лентность ясного неба. Эта идея рассматривалась
в НАУ еще в конце 1960-х годов [612]. Однако
оптические лидары, пригодные для практического
зондирования атмосферы, появились гораздо позже.
8.10.6. Радиометры
Радиометры используются для дистанцион-
ных измерений параметров атмосферы с поверх-
ности земли методами пассивной локации. Они
являются эффективными приборами для дистан-
ционных измерений профилей температуры и
влажности в инфракрасном и СВЧ-диапазонах.
Принципы действия инфракрасных и СВЧ-ра-
диометров и их применение для зондирования
атмосферы описаны в работе |464]. Для интер-
претации данных радиометрического зондиро-
вания используют методы решения обратных
задач [541].
8.10. Наземные средства обнаружения опасных метеорологических явлений
597
8.10.7. Радиопеленгаторы гроз
Общие сведения о грозовых разрядах, а также
методы радиопеленгации разрядов и пассивного
измерения дальности до них рассмотрены в под-
разд. 8.9.4. Но там, в основном, речь шла о мето-
дах, которые применяются в бортовых приборах
воздушного судна.
Распространение атмосфериков над земной
поверхностью на большие расстояния дает воз-
можность применения пеленгаторов и сетей пе-
ленгаторов для глобальных наблюдений за гро-
зовой активностью [268].
8.10.8. Содары
Акустическое зондирование атмосферы дает
возможность получить независимую от принятой
по другим каналам информации о нижнем слое
атмосферы. Принципы применения акустики при
зондировании атмосферы изложены в |529]. Аку-
стические локаторы называют сонарами или со-
ларами.
Название «Содар» происходит от «sonic detec-
tion and ranging» и означает то же самое, что аку-
стический радар.
Название «Сонар» происходит от «sound naviga-
tion raging» и чаще применяется для обозначения
акустических радаров, которые функционируют
в водной среде (на подводных лодках).
Содар - акустический локатор для зондирова-
ния атмосферы. Наиболее привлекательны доп-
леровские содары. В [824] описан доплеровский
содар с фазовой решеткой, позволяющий изме-
рять скорость и направление ветра, обнаружи-
вать вертикальные потоки воздуха, турбулент-
ность, определять термическую структуру и глу-
бину перемешивания на расстояниях от 15 до
5000 м в зависимости от типа антенны. В этих
приборах^збычно используют простые синусопо-
добные импульсные сигналы.
Опубликовано сообщение об эксперименталь-
ном применении шумовых сигналов в акустиче-
ском локаторе [840]. Такие сигналы имеют
очевидные преимущества, связанные с узкой
диаграммой неопределенности и возможностью
управлять одновременно разрешающей способ-
ностью по дальности и по скорости.
8.10.9. Средства обнаружения сдвига ветра
С 1986 г. NASA и FAA проводят общую работу
по созданию средств и технологий предупрежде-
ния и предотвращения рисков, связанных с СВ.
Администрация FAA включила в процедуру серти-
фикации коммерческих ВС проверку средств
обнаружения СВ [775]. Исследования, направлен-
ные на повышение уровня безопасности в усло-
виях СВ, ведутся в следующих направлениях:
1) создание и внедрение бортовой аппаратуры
обнаружения и индикации СВ, информирующей
пилотов о приближении этого явления (см. под-
разд. 8.9.3);
2) создание в аэропортах наземных систем об-
наружения условий, которые вызывают или со-
провождают явление СВ;
3) организация на основании прогнозов погоды
консультативной работы по обеспечению экипажа
информацией об опасности СВ в аэропортах.
Системы наземного обнаружения и предупреж-
дение СВ являются наиболее дорогими. Самой
известной из таких систем является LLWAS. Эта
система работает в большинстве аэропортов США.
С помощью анемометров, установленных как на
периферии, так и в центральной части аэродрома,
преимущественно вблизи взлетно-посадочной по-
лосы, она принимает данные о скорости и направ-
лении ветра. Полученные данные обрабатывают-
ся центральным компьютером, а результаты вы-
даются на борт ВС, которое выполняет посадку
или готовится к взлету. Однако система не может
предупреждать о ситуациях, когда СВ только про-
гнозируется.
В 1992 г. была испытана наземная система про-
гнозирования СВ, которую называют доплеров-
ским метрологическим радиолокатором аэропор-
та (Terminal Doppler Weather Radar). Она создана
на базе МРЛ типа метеорологического радиоло-
катора нового поколения (NEXRAD). К середине
1994 г. такая система была установлена более чем
в 40 аэропортах США. Однако даже при наличии
этой системы необходимо ее взаимодействие с бор-
товыми системами обнаружения СВ в. силу низ-
кого уровня достоверности прогноза этого явле-
ния.
Заблаговременное предупреждение пилотов о
приближении к зоне с СВ выполняется службой
прогноза погоды. Прогнозы значительного СВ на
малых высотах полетов и в нижних слоях атмо-
598
8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
сферы в районах аэропортов передаются метео-
службой в главный центр управления воздушным
движением, откуда они направляются в аэропор-
ты в виде рекомендаций, которые передаются каж-
дые 2-3 ч. Информация включает данные о на-
правлении и скорости ветра с обеих сторон фрон-
тальных зон, времени, на протяжении которого
эти условия будут влиять на метеорологическую
обстановку в аэропорте, и причину СВ. На борт
ВС информация должна передаваться автомати-
чески информационной службой аэропорта. Име-
ются предложения по созданию мультистатичес-
ких доплеровско-поляриметрических систем, ус-
танавливаемых в районе ВПП, для обнаружения
и предсказания СВ [876].
Достоверность и своевременность информации
о СВ и микровзрыве остаются недостаточными
даже при использовании указанных наземных
средств. Поэтому разработана и постепенно вне-
дряется интегрированная метеорологическая сис-
тема аэропорта - Integrated Terminal Weather System
(ITWS), рассмотренная в подразд. 8.13. Кроме того,
на борту ВС устанавливаются автономные сред-
ства обнаружения СВ в составе метеонавигацион-
ных радиолокаторов (подразд. 8.11).
8.10.10. Сети метеорологических
радиолокационных линий
Эффективность МРЛ повышается за счет ав-
томатизации получения, обработки и передачи ра-
диолокационной метеорологической информации,
а также оптимального размещения МРЛ, которые
объединяются в сети. Объем информации и точ-
ность метеорологических прогнозов при этом су-
щественно увеличиваются.
Например, сеть NEXRAD состоит из метеоро-
логических станций FAA, непосредственно пред-
назначенных для обслуживания полетов, а также
МРЛ, принадлежащих DOD и NWS. Сеть обслу-
живает все три ведомства. В соответствии с [713],
все позиции МРЛ WSR-88D разделяются на сле-
дующие категории: «Сетевые», «Дополнительные»
и «Несетевые». Сеть NEXRAD в США состоит из
121 сетевой позиции. Кроме того, работают 21 до-
полнительная и 17 несетевых доплеровских МРЛ,
в том числе расположенных в стратегических точ-
ках заграницей (в Португалии, Японии, Респуб-
лике Корея и на разных островах). Станции DOD,
соответствующие требованиям NEXRAD, приве-
дены в приложении информационного справоч-
ника US DOD flight Information Handbook [862].
По данным сети МРЛ метеоролог составляет
прогноз и может передать метеорологическое со-
общение экипажам ВС в режиме реального вре-
мени по радиоканалам связи. Он информирует
экипаж о расположении, перемещении, интенсив-
ности, верхних границах осадков и облаков (обла-
ков не обязательно). Метеоролог не имеет права
указывать экипажам направление полета или про-
водить самолет сквозь облака или радиолокаци-
онные отражения от метеорологических объектов.
Это является функцией пилота, которую он вы-
полняет с учетом информации, полученной с земли
и по данным бортового метеорологического ра-
диолокатора (МНРЛС).
8.10.11. Автоматизированные
метеорологические станции
В подразд. 8.6 упоминались советские автомати-
зированные метеорологические системы КРАМС
и АМИВС, которые обеспечивают информацию
о базовых метеорологических величинах. В аэро-
портах США используется автоматизированная си-
стема метеорологического наблюдения - Automated
Weather Observing System (AWOS). Она представляет
собой комплекс датчиков, измеряющих, собира-
ющих и передающих метеорологические сведения,
необходимые метеорологам, пилотам и диспетче-
рам при подготовке прогнозов погоды и планиро-
вании маршрутов. Эти станции также снабжают
авиационный персонал необходимой метеоинфор-
мацией для безопасного осуществления взлета и
посадки.
Приборы системы AWOS обеспечивают еже-
минутную информацию пилотам с помощью уль-
тракоротковолновой связи. Данные, собранные ав-
томатизированной системой метеорологического
наблюдений AWOS, могут включать: скорость вет-
ра, его направление и порывы; температуру и точ-
ку росы; высоту облачности и степень покрытия
зоны облаками; видимость; текущую погоду
(дождь, снег); характеристики дождя; наличие гро-
зовой ситуации и молний; туман, дымку, мглу, ле-
дяной туман.
Кроме того, существует автоматизированная
система поверхностного наблюдения - Automated
8.11. Обнаружение опасных метеорологических явлений с борта воздушного судна
599
Surface Observing System (ASOS), также предназ-
наченная для получения метеорологической ин-
формации. Поверхностной она называется из-за
того, что используются датчики, расположенные
на поверхности земли. Система ASOS обеспечи-
вает данные о непрерывных метеорологических на-
блюдениях, о видимости и параметрах измерения
состояния неба.
8.11. ОБНАРУЖЕНИЕ ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИИ
С БОРТА ВОЗДУШНОГО СУДНА
8.11.1. Функции
метеонавигационных радиолокаторов
Для обеспечения безопасности полета экипа-
жу необходима своевременная надежная инфор-
мация о расположении ОМЯ. Во время полета
бортовые радиолокаторы являются основным ис-
точником оперативной информации о метеороло-
гических условиях на маршруте. Они обеспечива-
ют экипаж исключительно важной для безопас-
ности информацией о наличии на трассе полета
кучево-дождевой облачности и таких ОМЯ, как
гроза, турбулентность, град, ливень. Они также
дают возможность пилоту избирать приемлемую
траекторию обхода зон ОМЯ в сложных метеоро-
логических условиях.
Обязательность применения бортовых М1НРЛС.
Снижение вероятности попадания в зону ОМЯ
является одним из важнейших направлений по-
вышения безопасности полетов ВС. С увеличе-
нием интенсивности полетов возрастает роль и
экономическая целесообразность средств полу-
чения оперативной информации для проводки
самолетов в сложных метеорологических усло-
виях. Количество задержанных, особенно отме-
ненных, рейсов из-за метеоусловий увеличива-
ется значительно быстрее, чем интенсивность
воздушного движения. Эта тенденция связана с
повышением напряженности расписания, когда
в период хорошей погоды становится все слож-
нее найти окно, необходимое для отправления
прежде задержанного рейса |48|. Необходимость
обеспечения высокого уровня безопасности и ре-
гулярности полетов обусловливает обязатель-
ность применения МНРЛС на борту любого воз-
душного судна. Это закреплено нормами летной
годности НЛГС-3, документом ARINC 708 А,
стандартом DO-220 [525] и соответствующими
документами ICAO.
Многофункциональность МНРЛС. Бортовые ра-
диолокаторы ГА являются многофункциональны-
ми системами и используются в системе управле-
ния полетом современного самолета как датчики
метеорологической информации. Для пилота они
обеспечивают отображение метеорологической об-
становки в передней полусфере на протяжении все-
го полета, а также являются автономным средством
наблюдения земной поверхности [640]. Кроме того,
они используются как средство предупреждения
столкновений ВС с препятствиями, а также по-
зволяют решать некоторые навигационные зада-
чи в полете, при доставке и сбрасывании грузов и
предоставлении помощи терпящим бедствие. Бор-
товые метеорологические радиолокаторы (Weather
Radar), которые выпускаются западными фирма-
ми (сокращенно их обозначают WXR), как и оте-
чественные МНРЛС, являются многофункцио-
нальными радиолокаторами. Но в англоязычной
традиции название радиолокатора определяет его
основная функция - получение метеорологичес-
кой информации. В то же время МНРЛС украин-
ского производства, как правило, многофункцио-
нальнее радиолокаторов западных фирм [641]. Это
традиционно связано с разработкой их для уста-
новки на транспортные самолеты различного на-
значения.
Метеорологические функции современной
МНРЛС являются основными. Председатель ас-
социации линейных пилотов США в работе [783]
отметил, что некоторые пилоты ошибочно счита-
ют, будто РЛС наземной службы УВД лучше об-
наруживают ОМЯ, чем бортовое оборудование. Он
разъясняет, что ответственность за недопущение
попадания самолета в области ОМЯ несут пило-
ты. Такой подход хорошо согласовывается с кон-
цепцией «Free flight».
Современные МНРЛС, как правило, имеют
несколько режимов работы, связанных с выпол-
600 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
нением метеорологических функций. Анализируя
функциональные возможности МНРЛС и требо-
вания к новым образцам, можно сказать, что
МНРЛС и бортовые радиолокационные комплек-
сы (РЛК) могут решать следующие задачи в обла-
сти получения метеоинформации:
1) обнаружение метеообразований и определе-
ние степени опасности отдельных их участков по
интенсивности осадков (радиолокационной отра-
жаемости);
2) обнаружение ЗОТ в метеообразованиях;
3) обнаружение ЗСВ на глиссаде при взлете и
посадке самолета;
4) отображение вертикальной структуры метео-
образований путем получения вертикального про-
филя (сечения) метеообразований на избранном
курсовом угле;
5) обнаружение метеообразований большой
интенсивности, которые расположены за зонами
осадков маленькой интенсивности;
6) компенсация ослабления радиоволн в ме-
теообразованиях;
7) предотвращение принятия пилотом непра-
вильных решений об отсутствии опасности за зо-
нами осадков слабой интенсивности, которые мас-
кируют зоны осадков большой интенсивности
(отображение на этих участках зон неопределен-
ности);
8) обнаружение опасного метеообразования,
которое находится на курсе самолета с выдачей
сигнала предупреждения об опасности при отклю-
чении режима индикации информации радиоло-
катора на дисплее (электронной системе индика-
ции) самолета;
9) определение координат метеообразований и
опасных зон в них;
10) подавление помех от земной поверхности
при обнаружении и анализе опасности метеооб-
разований.
Конечно, ни одна МНРЛС не решает все пере-
численные задачи. С другой стороны, этот список
не претендует на полноту. По крайней мере, он
может быть дополнен введением режимов обна-
ружения ЗГО и ЗОО в будущем.
Обнаружение сдвига ветра - сравнительно но-
вая функция МНРЛС, которая практически ста-
ла обязательной после выхода ARINC 708 А и
DO-220 в 1993 г., хотя исследования и работы по
разработке средств повышения уровня БП в ус-
ловиях СВ начались значительно раньше как в
США [775], так и в странах СНГ [241]. Перво-
очередным направлением в решении проблемы
СВ стала концепция разработки и внедрения бор-
товой системы, которая формирует команды для
автоматической системы управления самолетом
и информирования экипажа о ЗСВ. Методы
обнаружения СВ рассмотрены в подразд. 8.9.3.
В соответствии с требованиями ARINC 708 А и
DO-220 для обнаружения СВ бортовое радиоло-
кационное оборудование должно обнаруживать
зоны, которые характеризуются изменениями
ветра в горизонтальной и вертикальной плоско-
стях. Оно должно иметь возможность генериро-
вания соответствующих сигналов опасности. Не-
обходимо, чтобы такой сигнал был ясным, авто-
матическим, коротким и выразительным, чтобы
пилот мог быстро и верно его интерпретировать.
Переход в режим обнаружения СВ должен осу-
ществляться автоматически, без вмешательства
пилота, во время взлета и посадки.
Для реализации в бортовых МНРЛС наиболее
приемлемым (а теперь и стандартным) является
использование F-фактора, который учитывает
скорость самолета и количественно характеризу-
ет влияние горизонтальных и вертикальных сдви-
гов ветра [см. уравнение (8.45)]. Этот параметр
(7-фактор) заложен в документе ARINC 708А, что
практически регламентирует основные характе
ристики аппаратуры бортового метеорологичес-
кого радиолокатора с возможностью обнаруже-
ния сдвига ветра [629]. При разработке систем
обнаружения СВ необходимо предусматривать,
что пилот должен располагать информацией об
опасности СВ за 10—40 с до входа в зону СВ.
Время, меньшее 10 с, недостаточно для реакции
пилота и самолета. С другой стороны, интервал,
превышающий 40 с, считается слишком продол-
жительным и не гарантирует, что в атмосфере не
произойдут новые существенные изменения.
Интегрирование функций. Бортовой метеоро-
логический радиолокатор прошел в своем разви-
тии длинный путь. Сегодня он способен давать
намного больше информации, чем просто обна-
руживать наличие куче во-дожде вых облаков в
зоне обзора. Обнаружение ЗОТ и ЗСВ интегри-
руется в бортовых радиолокационных системах с
функциями предупреждения об опасном прибли-
жении к земле и предотвращения столкновений
в воздухе с другими ВС. Пилотам теперь могут
предоставляться разные виды предупреждений о
8.11. Обнаружение опасных метеорологических явлений с борта воздушного судна
601
трех главных источниках опасности: воздушное
движение, метеоявления и особенности ландшаф-
та, причем даже с указанием того вида опаснос-
ти, которому следует уделить приоритетное вни-
мание.
Еще один аспект использования МНРЛС свя-
зан с интеграцией по линии «борт земля». Для
наземных служб управления воздушным движе-
нием (УВД) до недавнего времени считалось дос-
таточным иметь радиолокационную информацию
о метеорологической обстановке в зоне аэродро-
ма. Тем не менее на современном этапе для рабо-
ты при аварийных ситуациях УВД возникает по-
требность располагать информацией об ОМЯ по
маршруту полета так же оперативно, как и для
зоны аэродрома. Поэтому информация об ОМЯ,
полученная с помощью бортового оборудования
и переданная по каналам связи, играет важную
роль и для функционирования всей системы УВД
(см. подразд. 8.13).
Развитие американских метеорологических ра-
диолокаторов «Хонивел» («Honeywell»), «Элайд-
сигнал» («AlliedSignal») и других фирм идет по
пути нарашивания функциональных возможнос-
тей по обнаружению разных ОМЯ. Лучшие об-
разцы радиолокаторов зарубежных фирм обна
руживают зоны повышенной интенсивности осад
ков, зон опасной турбулентности и зон на глис-
саде во время взлета и посадки самолета. При
работе совместно с бортовыми системами типа
«Штормоскоп» они обнаруживают и осуществ-
ляют индикацию зон повышенной грозовой дея-
тельности.
Развитие отечественных метеорологических
радиолокационных станций ведется в направле-
ния расширения как метеорологических, так и
навигационных функций. Новыми для МНРЛС
являются задачи контроля захода на посадку с
обнаружением и визуализацией бетонированных
ВПП, визуализации при рулении рулежных до-
рожек и препятствий на них, препятст вий на ВПП
при разбеге, посадке и пробеге. Решение этих за-
дач требует высокой разрешающей способности
и повышения точности измерения координат ра-
диолокационных целей. Но эти функции выхо-
дят за пределы задач метеорологического обес-
печения.
Метеонавигационные радиолокаторы или РЛК
устанавливаются практически на всех самолетах и
вертолетах гражданской авиации.
8.11.2. Принцип действия
и особенности метеонавигационных
радиолокационных станций
Как правило, метеорологическая радиолокаци-
онная станция представляет собой импульсный
радиолокатор. Принцип действия его при вы-
полнении основных функций базируется на ис-
пользовании вторичного излучения (отражения)
радиоволн разными объектами [593]. Особенно-
сти, связанные с измерениями метеорологичес-
ких параметров (компенсация ослабления, кор-
рекция по расстоянию), рассмотрены в подразд.
8.8. При установке на борту ВС особенностью
МНРЛС является наличие системы стабилиза-
ции луча антенны (ССЛА), которая служит для
компенсации влияния эволюций самолета (по
крену, по тангажу) на радиолокационное изоб-
ражение. Как исходную информацию для этого
используют сигналы датчика пространственно-
го положения воздушного судна (ППВС). В пос-
ледние годы ведущие фирмы мира перешли к
производству когерентно-импульсных бортовых
РЛС.
В современных цифровых радиолокаторах, по
крайней мере, после детектора сигнал преобра-
зуется в цифровую форму, обработка сигналов и
формирование радиолокационных данных выпол-
няется цифровыми устройствами, причем все свя-
зи между блоками осуществляются в цифровой
форме за исключением сверхвысокочастотной
связи между антенной и приемником-передатчи-
ком [607].
8.11.3. Параметры
и конструктивные особенности
бортовых локаторов
Эксплуатационные, т. е. тактические характе-
ристики МНРЛС должны отображать требования
к радиолокатору с позиций обеспечения безопас-
ности полетов, их регулярности, удобства летной
и технической эксплуатации, повышения надеж-
ности и эффективности функционирования
МНРЛС. К таким характеристикам относятся,
например, максимальная дальность действия, зона
и время обзора, состав получаемой информации,
точность измерения координат, разрешающая спо-
собность, надежность, помехозащищенность. Тех-
602 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
нические характеристики определяют, какими тех-
ническими средствами обеспечиваются заданные
тактические характеристики. К ним относятся
рабочая длина волны, мощность передатчика, дли-
тельность зондирующего импульса, частота повто
рения импульсов, коэффициент шума приемника
и т. п.
Универсальной технической характеристикой
бортовых МНРЛС является показатель потен-
циала (Performance Index) PI, методика расчета
которого разработана фирмой ARINC. Этому по-
казателю соответствует расчетная дальность дей-
ствия радиолокатора. В соответствии с Госстан-
дартом, который, правда, уже утратил юридичес-
кую силу, расчетная дальность должна быть не
меньше 550 км для МНРЛС класса I (сверхзвуко-
вые, дальние и средние магистральные самоле-
ты), 350 — для класса II (ближние магистральные
и тяжелые самолеты МВЛ - местных воздушных
линий), 200 —для класса III (легкие самолеты МВЛ
и вертолеты) и 100 - для радиолокаторов клас-
са IV (вертолеты).
Методика расчета показателя потенциала и
максимальной дальности действия МНРЛС в ре-
жиме обнаружения метеообразований известна
[629]. Большинство авиакомпаний считают, что для
дозвуковых самолетов наименьшая максимальная
дальность действия МНРЛС должна составлять
150 морских миль. Это соответствует показателю
потенциала PI = 204 дБ в диапазоне частот 9,3-
9,5 ГГц. Многие МНРЛС имеют PI > 220 дБ. Та-
кой PI определяет дальность обнаружения метео-
образований больше 300 морских миль, или боль-
ше 550 км, что соответствует радиолокаторам
класса I.
Для бортовых радиолокаторов важными яв
ляются характеристики условий функциониро
вания, которые включают климатические харак-
теристики и ограничения (например, диапазон
рабочих температур ±60 °C, устойчивость к по-
вышенной влажности - до 100 % при темпера-
туре 35 °C).
Основные требования к тактико-техническим
характеристикам и методика выбора и расчета ос-
новных параметров МНРЛС рассмотрены в [608,
618]. Бортовые радиолокаторы, в основном, явля-
ются системами Х-диапазона, т. е. длина волны
излучаемых колебаний приблизительно равняет-
ся 3,2 см. В этом диапазоне для бортовых метео-
рологических радиолокаторов выделены две час-
тоты: 9375 и 9345 МГц. Большинство современ-
ных локаторов оборудовано антеннами типа пас-
сивных волноводно-щелевых антенных решеток
(ВЩАР). Некоторые украинские МНРЛС могут
выполнять дополнительные функции, например
обнаруживать встречные ВС, измерять угол сноса
ВС, обнаруживать ВПП, работать с наземными ма-
яками-ответчиками, автоматически картографиро-
вать земную поверхность, измерять координаты
ориентиров. Некоторые из них работают в диало-
говом режиме. Все современные МНРЛС обору-
дованы встроенными системами автоматического
контроля.
Как правило, разработчики МНРЛС придер-
живаются тенденции унификации МНРЛС, зало-
женой в рекомендациях ARINC 708А. Объем функ-
циональных возможностей МНРЛС определяется
ее типом, техническим назначением, массога-
баритными характеристиками, потреблением
электроэнергии и стоимостью. Большинство
МНРЛС производится в США (компании «Хони-
вел», «Элайдсигнал», «Колинз»). Давние традиции
по разработке и производству МНРЛС сохраня-
лись и развиваются в Украине (НИИ «Буран», за-
вод «Радар». Бортовые радиолокаторы, произво-
димые различными фирмами, отличаются как по
функциональным возможностям, так и по техни-
ческим решениям.
Требования к отображению информации. Ин-
формация о метеорологической обстановке с вы-
делением зон ОМЯ должна предоставляться эки-
пажу ВС в наглядной и удобной для восприятия
форме в полярной системе координат «дальность-
азимут», т. е. в виде горизонтальных разрезов зоны
обзора на высоте полета. Кроме того, обычно
обеспечивается возможность наклона антенны в
вертикальной плоскости, а в последнее время и
возможность сканирования в вертикальной плос-
кости с выдачей на экран вертикальных разрезов
облачности на заданном азимуте по желанию опе-
ратора.
Основным режимом получения информации об
ОМЯ все же остается горизонтальное сечение.
Координаты выделенных опасных зон определя-
ются при помощи меток дальности и азимута.
Подавляющее большинство членов экипажей счи-
тают [614], что в состав отображаемой информа-
ции кроме координат опасных зон необходимо
включать тип опасности (ЗОТ, ЗГО, ЗМО, ЗСВ,
ЗОО). Кроме того, отображаемая информация
8.11. Обнаружение опасных метеорологических явлений с борта воздушного судна
603
преимущественно может содержать данные о трех
градациях опасности, что соответствует трехаль-
тернативной стратегии принятия решения, зало-
женной в устройство локализации зон ОМЯ (на-
пример, «безопасно», «потенциальная опасность»,
«ОПАСНО»). Так считают 80 % опрошенных чле-
нов экипажей.
Необходимое время восстановления инфор-
мации связано как со скоростью полета, так и
со скоростью протекания физических процес-
сов в метеорологических объектах. Исследова-
ния показали, что оптимальный предел време-
ни восстановления информации на экране от 2
до 10 с в зависимости от скорости полета. Уве-
личение количества отображаемой информации
ведет к росту нагрузки на пилота, что повышает
вероятность ошибок при интерпретации данных
и принятии оперативных решений пилотом.
Иначе говоря, при постоянном наращивании ин-
формативности системы с отображением всей
полезной информации существует опасность
перехода в область избытка смысловой инфор-
мации: информация становится слишком деталь-
ной. В связи с этим возникает необходимость
создания эффективных информационных филь-
тров. Они могут быть реализованы в виде спе-
циальных аппаратных и программных средств
[617] и использоваться в диалоговом режиме.
С помощью таких средств интеллектуальной под-
держки экипажа воздушного судна должна выде-
ляться только та смысловая часть результирую-
щей информации, которая непосредственно
предназначена для обоснования решений по вы-
полнению маневра или продолжению движения
в том же направлении.
Конструкция радиолокаторов. Бортовые радио-
локаторы имеют блочную конструкцию. Основ-
ными блоками современных МНРЛС обычно яв-
ляются антенна, приемопередатчик и индикатор
(дисплей) с пультом управления. Внешний вид
основных блоков радиолокатора МНРЛС-85 ук-
раинского производства показан на рис. 8.51.
На борту современных лайнеров часто исполь-
зуют многофункциональную интегрированную
систему индикации. В таких случаях основными
блоками МНРЛС являются антенный блок, при-
емопередатчик и блок (панель) управления. Как
правило, антенный блок располагают в носовой
Рис. 8.51. Антенна, приемопередатчик и индикатор МНРЛС-85
604 8 БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.52. Антенный блок метеонавигационного радио-
локатора, установленного на самолете
части самолета под радиопрозрачным обтекателем
(рис. 8.52).
Приемопередатчики размещают в нижнем но-
совом отделении за перекрытием, на котором
монтируется антенна. В классических конструк-
циях приемопередатчики соединяются с антен
ной с помощью волноводов, но известны также
моноблочные конструкции, в которых антенна
и приемопередатчик конструктивно представля-
ют собой единый блок. Это позволяет устранить
волноводный тракт с вращающимся сочленени-
ем, которое является источником энергетичес-
ких потерь и помех. Моноблочная конструкция,
например, применена в украинской МНРЛС
«Буран-А140» [618|. Индикаторы и пульты уп-
равления размещают в кабине пилотов на перед-
ней панели.
Ведущие производители бортовой авионики
AlliedSignal, Collins, Honeywell, Rockwell и прочие
поставляют на мировой рынок широкий спектр
бортовых МНРЛС. Самолеты российского и ук-
раинского производства чаще всего оборудуются
МНРЛС, разработанными Киевским НИИ «Бу-
ран» и серийно выпускаемыми заводом «Радар».
Новый подход к реализации режима обнаружения
сдвига ветра в цифровой МНРЛС разработан в
НИИ «Буран» [8731. Эволюция и тенденции раз-
вития бортовых метеолокаторов рассмотрены под-
робнее в работе [878].
8.11.4. Штормоскопы
Существенным дополнением к радиолокаци-
онному обнаружению мощных кучево-дождевых
облаков и гроз является выявление грозоактив-
ных зон в воздушном пространстве пассивными
методами, т. е. путем приема сигналов собствен-
ного ЭМИ метеообразований. Пассивные мето-
ды выявления ЗМО рассмотрены в подразд. 8.9.4.
Довольно широкое практическое применение на-
шло обнаружение ЗМО по атмосферикам. Зна-
чительное распространение получили бортовые
устройства [277, 801. 802], которые способны не
только обнаруживать грозовые разряды и опре
делять направления на них (азимут), но и оцени-
вать расстояние до источников разрядов с борта
самолета. Такие устройства называют бортовыми
грозопеленгаторами-дальномерами или штормо-
скопами (от Stormscope). Принцип работы штор-
москопа иллюстрируется обобщенной схемой на
рис. 8.53.
Основная проблема таких пассивных радиоло-
каторов состоит в необходимости измерения даль-
ности до источника излучения с необходимой точ-
ностью из одного пункта (с борта самолета). Ме-
тоды ее решения рассмотрены в подразд. 8.9.4.
Известные бортовые грозопеленгаторы-дальноме-
Рис. 8.53. Обобщенная схема штормоскопа
8.12. Спутниковые наблюдения метеорологической обстановки
605
ры фирм «Райан» (Ryan), «Хонивел» (Honeywell),
«Элайдсигнал» (AlliedSignal) выпускаются как от-
дельные приборы, так и для сопряжения с борто-
выми МНРЛС. Они определяют азимут и даль-
ность центров грозоактивных зон на основе пе-
ленгации ЭМИ молнии и однопунктной грозодаль-
нометрии. При этом необходимо обеспечить
стабилизацию измеренных углов пеленга в гори-
зонтальной плоскости относительно курса само-
лета при изменениях углового положения самоле-
та по курсу, крену и тангажу. Результаты локали-
зации ЗМО грозопеленгаторами-дальномерами
могут быть представлены пилоту на специализи-
рованных индикаторах или выдаваться непосред-
ственно на экраны МНРЛС.
Штормоскопы намного дешевле, чем МНРЛС,
имеют небольшие размеры и массу, поэтому они
также используются на малых самолетах общего
пользования, где невозможно или нецелесооб-
разно устанавливать метеорологический радио-
локатор.
Методы выявления ЗМО по характерному пред-
грозовому радиоизлучению [618] и по напряжен-
ности электрического поля [888] являются пер-
спективными и ждут своей реализации в борто-
вом оборудовании систем авионики.
8.11.5. Оптические локаторы
Микроволновой радиолокатор хорошо рабо-
тает в условиях дождя, но намного хуже в сухую
погоду. Благодаря этому оптические локаторы -
хорошее дополнение к МНРЛС на борту ВС. Воз-
можности применения лидаров в наземных сис-
темах получения метеорологической информации
рассмотрены в подразд. 8.10.5. Принцип действия
бортовых и наземных лидаров один и тот же, од-
нако в случае применения на борту необходимо
принять меры для стабилизации узкого луча оп-
тического локатора в пространстве при измене-
нии пространственной ориентации воздушного
судна.
Доплеровский лидар воспринимает аэрозоли и
самые мелкие частицы влаги, которые двигаются
в воздухе. Они служат рассеивателями подобно
каплям для радиолокатора (рассмотрено в под-
разд. 8.8.2). Система проводит измерения и об-
работку доплеровских сдвигов частоты в опти-
ческом диапазоне, используя зондирующее из-
лучение лазерного передатчика, установленного
на самолете, и отраженные сигналы от частиц вла-
ги. Узкий луч лидара позволяет практически из-
бежать явления интерференции сигналов, отра-
женных от поверхности земли, характерного для
микроволнового диапазона. Однако лазерные
системы недостаточно хорошо работают в усло-
виях дождей и туманности.
Инфракрасный локатор может быть использо-
ван для измерения изменений температуры по
курсу полета самолета. В частности, система от-
слеживает изменения температуры двуокиси уг-
лерода, имеющейся в воздухе, применяется для
поиска холодных потоков, которые могут быть
индикатором микропорывов. По сравнению с ра-
диолокатором сантиметрового диапазона и лида-
ром инфракрасный локатор наиболее дешевый.
Такая система может рассматриваться как косвен-
ное средство обнаружения зон СВ, однако она не
позволяет измерять скорость ветра. Благодаря воз-
можности измерять температуру инфракрасный
локатор может быть использован в системе обна-
ружения зон вероятного обледенения самолетов в
полете |674], [943].
8.11.6. Комплексная локализация
опасных метеорологических явлений
Концепция комплексной локализации ОМЯ
разработана в НАУ [610]. Первый уровень комп-
лексности касается интеграции в рамках борто-
вых возможностей. На этом уровне концепция ох-
ватывает такие комплексы:
1) источников опасности (турбулентность, мол-
ния, град, обледенение, сдвиг ветра и т. п.);
2) информационных параметров, которые мо-
гут иметь разную природу как с физической, так
и с математической точек зрения (амплитудные,
доплеровские, поляризационные, интегральные,
одноточечные, двухточечные и т. и.);
3) каналов получения информации (активная
и пассивная радиолокация, разные частотные ди-
апазоны, лидары, термодинамическая информа-
ция и т. п.).
Второй уровень комплексности охватывает об-
мен информацией по линиям «борт-борт», «борт-
земля», «борт-спутник», «земля-спутник» с конеч-
ной передачей адресной метеорологической ин-
формации на борт самолета. Некоторые аспекты
606
8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
такой интеграции рассматриваются в подразд. 8.13.
Заметим, что прогнозы и предложения относитель-
но комплексной локализации ОМЯ, сделанные в
1980-е годы [610, 618], с течением времени все
больше становятся реальностью.
В последнее время определенно существует
тенденция интеграции бортовых средств наблю-
дения, ответственных за безопасность полетов, в
8.12. СПУТНИКОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Метеорологические искусственные спутники
Земли стали повседневным и необходимым эле-
ментом мировой системы метеорологического на-
блюдения и прогнозов. Спутники оказались уди-
вительно удобным носителем средств дальнего
зондирования земной поверхности и атмосферы.
Они дают возможность охватить большие объе-
мы атмосферы, исследовать макромасштабные
распространения облачности и деятельности цик-
лонов. В то же время применение современных
приборов с высокой разрешающей способностью
открывает возможность проводить довольно де-
тальные измерения со спутников. Метеорологи-
ческие спутники в зависимости от параметров
обращения разделяются на геостационарные и
полярные.
8.12.1. Геостационарные спутники
Геостационарные спутники вращаются в плос-
кости экватора. Скорость спутника такая же, как
скорость вращения Земли (период вращения
24 ч), поэтому спутник находится в стационарном
положении над определенной точкой на эквато-
ре. Геостационарная орбита позволяет спутнику
непрерывно наблюдать одну и ту же площадь, ко-
торая определяется высотой (обычно порядка
36 тыс. км) и составляет приблизительно 40 % зем-
ной поверхности.
Оперативные метеорологические геостационар-
ные спутники используются США (GOES), Япо-
нией (GMS), Китаем (FY-2B), Российской Феде
рацией (GOMS). Индией (INSAT) и Европейским
космическим агентством - ESA (Meteosat). Харак-
теристики некоторых спутников: японский GMS
расположен на 140е восточной долготы; индий-
единые комплексы, по крайней мере, на уровне
предоставления информации. В частности,
МНРЛС, обеспечивающая необходимые сведения
о возможной метеорологической опасности, ин-
тегрируется не только со штормоскопами (под-
разд. 8.11.4), но и с бортовыми системами пре-
дупреждения столкновений типа TCAS и ответ-
чиками режима S [642, 643].
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ
ский спутник INSAT - на 74° восточной долготы;
российский GOMS/ELEKTRO No 1 - на 76° вос-
точной долготы; европейский Meteosat - 0°; аме-
риканские GOES-East- на 75° западной долготы,
GOES-West - на 135° западной долготы.
Спутники Meteosat, запущенные ESA, об-
служиваются Европейской организацией по экс-
плуатации метеорологических спутников
(EUMETSAT). На рис. 8.54 в качестве примера
показан европейский спутник Meteosat [708] и зона
земной поверхности, которую он охватывает.
Спутник Meteosat дает метеорологические
изображения земного шара с помощью радиомет-
ров, работающих в видимом и инфракрасном ди-
апазонах волн. Радиометры сканируют простран-
ство построчно. Область формирования изобра-
жений определяется местонахождением спутни-
ка на высоте 36 тыс. км над точкой сечения
экватора и Гринвичского меридиана. С этой по-
зиции аппаратура спутника с интервалом в пол-
часа посылает цифровые кодированные изобра-
жения с высокой разрешающей способностью.
Изображения (инфракрасные и в диапазоне ви-
димого света) принимаются базовой эксплуата-
ционной станцией в Германии. Здесь полученные
изображения обрабатываются, корректируются,
нарезаются в виде секций 800 х 800 пикселей и
аннотируются.
Аннотированные изображения (имиджи) рас-
пространяются с помощью приемопередатчи-
ков космическими средствами связи. Распорядок
распространения данных [707] публикуется
EUMETSAT с детализацией информации о том,
какие именно изображения передаются, когда и по
какому каналу. Версии изображений в Microsoft XL
также любезно предоставляются организацией
Eumetsat. Изображения поступают пользователям
Рис. 8.54. Геостационарный спутник Meteosat
и зона покрытия земной поверхности с него
Рис. 8.55. Облачность над Западной Европой (EUMETSAT)
608 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
как в цифровой форме (зашифрованные), так и в
аналоговом виде в WEFAX (Weather Facsimile) фор-
мате [852] на двух частотах передатчика с частот-
ной модуляцией 1691 МГц (канал А1) и 1694,5 МГц
(канал А2). Наземные станции принимают, деко-
дируют и сохраняют WEFAX изображения, кото-
рые после этого становятся доступными через
Internet. На рис. 8.55 представлен имидж, получен-
ный по такому каналу 01.08.2003 г.
8.12.2. Полярные спутники
Геостационарные спутники не могут вести на-
блюдения за полюсами. Поэтому необходимы так-
же полярные орбитальные спутники. Метеороло-
гические спутники на полярных орбитах исполь-
зуются Российской Федерацией (семейство
МЕТЕОР-3), США (семейство гражданских поляр-
но-орбитальных оперативных спутников POES -
Polar Operational Environmental Satellites совместно
с семейством спутников оборонного ведомства
DMSP) и Китаем. Программа POES разрабатыва-
ется и осуществляется совместно с NASA и NOAA,
в последнее время с привлечением также усилий
Великобритании и Франции. Спутники запускаются
на дневные и утренние орбиты, чтобы сохранить
непрерывный поток полярных данных. В настоя-
щее время программу POES выполняют два поляр-
ных спутника Advanced Television Infrared Obser-
vation Satellites (TIROS) - N, или ATN. Работая
в паре, эти спутники обеспечивают данные для
долгосрочных метеорологических прогнозов. Вре-
мя обновления данных не превышает 6 ч.
Один из оперативных полярно-орбитальных
спутников NOAA-14 запущен на дневную орбиту
в декабре 1994 г., а второй - NOAA-12 - на утрен-
нюю орбиту в мае 1991 г. С 1998 г. на орбите спут-
ник NOAA-15, с 2000 г. - NOAA-16, с 2002 г. -
NOAA-17, а с 2005 г. - NOAA-18. Все эти спутни-
ки являются активными с разными статусами,
причем постепенно более старые переводятся в
резерв и их функции замещаются новыми. Дей-
ствующие оперативные DMSP полярно-орбиталь-
ные спутники F-12 и F-13 запущены в августе 1994 г.
и в марте 1995 г. соответственно.
Функционирует также полярный орбитальный
метеорологический спутник FY-1 (Китай). Поляр-
ные спутники обеспечивают глобальное покры-
тие с одного спутника за счет вращения Земли.
8.12.3. Система спутникового мониторинга
атмосферы
Метеорологические спутники осуществляют
оперативное наблюдение за состоянием атмосфе-
ры, океанов и суши. Чтобы иметь глобальное по-
крытие с помощью геостационарных спутников,
необходима сеть, состоящая как минимум из 5-
6 спутников.
Современная всемирная система таких спутни-
ков состоит из 8 геостационарных спутников:
GOES-West и GOES-East (США), GOMS (Россий-
ская Федерация), INSAT (Индия), GMS (Япония),
FY-2 (Китай), METEOSAT (ESA), полярного спут-
ника «Метеор» (Российская Федерация) и как ми-
нимум двух полярных спутников NOAA (США).
Рассмотрим более подробно характеристики и осо-
бенности основных семейств спутников, запушен-
ных разными странами.
Система «Метеор». В соответствии с [286], рос-
сийская космическая гидрологическая система
«Метеор» эксплуатируется с целью получения дан-
ных для гидрометеорологического, гелиогеофизи-
ческого и глобального экологического мониторин-
га. Космические аппараты (КА) этой системы функ-
ционируют на приполярных круговых орбитах
(высота орбиты около 1200 км, наклон 82,5°). Бор-
товой комплекс штатного (постоянного) метеоро-
логического спутника «Метеор-3» включает ска-
нирующую ТВ-аппаратуру с системой запомина-
ния данных на борту для режима глобального об-
зора, сканирующую ТВ-аппаратуру для режима
передачи данных на автоматический пункт при-
ема информации (АППИ), инфракрасный радио-
метр для режима глобального обзора и передачи
данных на АППИ, сканирующий инфракрасный
радиометр, радиационно-метрический комплекс и
радиолинии 46 665 МГц для передачи данных в
центры и 137 850 МГц для передачи данных на
АППИ.
Рассмотрим как пример комплекс научной ап-
паратуры на КА «Метеор-3», который дает воз-
можность оперативно и регулярно получать дваж-
ды в сутки изображения облачности и земной по-
верхности в видимом и инфракрасном диапазо-
нах, данные о температуре и влажности воздуха,
температуру морской поверхности и облаков. Дан-
ные о потоках корпускулярных излучений, рент-
геновского излучения и суммарного энерго-
выделения всех излучений поступают в геофизи-
8.12. Спутниковые наблюдения метеорологической обстановки
609
Рис. 8.56. Зоны покрытия американских спутников серии NOAA
ческую службу. Осуществляется мониторинг
озоносферы.
Кроме штатной научной аппаратуры на КА
«Метеор-3» периодически устанавливается научная
аппаратура экспериментального и исследователь-
ского назначения. Например, на КА «Метеор-3 N 5»
установлен сканирующий спектрометр для опре
деления глобального распределения озона (аппа-
ратура TOMS, разработанная и изготовленная
NASA). Эта аппаратура имеет 6 спектральных ка-
налов в ультрафиолетовой области спектра и обес-
печивает пространственное разрешение в надире
63 х 63 км2; полоса обзора - около 2900 км.
На КА «Метеор-3 N 8» планируется установить
прибор NASA SAGE-П для мониторинга распреде-
ления аэрозоля, озона, водного пара, двуокиси азо-
та, а также спектрофотометр. Прибор SAGE-П ра-
ботает в семи спектральных диапазонах (385, 448,
452, 525, 600, 936 и 1020 нм) и дает возможность
определять вертикальные профили атмосферных
компонент с вертикальным разрешением 1 км в
диапазоне высот 10-40 км абсорбционным мето-
дом по ослаблению прямого солнечного излуче-
ния при прохождении его через атмосферный лимб
Земли. Спектрофотометр СФМ-2 осуществляет
измерения абсорбционным методом в 4 каналах в
диапазоне 0.25-0.6 мкм и позволяет определять
вертикальный профиль озона с разрешением по-
рядка 5 км приблизительно до высот 80 км.
Система GOES. Разработка и осуществление
американской Программы GOES (Geostationary
Operational Environmental Satellite) - это результат
совместных усилий NASA и National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA). До недавнего
времени в качестве GOES-East использовался за-
пущенный в 1994 г. спутник GOES-8, а в качестве
GOES-West - спутник GOES-9, запущенный в 1995 г.
Орбита спутника GOES East располагается так,
чтобы максимально удобно было наблюдать за
восточной и центральной частями США, Атлан-
тическим океаном, Карибским морем и Мекси-
канским заливом, т. е. местами, где формируются
опасные тропические циклоны. В 1995 г. GOES-8
наблюдал за пятью мощными тропическими тай-
фунами, сформировавшимися нал территорией
Атлантического океана. А в 1998 г. GOES-8 на-
блюдал за тайфуном Митч, который произвел не-
мало разрушений в Центральной Америке. После
10 лет оперативной работы GOES-8 был выведен
из эксплуатации и переведен в резерв. С помо-
щью двигателя GOES-8 орбита этого спутника
была поднята на 350 км по сравнению с ее рабо-
чим положением (36 тыс. км). Вместо GOES-8 на
его орбите с 2002 г. работает спутник GOES-12.
Функции спутника GOES-9 выполняет GOES-10,
запушенный в 1997 г.
Таким образом, в настоящее время система
GOES состоит из GOES-12, работающего как
GOES-East на 75° западной долготы, и GOES-10
вместо GOES-West на 135° западной долготы. Эти
космические аппараты помогают метеорологам на-
блюдать и предсказывать опасные метеорологи-
39 8-470
610 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
ческие явления, включая грозы, торнадо, тума-
ны и др.
Очередной геостационарный спутник GOES-N
запущен 24 мая 2006 г. Он является первым метео-
спутником следующей серии спутников GOES, ее
называют GOES-NO/P. В настоящее время уже ве-
дется разработка серии GOES R, которая будет сле-
дующей после GOES-NO/P. Предполагается, что
спутники этой серии на орбите будут в 2012-2030 гг.
На рис. 8.56 показаны зоны покрытия двух спут-
ников NOAA: слева - GOES-East и справа - GOES-
West [732].
Основным инструментом ДЗ на этих спутниках
является радиометр. Аппаратура построения радио-
метрических изображений спутников GOES пред-
ставляет собой пятиканальную систему. Канал ви-
димого света работает в диапазоне 0,55-0,75 мкм,
инфракрасного - 3,8-4,0 мкм, 10,2-11,2 мкм, 11,5-
12,5 мкм и канал водяного пара - 6,5-7,0 мкм. Раз-
решающая способность видимого канала составля-
ет 1 км, инфракрасного - 4 км, а канала водяного
пара - 8 км. Радиометр сканирует зону обзора по-
слойно. Строка состоит из серии индивидуальных
элементов изображения (пикселей). Для каждого
пикселя радиометр измеряет излучаемую энергию
в разных диапазонах спектра. Данные распростра-
няются государственной организацией NESD1 -
National Environmental Satellite and Information
Service. Спутники GOES обеспечивают глобальные
наблюдения каждые 30 мин. Изображения США
получают каждые 15 мин. Есть возможность и бо-
лее частого сканирования (даже каждую минуту),
если этого требуют программы NOAA.
Еще один метеорологический спутник NOAA
запушен в 2004 г., вывод на орбиту следующего
намечен на 2008 г. Он будет последним из упомя-
нутого семейства спутников. Запуск нового спут-
ника NPOESS (Национальная Полярно-орбиталь-
ная Оперативная Экологическая Спутниковая Си-
стема) запланирован на 2009 г. На нем будет ис-
пользоваться цифровая технология отображения.
Спутник QuickSCAT. Из серии американских
спутников NASA [732] рассмотрим спутник
QuickSCAT, запушенный в июне 1999 г. Упомяну-
тый спутник движется по солнцесинхронной ор-
бите. Это означает, что он пересекает определен
ную точку над Землей всегда в одно и то же время
дня. Параметры орбиты спутника: высота 800 км,
наклон 98,6° относительно экваториальной плос-
кости, период обращения 102 мин, т. е. 14 обо-
Рис. 8.57. Спутник QuickSCAT, оборудованный скате -
рометром
ротов в день. Внешний вид спутника показан на
рис. 8.57. Этот спутник оборудован не радиомет-
ром, как большинство других, а скатерометром.
Скатерометр QuickSCAT - это радиолокатор с
излучаемой частотой 13,4 ГГц (длина волны до
2,2 см), сконструированный специально для из-
мерения скорости и направления ветра над по-
верхностью океана. Под воздействием ветра вода
на поверхности океана становится неровной из-за
возникновения капиллярных волн сантиметрово-
го диапазона. Это, в свою очередь, модулирует па-
раметры сигнала, отраженного от поверхности.
Прибор сканирует полосу шириной около 1800 км.
Он позволяет накапливать приблизительно 400 тыс.
измерений и охватывает 90 % земной поверхнос-
ти за день. Разрешающая способность прибора
25 км. На измерения скорости приземного ветра
практически не влияет облачность, однако на из-
мерениях отрицательно сказываются все те явле-
ния, которые разрушают капиллярные волны:
дождь и сильный ветер (больше 20 м/с). Точность
измерения скорости в интервале между 3 и 20 м/с
составляет 2 м/с, а точность оценки направления
ветра - 20°.
8.12. Спутниковые наблюдения метеорологической обстановки
611
8.12.4. Метеорологическая информация
Передача текущей метеорологической инфор-
мации WEFAX (Weather Faximile - аналоговый
формат метеорологических изображений со спут-
ников) осуществляется со спутников постоянно, и
спутниковая метеоинформация регулярно поступает
различным пользователям. Она необходима для
привязки ко времени и географической привязки
фотоизображений, а также для дешифровки сним-
ков, т. е. выявления особенностей облаков и их
связи с синоптическими процессами. Чтобы по-
мочь метеорологам корректно интерпретировать
спутниковую информацию, используется метод
улучшения изображений с помощью цвета. Цвет
помогает метеорологу легко и быстро увидеть осо-
бенности, которые представляют особый интерес.
Спутниковые системы широко применяются для
обмена метеорологической информацией, в част-
ности, для получения данных из ВЦЗП. Спутнико-
вая метеорологическая информация интернацио-
нальна по своему характеру. Например в Азербай-
джане, Армении, Республике Молдова, Эстонии,
Болгарии, Российской Федерации и Туркменистане
для получения продукции ВЦЗП, расположенного
в Лондоне, используются спутниковые системы
SAD1; в Беларуси, Литве, Латвии, Украине - систе-
мы REI и FAX-Е. Ныне приемочные комплексы
Центра дистанционного зондирования Земли, на-
пример. Югорского НИИ информационных тех-
нологий в Ханты-Мансийском автономном округе
Российской Федерации [6051. имеют возможность
принимать и обрабатывать информацию от амери-
канских спутников серии NOAA.
8.12.5. Спутниковые исследования
Несмотря на то, что научные исследования в
области спутниковых технологий требуют значи-
тельных затрат, развитые страны продолжают на-
ращивать усилия по исследовательской и опера-
тивной работе в области спутниковой метеороло-
гии и ДЗ.
Значительные усилия специалистов по спут-
никовой метеорологии направлены на дистанци-
онное определение вертикальных профилей и го-
ризонтальных полей температуры и водяного
пара. Другое направление охватывает исследова-
ния эффективности активных датчиков, разме-
щаемых на спутниках, таких как лидары и рада-
ры, для того, чтобы определить профили ветра и
другие метеорологические характеристики с до-
вольно высоким вертикальным разрешением. Это
необходимо для установления начальных усло-
вий и постоянного использования спутниковых
данных в метеорологических моделях прогнози-
рования погоды.
Активно развиваются методы включения радио-
локационных изображений и геосинхронных спут-
никовых данных в программы анализа облачнос-
ти, разрабатываются новые аналитические мето-
ды спутниковой метеорологии. Цель таких иссле-
дований состоит в том, чтобы точнее определять
характеристики облаков со спутника, в частности,
высоту облака, его физическую и оптическую тол-
щину, параметры размеров частиц, фазу развития
облака, а также области дождя.
Разработка и усовершенствование спутниковых
датчиков с целью оптимизации длины волны и
полосы пропускания, улучшение пространствен-
ного разрешения и калибровка - это тоже важные
направления работ в области спутниковых изме-
рительных систем. Характерный пример - систе-
ма дальнего зондирования водяного пара, разра-
ботанная в рамках программы DMSP (Defense
Meteorological Satellite Program) [679].
Важными являются исследования по обобще-
нию экологической информации, получаемой от
большого количества спутниковых измерительных
платформ и датчиков. Для обеспечения оператив-
ной работы метеорологов осуществляется иден-
тификация облачности в необходимых простран-
ственных масштабах на основе прямого считыва-
ния спутниковых метеорологических данных. Раз-
работан пакет алгоритмов спутникового анализа
облаков TACNEPH [631], который реализован в
малом тактическом терминале (Small Tactical
Terminal) DMSP.
8.12.6. Погода в аэропортах
На основе спутниковых данных функциониру-
ет станция METAR [786], обеспечивающая до-
ступ к метеорологической информации более чем
в 3000 аэропортах мира. Зайдя на сайт [786], достаточ-
но нажать на кнопку, соответствующую географи-
ческому району, чтобы получить необходимую авиа-
ционную метеорологическую информацию. На-
612 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
пример, ниже приводится часть данных для аэропор-
та «Борисполь», полученных вечером 01.10.2006 г.
<http://en.allmetsat.com/metar-taf/ukraine-belarus-
moldova.php?icao=*UKBB >.
01.10.2006
Boryspil, Ukraine
Current weather observation Units: SI / US
The report was made 32 minutes ago, at 19:30 UTC.
Wind: 1.9 kt from southwest.
Temperature: 9°C.
Humidity 93 %.
Pressure 1018 hPa.
Visibility 6000 m.
Clear sky.
Overall visibility: greater than 10 kilometers.
Forecast.
The report was made 27 minutes ago, at 19:35 UTC.
Forecast valid from 01 at 20 UTC to 02 at 06 UTC.
Visibility 2000 m.
mist
Данные о погоде в аэропортах можно также
заказать по электронной почте по адресу
<METAR@FlightWX.com>. Запрос должен вклю-
чать лишь идентификатор ICAO данного аэропор-
та. Для этого существует специальный бланк [716],
после посылки которого приходит автоответ.
8.12.7. Спутники в интегрированных системах
В спутниковых технологиях получения метео-
рологической информации важную роль играют
системы сбора и распространения данных о по-
годе с использованием датчиков, размещенных
на самолетах, и передачей информации на спут-
ники.
Идея использования динамической сети с дат-
чиками, размещенными на рейсовых самолетах,
была предложена в [616, 617] и конкретизирова-
на для данных об электрическом заряде атмос-
феры. В 1990-е годы она была принята АН СССР
к внедрению как концепция единой сети наблю-
дения динамики гроз и геофизических электро-
магнитных процессов в соответствии с решени-
ем Научного совета по проблеме «Статистичес-
кая радиофизика» АН СССР (протокол № 23/19
от 22.02.91). В начале 1990-х годов в США неза-
висимо был начат эксперимент с ретрансляцией
метеоинформации с самолетов на спутник -
Aircraft to Satellite Data Relay (ASDAR), в кото-
ром были задействованы 17 самолетов междуна-
родных авиалиний. В наше время это начинание
стало широкомасштабной долгосрочной работой,
в которой принимают участие много стран, но
наибольший вклад вносят США и Великобрита-
ния [872]. Создана и развивается система авто-
матического сбора данных и оповещения - Auto-
matic Meteorological Data and Reporting (AMDAR).
В 2006-2007 гг. количество наблюдений в сис-
теме AMDAR, которые ежедневно проходят че-
рез глобальную телекоммуникационную систему
(GTS), исчисляется сотнями тысяч. Система
AMDAR оказалась высоко рентабельным источ-
ником данных, который соответствует потребно-
стям программ ВМО и приносит выгоды конеч-
ным пользователям. Более широко вопросы при-
менения интегрированных систем получения и
распространения метеорологической информации
рассмотрены в подразд. 8.13.
8.13. ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
ПОЛУЧЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
И МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПРОГРАММЫ
8.13.1. Земля — спутник
Для получения достоверной информации при
дистанционном зондировании важно, что атмо-
сферу можно зондировать в двух направлениях: с
поверхности Земли и со спутника. Наземные из-
мерения необходимы для верификации спутнико-
вых данных. Интерпретация результатов спутни-
ковых измерений, которые охватывают большие
площади и объемы атмосферы, может быть про-
ведена более точно и эффективно при объедине-
нии этих данных с результатами измерений на-
земными средствами дистанционного зондирова-
ния, проведенными в ближней зоне, даже «в точ-
ке». Таким образом, один из аспектов интеграции
проходит по линии «Земля-спутник».
8.13. Интегрированные системы получения метеорологической информации
613
8.13.2. Аэропорт
В пределах района аэропорта может быть скон-
центрировано большое количество разных средств
ДЗ и проводится много контактных метеорологи-
ческих измерений. Во многих случаях они могут до-
полнять друг друга.
Поэтому вполне естественно возникает мысль
о создании интегрированной системы метеоро-
логических наблюдений. Объединение информа-
ции от разных источников, предложенное рань-
ше для бортовых систем [610], не менее целесо-
образно и для зоны аэропорта. Метеорологиче-
ские данные от разных источников могут быть
объединены для получения более точной и де-
тальной информации о погоде в районе аэродро-
ма. Примером такой системы является Интегри-
рованная метеорологическая система - Integrated
Terminal Weather System (ITWS).
Система ITWS - один из двух главных проек-
тов, которые поддерживаются Программой раз-
вития авиационной метеорологии FAA [750|. Она
разработана в Линкольновской лаборатории [790]
Массачусетского технологического института при
поддержке FAA в рамках специальной програм-
мы Aviation Weather Development Program. Сис-
тема предназначена обеспечить повышение ка-
чества метеорологической информации путем ин-
тегрирования данных от разнообразных датчиков
и метеорологических информационных систем
FAA и NWS.
Улучшение качества метеорологической инфор-
мации способствует повышению эффективности
планирования, производительности и безопасности
работы аэропорта.
Нелетная погода в районе аэропорта - главная
причина задержек рейсов и аварий ВС. Разверты-
вание разных систем зондирования атмосферы, в
частности, таких как Terminal Doppler Weather
Radar (TDWR), Airport Surveillance Radar (ASR-9),
Wind Shear Processor (WSP) и Low Level Wind Shear
Alert System (LLWAS) (рассмотрены в под-
разд. 8.10), значительно повышает безопасность
авиационного движения в районе аэропорта. Од-
нако, функционируя отдельно, каждая из этих
систем не может в достаточной мере снизить ко-
личество задержек, вызванных сложными метео-
рологическими условиями. Даже набор упомяну-
тых систем зондирования атмосферы (или им по-
добных) не может решить проблему, если возни-
кает сразу несколько требований относительно ме-
теорологической безопасности, например предуп-
реждение изменений интенсивности снегопада (ко-
торый влияет на необходимость принятия меро-
приятий против обледенения самолетов), прогно-
зирование сдвига ветра и идентификация опасных
штормовых ячеек.
Кроме того, существует необходимость умень-
шить нагрузки на авиадиспетчера, в особенности
в условиях неблагоприятной погоды.
На рис. 8.58 [750] показаны основные источ-
ники данных для системы ITWS и главные пользо-
ватели системы. Среди источников данных -
NEXRAD и TDWR - доплеровские метеорологи-
ческие радиолокаторы NWS и FAA; AWOS - авто-
матизированная система метеорологического
наблюдения; ASOS - автоматизированная систе-
ма наблюдения поверхности; ASR-9 - аэродром-
ный радиолокатор наблюдения с веерной диаг-
раммой направленности, который дополнитель-
но к основным функциям обнаруживает и отра-
жения от метеообразований; LLWAS - система
обнаружения сдвига ветра на малых высотах, ис-
пользующая анемометры в качестве первичных
датчиков.
Информация о микровзрывах, фронтах поры-
вов ветра, местоположении и движении гроз,
ливневых ячеек, ветре в районе аэродрома, тор-
надо предоставляется пользователям разного
уровня.
Интегрированная схема (см. рис. 8.58) сви-
детельствует об одной из важных особенностей
ITWS - объединении сведений, которые поступа-
ют из разных источников, для формирования ком-
плекта информации об оперативно значащей ме-
теорологической обстановке в зоне аэропорта и
предоставлении ее пользователям.
Традиционно РО осадков (см. подразд. 8.9) яв-
ляется основным источником информации для
вынесения решения о штормовой ситуации в райо-
не аэропорта, а информация о ветре, температуре
и влажности выводится на отдельные алфавитно-
цифровые дисплеи. В то же время термодинами-
ческие параметры (температура и влажность), па-
раметры ветра и особенности микрофизических
процессов являются тоже, как и РО, необходимы-
ми для определения уровня опасности и оценки
развития погодных условий во времени.
Обоснованно используя разные источники дан-
ных, система ITWS способна создавать информа-
614 8 БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Процессор
/TWS
Информация
о микровзрывах,
фронтах 1
порывов ветра,
положении гроз
и ихдвижении,
ливневых _
ячейках,
ветре в районе
аэропорта
и торнадо
Диспетчеры
Супервизоры
LLWAS
Система
выявления СВ
Самолеты
Система выявления
молний
Менеджеры движения
- управление в зоне аэродрома (TRACON)
- подразделение управления движением по трассе (ARTCC TMU)
Центр метеорологического обслуживания (CWSU)
Рис. 8.58. Интегрированная метеорологическая система аэропорта
цию, которую невозможно добыть из данных, по-
лучаемых отдельными датчиками. Основная зада-
ча ITWS состоит в уменьшении количества задер-
жек рейсов. Она решается двумя путями: прямым
и косвенным. Прямой путь - предоставление ин-
формации авиационному персоналу (руководите-
лям полетов, диспетчерам, пилотам), чтобы он
имел возможность работать активнее и обеспечить
эффективное и хорошо организованное воздуш-
ное движение в неблагоприятной погодной ситу-
ации. Косвенный путь - это обеспечение метео-
рологической информацией системы автоматиза-
ции аэропорта и консультативной системы вихре-
вого следа (wake-vonex advisory system), чтобы
оптимизировать использование доступных аэро-
дромных маршрутов и ВПП. Дополнительные воз-
можности повышения уровня безопасности поле-
тов появляются благодаря уменьшению нагрузки
на диспетчера и улучшенному планированию ра-
боты аэропорта. Внедрение системы ITWS позво-
ляет снизить объем работы диспетчера, во-пер-
вых, за счет передачи своевременной привязан-
ной к конкретному месту информации пилотам
непосредственно по каналу передачи данных, и
во-вторых, вследствие уменьшения необходимос-
ти интерпретировать информацию, которую пре-
доставляет система. Это, безусловно, способству-
ет повышению безопасности полетов.
Примеры конкретных ситуаций в аэропортах
США в условиях задержки рейсов из-за метеоус-
8.13. Интегрированные системы получения метеорологической информации
615
ловий, особенности использования разных датчи-
ков для создания информационного продукта ме-
теорологической системы ITWS и работы системы
в реальном времени, а также оценку ее эффектив-
ности можно найти в [790].
Новый уровень интеграции функций различ-
ных систем заложен в проекте многофункциональ-
ной радиолокационной системы на основе фази-
рованной антенной решетки, осуществление ко-
торого начато NOAA, National Severe Storm
Laboratory в Норманне, Оклахома, США [949]. Эта
перспективная система объединит функции аэро-
дромного радиолокатора (ASR), трассового радио-
локатора (ARSR), аэродромной доплеровской ме-
теорологической системы (TDWR) и метеороло-
гического радиолокатора (WSR-88D) в поляримет-
рическом варианте.
8.13.3. Борт воздушного судна
На борту современного самолета сконцентри-
ровано большое количество различных датчиков
и систем, которые могут прямо или косвенно слу-
жить источниками информации для выявления зон
ОМЯ. Радиолокационные (активные и пассивные),
оптические и термодинамические характеристи-
ки, измеряемые непосредственно на борту, а также
доступные параметры движения самого самолета
составляют довольно полный комплекс данных,
которые целесообразно использовать для созда-
ния оперативной интегрированной метеорологи-
ческой информации о состоянии атмосферы на
трассе полета. Комплексная система дистанцион-
ного обнаружения опасных метеорологических яв-
лений (ОМЯ) с борта самолета с использованием
информационных каналов разной физической
природы разработана в НАУ [610]. Концепция
комплексной локализации зон ОМЯ кратко изло-
жена в подразд. 8.11.6.
8.13.4. Борт воздушного судна-
снутник-Земля
Важные аспекты интеграции связаны с исполь-
зованием рейсовых ВС как датчиков метеороло-
гической информации и носителей метеорологи-
ческого оборудования. На этой основе может быть
построена динамическая сеть. Обработка данных,
получаемых из такой динамической сети, дает ка-
чественно новый уровень метеорологической ин-
формации, необходимой для обеспечения безопас-
ности полетов.
Система AMDAR. Системы AMDAR/ASDAR,
в которых задействованы самолеты коммерчес-
ких авиалиний для сбора и передачи метеороло-
гической информации на спутник с дальнейшей
ее обработкой в наземных метеорологических
центрах, были упомянуты в подразд. 8.12.7.
Аббревиатура AMDAR происходит от Aircraft
Meteorological DAta Relay (Automated Meteorologi-
cal Data And Reporting) - трансляция метеодан-
ных с самолета. Система трансляции метеоданных
с самолета AMDAR обеспечивает автоматические
наблюдения (как минимум за ветром и темпе-
ратурой) по маршрутам коммерческих самолетов
тех авиакомпаний, которые являются членами
системы AMDAR или наняты для участия в ее
работе.
Система AMDAR обеспечивает данные о про-
филях метеопараметров в окрестностях главных
аэропортов и на трассах. Важно, что данные вблизи
аэропортов получают на высотах выполнения по-
летов. Результаты измерений сети AMDAR очень
полезны для верификации прогнозов погоды. Кро-
ме того, система обеспечивает повышение коли-
чества измерений в верхней части тропосферы в
регионах выполнения полетов.
Первый прототип системы AMDAR был разра-
ботан в Австралии в середине 1980-х годов по ини-
циативе метеорологической службы. Другие НМС
в скором времени стали наследовать это начина-
ние. В работу включился ряд авиакомпаний США
(1992 г.), KLM (1993 г.), Air France (1995 г.), British
Airways и SAS (1998 г.), Lufthansa (1999 г.). Наи-
большую активность, в том числе финансовую, в
развитии системы проявляют американские ком-
пании, за ними следуют британские [669]. В насто-
ящее время, кроме упомянутых стран, комплекты
систем AMDAR устанавливаются на самолетах авиа-
компаний Испании, Аргентины и даже Саудов-
ской Аравии и Маврикия, хотя и не принадлежат
им. Европейская сеть Е-AMDAR административ-
но основана в июне 2000 г. Ее первыми участника-
ми были 10 НМС. В 2001 г. их стало 12.
Система AMDAR занимает особое место среди
других перспективных направлений развития сис-
тем получения и передачи метеорологической
информации. По сути AMDAR- это совокупность
616 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Рис. 8.59. Плотность маршрутов интегрированной системы AMDAR за один день (глобальное покрытие)
систем, включающая систему связи самолет-спут-
ник для передачи метеорологической информа-
ции - Aircraft to Satellite Data Relay (ASDAR) и
адресно-информационную систему связи фирмы
ARINC, называемую Aircraft Communications
Addressing and Reporting System (ACARS).
Чем больше стран и авиакомпаний участвуют
в развитии AMDAR, тем гуще динамическая сеть
и качественнее метеорологическая информация.
На рис. 8.59 показана схема покрытия земного
шара рейсами в системе AMDAR в течение одно-
го дня - 22.04.2002 г. [851].
Общими усилиями ARINC, NWS и FAA обес-
печиваются тысячи автоматизированных метеоро-
логических сообщений от самолетов, оборудован-
ных системой ACARS. Наибольшую концентра-
цию данных получают над территорией США,
Западной Европы и Атлантики. Информационная
система метеорологических данных ARINC ACARS
собирает, организует и распространяет автомати-
зированные сообщения о месте и погоде для NWS.
Стандартизированные метеорологические данные
посылаются в NWS в двоичном универсаль-
ном формате для представления в коде метеоро-
логических данных- Binary Universal Form Repre-
sentation of Meteorological Data (BUFR). Прибли-
зительно 150 000 сообщений AMDAR в день в раз-
ных форматах и внутренних кодах выдаются фир-
мой ARINC (автоматически передаются ACARS).
Большой объем метеорологических сообщений,
в особенности по зонам океанов и другим труд-
нодоступным зонам, реализуются через спутни-
ковые системы связи и навигационные системы.
Этот источник данных представляет первосте-
пенный интерес для членов ICAO и Международ-
ной исследовательской группы автоматических са-
молетных данных WMO. Сохраняется намерение
привлечь дополнительные авиакомпании для
установки систем ASDAR, чтобы расширить гео-
графический регион охвата этими оперативными
системами.
Согласно |872|, в странах - членах AMDAR
осуществляется ряд потенциально важных для
развития системы проектов, в которых принима-
ет участие также авиационная промышленность,
заинтересованная в расширении и совершенство-
вании метеорологических наблюдений на борту
самолета. Среди них работы, связанные с усо-
вершенствованием бортового программного обес-
печения, которое с течением времени должно пре-
8.13. Интегрированные системы получения метеорологической информации
617
вратиться в новый стандарт для всей отрасли, а
также развитие новых систем наблюдения и об-
наружения ОМЯ, например, измерения и пере-
дачи информации о турбулентности, влажности
и обледенении.
В 2002 г. на заседании Комиссии по аэронави-
гационной метеорологии [872] было сообщено о
выполненной работе по внедрению системы
ASDAR/AMDAR в Российской Федерации. Сле-
дует отметить, что в настоящее время транссибир-
ские и полярные коридоры, проходящие через
малонаселенные регионы Сибири и Дальнего Вос-
тока, хуже всего охвачены системой ASDAR/
AMDAR. Международные авиалинии, маршруты
которых проходят над Северным полюсом, пере-
секая Российскую Федерацию, очень заинтересо-
ваны в получении дополнительной метеорологи-
ческой информации. Поэтому именно данные
AMDAR после охвата Российской Федерации по-
могут получать более точную информацию о тем-
пературе и параметрах ветра на уровнях полетов
ВС для рейсов через транссибирские и полярные
коридоры. Это будет существенным вкладом в
безопасность и эффективность полетов.
Достоинства AMDAR - высокое качество дан-
ных о температуре воздуха и скорости ветра, дос-
тупность данных практически в реальном масш-
табе времени, наличие ценных результатов изме-
рений профиля ветра, широкие возможности для
наращивания системы ACARS/AMDAR и ее по-
тенциала, в том числе путем расширения номен-
клатуры измеряемых параметров.
С точки зрения количества и качества метео-
рологической информации недостатки системы
в настоящее время связаны с отсутствием изме-
рений влажности, недостаточностью ночных из-
мерений, ограничениями регионов измерений
только проложенными маршрутами самолетов и
необходимостью сертификации аппаратуры для
установления ее на коммерческие самолеты. Кро-
ме того, профили данных не могут быть верти-
кальными. Но большинство из этих проблем мо-
гут быть решены. Например Комиссия по аэро-
навигационной метеорологии WM0 |669| отме-
тила среди других достижений разработку единого
универсального программного обеспечения для
автоматических самолетных наблюдений и вклю-
чение информации о турбулентности и данных о
влажности в состав сообщений AMDAR. В [669]
также отмечено, что важнейшим в работе систе-
мы AMDAR является обеспечение безопасности
полетов.
Другой аспект безопасности, точнее, снижения
уровня опасности авиации на основе передачи
данных и управляющих сигналов по линии зем-
ля-спутник-борт независимо от погоды, связан
с реагированием на угрозы при несанкциониро-
ванном доступе к органам управления самолетом.
Этот вопрос рассмотрен в [421, 634].
Автоматическое (автоматизированное) зависимое
наблюдение. Идея автоматических сообщений ме-
теорологических данных с борта ВС тесно пере-
секается с принятой ICAO концепцией автома-
тического зависимого наблюдения - Automated
Dependent Surveillance (ADS). На совместном со-
вещании ICAO и ВМО [352] указано, что авиа-
ционные потребности в автоматизированных до-
несениях с борта должны удовлетворяться путем
использования блоков данных с метеорологичес-
кой информацией в сообщениях ADS. Все дру-
гие типы донесений с борта (например, сведения
с бортовыми метеорологическими данными сис-
темы AMDAR) считаются базовыми метеороло-
гическими данными и поэтому рассматриваются
в рамках соответствующих программ ВМО. Со-
вещание признало, тем не менее, важность раз-
вития системы AMDAR, которая оказывает боль-
шую поддержку программам Всемирной службы
погоды (ВСП) ВМО.
Подробные технические требования к метео-
рологическим параметрам, которые подлежат
включению в блок данных с метеорологической
информацией сообщения ADS, внесены в Техни-
ческий регламент WM0 и ICAO [351]. Они вклю-
чают подробные указания относительно предос-
тавления данных о турбулентности. Такие данные
предполагается предоставлять в виде индекса, ко-
торый является функцией средней и максималь-
ной скорости диссипации кинетической энергии
турбулентности - Eddy Dissipation Rate (EDR) в
течение 15-минутного периода, непосредственно
предшествующего наблюдению. Величина пара-
метра EDR в соответствии с [352] была выбрана
на основе испытаний, проведенных в Австралии
и США. Такой выбор обусловлен также тем, что
указанный параметр будет использоваться в буду-
щем как входная переменная в моделях прогноза
погоды NWP, принятых ВЦЗП. Это может ока-
зать положительное влияние на качество прогно-
зов турбулентности.
618 8. БЕЗОПА СНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
8.13.5. Другие специализированные
интегрированные системы
Кроме самолетных систем AMDAR и ADS раз-
ворачиваются и другие системы наблюдения. На-
пример, Автоматизированная Корабельная Аэро-
логическая Программа - Automated Shipboard
Aerological Program (ASAP) состоит из 12 систем,
которые регулярно дают сообщения. Много стран,
включая США, эксплуатируют испытательные сети
наземных доплеровских радиолокаторов NEXRAD
(подразд. 8.10.10), чтобы обеспечить почти непре-
рывное зондирование атмосферы. С целью совер-
шенствования методологии, используемой в раз-
витии и развертывании систем метеорологичес-
кого наблюдения, NOAA разрабатывает програм-
му Североамериканских систем атмосферного
наблюдения (NAOS).
Концепция Оперативной всемирной системы
наблюдения и оценки погоды - Operational World
Weather Watch Systems Evaluation (OWSE) - пре-
дусматривает ее применение и как региональной
структуры. Так, успешно завершено создание сис-
темы OWSE-Африка, необходимой для радиосвя-
зи и распространения метеорологических данных
в Африке, а также для оценки качества самого про-
тяженного применения геостационарного метео-
рологического спутника Европейского экс-
плуатационного космического консорциума
EUMETSAT.
Наращиваются усилия по разработке и осуще-
ствлению Глобальной системы наблюдения кли-
мата - Global Climate Observing System (GCOS),
которая строится на основе системы World Weather
Watch (WWW). Система WWW объединяет глобаль-
ную океаническую систему обслуживания -
Integrated Global Ocean Services System (IGOSS) и
другие существующие системы с целью углубле-
ния знаний об атмосферных процессах, улучше-
ния понимания особенностей климата и прогноза
его изменений.
8.13.6. Глобальная система наблюдения
Глобальная система наблюдения - Global
Observing System (GOS) - согласованная система
методов, технических приемов и средств обслу-
живания для погодных наблюдений в глобальном
масштабе. Это сложная система, в которую вхо-
дят подсистемы поверхностного, самолетного и
спутникового базирования [873], обеспечивающие
автоматизированные наблюдения атмосферы снизу
(с поверхности Земли), из середины (ВС, зонды)
и сверху (спутники).
Главными элементами подсистемы поверхност-
ного (наземного) базирования являются региональ-
ные и основные синоптические станции и сети,
стационарные морские пункты наблюдений, со-
ставленные из океанских метеорологических
станций, стационарных и поставленных на якорь
станций базовой системы, островных и прибреж-
ных станций. К этой же подсистеме относятся
подвижные морские станции, в том числе суда и
дрейфующие бакены.
Самолетные метеорологические станции вклю-
чают автоматизированные самолетные инфор-
мационные системы. Назначение подсистемы
космического (спутникового) базирования — не-
обходимая поддержка для метеорологических и
гидрологических прогнозов и предупреждений.
Использование спутников обеспечивает сбор дан-
ных наблюдений об окружающей среде, включая
весьма отдаленные и труднодоступные места.
Используются две категории метеорологических
спутников: на полярных орбитах и на геостацио-
нарных орбитах (см. подразд. 8.12).
С целью получения непрерывной информации
с геостационарных орбит подписано долгосроч-
ное соглашение по обмену данными между NOAA
и EUMETSAT. В будущем спутник POES NOAA
будет интегрирован в единую структуру с военны-
ми системами DMSP, чтобы сформировать ско-
ординированную Национальную полярно-орби-
тальную оперативную спутниковую систему ок-
ружающей среды (NPOESS). Чтобы осуществить
NPOESS, системы NOAA, DOD и NASA работа-
ют вместе. Объединенный офис Программы IPO
возглавляет NOAA, она же отвечает за действие
NPOESS, а также за связи с национальными и
международными гражданскими пользователями
системы. Ответственность за приобретение (снаб-
жение) NPOESS, запуск системы и интеграцию
на системном уровне возможна на DOD. Задача
NASA связана с развитием и объединением но-
вых, рентабельных технологий, чтобы расширить
возможности NPOESS.
Радиопередача данных от американских спут-
ников серий NOAA и GOES является свободной,
неограниченной. Она не требует никакого априор-
8.14. Эффективность метеорологического обеспечения авиации
619
ного сообщения. Данные могут быть получены не-
посредственно любой надлежащим образом обо-
рудованной наземной станцией в границах прямой
видимости спутников. Соединенные Штаты через
NOAA извлекают метеорологическую информацию
из этих данных для дальнейшего распространения
через сеть GTS. Всемирная метеорологическая сеть
WWW является гибкой системой, которая может
быть приспособлена к изменяющимся технологи-
ям и эксплуатационным состояниям. Последние
технологические и научные достижения в области
наблюдений, обработки данных и радиосвязи на-
ходятся под пристальным вниманием с целью со-
вершенствования систем GOES, GDPS и GTS.
Развитие и функционирование интегрирован-
ных систем влияет на работу авиации, которая, с
одной стороны, всегда требует более точной и де-
тальной метеорологической информации, а с дру-
гой, - вносит свой весомый вклад в получение
этой информации.
8.14. ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВИАЦИИ
Воздушные перевозки должны быть безопас-
ными и эффективными. Для обеспечения этого
необходим согласованный на международном
уровне свод правил полетов. Такие правила, раз-
работанные ICAO и включающие общие правила,
правила визуального полета и правила полетов по
приборам, сведены в Приложение 2 к Конвенции
ICAO. Они применяются без исключения для дви-
жения над открытым морем и над территориями
государств при условии, что не противоречат пра-
вилам, действующим в государствах, над террито-
риями которых выполняются полеты. За соблю-
дение правил полетов отвечает командир воздуш-
ного судна. Пилотам необходима информация об
условиях погоды на маршрутах, по которым им
предстоит выполнять полет, и на аэродромах на-
значения. Это непременное условие безопаснос-
ти полетов.
Авиационный транспорт играет уникальную
роль в мировой экономике и экономике отдель-
ных государств, в том числе Украины. Вся дея-
тельность аэродромных метеорологических орга-
нов, по сути, подчинена решению традиционной
задачи гражданской авиации: обеспечить безопас-
ность, регулярность и экономическую эффектив-
ность воздушных перевозок.
В Приложении 3 к Конвенции ICAO указыва-
ется, что задача метеорологического обслужива-
ния заключается в содействии безопасному, эф-
фективному и регулярному осуществлению аэро-
навигации. В этом документе говорится и о роли
метеорологической информации в прокладывании
пилотом курса, который позволит воспользовать-
ся благоприятным ветром и сэкономить топливо,
что особенно важно в условиях, когда цены на
топливо постоянно растут. Поэтому можно гово-
рить о высокой эффективности ВСЗП и метеоро-
логического обслуживания аэронавигации в целом.
Неоценимое положительное влияние метеороло-
гического обеспечения на безопасность полетов
очевидно, особенно, если учесть уровень влияния
опасных метеорологических явлений на работу
авиации (см. подразд 8.1-8.5).
На сайте ВМО (http://www.un.org/russian/
ecosoc/wmo/page2.htm) приведены оценки эконо-
мической эффективности метеорологического и
гидрологического обслуживания. Грубая оценка по
данным 1994 г. показывает, что глобальная эко-
номическая эффективность находилась в преде-
лах 20-40 млрд долларов США. Какая доля от этой
суммы относится к метеорологическому обслужи-
ванию авиации, сказать трудно, однако обшая сум-
ма впечатляет.
Комиссия ВМО по основным системам на
внеочередной сессии [152] в 2002 г. сохранила в
качестве рекомендованных практикой положе-
ния, касающиеся управления качеством, При-
ложения 3 ИКАО Технического регламента ВМО
и рекомендовала ИКАО и ВМО провести совме-
стную разработку руководящих материалов по
оказанию помощи странам-членам в создании
систем управления качеством для предоставле-
ния метеорологического обслуживания между-
народной аэронавигации. Комиссией также от-
мечено, что в Программу по авиационной ме-
теорологии в проекте 6 ДП включен раздел, от-
носящийся к системам управления качеством и
предусматривающий получение больших выгод
от оказания помощи поставщикам авиационно-
го метеорологического обслуживания и их пер-
620 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
соналу в повышении качества их услуг для авиа-
ционных пользователей и в увеличении общей
эффективности.
В то же время следует признать, что существу-
ющие документы и международные соглашения
мало затрагивают экономическую сторону метео-
рологического обслуживания авиации и не уде-
ляют внимания методике оценки экономической
эффективности. Обзор работ по оценке эффек-
тивности метеорологического обеспечения выпол-
нен в [72]. Один из подходов [72] предполагает,
что экономический эффект достигается в основ-
ном путем задержки вылета ВС при неблагопри-
ятной погоде в пункте посадки или по трассе по-
лета. Этим предотвращается посадка на запасной
аэродром или возврат самолета в пункт вылета.
В методическом отношении оценить ущербы, свя-
занные с нарушением регулярности полетов,
сложно.
Суть метода оценки экономической эффектив-
ности прогнозной метеорологической информа-
ции для обеспечения ГА заключается в следую-
щем [371, 568]. За определенный промежуток вре-
мени (обычно месяц) составляется матрица соот-
ветствия прогнозов и фактической погоды. Пример
такой матрицы приведен в табл. 8.7.
Таблица 8.7. Матрица соответствия прогнозов
и фактической погоды
Погода по прогнозу Фактическая погода Сумма
нелетная Ф\ летная Ф2
Нелетная П\ Ли Л12 «10
Летная 1Ъ «21 «22 «20
Сумма «01 «02 П
Здесь лн - количество оправдавшихся прогно-
зов нелетной погоды /7,; л12 - количество неоправ-
давшихся прогнозов нелетной погоды /7(; и2] -
количество неоправдавшихся прогнозов летной
погоды /72; л22 - количество оправдавшихся про
гнозов летной погоды /72; л1() и пм - общее количе-
ство прогнозов нелетной /7( и летной П2 погоды
соответственно; и(|| и пт - общее количество слу-
чаев фактически нелетной Ф, и летной Ф2 погоды
соответственно; п - общее количество разработан-
ных прогнозов. При этом справедливы следую-
щие равенства:
«10 «II + «12’ «20 «21 «22»
«01 ~ «11 «21’ П02 ~ «12 «22’
« = «Ю + «20 = «О! + «02- <8‘46>
Показателями эффективности являются три
безразмерных параметра:
степень предупрежденности об ОМЯ
G = ^-
«01 ’
оправдываемость прогнозов о наличии ОМЯ
оправдываемость прогнозов об отсутствий ОМЯ
«20
Если количество случаев, когда летная погода
сменялась нелетной за исследуемый период, обо-
значить /, а напряженность работы аэропорта за
тот же период обозначить и , то экономический
эффект
E = Ul Bfi+Boe-RLG 1-1 -Ml-G) , (8.47)
где В. — средний эффект одного прогноза с ОМЯ;
Bt) - средний выигрыш от одного оправдавшегося
прогноза без ОМЯ, выданного в период нелетной
погоды; R, - средний убыток от непроизводитель-
ного налета ВС; 1^ - средние потери при нео-
правдавшемся прогнозе без ОМЯ.
Эффект BX = CU/N, где С - эффективность
одного успешного трехчасового прогноза с ОМЯ
при N обслуженных условных самолето-вылетов.
Напряженность работы аэропорта можно выразить
в виде
т
и = 1ЬиЛ, (8-48)
1=1
где U - количество вылетов самолетов каждого
типа; d- весовой коэффициент для данного типа
ВС, определяемый как отношение себестоимости
одного часа эксплуатации ВС данного типа к себе
стоимости условного самолета (эталона).
Подход к оценке эффективности работы аэро
дромного метеорологического органа (АМО), на-
пример АМСГ или АМЦ [72] базируется на рас-
8.14. Эффективность метеорологического обеспечения авиации
621
ходах на содержание АМО. Если принять, что ос-
новное оборудование должно обновляться пример-
но один раз в 10 лет, то его амортизация равна
10 % стоимости в год. С учетом нормативной при-
были ежегодные расходы на содержание АМО
составят определенную сумму.
В аэропорту обслуживается W вылетов в год
(примерно 7V/365 вылетов в сутки). Исходя из этого
определяют стоимость метеорологического обслу-
живания среднего рейса. Поэтому, с одной сторо-
ны, авиапредприятие должно ежемесячно перево-
дить на счет АМО определенную сумму, а с дру-
гой, - что делать, если по вине метеослужбы на-
блюдался возврат (задержка) ВС или его поломка?
В первом случае переведенные авиапредприятием
средства являются как бы авансом, а окончатель-
ный расчет с АМО за истекший период произво-
дится в начале следующего периода по фактичес-
кому количеству обслуженных рейсов и качеству
метеорологического обеспечения.
При наличии возвратов по вине метеослужбы
АМО должен возвращать авиапредприятию сум-
му за непроизводительный налет и упущенную
выгоду. Это было бы справедливо при условии,
что существующие методы прогноза ОМЯ имели
стопроцентную оправдываемость. К сожалению,
этого нет, поэтому, должен ли АМО нести ответ-
ственность за конкретный неоправдавшийся про-
гноз погоды, необходимо рассматривать индиви-
дуально. Если синоптик использовал все рекомен-
дованные для прогноза ОМЯ методы и получил
отрицательный результат, то АМО не должен не-
сти материальный ущерб за случившийся возврат
самолета. Если же синоптик не прогнозировал
наблюдавшееся ОМЯ или, спрогнозировав его, не
сообщил об этом диспетчеру, то тогда все матери-
альные потери, которые понесло авиапредприя-
тие, должен компенсировать АМО [88]. Необхо-
дима материальная заинтересованность синопти-
ков в улучшении качества работы в зависимости
от уровня о правды ваемости прогнозов. Вопросы,
связанные с оценкой оправдываемости прогнозов,
а также с определением «виновника возврата ВС»
должна рассматривать авторитетная комиссия,
состоящая из специалистов метеослужбы и ГА.
Еще один вопрос возникает, когда определяет-
ся АМО, виновный в возврате самолета. Зачастую
самолет возвращается на аэродром вылета из-за
того, что не оправдался прогноз в пункте посад-
ки. По существующей технологии метеорологи-
ческого обеспечения полетов прогноз погоды в
пункте посадки разрабатывается на АМО аэродро-
ма посадки и отсылается в пункт вылета самоле-
та; АМО аэродрома вылета за такой прогноз
ответственности не несет. В этом случае потери
авиапредприятия должно компенсировать то
метеорологическое подразделение, по неоправдав-
шемуся прогнозу которого было принято реше-
ние о вылете самолета.
Анализ возвратов самолетов, произошедших по
метеорологическим условиям, позволит выявить
«слабые места» в методике прогноза ОМЯ. Это, в
свою очередь, дает основание поставить конкрет-
ные задачи по совершенствованию методики про-
гнозирования и оперативного обнаружения ука-
занных метеорологических явлений.
Таким образом, вклад метеообслуживания в
безопасность и эффективность работы авиации
может быть оценен и учтен. Для полного учета
необходимо принимать во внимание показатели
безопасности полетов, регулярности полетов и
экономической эффективности воздушных пере-
возок. Однако Комиссия ВМО отметила [123],
что дерегулирование индустрии авиации, глоба-
лизация и внедрение рыночных экономических
принципов в процесс принятия решений прави-
тельствами разных государств значительно уве-
личили разнообразие факторов, которые должны
учитываться (помимо традиционных элементов
безопасности и эффективности) при определении
методов предоставления метеорологического об-
служивания местной и международной аэрона-
вигации.
Ряд авиакомпаний, работая по лицензиям, вы-
данным национальным регулирующим органом,
развили свои собственные возможности для под-
готовки прогнозов, в то время как некоторые пра-
вительства заключают контракты на авиационное
метеорологическое обслуживание с неправитель-
ственными, а иногда «офшорными» или между-
народными предприятиями. Тем временем, в не-
которых странах национальные инфраструктуры,
традиционно эксплуатируемые НМС, находятся
под постоянно возрастающей угрозой как увели-
чения конкуренции за уже сокращающееся пра-
вительственное финансирование, так и внешнего
давления, создаваемого присутствием работающих
на глобальном уровне поставщиков обслуживания.
Важно признать, что все авиационные прогнозы
и предупреждения и, соответственно, безопасность
622 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ПРИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
аэронавигации опираются на фундаментальную
инфраструктуру, включающую сети наблюдений,
системы обработки данных и телесвязи, а также
международный обмен данными.
Внедрение новых методов и технических
средств, описанных в подразд. 8.7-8.13, наряду с
совершенствованием организации метеорологичес-
кого обслуживания авиации позволит улучшить
качество и повысить экономическую эффектив-
ность метеорологических наблюдений в зоне аэро-
порта и по трассам полетов. Будут получены даль-
нейшие выгоды благодаря использованию средств
имеющихся автоматизированных систем как для
непосредственной поддержки авиации в зоне аэро-
порта, так и в качестве источника данных для под-
держки прогнозирования текущей погоды и для
сверхкраткосрочного прогнозирования. Количе-
ство аэродромов, совершенствующих свои про-
граммы наблюдений на базе использования авто-
матизированных систем, непрерывно растет. Не-
обходимо вести дальнейшую разработку экономи-
чески выгодных способов глобального сбора и
распространения автоматизированных метеороло-
гических сводок с самолета для улучшения Гло-
бальной системы наблюдений и повышения точ-
ности прогнозирования опасных для авиации яв-
лений.
Благодаря координации деятельности стран
участвующих в проекте АМДАР (AMDAR), следу-
ет ожидать увеличения поступлений глобальных
аэрологических данных высокого качества (вклю-
чая данные о турбулентности, влажности и обле-
денении), в частности по районам мира, данных
по которым недостаточно. Это один из реальних
факторов повышения эффективности метеороло-
гического обслуживания авиации.
Глава 9
АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
9.1. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АЭРОНАВИГАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Аэронавигационное обслуживание обеспечива-
ется в рамках системы, в состав которой входят:
обслуживание воздушного движения (ATS), служ-
ба авиационной электросвязи (СОМ), метеороло-
гическое обеспечение аэронавигации (МЕТ), служ-
бы поиска и спасения (SAR), служба аэронавига-
ционной информации (AIS). Эти виды обслужи-
вания предоставляются на всех этапах полета ВС
в воздушном пространстве во время аэродромно-
го диспетчерского обслуживания, диспетчерского
обслуживания подхода, районного диспетчерско-
го обслуживания и полетно-информационного
обслуживания (рис. 9.1).
Обслуживание воздушного движения включает
несколько видов с различной степенью ответ-
ственности за обеспечение безопасности полетов
(рис. 9.2): диспетчерское обслуживание (ATCS),
полетно-информационное обслуживание (FIS),
консультативное обслуживание (ATAS) и аварий-
ное обслуживание (ALS). Виды применяемого об-
служивания зависят от многих факторов: харак-
тера местности, интенсивности воздушного дви-
жения, оборудования, метеоусловий и т. д.
В ходе ОВД выполняются следующие основ-
ные задачи:
1. Предупреждение столкновений ВС.
2. Предотвращение столкновений ВС, находя-
щихся в районе маневрирования аэродрома, и с
препятствиями на местности.
3. Ускорение и поддержание упорядоченного по-
тока воздушного движения в диспетчерских зонах.
4. Предоставление консультаций и информа-
ции, необходимых для обеспечения безопасного
и эффективного осуществления полетов.
5. Уведомление соответствующих органов о ВС,
нуждающихся в помощи и спасении, а также ока-
зание необходимого содействия.
Диспетчерское обслуживание является основ-
ным и наиболее распространенным видом ОВД
для полетов ВС в контролируемом воздушном
пространстве. Во время диспетчерского обслужи-
вания обеспечивается предотвращение столкно-
вений ВС на земле (в воздухе), а также коорди-
нация воздушного движения для обеспечения
максимальной пропускной способности.
Районное диспетчерское обслуживание (Area
Control Service) осуществляется районным диспет-
черским центром на трассах (в узловых диспетчер-
ских районах) и заключается в контроле движения
каждого ВС по выполнению представленного пла-
на полета. При высокой интенсивности полетов
районный диспетчерский центр может быть раз-
бит на секторы по направлениям и высотам. В этом
случае каждый сектор работает на своей частоте.
Диспетчерское обслуживание подхода (Approach
Control Service) является промежуточным звеном
между районным и аэродромным диспетчерским
обслуживанием. Рубежи передачи управления дис-
петчера подхода в каждом конкретном случае ус-
танавливаются с учетом многих факторов.
Аэродромное диспетчерское обслуживание
(Aerodrome Control Service) предназначено для
обеспечения прилетающих и вылетающих ВС ин-
формацией, направленной на поддержание по-
рядка на маневренной площади аэродрома и в
зоне аэродрома с целью предупреждения столк-
новений ВС.
Полетно-информационное обслуживание осу-
ществляется центрами полетной информации
(Flight Information Center). Данным видом ОВД
обеспечиваются все ВС, выполняющие полеты в
любой точке воздушного пространства. В некото-
рых государствах при недостаточной технической
оснащенности наземными средствами аэронави-
гации и ОВД этот вид обслуживания является ос-
новным и единственным. Полетно-информацион-
ное обслуживание предусматривает предоставле-
ние экипажам ВС информации и рекомендаций,
способствующих обеспечению безопасности по-
летов, и включает:
1. Передачу на борт ВС данных о состоянии аэро-
дромов, технических средств аэронавигации и ОВД.
624
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.1. Система аэронавигационного обслуживания
2. Передачу информации об опасности для
выполнения полетов.
3. Предоставление метеорологической инфор-
мации перед полетом и в ходе выполнения полета.
Основные виды полетно-информационного
обслуживания: передачи на коротковолновых и
ультракоротковолновых частотах при оператив-
ном ОВД (Operational FIS), радиовещание пред-
варительно записанной информации на опреде-
ленной частоте (Aerodrome FIS), радиовещание
воздушным кораблям о движении других воздуш-
ных судов.
Консультативное обслуживание является бо-
лее действенным, чем полетно-информационное
обслуживание, так как экипаж ВС получает от
авиадиспетчера дополнительную консультативную
информацию в отношении общего воздушного
движения, времени вылета и эшелона полета, ре-
комендаций для предотврашения столкновения,
метеорологической информации и т. д. Консуль-
тативное обслуживание предоставляется на спе-
циальных консультативных маршрутах в райо-
нах, недостаточно оснащенных техническими
средствами контроля.
Аварийное обслуживание направлено на оказа-
ние всесторонней помощи ВС, терпящим бедствие,
и предусматривает оповещение соответствующих ор-
ганов о ВС, нуждающихся в поиске, спасении и
оказании помощи.
Аварийное обслуживание обеспечивается в лю-
бой точке района полетной информацией и в сле-
дующих случаях:
1. Если от экипажа ВС получено сообщение о
бедствии или аварийном состоянии.
2. Если служба ОВД обнаружила аварийные
обстоятельства, соответствующие «Стадиям кри-
тических условий в воздушном движении», при-
веденных в Приложении 11 к Чикагской конвен-
ции (INCERFA, ALERFA, DETRESFA).
Аэронавигационная система (ANS) относится
к системам повышенной ответственности, пото-
му что она непосредственно влияет на безопас-
ность, регулярность и экономичность полетов ВС
разных ведомств. Иерархическая структура аэро-
навигационной системы предусматривает взаимо-
действие между организациями и системами всех
уровней, на национальном и региональном (меж-
дународном) уровнях. От нормального функцио-
нирования этой системы зависит сохранение зна-
чительных материальных ресурсов.
Службы единой ANS несут ответственность за
полеты в контролируемом воздушном простран-
стве, за исключением полетов, которые выполня-
ются в особых зонах, закрепленных за другими
ведомствами. Единая ANS предусматривает пол-
ную интеграцию гражданской, коммерческой и
военной авиации на всех этапах - от планирова-
ния до диспетчерского обслуживания.
На рис. 9.3 показана структура аэронавигаци-
онной системы, которая соответствует междуна-
родным требованиям и обеспечивает:
взаимодействие и взаимосвязь пользователей
воздушного пространства;
совместимость с глобальной международной
инфраструктурой;
повышение безопасности гражданских и воен-
ных полетов при сохранении свободы маневра, необ-
ходимой для полетов военной авиации. Характерны-
9.1. Структура системы аэронавигационного обслуживания
625
ми особенностями последней являются скорость, мо-
бильность, практически полное отсутствие предва-
рительного уведомления, конфиденциальность;
возможность наращивания потенциальной
мощности ANS до уровня, на котором решаются
проблемы воздушного движения, возникающие
в пиковые моменты времени;
экономическую рентабельность, которая вы-
ражается значительным сокращением количества
средств и ресурсов в результате их совместного
использования;
эффективное и рациональное распределение
ресурсов системы для удовлетворения экономи-
ческих и оборонных нужд, а также облегчения ее
использования всеми пользователями;
эффективное использование воздушного про-
странства;
координацию деятельности с другими компе-
тентными государственными органами с учетом
приоритетов, установленных государственным за-
конодательством;
непосредственное управление воздушным дви-
жением.
Организационно-административные органы:
составляют структуру, в которой выделяется
главная администрация, ответственная за общую
политику, планирование, управление персоналом
и распоряжение бюджетом;
обязательно должны взаимодействовать с обо-
ронными системами, а также координировать свою
деятельность с аэронавигационными системами
других стран;
должны предусматривать и осуществлять на-
блюдение за подсистемами, органами и предпри-
ятиями, которые несут ответственность за еже-
дневные операции для того, чтобы:
обеспечивать безопасность, наличие и непре-
рывность выполнения необходимых видов об-
служивания;
устанавливать умеренные тарифы оплаты за
использование обслуживания для каких-либо
категорий пользователей с гарантией того, что
эти тарифы и связанные с ними затраты бу-
дут в приемлемых границах;
придерживаться выполнения условий соответ-
ствующих договоров по установлению ответ-
ственности;
обеспечивать способность осуществления конт-
роля за всеми полетами в границах соответ-
ствующего воздушного пространства;
обеспечивать возможность управления и осу-
ществления контроля за обменом информаци-
ей во время организации воздушного движе-
ния в данном районе или регионе;
обеспечивать доступность обслуживания для
всех пользователей без проявления какой-либо
дискриминации;
придерживаться стандартов Международной
организации гражданской авиации (1СА0) в
отношении характеристик связи для передачи
данных и голосовых сообщений с целью обес-
печения безопасности движения;
обеспечивать справедливое распределение рас-
ходов и прибылей в соответствии с проведен-
ными мероприятиями.
ICAO принимает большое количество норма-
тивных документов, унифицирующих правила
полетов, требования к авиационному персоналу,
нормы летной годности ВС. Эти документы име-
ют соответствующие названия: «Стандарты», «Ре-
комендуемая практика», «Процедуры».
Чикагская конвенция вступила в силу в апреле
1947 г., когда 30 государств из 52 членов Чикаг-
ской конференции ратифицировали это соглаше-
ние. В настоящее время существует 18 приложе-
ний к Чикагской конвенции.
В частности. Приложение 2 «Правила полетов»
определяет общие правила полетов в целях обес-
печения их безопасности, правила визуальных
полетов, правила полетов по приборам. В нем
приведена таблица крейсерских эшелонов полета,
действия при перехвате ВС, визуальные сигналы
для аэродромного движения и т. д.
Рис. 9.2. Виды обслуживания воздушного движения
40 8-470
Рис. 9.3. Структура аэронавигационной системы
9.1. Структура системы аэронавигационного обслуживания
621
В Приложении 11 «Обслуживание воздушно-
го движения» определены общие требования к
обслуживанию воздушного движения, виды об-
служивания воздушного движения, требования к
диспетчерскому и полетно-информационному об-
служиванию, аварийному оповещению, к делению
воздушного пространства, порядку обозначения
воздушных трасс, маршрутов SID и STAR.
Кроме Приложений к Чикагской конвенции
ICAO принимает Правила аэронавигационного
обслуживания (Procedures for Air Navigation
Services, PANS). В них содержится большой объем
материалов, не получивших статуса Стандарта или
Рекомендации. Эти процедуры, предназначенные
для применения на международной основе, утвер-
ждаются Советом ICAO и рассылаются государ-
ствам - членам ICAO.
К PANS относятся, в частности, следующие
документы:
Doc. 4444 «Правила полетов и обслуживания
воздушного движения». Рекомендации этого до-
кумента дополняют требования Приложений 2 и
11. В них устанавливается порядок ответственно-
сти за обслуживание воздушного движения, про-
цедуры, применяемые диспетчерским органом в
диспетчерском районе, при заходе на посадку и в
районе аэродрома, а также процедуры, касающиеся
координации действий органов ОВД;
Doc. 8169 «Производство полетов воздушных
судов»: том 1 - «Правила производства полетов»,
том 2 - «Построение схем визуальных полетов,
полетов по приборам»;
Doc. 7030 «Дополнительные региональные пра-
вила». Материалы этого документа используют
при составлении инструкций по осуществлению
полетов на аэродромах или по трассам в опреде-
ленном регионе. Документ содержит процедуры,
регламентирующие выполнение полетов через Ат-
лантический, Тихий океаны и другие регионы.
Эксплуатационные и технические руководства
ICAO, которые разъясняют Стандарты и реко-
мендованную практику, документы PANS и спо-
собствуют их практическому применению, тако-
вы: Руководство по расследованию летных про-
исшествий, Руководство по поиску и спасанию,
Руководство по метеорологическому обслужива-
нию, Руководство по службам аэронавигацион-
ной информации. Руководство по аэродромам, Ру-
ководство по расчету и построению зон ожида-
ния и т.д. 138].
Для регулирования безопасности полетов в
государствах Европейской конференции граж-
данской авиации применяются нормативные
документы - Регулятивные требования ЕВРО-
КОНТРОЛЯ по безопасности полетов
(EUROCONTROL safety regulatory requirements,
ESARRs):
ESARR 1 - «Национальная регулятивная база
по безопасности полетов при АТМ» [700];
ESARR 2 - «Система сообщений и оценки
авиационных происшествий при АТМ» [701];
ESARR 3 - «Применение систем управления без-
опасностью полетов провайдерами услуг АТМ»
[702];
ESARR 4 - «Оценка риска и его снижение
при АТМ» [703];
ESARR 5 - «Персонал АТМ» [704];
ESARR 6 - «Программное обеспечение и тех-
нические средства АТМ» [705].
Регулятивные требования ЕВРОКОНТРОЛЯ по
безопасности полетов (ESARRs) являются допол-
нением к Стандартам и рекомендованной прак-
тике ICAO (SARPs), т. е. требованиями высокого
уровня, и базируются на соответствующих целях
безопасности полетов. Государства, являющиеся
членами ЕВРОКОНТРОЛЯ, обязаны внедрять и
поддерживать изложенные в ESARRs положения
в отношении БП.
ESARR 1 «Национальная регулятивная база по
безопасности полетов при АТМ» включает ин-
формацию в отношении национальных функций
по обеспечению БП, национальной регулятивной
базы в отношении БП, установления минимально
допустимых уровней БП, процедур надзора за БП,
сообщений и анализа авиационных происшествий
при ОВД.
В рамках национальной нормативной базы ре-
гулятивные процессы по БП включают установ-
ление минимальных уровней безопасности поле-
тов (рис. 9.4), которые отображают:
количественные цели БП, в том случае, если
они могут быть определены;
национальные (международные) стандарты,
которые используются в системе ATM.
Заданием ESARR 2 «Система сообщений и
оценки авиационных происшествий при АТМ»
является обеспечение возможности надзора за
уровнем БП и его улучшение как в авиации в
общем, так и при ОВД непосредственно. Повы-
шение уровня БП осуществляется с помощью изу-
628
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.4. Установление минимальных уровней безопасности полетов
чения авиационных происшествий, которые были
в прошлом, и выявления ключевых областей риска
при ОВД.
В соответствии с требованиями ESARR 2 госу-
дарства должны обеспечивать внедрение офици-
альных средств донесений в отношении БП для
всех авиационных происшествий, связанных с ОВД.
В ESARR 3 «Применение систем управления
безопасностью полетов провайдерами услуг
АТМ» приведены требования в отношении фор-
мирования системы управления БП провайде-
рами аэронавигационных услуг (рис. 9.5). Ос-
новными направлениями на достижение нор-
мативного уровня БП являются: повышение
компетенции персонала ОВД. распределение от-
ветственности за управление БП и системати-
ческая деятельность по оценке и уменьшению
риска.
ESARR 4 «Оценка риска и его снижение при
АТМ» детально описывает процессы оценки и
снижения риска (рис. 9.6).
В ESARR 5 «Персонал АТМ» приведены требо-
вания в отношении персонала ATM, предназначен-
ные для провайдеров, регулирующих органов и не-
посредственно авиационного персонала. Совокуп-
ность базовых и медицинских требований включа-
ет общие требования, специфические требования к
авиадиспетчерам и специфические требования к ин-
женерному и техническому персоналу.
Рассмотрим более подробно некоторые состав-
ляющие аэронавигационной системы.
Служба авиационная метеорологическая (МЕТ)
обеспечивает метеорологической информацией экс-
плуатантов, экипажи ВС, органы ATS, коорди-
национные центры поиска и спасения, админи-
страции аэропортов и другие органы, имеющие
9. /. Структура системы аэронавигационного обслуживания
629
непосредственное отношение к аэронавигации.
В соответствии с концепцией будущей Европей-
ской системы (FEATS) МЕТ не является состав-
ной частью системы организации воздушного
движения (ATM). Однако ее составляющие при-
сутствуют в подсистемах ATM. Эффективный
обмен метеорологической информацией возможен
в случае результативного взаимодействия между
ATM и метеорологической службой. Требования
к обеспечению такого взаимодействия приведе-
ны в Приложениях 3, 11, 12 к Чикагской кон-
венции и в Правилах аэронавигационного обслу-
живания (Doc. 4444).
Служба аэронавигационной информации (AIS)
обеспечивает сбор и рассылку информации; не-
обходимой для содействия безопасности, регуляр-
ности и эффективности воздушного движения.
Получение такой информации зависит от нали-
чия аэронавигационных средств, средств обслу-
живания и связанных с ними процедур; она дол-
жна предоставляться персоналу, который участвует
в полетах, и службам, ответственным за обеспе-
чение полетной информацией.
Основным принципом AIS является ответствен-
ность каждой страны за предоставление граждан-
ской авиации информации, необходимой для меж-
Рис. 9.5. Требования ESARR 3 в отношении мероприятий по БП
Рис. 9.6. Характеристика процессов оценки и снижения риска при ОВД
630
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
дународных полетов. Принцип ответственности
касается как полетов, осуществляемых в преде-
лах территории своей страны, так и в районах, в
которых государство отвечает за диспетчерское
или другое обслуживание. Взаимодействие AIS
с ATM регламентируется международными нор-
мативными документами, в частности Приложени-
ем 15 ICAO.
Успешная работа службы поиска и спасения (SAR)
зависит от скорости, с которой могут быть подго-
товлены и проведены соответствующие операции,
а также от точности определения района поиска.
Разные страны предпринимают мероприятия для
создания и обеспечения служб поиска и спасения
на своих территориях. Границы районов поиска и
спасения устанавливаются, насколько это возмож-
но, в соответствии с границами района полетной
информации (FIR). В каждом FIR создается коор-
динационный центр поиска и спасения (RCC), в
случае необходимости - вспомогательные центры.
Каждый координационный центр взаимодействует
со службой обслуживания воздушного движения.
Система организации воздушного движения
обеспечивает такую организацию движения ВС,
которая должна удовлетворять требованиям без-
опасности и экономичности полетов. Уполномо-
ченным органом, ответственным за обеспечение
этой организации, является государство или со-
ответствующее учреждение - провайдер аэрона-
вигационных услуг.
Система ОВД состоит из наземной и воздуш-
ной (бортовой) частей, которые создают условия
для безопасного и эффективного движения ВС
на всех этапах полета. Это достигается с помо-
щью четко сформированных процедур, способ-
ствующих реализации общих целей ATM.
Основная цель ATM, по определению специ-
ального комитета по перспективным аэронавига-
ционным системам (FANS), состоит в том, чтобы
дать возможность эксплуатантам (ВС) придержи-
ваться запланированного времени вылета и при-
бытия, использовать оптимальные профили по-
лета при минимальных ограничениях и не сни-
жать нормативные уровни безопасности полетов.
Наземная часть ATM выполняет функции об-
служивания воздушного движения (ATS), менед-
жмента воздушного пространства (ASM) и орга-
низации потоков воздушного движения (ATFM).
Бортовая часть предусматривает функциональную
возможность взаимодействия с наземной частью.
Служба организации потоков воздушного движе-
ния (ATFM) формирует оптимальные потоки воз-
душного движения в соответствующих районах в
периоды времени, когда потребности превышают
или будут превышать расчетную пропускную спо-
собность системы ОВД. Термин ATFM использу-
ется для характеристики деятельности, связанной с
организацией и обслуживанием воздушного дви-
жения так, чтобы наряду с обеспечением безопас-
ного, упорядоченного и ускоренного полета отдель-
ных ВС общий объем воздушного движения в ка-
ком-либо конкретном районе не превышал уста-
новленной для него пропускной способности. ATFM
осуществляется поэтапно, путем последовательно-
го выполнения трех фаз планирования: стратеги-
ческой, предтактической, тактической.
Основные принципы деления воздушного про-
странства:
полный и исключительный суверенитет над
воздушным пространством дает право государству
устанавливать правила и процедуры выполнения
полетов;
выполнение положений SARPs ICAO в отно-
шении классификации воздушного пространства,
организации диспетчерских районов и аэронави-
гационного оснащения;
недопущение преимуществ для отдельных экс-
плуатантов при планировании структуры воздуш-
ного пространства и его использовании;
координация использования воздушного про-
странства между военными и гражданскими
пользователями, а также между органами ОВД на
региональном уровне.
По уровням полета воздушное пространство
подразделяется на верхнее и нижнее (Upper
Information Region Flight). В некоторых случаях,
исходя из соображений обеспечения эффектив-
ности ОВД, применяется среднее воздушное про-
странство. В зависимости от предоставляемого вида
ОВД воздушное пространство делится на контро-
лируемое (классы воздушного пространства А, В,
С, D, Е) и неконтролируемое (F и G).
Элементы воздушного пространства включают
районы диспетчерские и терминальные диспетчер-
ские, зоны диспетчерские и аэродромного движе-
ния с расположенными в них маршрутами ОВД,
бесконфликтными схемами выхода из района аэро-
дрома и захода на посадку (SID и STAR) и т. д.
При построении структуры воздушного про-
странства ICAO рекомендует учитывать: исполь-
9.2. Современное состояние и перспективы развития аэронавигационных систем
631
зуемый вид ОВД; правила выполнения полетов
(правила визуальных полетов или правила поле-
тов по приборам); интенсивность и плотность воз-
душного движения; характер воздушного движе-
ния (на регулярной или эпизодической основе);
летно-технические характеристики ВС; тактико-
технические характеристики средств CNS; возмож-
ности человека-оператора.
По классификации ICAO служба электросвя-
зи (СОМ) включает авиационную фиксирован-
ную службу (AFS, или фиксированную СОМ) и
авиационную подвижную службу (AMS, или под-
вижную СОМ).
Авиационная фиксированная служба - это служ-
ба электросвязи между конкретными фиксирован-
ными пунктами. Она способствует безопасности
аэронавигации, а также регулярности и эконо-
мичности воздушных сообщений.
Авиационная подвижная служба обеспечивает
радиосвязь между бортовыми станциями и авиа-
ционными станциями или между бортовыми стан-
циями. Она включает все расположенные на зем-
ной поверхности средства, оборудование и персо-
нал, которые используются для ведения двусто-
ронней связи «воздух-земля», а также для выпол-
нения таких широковещательных радиотелефонных
передач, как ATIS и VOLMET (т. е. передающие и
приемные ОВЧ- и ВЧ-станции).
Служба авиационной радионавигации (радиоло-
кационное эшелонирование) предназначена для
определения местоположения или направления
движения ВС или для предупреждения о наличии
препятствий во время навигации.
Средства наблюдения предназначены для полу-
чения динамической информации о состоянии
воздушного пространства для обеспечения обслу-
живания воздушного движения.
Оснащение аэропортов включает системы по-
садки, светотехническое оборудование, средства
обзора летного поля.
9.2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АЭРОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Аэронавигационная система является одним из
наиболее важных компонентов обеспечения на-
циональной безопасности государства. В настоя-
щее время функционирование аэронавигацион-
ной системы усложняется целым рядом серьез-
ных проблем, связанных со значительной изно-
шенностью технической базы системы, а также
несовершенством методов определения потенци-
ально-конфликтных ситуаций [68, 569, 823]*. Обо-
стрились также проблемы несоответствия исполь-
зования этих средств современным требованиям,
связанным с уровнем безопасности, экономично-
сти и доступности непрерывной информацион-
ной поддержки [133].
Отметим недостатки существующей аэронави-
гационной системы, обусловливающие необходи-
мость внедрения концепции систем CNS/ATM:
1. Система информационного обмена между
органами ОВД и находящимися под их управле-
нием ВС (связь «воздух-земля») недостаточно
* См. также: Babak V, Kharchenko И Advanced
information technologies in aeronavigation // The Advancement
of Aerospace-oriented technology in the 21st century. HanKuk,
2006. P. 253-263.
эффективна в условиях роста объемов воздуш-
ных перевозок и прогнозируемой высокой плот-
ности воздушного движения. В условиях про-
гнозируемого наращивания объемов воздушных
перевозок без внедрения новых прогрессивных
технологий существующие системы ОВД неспо-
собны в будущем выполнять возложенные на
них функции на должном уровне безопасности
полетов. Традиционные методы увеличения про-
пускной способности путем дальнейшего дроб-
ления секторов воздушного пространства исчер-
пали свои возможности и не являются эффек-
тивными.
2. Система ОВД не располагает адекватными тех-
ническими средствами для реализации процедур по
прогнозированию и оптимизации потоков ВС.
3. Используемые системы ОВД работают на ос-
нове данных о характеристиках полета ВС, которые
только приблизительно отражают реальную карти-
ну, что сужает возможности применения опти-
мальных профилей полета.
4. Возможности применения современного бор-
тового оборудования для целей оптимизации тра-
екторий полетов во многом превосходят возмож-
632
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
ности наземных систем обеспечения полетов. Это
приводит к тому, что используемые структуры
маршрутов в целом являются негибкими.
5. Отсутствие единого планирования при вза-
имодействии органов ОВД, аэропортов и пользо-
вателей воздушного пространства.
Аэронавигационная система будущего (FANS),
суть которой изложена в [33, 39, 133, 569, 570,
571, 582, 738, 773], предусматривает набор фун-
кций ОВД, которые улучшают параметры нави-
гации в воздушном пространстве за счет исполь-
зования системы автоматического зависимого
аэронавигационного контроля. Кроме того, си-
стема обмена данными «пилот-диспетчер» обес-
печивает снижение загруженности радиочастот
и повышает качество связи между пилотом и
диспетчером.
FANS обеспечивает более эффективное исполь-
зование воздушного пространства за счет сокра-
щения перерывов между взлетами и посадками ВС,
а также возможность выбора курса ВС с учетом
известных или прогнозируемых параметров ветра
и изменения температуры, при этом она дает воз-
можность сократить степень влияния таких фак-
торов, как закрытые воздушные зоны и опасные
метеорологические явления. Оптимизация курса
ВС способствует сокращению времени полета,
экономии топлива и уменьшению объемов вред-
ных выбросов, а также позволяет сократить зат-
раты на оплату персонала.
Кроме системы автоматического зависимого
аэронавигационного контроля и обмена данными
по каналу связи «пилот-диспетчер», система FANS
включает такие системы и функции: систему даль-
ней спутниковой связи, функцию взаимодействия
системы передачи данных ОВД и пользователей с
системой управления полетом (flight management
system), функцию передачи в систему управления
полетом данных от спутниковой навигационной
системы, а также функцию одновременного ото-
бражения аэронавигационных параметров - су-
ществующих и необходимых [569, 762|.
В рамках концепции систем CNS/ATM осу-
ществляются мероприятия по следующим на-
правлениям:
эффективности полетов: увеличить процент-
ное количество рейсов, которые могут выполняться
по оптимальным профилям полетов;
безопасности полетов: сократить общее ко-
личество связанных со службой ОВД инцидентов
в воздухе и на земле независимо от темпов роста
объемов воздушного движения;
национальной безопасности: обеспечить учет
потребностей национальной безопасности и тре-
бований военной авиации;
экономической эффективности: сохранить или
сократить средние аэронавигационные сборы на
километр полета;
окружающей среды: уменьшить влияние сис-
темы ОВД на загрязнение от эмиссии;
единообразия: расширить реализацию общих
проектов и свести к минимуму использование спе-
цифических местных процедур.
Концепция систем CNS/ATM предусматривает
многоуровневое планирование, которое основывает-
ся на ежедневном плане воздушного пространства и
процессе коллективного принятия решений участву-
ющими сторонами при расширяющемся переходе к
регулированию ресурсов. При планировании опти-
мального использования располагаемых ресурсов
воздушное пространство рассматривается как целое.
Для получения дополнительной пропускной способ-
ности в районах с высокой плотностью воздушного
движения будут использоваться структуры маршру-
тов, однако данная эксплуатационная концепция
предусматривает воздушное пространство «свобод-
ного полета» и использование предпочтительных для
пользователей маршрутов имеющими соответству-
ющее оборудование ВС. когда это допустимо по ус-
ловиям пропускной способности.
При применении концепции систем CNS/ATM
на службу ОВД возлагаются следующие основ-
ные функции:
1. Предотвращение столкновений ВС в воздухе.
В условиях концепции систем CNS/ATM су-
ществуют два уровня предотвращения конфликт-
ных ситуаций:
первый уровень состоит из трех этапов предот-
вращения конфликтной ситуации - стратегичес-
кого, тактического и краткосрочного;
второй уровень, обеспечиваемый в качестве
подстраховки автоматической системой сигнали-
зации для краткосрочного предупреждения о кон-
фликтных ситуациях с 2-минутным периодом
предупреждения, требуется для того, чтобы ин-
формировать авиадиспетчера о незамеченном на-
рушении стандартов эшелонирования ВС.
2. Предотвращение столкновений на земле.
Способность современных ВС выполнять взлет
и посадку в условиях ограниченной видимости
9.2. Современное состояние и перспективы развития аэронавигационных систем
633
увеличило масштабы проблемы обеспечения без-
опасного управления их движением на земле в
условиях, когда возможность визуального опозна-
вания в пределах аэродромных зон маневрирова-
ния ВС мала или сведена к нулю.
3. Предотвращение столкновений ВС с землей.
В стратегическом плане эта функция осуще-
ствляется с помощью схем полета, определения
эшелонов перехода и минимальных абсолютных
высот на маршрутах ОВД. Кроме того, тактичес-
кая функция автоматического предупреждения о
минимальной безопасной абсолютной высоте мо-
жет реализовываться для подстраховки там, где
этого требуют географические условия.
4. Обеспечение оптимальной эффективности
полета каждого ВС.
Необходимо уделить внимание потребности
пользователей производить полеты с минимальным
числом ограничений в отношении запланированно-
го времени вылета, предлагаемых маршрутов, вер-
тикальных профилей полета и времени прибытия.
5. Предоставление экипажу актуальной полет-
ной информации.
Наличие у экипажа ВС свежей информации
является важным фактором обеспечения без-
опасности полетов. Применение линии переда-
чи данных по двусторонним каналам «воздух-
земля» позволит с большей эффективностью
осуществлять эту функцию.
6. Опознавание ВС для целей обороны.
В соответствии с национальными требова-
ниями службам ОВД следует оказывать содей-
ствие службам противовоздушной обороны при
опознавании ВС.
7. Деятельность, связанная с организацией по
токов воздушного движения.
Службе организации потоков воздушного дви-
жения следует предоставлять оперативную инфор-
мацию о пропускной способности по обслужива-
нию воздушного движения в воздушном про-
странстве на маршруте и в зонах аэропортов, а
также о пропускной способности соответствую-
щих аэродромов и всех изменениях, носящих вре-
менный и постоянный характер.
9. Обеспечение службы аварийного оповеще-
ния и оказание помощи во время мероприятий
по поиску и спасанию.
Введение в эксплуатацию более надежных спут-
никовых систем и новых бортовых аварийных
радиомаяков повлияет на эффективность аварий-
ного оповещения и оказание помощи во время
поиска и спасания.
Развитие национальной аэронавигационной
системы в ближайшем будущем и в отдаленной
перспективе должно быть направлено на повы-
шение эффективности ее функционирования, со-
здание условий для ее динамического развития, а
также обеспечения совместимости с мировой авиа-
ционной инфраструктурой. Развитие системы в
стратегическом плане базируется на решениях
ICAO в отношении перехода всех государств к
организации воздушного движения с использо-
ванием спутниковых систем связи, навигации и на-
блюдения (концепция систем CNS/ATM) [133, 738].
Внедрение перспективной концепции систем
CNS/ATM ICAO нуждается в качественно новом
подходе к организации проектирования, серти-
фикации и внедрении средств аэронавигацион-
ного обеспечения полетов [133, 570], что связано
с переходом от существующей структуры систе-
мы к системе более высокого уровня - интегри-
рованной аэронавигационной системе.
Интегрированная аэронавигационная система -
система, которая отвечает желаниям разных поль-
зователей воздушного пространства и удовлетво-
ряет принципам эффективного и безопасного дви-
жения ВС.
Она должна иметь в своем составе:
сеть воздушных трасс;
наземные, бортовые и космические средства
связи, навигации, посадки и наблюдения;
систему организации воздушного движения;
систему метеорологического обеспечения;
систему аэронавигационной информации;
службу поиска и спасения;
службу технического обслуживания;
специально подготовленный персонал, который
действует в соответствии с установленными пра-
вилами и процедурами.
Созданию интегрированной аэронавигационной
системы должно предшествовать проведение иссле-
дований. результаты которых дадут возможность:
определить статус системы, принципы ее уп-
равления и мероприятия для координации деятель-
ности всех ее элементов применительно к нацио-
нальным условиям;
установить границы юридической ответствен-
ности органов исполнительной власти, в ведении
которых находятся соответствующие части аэро-
навигационной системы;
634
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
разработать эффективные формы взаимодей-
ствия органов системы и пользователей воздуш-
ного пространства.
Показатели работы интегрированной аэрона-
вигационной системы должны отвечать таким тре-
бованиям:
способствовать обеспечению суверенитета госу-
дарства и укреплению национальной безопасности;
обеспечивать безопасность воздушного движения;
повышать интенсивность воздушного движения;
удовлетворять желания всех пользователей воз-
душного пространства;
быть совместимой с международной аэронави-
гационной системой;
обеспечивать баланс доходов и затрат на под-
держку и развитие системы.
Новые принципы работы перспективных сис-
тем организации воздушного движения, которые
базируются на объединении бортовых, наземных
и космических средств в единую интегрирован-
ную сеть с помощью цифровых линий передачи
данных, требуют согласования объединенной
гражданско-военной системы с единой интегри-
рованной системой организации воздушного дви-
жения европейского региона ICAO, а в дальней-
шем - с мировой аэронавигационной системой
[133, 379, 532, 571].
Внедрение перспективной концепции систем
CNS/ATM связано с большими материальными
затратами. Создание даже сравнительно неболь-
шой части такой системы является сложной тех-
нической проблемой, для решения которой необ-
ходимо провести ряд исследований и разрабо-
ток, а это требует современных комплексов ма-
тематического и полунатурного моделирования
процессов организации воздушного движения.
Существующая в настоящее время эксперимен-
тальная база для проведения комплексных иссле-
дований устарела.
Надежность, быстродействие, экономичность
и регулярность - качества, которые в совокупно-
сти определяют эффективность авиации, но глав-
ное - это жесткое выдерживание заданного уров-
ня безопасности полетов. С увеличением ин-
тенсивности воздушного движения возрастает
количество потенциально-конфликтных ситуа-
ций, а это приводит к значительным задержкам
воздушного движения в районах с высокой ин-
тенсивностью полетов и к росту вероятности
опасных сближений и столкновений ВС в воз-
духе. В условиях прогнозируемых темпов разви-
тия воздушного транспорта количество столкно-
вений ВС будет возрастать, и без применения
специальных средств обойтись невозможно [379].
В связи с этим в последнее время резко увеличи-
лись затраты на повышение уровня безопасности
полетов, внедрение новых технических средств и
автоматизированных систем управления воздуш-
ным движением [33].
Особое место занимает проблема стандартиза-
ции средств и процедур управления. Междуна-
родная стандартизация крайне необходима во всех
сферах, где она может повлиять на безопасность,
регулярность и эффективность гражданской авиа-
ции (ГА), а именно: в эксплуатации ВС, обеспе-
чении их летной годности, в ряде средств и служб
обслуживания, таких как аэродромы, электросвязь,
навигационные средства, радиолокационные сред-
ства, спутниковые системы, метеослужбы аэро-
навигационной информации, в издании аэрона-
вигационных карт и т. д.
Для достижения максимальной степени унифи-
кации в глобальном масштабе с целью повышения
безопасности и эффективности воздушного транс-
порта ICAO принимает соответствующие докумен-
ты, которые регламентируют деятельность граж-
данской авиации.
Увеличение количества воздушных трасс по-
вышает риск столкновений ВС. Риск столкнове-
ний является функцией навигации, интенсивно-
сти воздушного движения, системы наблюдения,
связи, системы ОВД, т. е., если в конкретном
районе воздушного пространства увеличивается
интенсивность воздушного движения, то повы-
шается риск опасных сближений и столкновений
ВС. Поэтому при планировании полетов следует
учитывать необходимость изменения использо-
вания воздушного пространства путем изменения
минимумов эшелонирования или конфигурации
маршрутов так, чтобы сохранить допустимый уро-
вень риска.
При применении зональной навигации самой
серьезной проблемой является отображение раз-
личных маршрутов, запланированных отдельны-
ми рейсами таким образом, чтобы можно было
сразу определить возможность потенциальных
конфликтных ситуаций. Эта проблема особенно
актуальна в связи с появлением новых рейсов, и
поэтому разработка моделей риска столкновений
крайне необходима.
9.3. Информационный контур решения динамических конфликтных ситуаций
635
9.3. ИНФОРМАЦИОННЫЙ контур
РЕШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ КОНФЛИКТНЫХ СИТУАЦИЙ
СИСТЕМЫ АЭРОНАВИГАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛЕТОВ
Радиоэлектронное обеспечение воздушного
движения в настоящее время осуществляется с
помощью двух независимых и взаимодополняю-
щих структур: системы навигации и системы уп-
равления и контроля. Одна из них обеспечивает
ВС движение по требуемым траекториям с задан-
ной точностью на любом этапе полета, другая -
проверку и корректирование этих траекторий с
точки зрения эффективности с допустимым уров-
нем безопасности полетов и выдерживания ин-
тервалов эшелонирования.
На рис. 9.7 изображены элементы контура ра-
диоэлектронного обеспечения полетов. Этот кон-
тур формирует на информационном уровне дина-
мическую воздушную обстановку (ДВО). Элемен-
ты контура тесно связаны между собою. В резуль-
тате взаимодействия отдельных из этих систем
возможно влияние на другие подсистемы, иногда
даже побочное.
С ростом интенсивности воздушного движе-
ния все большее значение приобретает проблема
уменьшения рабочей загруженности диспетчеров
путем избавления их от выполнения многих за-
дач управления.
Решению этой проблемы будет способствовать
автоматизация с использованием ЭВМ [228, 388,
572], что дает возможность, например, создать
эффективную подсистему предупреждения опас-
ных ситуаций в полете.
По мере расширения применения систем
CNS/ATM все большее внимание необходимо
уделять учету человеческого фактора при автома-
тизации применяемых в авиации технологий.
В основе постепенной эволюции систем CNS/ATM
лежит автоматизация, которая будет играть глав-
ную роль в развитии авиационной техники в бу-
дущем. Посредством учета человеческого фактора
в процессе проектирования и разработки новых
систем можно гарантировать, что выполнение глав-
ного требования безопасности полетов не только
будет выдерживаться, но и повышаться.
Автоматические средства разрабатывают с це-
лью оказания помощи человеку в управлении си-
стемой и расширения его возможностей, и по-
этому автоматизация, насколько это возможно,
ориентирована на человека [740], т. е. оператор
должен:
управлять системой и принимать окончатель-
ное решение;
непосредственно участвовать в процессе экс-
плуатации системы;
получать поток оперативной информации о
состоянии и качестве работы управляемой им си-
стемы и контролирующих ее автоматических
средств. При этом информации не должно быть
слишком много, чтобы не перегружать операто-
ров больше, чем это необходимо;
выполнять определенные функции автомати-
зированно только в тех случаях, когда для этого
есть веские основания. Автоматизация функции
лишь по причине появления соответствующих
технических средств может в результате привести
к тому, что пользователи не смогут эффективно
использовать их для повышения качества и на-
дежности работы всей системы;
иметь возможность контролировать работу ав-
томатизированной системы;
иметь возможность оценивать эффективность
работы автоматизированной системы, сравнивая ее
с формировавшимся на основе имеющихся у него
знаний представлением о нормальном функци-
онировании таких систем. Если системы функ-
ционируют подобным образом, что их действия
можно предсказать, то человеку-оператору легко
своевременно обнаружить отклонения от нормаль-
ного поведения.
Следует предусмотреть, чтобы обнаружение, ди-
агностика и корректировка ошибок оператора были
неотъемлемыми функциями любой автоматизиро-
ванной авиационной системы, а каждый элемент
системы был информирован о намерениях других
элементов. В условиях, когда операции в системе
большей частью выполняются в автоматическом
режиме, один из путей активного вовлечения one
ратора в этот процесс заключается в том, чтобы
своевременно предоставлять ему информацию о на-
мерениях автоматизированной системы. Простота
и ясность должны служить основой разработки ав-
томатических средств, что даст возможность сде-
лать их более эффективным инструментом ОВД.
636
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.7. Структура контура оперативного контроля и формирования ДВО в аэронавигационной системе:
/Бспс — показатель информации бортовой системы предупреждения столкновений; /ВОР1 — показатель информации вторичного
обзорного радиолокатора; /кс - показатель информации калибровочного сигнала ВС; Рэ — решение экипажа; /нп — показатель
информации навигационных приборов; /BS — показатель информации бортового оборудования режима 5; /ннс — показатель инфор-
мации наземных навигационных систем; /СМ4 — показатель информации спутниковой системы наблюдения и навигации; /сид —
показатель информации спутниковой связи диспетчера; /стаэ - показатель информации спутниковой связи экипажа ВС; /РСД —
показатель информации радиосвязи диспетчера: /рс.д — показатель информации радиосвязи экипажа ВС; / — показатель инфор-
мации ОВД; /дс — показатель информации автоматизированных систем; /дс — показатель информации других систем
На схеме структуры контура оперативного кон-
троля и формирования ДВО в аэронавигационной
системе (см. рис. 9.7) обозначены элементы, за-
действованные в работе системы предупреждения
столкновений непосредственно ВС и наземных
управляющих и координационных структур [532].
Наземную часть контура оперативного конт-
роля и формирования ДВО целесообразно пред-
ставить как совокупность структур контроля (на-
блюдения), координации и управления.
Управляющим элементом в контуре является
диспетчер ОВД. На него возложены функции при-
нятия окончательного решения в конкретной воз-
душной ситуации. Специфический характер дея-
тельности диспетчеров ОВД состоит в том, что
она связана с интенсивным интеллектуально-эмо-
циональным напряжением. Приведем особеннос-
ти деятельности авиадиспетчеров, отличающие ее
от других видов операторской деятельности:
получение и обработка большого количества
информации, поступающей по различным кана-
лам связи в ограниченные промежутки времени;
необходимость принятия решения при непол-
ной или недостаточной информации;
9.3. Информационный контур решения динамических конфликтных ситуаций
637
частота и непредвиденная возможность воз-
никновения экстремальных ситуаций и особых
условий работы;
высокие рабочие нагрузки, недостаточное обес-
печение оптимального взаимодействия авиадис-
петчера с техническими средствами.
Выделим следующие психофизиологические
особенности деятельности авиадиспетчеров:
сложный операторский характер деятельности
по одновременному контролю и опосредованно-
му управлению ВС на земле и в воздухе;
высокая плотность, многообразие и скоротеч-
ность потока воспринимаемой и перерабатываемой
информации, поступающей по различным каналам
связи, высокая нагрузка на зрительный канал;
высокая ответственность принимаемых решений;
постоянная необходимость удержания в опе-
ративной памяти пространственно-временного
образа воздушной обстановки и прогнозирования
ее развития и исходов;
большая нагрузка на функции восприятия,
внимания, памяти, оперативного мышления, речь;
необходимость постоянной готовности к дей-
ствиям в нештатных и аварийных ситуациях и
экстремальных режимах деятельности;
работа в условиях действия различных помех;
аритмичный и динамичный характер профес-
сиональной загрузки в течение рабочей смены.
К числу причин, способствующих утомлению
авиадиспетчеров, следует отнести высокую интен-
сивность воздушного движения; недостатки кон-
струкции рабочего места и оборудования; недо-
статочные уровень профессиональной подготов-
ленности, продолжительность времени отдыха
между сменами и продолжительность сна в тече-
ние этого периода отдыха; неблагоприятные ме-
теорологические условия; параметры динамичес-
кой воздушной обстановки; особенности пред-
сменной подготовки и др.
В соответствии с навигационной стратегией го-
сударств Европейской конференции гражданской
авиации (ЕСАС) наземная инфраструктура будет
развиваться качественно и в сроки, указанные на
рис. 9.8.
Рис. 9.8. График развития наземной инфраструктуры на 2000-2015 гг. в соответствии
с навигационной стратегией стран Европейской конференции гражданской авиации:
NDB - ненаправленный ОВЧ-радиомаяк; VOR - всенаправленный ОВЧ-радиомаяк: DME - дально-
мерный ОВЧ-радиомаяк; SBAS - спутниковое функциональное дополнение; GBAS - наземные
функциональные дополнения; 1LS - система посадки по приборам; MLS - микроволновая система
посадки по приборам
638
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Для эффективной работы контура и приня-
тия оптимального решения в определенной кон-
фликтной ситуации необходима информация
из других источников. К таким источникам от-
носятся разнообразные датчики и индикаторы,
радиолокационные станции и сопутствующее
оборудование метеорологических служб, сис-
темы обмена информацией с компетентными
военными службами, служба аэронавигацион-
ной информации.
На основе функциональных зависимостей и
особенностей элементов контура разработан ал-
горитм автоматического принятия решений в
аэронавигационной системе, который может
быть реализован в системе с искусственным ин-
теллектом. Алгоритм предотвращения конфликт-
ных ситуаций на основе обмена информацией
между элементами структуры контура представ-
лен на рис. 9.9.
Рассмотрим выполнение разработанного алго-
ритма и основные соотношения информацион-
ных потоков элементов контура, которые исполь-
зуются в нем.
Алгоритм работы контура формирования ДВО
рассмотрим в отношении выбранного объема
зоны ОВД Говд. Допустим, что в выбранном объе-
ме выполняются рейсы ВС, которые формируют
конечное множество ВС(, ..., ВС , ..., ВСп, где п -
целое число.
Покажем, что разработанный алгоритм работы
контура выполняется для любого ВС из заданно-
го множества ВС (/ел).
Выделим экипаж /-го ВС как основное испол-
нительское звено в структуре выбора и принятия
оптимального решения в возникшей конфликт-
ной ситуации.
Информацию связи, которая поступает от эки-
пажа к диспетчеру, разделим на информацион-
ный поток, поступающий по каналу радиосвязи
«борт-земля», и информационный поток, посту-
пающий по каналу спутниковой связи: /РСЭ и
/cns3, соответственно.
Тогда выражение для количества информации,
соответствующей обоим каналам связи, можно
записать как
От бортового оборудования режима 5 в систе-
му БСПС поступает команда управления уровнем
чувствительности, которая передается наземны-
ми станциями режима S. Зависимость калибро-
вочного канала от информации наземного ВОРЛ
можно представить в виде
А<с ~ f ( A1OPJI )•
Информационный параметр БСПС, который
характеризует полученную экипажем соответству-
ющую информацию, логично представить в виде
функционала от непосредственного информаци-
онного сигнала БСПС и калибровочного пара-
метра /Бспс= (4спс> Информацию, полу-
ченную экипажем от бортового навигационного
оборудования, целесообразно представить как
функцию
Ain — Ф^ннс’ ^CNS^‘
Информация, которая передается экипажу от
бортового оборудования режимов A/C/S, может
быть представлена таким соотношением:
Рассмотренные информационные показатели
принадлежат к соответствующим автоматическим
бортовым системам, которые входят в контур опе-
ративного контроля и формирования ДВО. Кри-
териальным агрегированием информации от этих
систем экипаж ВС принимает решение при опре-
деленных воздушных обстоятельствах. Решение
его в данном случае можно показать как
= ^(^БСПЭ’ As S’ Л(П> А1с) •
Поскольку основную ответственность за вы-
бор оптимального решения конфликтной ситуа-
ции несет диспетчер, то целесообразно ввести па-
раметр, который характеризует коррекцию реше-
ния в зависимости от переданных экипажу ука-
заний диспетчера обслуживания воздушного
движения. Тогда решение экипажа в данной воз-
душной ситуации будет иметь вид
р; =ф'(р;,р;).
Рассмотрим формирование и агрегирование
информационных потоков в наземных структу-
рах контура оперативного контроля.
Сигнал бортового ответчика режимов A/C/S
зависит от информационных параметров БСПС и
бортовых навигационных приборов:
AiOI’JI — Ф (^bCIIC’AlIl ) .
г Алгоритм работы контура
J рассмотрим в отношении
1 выбранного объема зоны ОВД
Г Множество ВС, выполняющих
полеты в заданном объеме
зоны ОВД
Г Алгоритм работы выполняется
для любого ВС| из множества
iBC(ien)
Г Корректирующий параметр
L принятия решений экипажем ВС
г Экипаж ВС как главное испол-
нительное звено в структуре
I выбора и принятия решении
Передача информа-
ции по каналам
связи диспетчера
Информация от наземных
навигационных систем и си-
стем спутниковой навигации
эмация от наземного
режима S
Информация от других
источников, датчиков,
индикаторов
Зависимость калибровочного
канала от информации назем-
ного ВОРЛ режима 8
Информационные параметры
Информация от бортовых
навигационных систем как
функция lHHC lCNS
Информационный параметр,
который определяется
бортовым оборудованием
режима 8
Принятие решений экипажем
на основе критериального
агрегирования информации
Решение экипажа в данном
состоянии воздушной среды
Сигнал бортового ответчика
режима 8 как функция инфор-
мационных параметров БСПС
и навигационных приборов
Информация, которая поступа-
ет от вычислительного центра
ОВД от систем наблюдения
Информация автоматизирован-
ных систем, которая агрегиру-
ется в вычислительном центре
Информация от вычислитель-
ного центра ОВД, которая пос-
тупает диспетчеру с учетом
его указаний или дополнений
Информация о дополнении и уточ-
нении состояния воздушной среды
как функция других систем и связи
с экипажем
Информация, которая посту-
пает а вычислительный центр
ОВД от диспетчера в зависи-
мости от особенностей
состояния воздушной среды
г Информация, которая поступа-
ет от диспетчера на борт ВК
I через каналы связи
г Решение, которое принимает
I диспетчер в отношении данного
[состояния воздушной среды
относительно BCj
Р'эг^Рд)
(Передача корректиро-
J ваниядляпринятияре-
[шениянабортВС
Рис. 9.9. Алгоритм работы информационного контура
Формирование коррек-
тирующего параметра
решения экипажа ВС
640
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Информацию, которая поступает в вычисли-
тельный центр ОВД от систем наблюдения, раз-
делим на информационный поток от ВОРЛ
( ^ворл ) и информационный поток спутникового
наблюдения CNS (/'.NS).
В вычислительном центре ОВД агрегируется
информация, полученная от автоматизированных
систем (ВОРЛ с режимами А/С/S и спутникового
наблюдения). Обобщенный информационный по-
казатель автоматизированных систем можно опи-
сать выражением
АС ~ ( ^ВОРЛ ’ ^CNS ) •
При разработке контура оперативного контро-
ля и формирования ДВО была предусмотрена
возможность обращения диспетчера к управляю-
щим структурам вычислительного центра ОВД за
дополнениями или корректирующей информаци-
ей. Тогда информация от вычислительного цент-
ра ОВД с учетом указаний или дополнений дис-
петчера будет иметь вид
^АС — (^АС ’ ^ОВД ) •
Тут параметр /овд характеризует информаци-
онный поток, который поступает в вычислитель-
ный центр ОВД от диспетчера в зависимости от
особенностей состояния воздушной среды. Этот
информационный поток целесообразно показать
как функцию информационных параметров дру-
гих систем и связи с экипажем, т. е.
С)ВД — Ф ( ) •
В логическом построении алгоритма автома-
тического принятия решений в аэронавигацион-
ной системе учитывается наличие информации
дополнением и уточнением воздушной обстанов-
ки /овд как одного из определяющих параметров
в принятии решения диспетчером.
Информация, которая поступает от диспетче-
ра на борт ВС через связь, определяется инфор-
мационными потоками, поступающими по кана-
лам радиосвязи «земля-борт» и каналам спутни-
ковой связи CNS. Эту информацию характеризу-
ет параметр
Сд = V (Сед’ Cns/() •
Определяющим параметром в принятии реше-
ния диспетчером, кроме информации, получен-
ной из вычислительного центра ОВД, является
также количество каналов связи от экипажа к
диспетчеру /BS;.
Таким образом, решение, которое принима-
ется диспетчером в условиях состояния воздуш-
ной среды относительно ВО, определяется выра-
жением
^Д, — ф(^АС’ ^рсэ) •
В зависимости от информации диспетчера эки-
паж может вносить те или иные коррективы в ре-
шение в отношении данной конфликтной ситуа-
ции и выполнять соответствующие действия.
Логика алгоритма дает возможность сравнивать
решения экипажа и диспетчера в конкретной воз-
душной ситуации, т. е. проверять условие
р' -р
'д
Если решения экипажа и диспетчера совпада-
ют, тогда средство предупреждения конфликтной
ситуации является правильным. Если эти реше-
ния не совпадают, то, учитывая приоритет реше-
ния диспетчера, необходимо внести коррективы в
решения экипажа. Формирование корректирую-
щего параметра решения экипажа описывается
выражением
^=’1(ЕД).
Указания, которые корректируют движение ВС,
формируются диспетчером с использованием инфор-
мации вычислительного центра ОВД. Сформиро-
ванные указания передаются экипажу на борт ВС с
помощью каналов связи диспетчера с экипажем. Эту
передачу можно представить зависимостью
Сд )
Цикличность процесса циркуляции информа-
ционных потоков в контуре оперативного контро-
ля и формирования ДВО обусловливают нахож-
дение единственного оптимального (квазиопти-
мального) решения в созданной конфликтной си-
туации, а также дают возможность в режиме
реального времени прогнозировать и предупреж-
дать возникновение конфликтных ситуаций.
9.4. Методологическое обоснование оценки риска столкновений
641
Поскольку большинство элементов контура ав-
томатического принятия решений дублируют и
дополняют друг друга, что видно из соотношений
в разработанном алгоритме, то при использовании
такой структуры контура в системе ОВД значи-
тельно повысится уровень безопасности полетов и
их экономичность. При этом рабочая загружен-
ность диспетчера будет снижена, что уменьшит
влияние человеческого фактора и даст возможность
оптимизировать решение конфликтной ситуации.
9.4. МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОЦЕНКИ РИСКА СТОЛКНОВЕНИЙ
Рассматривая риск как одну из переменных
величин, необходимо различать оценку риска и
анализ риска.
Оценка риска связана с разработкой и исполь-
зованием методов и способов, с помощью которых
может быть оценен действительный уровень риска.
При анализе риска устанавливают, какая еди-
ница риска наиболее подходит для решения име-
ющейся проблемы, и, обозначив единицу риска
на шкале риска, определяют, какой уровень рис-
ка принимается как приемлемый. В результате
оцененный действительный риск сравнивается с
приемлемым уровнем риска.
Метод оценки риска заключается в определе-
нии приемлемого уровня риска, так называемого
заданного уровня безопасности.
Заданный уровень безопасности (TLS) - уро-
вень риска, рассматриваемый как приемлемый в
конкретных обстоятельствах. Это показатель, с ко-
торым сравнивается рассчитываемый риск для
того, чтобы определить безопасные операции в
рассмотренной системе. TLS в авиации выража-
ется в единицах катастроф [68].
Для обеспечения TLS и снижения риска столк-
новений ВС, выполняющих полеты на одном
эшелоне по пересекающимся маршрутам, приме-
няются принципы концепции круговой защищен-
ной зоны (Circle Protection Area, CPA) [483, 494].
Применение данной концепции в практических
целях для оценки уровня риска столкновения двух
ВС предполагает построение «зоны конфликтной
ситуации» на основании совокупности «предель-
ных позиций» ВС в соответствии с установлен-
ными национальными интервалами бокового эше-
лонирования (рис. 9.10).
«Зона конфликтной ситуации» представляет со-
бой совокупность таких взаимных положений двух
ВС. следующих по заданным маршрутам ОВД, при
которых их круговые защищенные зоны пересека-
ются в пространстве (в горизонтальной плоско-
сти). Соответственно в данном случае имеет место
нарушение интервала бокового эшелонирования.
«Предельными позициями» интервалов боково-
го эшелонирования называются такие расстояния
от точки пересечения заданных маршрутов ОВД до
ВС, в пределах которых имеется нарушение интер-
вала бокового эшелонирования (рис. 9.11). Совокуп-
ность «предельных позиций» в конкретных условиях
развития ДВО формирует «зону конфликтной си-
туации» для двух маршрутов ОВД.
Количественное значение максимальной «пре-
дельной позиции» d интервала бокового эшело-
нирования для каждого конкретного случая пере-
сечения маршрутов ОВД рассчитывается с помо-
щью формулы, учитывающей сферичность зем-
ной поверхности:
а = 60------sin
71
sin [л (CPA, + CPA, )/(60 -180)]'
sin (710/180)
(9.1)
где CPA, и СРА2 - значения CPA, применяемые
на маршрутах ОВД 1 и 2 (на практике в большин-
стве случаев СРА, = СРА2); о - угол пересече-
ния маршрутов ОВД.
Для облегчения практических расчетов в неко-
торых случаях сферичностью земной поверхности
можно пренебречь и зависимость (9.1) можно за-
менить следующим упрощенным вариантом:
J = (CPA,+CPA2)/sin0 . (9.2)
Совокупность «предельных позиций» взаимного
расположения ВС на маршрутах ОВД (рис. 9.11),
при которых обеспечивается выдерживание ин-
тервала бокового эшелонирования по СРА опре-
делим с помощью
// = s,cos0 + J(CPA,+СРА,)’ — (.s,sin0)2 ; (9.3)
/, = s, cos 0 - J (CPA, + CPA,)' - (s- sin 0)2 , (9.4)
где / - число отрезков, на которые делится интер-
вал [d;-d]; s - i -е расстояние от ВС1 до точки
41 8-470
642
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.10. Максимальные «предельные позиции» интервалов бокового эшелонирования
по CPA (D, и D2)
пересечения маршрутов ОВД, [</;-</], Av = 0,1г/ ;
// - i -е расстояние от ВС2 до точки пересечения
маршрутов ОВД, начиная с которого обеспечива-
ется соблюдение интервала бокового эшелониро-
вания по СРА при z -м значении s («положитель-
ная предельная позиция»); // - / -е расстояние от
ВС2 до точки пересечения маршрутов ОВД, начи-
ная с которого обеспечивается соблюдение интер-
вала бокового эшелонирования по СРА при i -м
значении $ («отрицательная предельная позиция»).
Для обеспечения безопасности полетов в
конкретных условиях ДВО и предоставления
авиадиспетчеру оперативной и наглядной ин-
формации по контролю за соблюдением норм
бокового эшелонирования для каждого участ-
ка пересечения маршрутов ОВД в зоне ответ-
ственности целесообразно на основании выше-
приведенных расчетных зависимостей (9.2)-
(9.4) составить справочные таблицы и соот-
ветствующие графики (рис. 9.12).
Применение данных справочных материалов
облегчит работу авиадиспетчера по своевремен-
ному предотвращению нарушений бокового эше-
лонирования при следовании ВС на одном эше
лоне по пересекающимся маршрутам ОВД.
Модель оценки риска столкновений может ис-
пользоваться для определения боковых миниму-
мов эшелонирования в системе управления воз-
душным движением, основой которой является
автоматическое зависимое наблюдение (АЗН).
Модель базируется на эксплуатационных тре-
бованиях для разработанной системы АЗН. Одна-
ко не все эксплуатационные требования непосред-
ственно влияют на риск столкновения, поэтому
учитываются только необходимые [133, 828]*.
Модель риска столкновений ВС учитывает воз-
можность разных типов навигационных ошибок.
Каждый из этих типов ошибок имеет собствен-
ную вероятность горизонтального перекрытия.
Модель исследует эффект от возможностей АЗН
при выявлении и устранении или уменьшении
разных типов ошибок. Этот эффект зависит от
состояния разных элементов системы ОВД, соз-
данной на АЗН. Деревья событий дают возмож-
ность анализировать разные комбинации состо-
яний ]627, 628, 888]. Модель риска столкнове-
ний определяет полную вероятность горизонталь-
ного перекрытия и оценивается как взвешенное
среднее значение вероятностей, связанных с ин-
дивидуальными навигационными типами оши-
бок и другими факторами.
*См.также: Babak V.P, Kharchenko V.P., Kukush A.G.
Classification of conflict situations between aircrafts by automatic
dependent surveillance information// International conference
«Sensors&Systems». Universitat der Bundeswehr Munchen, die
Bundesrepublik Deutschland. 2002. Vol. III.
9.4. Методологическое обоснование оценки риска столкновений
643
Рис. 9.11. Пример взаимного расположения ВС на маршрутах 1 и 2 с указанием «предельных
позиций» интервалов бокового эшелонирования по СРА
Возможности системы АЗН-ОВД схематич-
но изображены на рис. 9.13. Система обработ-
ки полетных данных (FDPS) - часть системы
АЗН-ОВД. Она реализует систему АЗН-ОВД
на земле. Связь между ВС и системой АЗН-
ОВД осуществляется через канал связи. Каж-
дый из четырех элементов: радиоэлектронное
оборудование, экипаж, FDPS и диспетчер мо-
гут сделать сообщение через канал связи. Меж-
ду экипажем и диспетчером также действует
канал радиосвязи.
В системе АЗН-ОВД различают такие элемен-
ты Е. (/ = 1,...,4): Е} - ВС; Е2 - подсистема кана-
ла связи; Е3 - подсистема генерирования воздуш-
Рис. 9.12. «Зона конфликтной ситуации» с учетом взаимного расположения ВС на маршрутах ОВД:
I" - положительное расстояние от ВС2 на М2 до точки пересечения маршрутов ОВД, при котором обеспечивается
соблюдение интервала бокового эшелонирования по СРА (/’ = 94 км): / - отрицательное расстояние от ВС2 на
М2 до точки пересечения маршрутов ОВД. при котором обеспечивается соблюдение интервала бокового эшелони-
рования по СРА (/" = —72 км); у — расстояние от ВО на Ml до точки пересечения маршрутов ОВД (5М),2</=20 км)
644
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.13. Схематическое представление возможностей системы АЗН-ОВД
ного местоположения; £4 - подсистема обработки
плана полета.
Элементы £3 и £4 - подсистемы внутри FDPS.
Принимается, что план полета подсистемы £4 ис-
пользуется для сравнения данных от ВС и систе-
мы о профиле полета в соответствии с эксплуата-
ционными условиями.
Каждый из элементов от Ег до £4 может быть
в любом из двух состояний, т. е.
О — нормальные характеристики;
/5 =
[1-ошибка;
z = 2,3,4.
Для упрощения расчетов допустим, что ошиб-
ка эквивалентна неготовности. FDPS должна ге-
нерировать тревогу, когда какое-либо отклоне-
ние (горизонтальное, продольное, по высоте или
времени) между ВС и данными FDPS превы-
Инициатор конфликта Элементы системы Состояние системы АЗН-ОВД
Последствие, связанное с Е, е2 Е3 е< Последствие Состояние элементов Е^ Е3, Е4
— 7 ООО
— 2 001
— 3 010
— 4 011
— 5 100
— 6 101
— 7 110
— 8 111
Рис. 9.14. Общее дерево последствий при введении риска,
связанного с ВС £,
шает существующие допуски. Результат опре-
деления ошибочной тревоги FDPS или диспет-
чером, который игнорирует тревогу, является
аналогичным недоступности FDPS. Таким об-
разом, вероятность ошибки или неготовности
плана полета подсистемы £4 может интерпрети-
роваться как сумма вероятностей реальной ошиб-
ки, ошибки определения тревоги и ошибки дис-
петчера.
Для оценки риска столкновения необходимо
учитывать характеристики разных результатов
ввода риска ВС (£,) и рассматривать элементы
£2, £3, £4 как функции системы безопасности
или функции системы обеспечения полетов, ко-
торые направлены на минимизацию негатив-
ных последствий. Это дает возможность пост-
роить общее дерево последствий (рис. 9.14), в
котором нормальное состояние системы обозна-
чается нулем (0), а ошибочные решения - еди-
ницей (1).
Следующий шаг - вычисление вероятностей,
связанных с каждым направлением дерева. Для
этого необходимо определить общую вероятность
распределения элементов системы £, £3 и £4.
Принимается, что эти элементы не зависят от £,
(ВС). Преимуществом такого допущения явля-
ется то, что общая вероятность распределения
может потом быть рассчитана как произведение
вероятности распределения индивидуальных эле-
ментов.
Такое допущение, однако, доказано относи-
тельно £3 и £4, т. е. подсистемы генерирования
воздушного местоположения и подсистемы об-
работки плана полета. Это будет справедливым,
если подсистемы имеют одинаковое оборудова-
ние. Следует заметить, что кроме ошибок обо-
рудования могут также быть ошибки, связанные
с программным обеспечением £3 и (или) £4.
В зависимости от степени независимого развития
программного обеспечения для £3 и £4 может
9.4. Методологическое обоснование оценки риска столкновений
645
Рис. 9.15. Структура модели риска столкновения
существовать некоторая дальнейшая зависимость
между этими двумя элементами системы.
Интенсивность отказов программного обеспе-
чения в принципе можно оценить, однако на прак-
тике это сделать очень сложно. При отсутствии
таких оценок целесообразно принять, что интен-
сивность отказов программного обеспечения эле-
ментов £3 и Е, такая, как и результаты ошибок
оборудования на £3 и £4. Из этого вытекает, что
их совместная вероятность распределения сим-
метричная в £3 и £4.
Основные составляющие модели оценки рис-
ка столкновения охватывают [532, 823]:
идентификацию сценариев, которые могут при-
вести к потере эшелонирования или возможному
столкновению двух ВС;
идентификацию определенных опасностей и
частоты, с которой они происходят (каждая опас-
ность определяется индивидуально или в комби-
нации с другими обстоятельствами сценария);
расчет вероятного риска столкновения как ре-
зультат вариантов моделирования, в которых при-
нимается, что есть отклонение от маршрута полета;
расчет вероятности определения отклонения и
исправления пилотом или системой обслужива-
ния воздушного движения (разные способы вме-
шательства системы ОВД, т. е. предотвращение
конфликта или исправление отклонения будут
влиять на временную зависимость разных типов
опасности и их проявлений, а также стратегий
обновления);
определение полной результирующей вероят-
ности столкновения, без учета на возможности
наблюдения. При этом вероятность столкнове-
ния (при отсутствии коррекции) разложена на мно-
жители: вероятность невыявления и обновления
раньше, чем столкновение произойдет.
В модели риска столкновения (рис. 9.15) был
использован режим обоих методов простых отка-
зов, т. е. отдельная опасность может зависеть от
одновременной неисправности или отказа отдель-
ных элементов системы.
Модель дает возможность рассчитать риск
по данным состояниям и для разных эшелонов
трассы.
Сравнение определенных рисков и заданно-
го уровня безопасности (TLS) поможет устано-
вить минимальный эшелон трассы. Кроме того,
модель определяет чувствительность риска к раз-
ным опасностям и обеспечивает обратную связь
между факторами опасности и результирующим
риском.
Примеры ошибок, связанных с боковыми от-
клонениями:
погрешности общих технических характерис-
тик навигации и их изменчивость, включая каче-
ство навигационного оборудования, ошибки базы
данных и несоответствующее (недостаточное) ис-
пользование навигационного оборудования для
маршрутов RNP;
ошибка экипажа ВС, включая неправильное
введение данных, вход в промежуточную точку
маршрута, периодический отказ и общая невни-
мательность;
ошибка обслуживания воздушного движения,
в том числе неправильное управление и невни-
мательность диспетчера;
несоблюдение фразеологии радиообмена между
авиадиспетчером и экипажем воздушного судна;
административные и системные ошибки, в
том числе ошибки планирования полета, кото-
рые негативно влияют на сообщения для пило-
тов, отказы оборудования ВС и ошибки про-
граммного обеспечения.
646
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
9.5. ОЦЕНКА РИСКА СТОЛКНОВЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ НА ТРАССАХ ПОЛЕТА
Модели риска столкновений применяют и для
формирования оценки системы воздушных трасс.
Эти модели базируются на нескольких допуще-
ниях. Некоторые из них связаны с выполнением
процедур, другие непосредственно относятся к мо-
делированию. Примером является допущение того,
что корректировка действий со стороны пилотов
или диспетчеров ОВД отсутствует до непосред-
ственного столкновения ВС. В этом случае ВС
представляют в виде параллелепипедов. Посколь-
ку совпадение перекрытия может происходить в
трех направлениях координат, для модели исполь-
зуют три разные переменные. Данная модель ос-
новывается на том допущении, что ее разные па-
раметры, например отклонение и скорости в ка-
ком-либо направлении или отклонения в разных
направлениях координат, являются статистичес-
ки независимыми.
Воспользовавшись моделью риска столкно-
вения, т. е. зная числовые значения ее пара-
метров [823], можно получить оценку ожидае-
мого количества аварий ВС. Важным аспектом
является гомогенность параметров модели рис-
ка столкновения. Чем более гомогенно распре-
делена переменная на воздушных трассах, тем
точнее она может характеризоваться одиночным
числовым значением, поэтому практически не-
возможно определить каждый из параметров
модели риска столкновений с одинаковой точ-
ностью.
9. 5.1. Модель риска столкновений
в результате нарушения
бокового эшелонирования
Риск столкновения вследствие утраты боково-
го эшелонирования Nm определяется как коли-
чество авиационных происшествий, происходя-
щих в течение 107 летных часов. Оценка риска
столкновения связана с вероятностью бокового
перекрытия траектории полета.
Общее выражение для определения риска столк-
новений
Nm = 107 (/V,PvR + N,P:P, + NrP,P,) • (9.5)
Рассмотрим две траектории движениях! и х,,
разделенные нормой бокового эшелонирования S,,
двух ВС N, и N2, размеры которых А, (средняя
длина), А, (средний размах крыла), А. (средний
вертикальный размер). Местонахождение ВС оп-
ределяется координатами х, у, г.
Математическая модель допускает использо-
вание статистических данных, главные из них -
вероятность продольного Pt, бокового Ру и вер-
тикального Р перекрытий.
Вероятность продольного перекрытия Рх мо-
жет быть выражена отношением полетного вре-
мени, затраченного на полет в границах про-
дольного перекрытия (A, <x<-At), к объему по-
летного времени в той же воздушной обста-
новке в течение того же периода. Поскольку
перекрытие создается двумя ВС, величина Р, -
удвоенное среднее количество часов, в течение
которых происходит перекрытие, приходящее-
ся на каждый полетный час в системе. Эта ве-
личина значительно меньше единицы.
Среднее количество раз, когда ВС создают про-
дольное перекрытие, составленное для всех ВС,
обозначается Nx. Величина Nx - удвоенное коли-
чество перекрытий, которые происходят в системе
в течение определенного периода, разделенное на
общее количество полетных часов в системе в те-
чение этого самого периода. При некоторых огра-
ничениях Nx получают путем распределения вели-
чины Рх на среднюю продолжительность tx, т. е.
л,1=ЛЛ.1=/’1|А'|/(2А1). (9.6)
Подобные выражения получают и для N,, N..
При расчете риска столкновений необходимо
учесть, что столкновения могут происходить в
трех направлениях: продольном, боковом и вер-
тикальном.
Продольные столкновения могут происходить
только в случае продольного перекрытия, т. е. Nx
раз за один полетный час, при этом боковое рас-
стояние должно быть меньше, чем А,, расстоя-
ние по вертикали - меньше, чем А..
Необходимо также, чтобы выполнялось усло-
вие пересечения аппроксимирующих фигур. Ве-
роятность этого обозначим как произведение РХРХ,
следовательно, количество продольных столкно-
вений за 107 полетных часов
Nllr (X) = Ю7 Р,РуР:\х\/(2\). (9.7)
9.5. Оценка риска столкновений ВС на трассах полета
647
Уравнение общего риска столкновения имеет вид
Nuy (X ) = 10’ />,/>, Р:[|х|/(2Л,)+И/(2\)+|Z|/(2\)] .
(9.8)
Классическая «загрузочная» модель при боко-
вом отклонении
Nm (X ) = 10’ Py(s, )Р (0)Л,/{s, [е„ (same) (ДтУ(2Л,) +
+у/( 2\) + V( 2ЛЭ)+ Е> (°РР)( ДтУ( 2Л <)+
+ >/(2Xv) + z/(2ZJ)]}’ (9.9)
где Sy - стандарт бокового эшелонирования;
Pv (S„) - вероятность бокового перекрытия для
ВС, которые номинально летят по соседним в
боковом отношении траекториям; Р. (0) - вероят-
ность вертикального перекрытия для ВС, номи-
нально летящих на одном эшелоне; Л, - средняя
длина ВС; - средний размах крыла; Л, - сред-
ний вертикальный размер ВС; Ey(same) - сред-
нее количество ВС, которые летят в одном на-
правлении на смежных в боковом отношении
линиях пути и на одном эшелоне в границах уча-
стков длиной 25, (5, - стандарт продольного
элемента) с центром на типовом ВС; Ех(орр) -
среднее количество ВС, летящих в противопо-
ложных направлениях на соседних линиях пути
и на одном эшелоне в границах участков 25, с
центром на типовом ВС; Дг’ - средняя относи-
тельная продольная скорость двух ВС, которые
летят на одном эшелоне в одном направлении;
и - средняя путевая скорость ВС; Y - средняя
относительная боковая скорость между ВС, нару-
шившими норматив эшелонирования; Z - сред-
няя относительная вертикальная скорость ВС,
летящих на одном эшелоне полета.
9. 5.2. Модель риска столкновений
в случае вертикального отклонения
воздушных судов
Риск вертикального отклонения оценивается так.
Допустим, что ВС летят вдоль определенных трасс
и что какие-либо отклонения происходят вследствие
навигационных ошибок выдерживания относитель-
ной высоты. ВС может столкнуться с другими ВС,
которые летят в том же или противоположном на-
правлении на смежном эшелоне полета той же трас-
сы. Столкновение ВС происходит также во время
пересечения разных траекторий. Таким образом,
общий риск может быть выражен как сумма трех
основных типов риска столкновения:
= Na. (same) + Nm (орр) + Na. (cross), (9.10)
где Na. - ожидаемое количество катастроф, кото-
рые приходятся на час полетного времени вслед-
ствие столкновений в данной системе воздушно-
го движения в результате невыдерживания вер-
тикального эшелонирования между ВС на сосед-
них эшелонах полета; NK(same) - ожидаемое
количество катастроф, приходящихся на час лет-
ного времени между ВС, летящими в том же на-
правлении по той же трассе на соседних эшело-
нах полета; Ка,(орр) - ожидаемое количество ка-
тастроф, которые приходятся на час летного вре-
мени между ВС, летящими в противоположном
направлении по той же трассе на соседних эше-
лонах полета; /Vo. (cross) - ожидаемое количество
катастроф, приходящихся на час полетного вре-
мени между ВС, летящими по пересекающимся
трассам полета.
Каждая составляющая имеет такой вид:
Na. (same) = Р. (1000)/’, (0)/V, (sonie)^l + A,|у|Д|Дт’|Л, ) +
+X,H/(|AZ,|X.)], (9.11)
Na: (°PP)= P (1000)P, (0)/V, (opp)[l + Z,|y|/(2tAv) +
+Л,|х|/(2гА:)], (9.12)
Na: (cross) = P, (1000)/5,. (0)/V,v (cross)'x
х[1 + ПЛДг|/(2^,2Хг)], (9.13)
где /’.(1000) - вероятность вертикального перекры-
тия; Ру(0) - вероятность бокового перекрытия;
vrel - средняя относительная скорость между ВС
на пересекающихся эшелонах; Y - средняя боко-
вая скорость между ВС того же маршрута; Z -
средняя вертикальная скорость между ВС на том
же или пересекающихся маршрутах; X - средняя
продольная скорость между ВС того же маршрута;
- наибольшая длина или ширина ВС; Nx(opp) -
ожидаемое количество продольных перекрытий,
которые приходятся на одно ВС в течение часа
полета в противоположном направлении на сосед-
них эшелонах полета; Nx(same) - ожидаемое ко-
личество продольных перекрытий (частота случа-
648
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
ев), которые приходятся на одно ВС в течение
часа полета в том же направлении на соседних
эшелонах полета; {cross) - ожидаемое количе-
ство перекрытий на пересечениях, опробованных
средним ВС в течение часа полета.
9. 5.3. Оценка параметров модели
риска столкновений
Обеспечение безопасности полетов в значитель-
ной мере связано с решением задачи предупрежде-
ния столкновений ВС в воздухе. По статистическим
данным ICAO большинство столкновений проис-
ходит на малых высотах, на трассах вне радиолока-
ционного поля, а также на границах взаимодейству-
ющих секторов ОВД. Анализ опасных сближений
ВС показывает, что число зафиксированных случа-
ев сближений быстро увеличивается с ростом ин-
тенсивности воздушного движения. Следует отме-
тить, что около 70 % сближений происходят в усло-
виях хорошей видимости, в простых метеоусловиях.
Около 70 % случаев столкновений ВС в поле-
те происходят во время обгона и 30 % случаев -
при выполнении полета на пересекающихся и
встречно-пересекаюшихся курсах, т. е. большин-
ство столкновений ВС в полете происходит вслед-
ствие того, что ВС, летящее с большей скорос-
тью, догоняет и сталкивается с ВС, имеющим
меньшую скорость полета.
Согласно статистическим данным ICAO, по-
чти 50 % опасных сближений происходит на вы-
сотах до 1500 м, 35 % - в диапазоне высот 1500—
3800 м, около 15 % - выше 3800 м.
Анализ опасных сближений ВС в полете пока-
зал, что наиболее часто допускаются следующие
ошибки и нарушения:
правил эшелонирования при выходе ВС в точ-
ку пересечения воздушных трасс (43 %);
правил эшелонирования при пересечении ВС
занятых эшелонов (27 %);
при передаче управления ВС смежным секто-
рам ОВД (17 %);
при взаимодействии с органами ОВД ведом-
ственной авиации (13 %).
Статистика показывает, что появление опасных
сближений в большинстве случаев является след-
ствием ошибок пилотов и диспетчеров ОВД. Час-
то пилоты пребывают в заблуждении относитель-
но реальной дистанции между своим и встречным
ВС и считают, что располагают достаточным вре-
менем для выполнения маневра. Ошибки авиа-
диспетчеров обусловлены высокой загруженнос-
тью воздушного пространства.
Случаи опасных сближений ВС имели место в
результате таких причин, как чрезмерная сосре-
доточенность внимания пилота на чем-то одном,
отвлечение внимания при отсутствии осведомлен-
ности об окружающей обстановке, недостаточный
обзор из кабины и др. При схождении ВС на
встречных или близких к встречным курсах ре-
шающим фактором становится время реакции,
зависящее от опыта пилота, сложности ситуации,
количества предупреждающих признаков и др.
Как показывает практика, авиационные про-
исшествия редко случаются из-за умышленного
несоблюдения установленных правил. Обычно они
происходят при обстоятельствах, оказавшихся
выше возможностей данного человека. Поэтому
при анализе статистических данных столкнове-
ний ВС в полете необходимо анализировать не
только ошибки человека, но и причины, по кото-
рым они произошли, например:
возрастающая интенсивность движения ВС на
больших и малых высотах;
возрастающие скорости движения ВС, умень-
шившие до минимума время на обнаружение и
определение угрозы столкновения;
перегруженность органов ОВД;
недостаточный уровень организации воздуш-
ного движения.
Необходимо отметить, что авиационные про-
исшествия практически никогда не бывают след-
ствием какой-либо отдельной причины. Взятые
поодиночке, эти причины могут показаться несу-
щественными, но в совокупности с другими они
способны вызвать цепь событий, в итоге приво-
дящих к авиационному происшествию.
Статистические данные, изложенные в Годо-
вом отчете по безопасности полетов за 2004 г. [628]
и подготовленные Комиссией по обеспечению
безопасности Евроконтроля, позволяют оценить
текущий уровень безопасности полетов в воздуш-
ном пространстве государств Европейской кон-
ференции гражданской авиации (ЕСАС).
Совокупность параметров, по которым осуще-
ствляется анализ безопасности полетов, включает
следующие показатели:
I. Авиационные происшествия:
столкновение ВС в воздухе (MID-AIR);
9.5. Оценка риска столкновений ВС на трассах полета
649
Рис. 9.16. Количество авиационных происшествий в 2004 г.:
1 - столкновение ВС в воздухе; 2 — CFIT (столкновение исправ-
ного ВС с землей); 3 — столкновение ВС на земле; 4 — столк-
новение взлетающего ВС и выполняющего посадку ВС;
5- столкновение ВС на земле с техническими средствами, пер-
соналом или препятствиями
столкновение исправного ВС с землей (CFIT);
столкновение ВС на земле (CGAA);
столкновение ВС на земле с техническими
средствами, персоналом и препятствиями
(CGAVPO).
2. Инциденты:
нарушение минимумов эшелонирования;
ситуация, в которой едва не произошло стол-
кновение исправного ВС с землей (CFIT);
несанкционированный выезд на ВПП;
несанкционированный вход в воздушное
пространство;
отклонение от диспетчерских разрешений и
(или) нормативных предписаний и т. д.
3. Специфические инциденты, имеющие от-
ношение к службе ОВД:
инциденты, связанные с предоставлением об-
служивания (ATS, ASM, ATFM);
отказ элементов системы ОВД (COM, SUR,
NAV, FDPD, ATM SS).
Общее количество авиационных происшествий
по упомянутым выше показателям приведено на
рис. 9.16. Отметим значительное количество авиа-
ционных происшествий, которые произошли на зем-
ле (на маневренной площади аэродрома). В Годо-
вом отчете 2004 [628] прогнозировался дальней-
ший рост количества авиационных происшествий
данного вида (CGAVPO). Для противодействия этой
тенденции и с целью предотвращения авиацион-
ных происшествий этой категории в ЕСАС разра-
ботана специальная программа (European Runway
Safety Programme).
Рис. 9.17. Общее количество авиационных происшествий
с учетом авиационных происшествий, связанных с дея-
тельностью службы ОВД
Как видно из рис. 9.17, начиная с 1999 г. (кроме
2000 г.), общее годовое количество авиационных про-
исшествий (независимо от вида ОВД, правил поле-
тов, фазы полета, класса воздушного пространства и
т. д.) остается достаточно устойчивым и находится в
диапазоне от 700 до 800 случаев. В 2004 г. этот
показатель снизился. Приведенные на рис. 9.17 дан-
ные по количеству авиационных происшествий, свя-
занных с деятельностью службы ОВД, показывают,
что их общее количество достаточно мало, в частно-
сти, в 2004 г. этот показатель составил 6 случаев.
Процентное распределение авиационных проис-
шествий по категориям показано на рис. 9.18. Ста-
тистические данные по инцидентам, связанным с
деятельностью службы ОВД, приведены в табл. 9.1.
Оценим риск столкновения в зависимости от
частоты прохождений ВС. Частота прохождения
Рис. 9.18. Процентное распределение авиационных про-
исшествий по категориям:
/ — другие виды авиационных происшествий; 2 — столкнове-
ния ВС на земле; 3 — CF1T (столкновение исправного ВС
с землей); 4 — столкновение ВС в воздухе
650
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Таблица 9.1. Статистические данные по инцидентам,
связанным с деятельностью службы ОВД
Тип сообщения об инциденте 2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г.
AIRPROX 688 669 707 509
ACAS 478 706 690 509
АТС (ранее сообщение ATIRZAPDSG) 1079 2068 4717 6347
Таблица 9.2. Частота прохождения ВС в зависимости от
направления движения
Направление движения ВС Частота прохождения ВС
средняя пиковая
Противоположное 0,5 9,8
Попутное 0,34 0,17
ВС может значительно колебаться в зависимости
от структуры воздушных трасс и также во времени.
Это делает процесс расчета среднего количества
проходящих ВС достаточно сложным. Поскольку
не существует центра для прямого получения дан-
ных в отношении частоты прохождения ВС, для
понимания величин изменений по частоте про-
хождения во времени и в пространстве были оце-
нены величины для европейского воздушного про-
странства как наиболее подходящего. В табл. 9.2
показаны средние и пиковые частоты прохожде-
ния ВС в попутном и противоположном направ-
лениях движения. Пиковые величины имеют наи-
большие значения, в то время как средние вели-
чины оценены (они основываются на сборе конк-
ретных данных [823]). В табл. 9.3 приведено воз-
можное количество пересечений ВС за полетный
час и вероятность их планового перекрытия.
Оценить риск столкновения в зависимости от
размеров ВС можно из графиков на рис. 9.19, где
показана зависимость столкновений от размеров
воздушного судна.
, Ширина ВС
б
Высота ВС
в
Рис. 9.19. Зависимость количества столк-
новений ВС от его длины (о), ширины (6),
высоты (в)
Средняя скорость
Относительная средняя скорость
Количество столкновений Количество столкновений
Вероятность бокового перекрытия
Вероятность вертикального перекрытия
a б
Рис. 9.20. Зависимость количества столкновений от сред! :ей скорости ВС (a), oti юсительной
средней скорости ВС (б)
Рис. 9.21. Зависимость количества столкно-
вений от: вероятности вертикального пере-
крытия (а), количества продольных пере-
крытий (б), вероятности бокового перекры-
тия (в)
в
652
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Таблица 9.3. Количество пересечений ВС и вероятность их
пересечения в зависимости от частоты прохождения ВС
Показатель Частота прохождения ВС
средняя пиковая
Пересечений в час 9 15
Вероятность планового перекрытия 5105 6 10 4
Оценить риск столкновений в зависимости от
средней и относительной средней скоростей воз-
душного судна можно из графиков на рис. 9.20.
Скорости могут быть оценены по данным служ-
бы ОВД или полетным планом. Для европейс-
кого континентального воздушного простран-
ства приняты такие значения: v = 450 миль/ч;
Лг/ = 35 миль/ч.
Для разных типов систем RNAV общие (резуль-
тативные) оценки среднего абсолютного значения
относительной боковой скорости |у| находятся в
диапазоне от 10,8 до 15,6 мили/ч. Таким образом,
средняя величина |у| равняется 12,5 мили/ч.
Среднее абсолютное значение относительной
вертикальной скорости является наиболее слож-
ным для оценки, потому что получить прямые,
пригодные для расчета данные (т. е. вертикаль-
ные скорости ВС, которые смещены на расстоя-
ние до 1000 футов от заданной высоты), доста-
точно сложно. Поэтому путем оценки с помо-
щью непрямых методов получим среднее значе-
ние, которое равняется 1,5 мили/ч.
Оценим риск столкновений в зависимости
от перекрытий воздушных судов с помощью
рис. 9.21. Вероятность перекрытий ВС зависит
от распределения соответствующих навигацион-
ных погрешностей.
Анализируя данные графики, можно в соот-
ветствии с формулой (9.10) дать оценку среднего
риска столкновений
Na. = 1,33 10’8 +1,28 10 7 + 2,99 • 10” = 1,4 10“7.
Эти значения показывают приблизительные
«вклады» каждого компонента в средний риск:
Л^, (орр) = 89 % ; Nи, (same) =9 %; Na. (cross) = 2% .
Обобщение оценок параметров модели риска
столкновений приведено ниже:
Лу = 0,023 мили; |Л^| = 35 узлов;
= 0,020 мили; vrd = 636 узлов;
Л. = 0,007 мили; |у|= 12,5 узла;
Л„ = 0,023 мили; |z|= 1,5 узла;
Д(0) = 0,038; А,(орр)= 0,340 ВС/ч;
v = 450 узлов; N,(same) = 0,034 ВС/ч.
Примечание. 1 миля (морская миля) = 1,852 • 10' м;
1 уз (узел) = 0,514 14 м/с.
9.6. ОЦЕНКА РИСКА СТОЛКНОВЕНИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
В РАЙОНЕ АЭРОДРОМА
В качестве критерия безопасности полетов в
районе аэродрома принимается вероятность стол-
кновения ВС в границах района. Можно предпо-
ложить, что в аэроузловой зоне случаи столкно-
вения и опасного сближения ВС, за движением
которых контроль не осуществляется, зависят от
количества выполняемых ВС операций, относи-
тельного расположения и использования аэропор-
тов и взлетно-посадочных полос каждого аэро-
дрома, ограничений, накладывающихся на исполь-
зование воздушного пространства в аэроузловой
зоне, рельефа местности и маршрутов прибытия
и отправления ВС, а также от условий видимости
и эффективности службы ОВД в отношении пре-
дупреждения потенциально опасных полетов [388].
Опасность столкновения ВС для аэроузловых зон
измеряется количеством случаев опасного сбли-
жения и зависит от объема выполняемых опера-
ций, от соотношения количества полетов, за дви-
жением которых осуществляется контроль, и ВС,
движение которых не контролируется.
Далее анализируются модели движения ВС
в аэроузловой зоне. Цель анализа моделей -
обнаружить зависимость между плотностью
воздушного движения в районе аэродрома и
вероятностью риска столкновения в ней, что
имеет важное значение, поскольку дает воз-
можность прогнозировать ожидаемую вероят-
ность опасного сближения ВС в воздухе. Пос-
ле определения этой зависимости можно про-
гнозировать ожидаемое количество столкнове-
ний ВС в воздухе, что позволяет определить.
9.6. Оценка риска столкновений воздушных судов в районе аэродрома
653
какие первоочередные мероприятия необходи-
мо предпринять для повышения безопасности
воздушного движения.
На рис. 9.22 район аэродрома показан в виде
цилиндра определенного радиуса и высоты. Дви-
жение ВС рассматривается в границах этого ра-
йона. Район аэродрома в моделях, анализируе-
мых далее, представлен аналогично изображен-
ному на рис. 9.22.
Основой анализируемых моделей является
допущение о случайном движении ВС в аэро-
узловой зоне. Это условие требует, чтобы в рас-
смотренном объеме воздушного пространства от-
носительное положение пары ВС, для которых
возможно опасное сближение или столкнове-
ние, было случайным. Кроме того, относитель-
ный курс этих двух ВС должен иметь равно-
мерное распределение в интервале от 0 до 360°,
а это будет наблюдаться в том случае, если кур-
совой угол одного или обоих ВС также имеет
равномерное распределение. Предусматривает-
ся, что полеты, выполняющиеся по правилам
визуальных полетов, имеют характер «случай-
ного движения».
Первая модель (модель Грэхема) выражает ма-
тематическую зависимость между плотностью
воздушного движения и вероятностью риска
столкновений ВС в воздухе. Эта модель базиру-
ется на ряде уравнений, которые содержат не-
сколько переменных и такие параметры: D -
дистанция опасного сближения; vr - средняя от-
Рис. 9.22. Модель движения самолетов в районе аэродрома
носительная скорость; А - площадь аэроузло-
вой зоны; v0 - средняя скорость ВС первой груп-
пы; •vi - средняя скорость ВС второй группы;
N - количество ВС.
Пусть в точке 0 находится ВС, скорость кото-
рого v0. ВС, нарушающее правила полета, имеет
скорость . Таким образом, относительная ско-
рость vr равняется векторной сумме скоростей
v0 и v,. Будем считать, что ВС-нарушитель на-
ходится в фиксированной точке, тогда первое ВС
имеет скорость vr. За время t первое ВС проле-
тит расстояние vjt и в пределах дистанции D
перекроет площадь . Если точка, которая
характеризует положение ВС-нарушителя, с
Рис. 9.23. Зависимость вероятности столкновений ВС от скорости полетов (о), дистанции опасного сближения (б)
Дистанция опасного сближения
б
654
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.24. Зависимость вероятности столкновений ВС от
радиуса аэроузловой зоны
Рис. 9.26. Зависимость вероятности столкно-
вения ВС от радиуса критической зоны
вокруг ВС
Вероятность Р2 выражает вероятность столк-
новений двух ВС и рассчитывается по формуле
равной вероятностью может занимать любое по-
ложение в зоне А, то вероятность того, что два
ВС приблизятся друг к другу на расстояние D
в момент t, равняется 2D. Понятно, что воз-
душное судно должно оставаться в зоне А в мо-
мент t или vrt <к А1/2.
Из-за того, что угол В между вектором ско-
рости vi и вектором и0 изменяется, необходимо
вычислить среднюю относительную скорость vr.
Найдем среднюю относительную скорость, когда
ВС находится на случайном относительном курсе [3:
vr =l/27tj(vg + гг -2v0v.cos(j)V~d(i. (9.14)
Рис. 9.25. Зависимость вероятности столкно-
вения ВС от радиуса зоны ОВД
фиксированные величины)
P1=2En}tt/A = 2En>rtlA. (9.15)
На рис. 9.23 показаны зависимости вероят-
ности столкновений воздушных судов от ско-
рости полета и от дистанции опасного сближе-
ния, а на рис. 9.24-9.27 - от параметров района
аэродрома.
Основой второй модели является допущение
хаотичности движения ВС (аналогично броунов-
скому движению).
Рис. 9.27. Зависимость вероятности столкно-
вения ВС от высоты зоны ОВД
a
б
Рис. 9.28. Зависимость вероятности столкновения ВС для разных типов РЛС от количества ВС в зоне ОВД (о),
средней скорости /-го ВС (6)
Рис. 9.29. Зависимость вероятности столкновения ВС для разных типов РЛС от времени нахождения ВС
в зоне ОВД (о), радиуса зоны ОВД (б)
Рис. 9.30. Зависимость вероятности столкновения для разных типов РЛС от высоты зоны ОВД (а),
удаления РЛС от ВС (б)
б
656
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
а б
Рис. 9.31. Зависимость вероятности столкновения ВС для разных типов РЛС от среднеквадратичного
отклонения по азимуту (о), по дальности (6)
Таблица 9.4. Выходные данные для оценки вероятности столкновений ВС в районе аэродрома
Тип РЛС Количество ВС Средняя скорость ВС V, км/ч Время нахождения ВС в зоне Гйч Радиус зоны R, км Высота зоны Н, км Расстояние от РЛС до ВС г, км
G.(v.) 62(v2) GXv.)
ОРЛ-Т >120 40-120 <40 500 1,2 400 12 5
ОРЛ-ТА >110 40-110 <40 450 0,8 250 8 3
ОРЛ-А - - - - - - -
В1 >90 30-90 <30 300 0,6 150 5 2
В2 >80 20-80 <20 300 0,4 90 5 1,5
ВЗ >60 20-60 <20 250 0,2 46 3 1
Примечание, {^(v,), G2(v2), G,(v3) - различные параметры моделей.
Вероятность столкновения Q ВС в пределах
района аэродрома оценим по формуле
0СТ =1-ехр[-5(А-1)\р/(я2Л/)], (9.16)
где 5 - путь, который пролетает ВС в пределах
района аэродрома; гкр - радиус критической зоны
вокруг ВС, вход в которую другого ВС означает
их столкновение; N - количество ВС в пределах
района аэродрома; R - средний радиус района;
Н - высота района.
На рис. 9.28-9.31 показаны зависимости веро-
ятностей столкновений ВС для разных типов ра-
диолокационных станций от различных парамет-
ров (Рх-Р5 - фиксированные значения вероят-
ности обнаружения целей РЛС). Графики пост-
роены на основе значений табл. 9.4.
Третья модель дополнительно учитывает вы-
ходные характеристики РЛС.
Вероятность столкновения ВС вычисляется по
формуле
С„=1-ехр -X^,(/V-l)2x
Х(С« +(С„Л/57,3)2)/
(9.17)
где N - количество ВС в пределах района аэро-
дрома; R_ - радиус района аэродрома; Н_ - высота
района аэродрома; Л - время нахождения i -го
ВС в зоне; GR - среднеквадратичное отклонение
по дальности ВС; Ga - среднеквадратичное от-
клонение по азимуту ВС; R - дальность от ра-
диолокационной установки до ВС.
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
657
9.7. ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
ПУТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ АЭРОНАВИГАЦИИ
9.7.1. Комплексная обработка
навигационной информации
и информации системы управления
воздушным движением
Безопасность полетов в воздушном простран-
стве обеспечивают две основные системы: на-
вигационная (система управления полетом) и
система ОВД. Эти системы работают параллель-
но и независимо. Они измеряют значения ко-
ординат ВС в разные моменты времени. Его
положение характеризуется спектром ситуаций.
Рассмотрим такой спектр ситуаций по коорди-
нате X, под которой можно понимать высоту,
боковую и продольную координаты ВС. Спектр
включает А ситуаций, классифицирующихся так:
нормальная ситуация (НС), усложнение усло-
вий полета (УУП), сложная ситуация (СС), ава-
рийная ситуация (АС), катастрофическая ситу-
ация (КС).
Пусть путем последовательного анализа в мо-
мент т, по информации навигационной систе-
мы принимается решение S, е {5,,..., Ss} , а по ин-
формации системы ОВД в момент т2 - реше-
ние SjG {S,,..., S,}. Будем считать, что моменты
т, и т, не слишком разнесены во времени и
что ВС в промежутке между этими моментами
не успеет перейти из одной ситуации в другую.
Кроме того, будем считать, что в обоих случа-
ях при последовательном методе анализа выдер-
живаются необходимые средние вероятности оши-
бок и выполнено неравенство
Р„>Р*П, (9.18)
где Рп - искомая средняя вероятность правиль-
ной классификации ситуации; р’ - необходимая
средняя вероятность правильной классификации
ситуации.
Эти вероятности обеспечиваются выбором пре-
делов для последовательного многоальтернатив-
ного правила.
На основании решений S(. и 5, следует выра-
ботать такое совместное решение, чтобы оно было
оптимальным с учетом неравенства (9.18).
9.7.2. Логический анализ ситуаций
д ля выработки стратегии
совместной обработки
аэронавигационной информации
Случай 1. Несогласованность ситуаций. Пусть
оценки ситуаций не сходятся. При этом i - но-
мер ситуации, выбранной по навигационным дан-
ным, a j - номер ситуации, выбранной по дан-
ным ОВД.’Если |/-jj>2, то это означает, что
одна из двух измерительных систем дает оши-
бочное решение (ВС не может находиться одно-
временно поблизости к ситуации 5, и ситуации
Sj, поскольку соответствующие области физи-
чески разнесены в пространстве). В этом случае
необходимо подключать третью информационную
систему (ИС), а данные от первых двух ИС боль-
ше не обрабатывать. При этом для данных от
третьей ИС применяется последовательный ана-
лиз по двухальтернативной схеме: выбор осуще-
ствляется между гипотезами о нахождении в си-
туации S, или S}. Если принимается первая ги-
потеза, то система ОВД предоставляет неправиль-
ную информацию; если же принимается вторая
гипотеза, то имеется неправильная навигацион-
ная информация.
Последовательный двухальтернативный анализ
близок к схеме Вальда [574], однако в данном
случае он имеет свои особенности в силу корре-
лированное™ наблюдений, связанных с допуще-
нием, что эволюция ВС в рассмотренном интер-
вале времени описывается стационарным гауссов-
ским марковским процессом и на него во время
наблюдений накладывается некоррелированный
белый шум. Суммарный процесс будет коррели-
рованным, и схема Вальда станет неприемлемой.
Для реализации двухальтернативной схемы в дан-
ном случае необходимо сделать редукцию от пяти
гипотез к двум и рассчитать сокращенные апри-
орные вероятности
Р: = Р1/\р, +Pj)^ Pj-=Pj/(Pi + Pi)=l-Pi , (9.19)
которые удовлетворяют условию
Pi + Pi=i- (9.20)
42 8-470
658
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Тогда апостериорные вероятности для данных
двух гипотез определяются по формулам
4, M = Pt P,M(*v)/[p, p!v)(*v)+ P, P<v)(xv)];(9.21)
(^v) = l-9, (^v), (9.22)
где xv - вектор из v последовательных наблю-
дений координаты х от третьей ИС; Р^(Л') -
v -мерная плотность распределения этого векто-
ра при условии, что произошла ситуация ; ана-
логично вводится плотность P;V)(*v). По после-
довательному правилу примем решение 5,, если
4, (xv)>bi,
и решение S}- - при
4j (xy/)>bj,
(9.23)
(9.24)
где />>0.5. Д >0.5 - заданные пределы. Отме-
тим, что неравенство g,(xv)>Z> равнозначно
p!v)k)/[p'v,k)]> (1-^)]=рЛ/[а(1-^)]-
(9.25)
Неравенство {xv}>bt равнозначно
pH (*v )/[p‘v) )] < pj (1 - Д)/(Д bj)=Pj (1 - b,)/(рД.).
(9.26)
В этом случае решение принимается относи-
тельно правдоподобности. При выполнении усло-
вия (9.25) выбирается ситуация S., а при выпол-
нении (9.26) - ситуация S}. Если принять bt =
= bj = Р„ , то для истинной средней вероятности
правильной классификации по результатам тре-
тьего источника
РП>Р; (9.27)
при условии, что действительно есть одна из
ситуаций S- или 5,.
Однако, как правило, в многоальтернативной
схеме пределы неравные, поэтому и для двух ка-
ких-либо гипотез из этой совокупности гипотез
пределы также будут неравные. В результате воз-
никает необходимость выбора пределов в двухаль-
тернативной схеме для данного случая.
В последовательном двухальтернативном пра-
виле рассмотрим разные пределы: (1/2,1).
Решение в пользу S, принимается при Д (xv)>b:,
а в пользу Sj - при (х„)>Д.
Справедливы неравенства [573]:
И <_________Pl Н“-------;
Pi ₽„/(Р. Р//+ Pj^jiY
ь.<_________Ё1Ь__________,
7 аМ Pj^ij+ PiVij)
(9.28)
где ри = Р (принято, что S,/St - истина). Отме-
тим, что Рд=1-р,у; Pyj=l-PJ1; тогда для первого
из неравенств (9.28) имеем
Р,[Л (1-₽.у)+ ₽-> =Р' (1-Р«);
РДЛ -PiPj+Pi Pi P/i Р, -Р,Д ; (9.29)
Р,7Р, (l-b,+b, р^л)<р, (1-fc,)-
Аналогично из второго неравенства (9.28) по-
лучим
Р,Д(1-Д)+ДДР,7< Д(1-Д). (9.30)
Перемножив (9.29) на а;>0, а (9.30) на а7>0
и сложив их, получим
Р»[«,р, (i-A)+«A Pj ]+Р,[«Л Р -чбч) Д ]-
<а,.Д. (l-bf)+ay Д(1-Д);
Р«Р, [а,(1-6,)+аД]+ру, Д.[йу(1-Д)+«,Р,]<
<О;Д(1-6,)+ауД.(1-Д). (9.31)
Пусть заданы размеры штрафов Cv и Cyi. Тогда
функционал риска
/? = Р,7С,+Ру,С,. (9.32)
Подберем а, и а} так, чтобы в левой части
(9.31) получить оценку риска R. Для этого рас-
смотрим систему
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
659
О;(1-6,) + й;6у = С#/р,.;
а^-Ь,) + а,Ь,=С./рг <933)
Эта система решена относительно а- и с,, по-
тому что (1-6,)/б, *6у/(1-67), поскольку (1-6,)/б<1;
Решая эту систему относительно а,. и а7 и
подставляя в правую часть (9.31), получаем раз-
ные оценки риска. Они имеют вид
Л<<р(б„6у), (9.34)
причем при 6,->1, bj-^l имеем из (9.33)
а)~^сч1р> ^ai-^cnl Pj
и в соответствии с (9.31)
(p(6,.,6;)=qp,. (1-^)/р< +сиР: (1-М/ Pj +
+ 0(l-6,.)+0(l-6j
при bt ->\,Ь}—> 1, (9.35)
где 0(1—6,) — такая величина flfy), что
f(6,)/(l-6,)—>0,6,—>1; аналогично вводится о(1-6;).
Пренебрегая в (9.35) этими величинами, получим
R<Ctj + Cjjpi (1-6,)/ рг (9.36)
Пусть имеется необходимая величина риска
R*. Допустим, при каком-то Ze (0,1)
CjiPi Pj =^R’’’
сй д(1-6,)/р, =(l-X)/?'=p/?'. (9.37)
Из выражения (9.37) получим
1-6, = Хя'pj /(с^р, \Л-Ь- =pRpi /(с* pj);
6, = l-[XP’p7/(cy/pf )];6, =[/?>,. /(QpJ]. (9.38)
В пределах, выбранных таким образом, имеем
выражение с точностью до малых членов:
R<).R' + pR‘ = К'. (9.39)
Итак, в случае несогласованности ситуаций
S, и Sj, при использовании третьего источни-
ка информации можно выбрать пределы в со-
ответствии с (9.38). При этом приблизительно
выполняется (9.39). Более точное значение в
правой части (9.39) получается при решении
системы (9.33) и подстановки «,,6,,«,,67 в не-
равенство
R<alpi (1-6,) + я, р,-(1-6,). (9.40)
Случай 2. Согласованность ситуаций. Если
St = Sj, то принимается решение о наличии об-
щей ситуации.
Смежные ситуации. Если |z-j| = l, то ВС мо-
жет находиться в одной из ситуаций S. или Sj.
При этом обе системы могут предоставлять дос-
товерную информацию, а ВС находиться побли-
зости от границы, которая разделяет i -ю и j -ю
ситуации.
Тогда использовать третью ИС не следует.
Нужно продолжить наблюдение. Пусть т„ и ту -
моменты утверждения решения соответственно с
помощью навигационных данных и с помощью
системы ОВД. Допустим т = тах(тн,ту).
ВС может постоянно переходить из / -й ситу-
ации в j -ю или наоборот, поэтому рассмотрим
несколько последних моментов времени перед t,
включая т: т-р, т-р + 1,...,т. Составим укрупнен-
ный вектор наблюдений в эти моменты времени
= [^(т-р)Л(т- Р+1), ...Л(т)] , (9.41)
где Е, - наблюдаемая координата, определенная в
разные моменты времени. Причем в вектор х\-Р
вошли как наблюдения навигационной системы,
так и системы ОВД, выполненные от момента
времени т-р до момента т включительно.
В этом случае, начиная с момента т, запускаем
последовательную двухальтернативную схему, по
очереди используя текущие наблюдения от нави-
гационной системы и от системы ОВД. Решение
относительно правдоподобности принимается на
основании (9.23) и (9.24), которые обеспечивают
выбор между близкими гипотезами S. и . При-
чем накопление информации может выполняться
на земле (навигационная информация передается
на землю в режиме АЗН), а окончательное реше-
ние о ситуации может быть передано на борт.
Подробнее опишем двухальтернативную схему
в данном случае. Пусть навигационным наблюде-
ниям соответствует временная сетка г,</,<...<
< tt < ..., а наблюдениям в системе ОВД сетка
г’<г” Будем считать, что tt - это пер-
вый момент из {г}, что больше т, a t[ - это
первый момент из {г'}, что также больше т. Рас-
смотрим для определенности такую ситуацию:
т < h<С <rttl < ti, <... <<С, <... (9.42)
При гА =г' наблюдения, которые поступили от
навигационной системы, будем обозначать ^(гЛ ),
660
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
а от системы ОВД - . Объединим моменты
наблюдений (9.42) в одну временную сетку
$1 ~h’ S2 S3 ~ ^4+1’ ^4 —^4+1— (9-43)
В этом случае вместо имеем укрупненный
вектор
Х^р = {<РЛ(^. )Л02), ...Лк)}. (9.44)
Тогда решение в пользу ситуации-S',, прини-
мается, если
р. (<-„ )/[р; (<Р)] > М/[а (i - А)], (9.45)
а в пользу ситуации S,, если
Р/(*т%)/[р,0<-Р)]< Pj(l-bJ)/(pibJ). (9.46)
Неравенства (9.45) и (9.46) полностью аналогич-
ны неравенствам (9.23) и (9.24). В выражениях (9.45)
и (9.46) как р,( ) и ру( ) обозначены совместные
условные плотности распределения вектора л' Р.
На основании анализа двух случаев обоснуем
необходимость стратегии объединения решений.
При реализации стратегии использования совме-
стных решений вероятность правильной класси-
фикации ситуации увеличивается по сравнению с
использованием только навигационной или толь-
ко ОВД информации. Поэтому коротко проком-
ментируем необходимость применения стратегии
объединения решений.
Так, при несогласованности ситуаций Д и S,
для случая |/-j|>2 бессмысленно объединять на-
блюдения от ИС по аналогии как для случая
|/ - j\ = 1, поскольку одна из ИС имела в наблю-
дениях настолько большие флуктуации, что это
повлекло заведомо ошибочные решения. Однако
поскольку неизвестно, какая именно ИС предос-
тавляет недостоверную информацию, необходи-
мо привлечь третий источник информации. В то
же время вероятность того, что оба решения S, и
S] ошибочные, невелика, поэтому во время об-
работки решений от третьего источника можем
считать, что одна из ситуаций Д или S,- про-
изошла и необходимо осуществлять выбор лишь
между двумя этими ситуациями.
При совпадении ситуаций естественно принять
решение о наличии общей ситуации, поскольку
вероятность ошибочности решений от обоих пос-
ледовательных правил незначительна. Тогда ве-
роятность того, что действительно произошла
только общая ситуация, близка к единице.
В близких ситуациях обе ИС могут давать
сравнительно небольшие флуктуационные ошиб-
ки, а реальная ситуация может быть близкой к
или Sj. Вероятность ошибочности обоих ре-
шений невелика, поэтому принимается допуще-
ние, что правильна одна из гипотез Д или Sj.
При этом следует начать совместную обработку
не всего массива наблюдений, а нескольких пос-
ледних, потому что ВС может во время интерва-
ла наблюдения плавно перемещаться из ситуа-
ции S, в соседнюю ситуацию S, или наоборот.
Далее необходимо построить последовательное
правило по наблюдениям, которые по очереди
поступают от обеих информационных систем.
При совместной обработке информации есть
вероятность погрешности. Введем такие обозна-
чения: А - событие, которое заключается в том,
что произошла несогласованность ситуаций и
Sj, В - событие, когда решения Д и S, совпали,
т. е. S, = Sj; С - событие, когда ситуации Si и
Sj близки, т. е. |i-j| = l- Отметим, что эти собы-
тия создают полную группу событий, поскольку
оба решающих правила с вероятностью 1 прини-
мают решение за конечное время.
Пусть р“ и р" - вероятности правильного и
ошибочного распознавания для системы навига-
ции; Д° и Р° - соответствующие вероятности
для системы ОВД; Ди Ре - аналогичные вероят-
ности при совместной обработке. Введем также
вероятности Д3 и Д3 для третьей ИС. Аналогич-
но вводятся условные вероятности: Д"|А = ДН(А) -
вероятность правильного распознавания ситуаций
для системы навигации при условии того, что
произошло событие А и другие подобные вероят-
ности. Тогда ошибки для рассмотренных трех со-
бытий могут быть определены при несогласован-
ности ситуаций так:
Д|А< Д"’°|А+Д3. (9.47)
Здесь ДЛО|А - вероятность одновременной
ошибки при обработке навигационных наблюде-
ний и ОВД-наблюдений при условии того, что
произошло событие А. Неравенство (9.47) явля-
ется следствием того обстоятельства, что при ус-
ловии А ошибка может быть допущена по двум
причинам: неверное решение в отношении ситу-
аций S; или Sj; при обработке данных от тре-
тьей ИС неправильно была выбрана одна ситуа-
ция из двух возможных S- и Sj .
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
661
Отметим, что
/f‘’|A<min(/’fH|A,^|A). (9.48)
Это неравенство объясняется тем, что {со: на-
вигационная система и система ОВД дают оши-
бочное решение} ПА * {w: навигационная система
дает ошибочное решение}*; аналогичное строгое
включение применяется для системы ОВД. От-
метим, что в случае независимых ошибочных ре-
шений выражение (9.48) можно записать в виде
С°|а = (р;|а)(/’;|а). (9.49)
Поскольку на случайную эволюцию ВС накла-
дывается независимая флуктуационная ошибка и
наблюдения обеих информационных систем со-
держат существенный некоррелированный эле-
мент, то можно считать, что (9.49) выполняется
приблизительно. Тогда
Ре |A<(/’tH|A)(/}°|A)+ Р/;
более точно
Рс |А<пйп(р;|А,^|А)+^; (9.50)
в случае совпадения ситуаций
р 1В<^"-о|В<тт(/Дв,/Д/?),
или приблизительно
Рс |в<(/’/,|в)(/}‘,|в); (9.51)
для близких ситуаций получаем
Ре\С<Р™[С+%, (9.52)
где р^ - ошибка при совместной обработке в дву-
хальтернативной схеме.
Отметим, что двухальтернативная схема для
близких ситуаций может быть реализована так, что
текущие наблюдения чередуются, они осуществ-
ляются то от навигационной системы, то от сис-
темы ОВД, причем средние ошибки классифика-
ции В; удовлетворяют неравенству Р,с < Р*, где
р'г - заданное необходимое значение. Таким же
образом двухальтернативная схема обработки на-
блюдений от третьей ИС может быть реализова-
на со средними ошибками Р* < Р*:
Р |A<min(/}"|A;P”|A)+P.‘ ;
Р. .B<min(p" В;Р;\В);
Pt |C<min(PtHiC;/’;o|c)PfHlC + /}’.
Отсюда средняя вероятность ошибки
Ре = Р(А)Ре/А+ Р(В)Ре/В+ Р(С)Ре/С< РД1-Р(В))+
+ £ |пт(д" / D.P" / D]P(D). (9.53)
Ое{Л.В.Г}
Из (9.53) следует, в частности, что
Pf</’;(1-/’(B))+ X min(PP7D)P(D) =
Ле(Л.В.С)
= /? + /ДД1-Р(В)); (9.54)
Ре<Ре+^^-Р{в)). (9.55)
Отметим также, что 1-/’(в) = Р (ситуации не
совпали).
Таким образом,
д <д°(1+Д*)+/^’- (9.56)
Неравенства (9.56) достаточно грубые. Поэто-
му лучше остановиться на неравенстве, которое
следует из (9.53):
Ре<Ре{Р>Р:}+ Ъ (9.57)
reM.B.c)L
Первое слагаемое в правой части (9.57) мало,
а сумма по D меньше или равняется каждой из
ошибок Р“ и Р°. Таким образом, можно запи-
сать неравенство
Р, < Рё(^' +Р?) + тт(Р",Ре°). (9.58)
Пренебрегая слагаемым + Д‘) [573], мож-
но утверждать, что совместная обработка инфор-
мации дала возможность получить ошибки мень-
шие. чем при отдельной обработке информации
навигационной системы и системы ОВД.
Пусть имеется вероятность ошибок одной из
измерительных систем. Сравним ее с ошибкой
совместной обработки. При несогласованности си-
туаций одна из систем дает неправильное ре-
шение, поэтому, считая системы в целом равно-
правными (поскольку закладывается одинаковая
необходимая вероятность ошибки), получим
f^.'/A~l/2; Р?/Л~1/2; С"М = (/}")(/’;)== 1/4 ;
далее
р" = р(а)р;7а+р(в)(р;/в)+р(с)(р;/с)=
^Р(А)/2 + Р(в)Р”/В + Р(С)Р"/С. (9.59)
В то же время средняя вероятность ошибки
при совместной обработке
662
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Ре<Ре(Р” + ^)+ £ P(D)Pe°K/D~
Ье)Л.В.<'}
= Р‘ (Р" + Р°)+ Р(А)/4 + Р(В)Р°"/В + Р(С)Р°"/С <
< Р?(р" + Д°) + Р(А)/4+ р(в)р"/в+ р(с)р;/с, (9.60)
тогда неравенство Ре < Р“ будет справедливо при
выполнении условия
Р;(Р; + Р;)+Р(А)/4<Р(А)/2;
р;<р(а)/4(р;+р;). (9.61)
При этом же условии Ре < р°, так что при вы-
полнении (9.61) будем иметь
Pr <min(PH,p;). (9.62)
Условие (9.61) можно обеспечить, задавая со-
ответствующую необходимую вероятность р‘.
Поскольку р” <Р'"; Р°<Р’°, где р'” - необходи-
мые вероятности, то для выполнения (9.61) доста-
точно обеспечить
р;<р(л)/[4(е+е)]- (9.63)
Вероятность несогласованности Р(А) является
положительной величиной (хотя и незначитель-
ной) и может быть оценена путем моделирования.
Заметим, что при выполнении неравенства (9.62)
можно уменьшить время для утверждения решения
при той же необходимой вероятности ошибки р’,
если воспользоваться совместной обработкой ин-
формации навигационной и ОВД. Действительно,
пусть при формировании обоих многоальтерна-
тивных последовательных правил были взяты оди-
наковые пределы bt=B = const, а при использовании
двухальтернативных схем — пределы bi=bj= В. Тог-
да Р" < В; Р° < В и P=f(B)<l-B, где /(В) -
некоторая функция от в , которая стремится с уве-
личением В к единице. Для выполнения неравен-
ства Ре < Р* достаточно выбрать такое В’, чтобы
Такое В’ существует и оно единственное, по-
скольку f(B) - строго убывающая непрерывная
функция, и у(/)—>0,z —>1 (при приближении пре-
делов к 1 вероятность ошибки стремится к 0);
>0 (при неограниченном уменьшении
пределов вероятность ошибки стремится к 1). Не-
обходимое значение р' лежит в интервале (0, 1)
между предельными значениями функции f(B),
тогда
Р' <\-В', В' <\-Р‘=Р‘.
Таким образом, при совместной обработке вме-
сто старых пределов В = Р* достаточно иметь
меньшие пределы S’ при той же гарантирован-
ной вероятности ошибки. С вероятностью, близ-
кой к 1, обе системы принимают правильное ре-
шение: S, = Sj, что совпадает с правильной ситу-
ацией. Поэтому с большей вероятностью обес-
печивается т<т, где т - время утверждения
решения при совместной обработке информации;
т - время утверждения решения при отдельной
обработке информации от ОВД или навигаци-
онной информации.
9.7.3. Оптимизация потока воздушных судов
Для оптимизации потоков ВС в 1988 г. авиаци-
онными властями государств - членов Европей-
ской конференции ГА (ЕСАС) было решено со-
здать CFMU (Central Flow Management Unit) -
центральный орган организации потоков ВС, ко-
торый обеспечивает обслуживание по организа-
ции потоков воздушного движения (ATFM) в воз-
душном пространстве Европейских государств.
CFMU основан на концепции ICAO о центра-
лизованной организации управления потоками
(СТМО), которая предусматривает центральный
орган при поддержке пунктов организации пото-
ков (Flow Management Positions, FMPs) в каждом
районном диспетчерском центре.
Основная цель CFMU заключается в том, что-
бы содействовать безопасному, упорядоченному и
ускоренному потоку ВС посредством обеспечения
максимального использования пропускной способ-
ности системы ОВД, при этом объем движения не
должен превышать пропускную способность,
объявленную ответственным полномочным орга-
ном ОВД.
Интегрированная система первичной обработ-
ки планов полетов Евроконтроля (Integrated Initial
Flight Plan Processing System, IFPS) предназначе-
на для оптимизации и рационализации приема,
предварительной обработки и распространения
данных планов полетов для ВС. которые плани-
руют выполнять полет в пределах зоны IFPS (IFPS
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
663
ZONE) или зоны распространения IFPS (IFPS
DISTRIBUTION ZONE).
ATFM осуществляется в три фазы:
стратегическую - научные исследования, пла-
нирование и координацию действий, осуществ-
ляемые более чем за одну неделю до дня выпол-
нения полетов;
предтактическую - планирование и координа-
ция действий, осуществляемые за шесть дней до
выполнения полетов;
тактическую - действия организации и управ-
ления потоками ВС, осуществляемые в день вы-
полнения полетов.
Если ожидается, что потребности в воздушном
движении превышают пропускную способность, то
осуществляется координация между органами ОВД,
ATFM и экипажами ВС, которые незамедлительно
информируют об ожидаемых задержках или огра-
ничениях. На всех этапах ATFM ответственные
органы должны поддерживать связь со службой ОВД
и эксплуатантами ВС для обеспечения эффектив-
ного и равноправного обслуживания.
При оценке пропускной способности необхо-
димо учитывать следующие факторы:
уровень и тип предоставляемого ОВД;
структурную сложность диспетчерского райо-
на или аэродрома;
рабочую нагрузку на диспетчера, включая выпол-
няемые задачи, координацию и другие элементы;
типы используемых систем связи, навигации и
наблюдения, степень их технической надежнос-
ти, а также готовность резервных систем.
Основные действия органа ОВД во время регу-
лирования пропускной способности зоны ОВД и
объемов воздушного пространства:
заранее предусмотреть средства и процедуры,
исключающие одновременное обслуживание ко-
личества ВС, превышающего пропускную способ
ность района ОВД, сектора или аэродрома;
при прогнозируемом увеличении объема воз-
душных перевозок до уровня, который превысит
имеющуюся пропускную способность ОВД, при-
нять немедленные меры по регулированию объе-
мов воздушного движения для исключения угро-
зы безопасности полетов.
Основные действия органа ОВД для повыше-
ния пропускной способности:
обеспечивать гибкое использование воздушного
пространства в целях повышения эффективности
выполнения полетов;
разрабатывать планы повышения пропускной
способности, рассчитанные на фактические или
прогнозируемые потребности.
Рассмотрим некоторый поток из N ВС. При
этом ВС в потоке могут передвигаться в разных
направлениях вдоль трассы и находиться в раз-
ных воздушных коридорах. Допустим, что наблю-
дение за всеми ВС проводится одновременно. Про
каждое ВС предоставляют информацию две ИС:
навигационная и ОВД. Время утверждения реше-
ния по всем ситуациям ограничено некоторым
моментом с ; считаем также, что наблюдения на-
чинаются в нулевой момент времени.
Задача заключается в определении такого мак-
симально допустимого количества N, чтобы с за-
данной вероятностью 1-а все решения были при-
няты к моменту Т.
Определение максимального количества ВС в
потоке. Пусть к - номер ВС, 1 < к < N ; т4 - мо-
мент утверждения решения с помощью совмест-
ной обработки по А-му ВС. Тогда вероятность
максимального количества ВС Nm в потоке най-
дем из неравенства
Р(т, < Т,т2 < Т, < Т) > 1 - а, (9.64)
где а - необходимая вероятность отказов от ут-
верждения решения по потоку. Случайные вели-
чины т,..tn являются независимыми, посколь-
ку случайные процессы, которые описывают эво-
люцию разных ВС, независимы и на них накла-
дываются также независимые флуктуационные
ошибки. Поэтому
(т, < Т,т2 < Т, ...,т„ < Г) = П Р(ъ < Т). (9.65)
*=1
Тогда - это такое наибольшее N, при
котором (9.64) с учетом (9.65) приобретает вид
ПР(т4<Г)>1-а,
*=!
ИЛИ
£1пР(т*<Т)>1п(1-а). (9.66)
Если флуктуационные ошибки измерений для
разных ВС одного порядка (а это бывает при
небольшом разбросе дальностей), то можно счи-
тать флуктуационные дисперсии одинаковыми
для разных ВС. В этом случае для разных ВС
векторы наблюдений имеют одинаковое распре-
664
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
деление, а случайные величины т,,..., tf. также
равнораспределенные. Тогда
Р(т„ < Т) = Р(т, < Г), Vк: = UV
и (9.66) имеет вид
ЛЧпР^Т^Щ-а). (9.67)
Поскольку 1пР(т, <Т)<0 , то (9.67) перепишем
в виде
1пР(т,<Т) |1пР(т,<7)|
Отсюда
11п О-»)!
|1пР(т,<Т)|
(9.68)
Однако из (9.68) нельзя определить, какой мо-
мент Т выбрать для определения максимального
количества ВС в потоке. Для этого рассмотрим
ситуацию, когда два встречных потока ВС летят
на смежных (на высоте Я и по азимутальной
координате У) эшелонах полета. Пусть I - сред-
нее расстояние между ВС в каждом из потоков.
Тогда среднее расстояние между самолетом из од-
ного потока и встречным самолетом из другого
потока, который находится ближе всех к нему,
равняется 1/2 (рис. 9.32). Причем это расстояние
вычисляется только по координате А", т. е. 1/2 -
среднее значение выражения |хо -xbJ , где xai,xbt -
Рис. 9.32. Ситуации воздушной обстановки:
НС — нормальная ситуация: УУП — усложнение условий
полета; СС — сложная ситуация; АС — аварийная ситуация;
КС — катастрофическая ситуация
продольные координаты ВС а и b в 1-м и 2-м
потоках.
Пусть средняя скорость самолета в каждом
потоке т> Тогда среднее время сближения ВС а и
b в одном потоке
t = 1/2-I =—, (9.69)
ср + 4т'
где i>u + vh - относительная скорость (вдоль ко-
ординаты X) ВС а относительно ВС Ь. Если ВС
двигаются под углом к оси X, то необходимо взять
проекцию скоростей этих ВС на ось X. Таким
образом, момент времени, когда целесообразно
ввести ограничение,
Т = — . (9.70)
4р
За это время ВС, находящиеся во встречных
потоках и угрожающие возможным столкновени-
ем, не успевают сблизиться вплотную, и важно за
это время принять решение о ситуациях в потоке.
Влияние качества информационно-измерительной
системы на количество ВС, которые находятся под
управлением. При улучшении качества системы из-
мерения координат флуктуационные ошибки име-
ют меньшие дисперсии; соответственно и размер
зон, описывающих разные ситуации, уменьшается,
уменьшаются и дисперсии о;, описывающие ус-
ловные плотности распределения р;() для z-x си-
туаций. Поэтому различные условные плотности
распределения ситуаций более отдалены одна от
другой. Это приводит к тому, что статистики
1.А+ °°,V
p!v)(xja
сходятся по вероятности к бесконечности при ус-
ловии, что произошла к-я ситуация, поэтому
--------5----- /> +1^-4 00, (9 71)
д? -In’-i-b-'
c + ":"IU
где N - число ситуаций, N = 5. Следует отметить,
что (9.71) быстрее стремится к 1. Это приведет к
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
665
тому, что неравенство pJv'(Xv)>64 будет выполне-
но в среднем раньше, и поэтому момент утвер-
ждения решения г также в среднем уменьшится.
Рассмотрим две системы измерения, которые
применяются для того же потока из N ВС. Пусть
т,..- соответствующие моменты принятия
решений в отношении ВС из потока для I систе-
мы измерения, т,,...,тЛ - соответствующие мо-
менты для II системы, более точной. Тогда, по-
скольку т4 в среднем меньше, чем т4, то
Р(т4 <С)>Р(т4 <C),A. =1JV. (9.72)
Тогда для II системы - наибольшее число,
которое удовлетворяет неравенству
Пусть T|,...,tv - моменты утверждения реше-
ния способом а и p.!,...,p.v - моменты утвержде-
ния решения способом б. С помощью (9.32) мо-
жем записать, что
Р(ц4<Т)>Р(т4<7’)Д=1Л.
Тогда аналогично (9.72)
N
птах
max
(9-76)
где 2Vinax - максимальное количество ВС, которые
обслуживаются способом б, а - соответствен-
но способом а. Выражение (9.76) запишем так:
^1пР(т,<Т)>1п(1-а)
*=1
(9.73)
с учетом (9.66) и (9.72). Следовательно, если N
ВС может обслужить более грубая система, то
эти же N ВС может обслужить и более точная
система, т. е. 7Vinax > . Это соотношение осо-
бенно приемлемо, если дисперсии флуктуаций не
изменяются от ВС к ВС, т. е. ti,...,tn; т,,...,^
одинаково распределены. Тогда с помощью (9.68)
|~ |1п (1-о)| '
,шх [|1пР(т,<7')|р
|~ |1п (1-о)| ~
[|1п/’(т, <Т)|
В соответствии с (9.72) получим
(9.74)
max
И1-»)!
|1пР(т,<Т)|
max
Iln (!-«)!
|1пР(р,<Г)|
.(9.77)
Неравенство (9.77) удовлетворяется при усло-
вии, что была принята гипотеза об одинаковом
распределении как моментов так и мо-
ментов ц,,...,^. Однако неравенство (9.77) мож-
но получить и на основании анализа неравенства
(9.66) и неравенства
Х1пР(к<Г)>1п(1-а)5
где W - количество обслуживаемых ВС. В этом
случае гипотеза об одинаковом распределении
моментов наблюдений является излишней.
'1пР(т,<7-),<;1пР(т,<Г)1;
|1п(1-о)| |1п(1-о)|
||ПР(Т,<Г)| |1пР(т, <Т)|
(9.75)
Тогда из (9.73) Nilim </Viim , и если в (9.75) рас-
хождение между дробями больше 1, то 2Viiux < /Vinax.
Таким образом, повышение точности ИС дает
возможность увеличить максимальное количество
обслуживаемых ВС.
Влияние комплексирования информации на уве-
личение количества обслуживаемых ВС. Рассмот-
рим два способа обработки информации:
а) на основании навигационной информации
(по каждому ВС из потока);
б) на основании совместной обработки инфор-
мации от навигационной системы и системы ОВД.
9.7.4. Определение оптимального количества
информационных систем для максимизации
потока обслуживаемых воздушных судов
без учета экономических показателей
Пусть сеть из М информационных систем
одновременно ведет наблюдение за потоком ВС.
В потоке W ВС полет осуществляется по навига-
ционной информации. Кроме того, принят неко-
торый алгоритм принятия итогового решения о
ситуации по всем ВС от М ИС с заданными сред-
ними затратами R' (затраты задаются по каждо-
му ВС, считаем необходимые величины затрат
одинаковыми). Пусть т,(М) - время утвержде-
ния решения для /-го ВС, i<N , что является
случайной величиной. Причем случайные вели-
чины т|(Л/),...,тл,(Л/) можно считать независи-
мыми и одинаково распределенными. Тогда для
заданной вероятности а отказов от принятия ре-
шений по потоку имеем
666
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Р[т, (м) <Т, г]=Пр[т<(М) <г]>1-а. (9.78)
*=|
Из-за одинакового распределения т, (Л/), ...,тл (М)
выражение (9.74) записываем в виде
{p[Tt(A/)<r]f>l-a;
TV <__Н1..”!____. (9.79)
|1пф,(Л/)<т]
Тогда максимально возможное количество ВС в
потоке, которое можно обслужить с помощью М ИС,
(9.80)
При увеличении М значение Р[т1 (М) < т] так-
же увеличивается и 7Vinax возрастает. Однако име-
ется предельно допустимое значение N. При кото-
ром поток достигает настолько большой плотности,
что расстояние между соседними ВС становится
меньше нормального интервала эшелонирования.
Рассчитаем это значение.
Пусть ИС в состоянии эффективно наблюдать за
ВС до некоторой дальности Д, а Д<7 - наименьшее
среднее расстояние между ВС, которые летят парал-
лельными курсами. Тогда предельно допустимое ко-
личество этих ВС
(9.81)
а если ИС наблюдают ВС на двух смежных эше-
лонах полета, то получим
4Д
<9’82)
При некотором значении М = Л/пр будем иметь
Л'.пах = A'np , ИЛИ
4Д _ |1п(1-а)| (9.83)
[|1пР{т1(л/лр)<т}|]
Из выражения (9.83) получим
1пР[т|(л/пр)<с] = ^1п(1-а);
р[т1(л/пр)<с] = (1-а)^. (9.84)
Качественно оценим М„г из соотношения
(9.84). При М ИС в центр управления в моменты
v,,...,vM поступают решения от ИС о ВС, напри-
мер N,, а в момент v0 - решения от навигацион-
ной системы. Допустим, что по первым трем со-
общениям принимается решение о ситуации. Упо-
рядочим моменты v0, ...,vA/ в виде
Vi(l)-Vi(2)---Vi(W+l) •
Тогда можно считать, что момент принятия
решения по /'-му ВС соответствует члену из упо-
рядоченного ряда vi(3), т. е.
Т1(М) = Ч(3)-
Номера v,,...,vw располагаются в виде вариа-
ционного ряда
В связи с тем, что решение принимается по
трем первым сообщениям, для описания функ-
ции распределения времени принятия решения
необходимо знать распределение второго и тре-
тьего членов вариационного ряда. Их функции
распределения задаются равенствами [570]
p[vjca г]=(с)[!-р(с)Г ‘
(9.85)
. м м к
РЬз)-П = £С^‘(с)[1-г(с)] , (9.86)
Л=3
где p(c) = P(v,. <Т).
Следовательно,
Р[т, (Л/ ) < Т] = P(v0 < Т)£с^‘ (с)[1 - р(с)]Л" +
к~2
к-3
= t^lPk (с)[1- Р(с)р [P(v0 < Т)+ P(v0 >Т)] +
к=3
+ С'мР2(<’)[1“Т’(с)Г 2p(vo-4 * * 7 *’)=:
= 1с^‘(с)[1-р(е)Г‘ +
*=3
+ Clp(c)[l-P^2P(v0<T). (9.87)
Поскольку по формуле бинома Ньютона
ХСмР* (c)[i- Нс)]Л/ * =[р(с)-(1- Ис)Г]=1 >
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
667
ТО
М „ М .7 ,
£с'мр‘(с)[1-р(с)] =1-ЕслУ (с)[1-Нс)] .
4=3 4=0
Тогда (9.87) с учетом того, что 1-P(vo<r) =
= P(v0 > Т), можно записать в виде
/’[t1(M)<7’] = 1-[1-p(c)]" +Л/р(с)[1-р(с)]" ' +
+ М(^ р1 <')['-р(')Г‘Р(Ус^т)-
= l-[l-p(c)]"-Л7р(с)[1-р(с)]л'
^р2(с)[1 -р(с)]" 2Р(у0>Т). (9.88)
Следовательно, Мпр можно найти из соотно-
шений (9.84) и (9.88). При больших М выражение
(9.88) приблизительно равняется
ф, (М) < Г] = 1 - р2 (с)х
х[1-г(с)]М ~Р(Уо>Т)-
(9.89)
Тогда Мпр найдем из уравнения
М(М-1) ,, г . -ш-2 ,
1---" -Гбф-Ф)] P(v0>r) = (l-a)4fl ;
Лс/
. \Г / к 1^-2 1-(1“<Х)4Д
«(«-1)[1-pW] <9-90)
Az/
(М -2)1п[ 1 - ф)] + 1п[л/ (М -1)] = In
Пренебрегая логарифмическими слагаемыми в
1п[м (М -1)] , получаем
Аг/
1-(1-а)4д
1п2р2(с)ф0>Т)
|1п[1-р(с)]
(9.91)
Напомним, что в выражении (9.91) р(с) =
= Ф0<Г).
Из выражения (9.91) следует, что нецелесооб-
разно использовать для ОВД больше ИС, чем Л/пр,
поскольку при этом > Л7пр и обслужить в по-
токе такое количество ВС будет невозможно. Та-
ким образом, если число ИС больше, чем М„р, то
нет возможности обслужить большее количество
ВС в потоке при фиксированных средних затратах.
9.7.5. Влияние вероятности обнаружения
воздушных судов на время наблюдения
при заданных средних затратах
Пусть за ВС ведет наблюдение одна инфор-
мационная система, которая имеет вероятность
его обнаружения Ре (0,1). Кроме того, считаем,
что стоимость одного наблюдения при вероят-
ности обнаружения Р описывается функцией
С(Р). Причем эта функция возрастает с увели-
чением Р. Пусть наблюдения осуществляются в
моменты времени 1,2, ..., п, ... При этом в неко-
торые из них принимается решение про то, что
цель не обнаружена (необнаружение); в другие
моменты — про наличие цели (обнаружение); на-
блюдения только в такие моменты подвергают-
ся процедуре последовательного анализа для клас-
сификации ситуаций.
Следовательно, в случайные моменты i(l)<
</(2)<...<Z(n)... получаем наблюдения, подвер-
гающиеся обработке последовательным методом.
Будем считать, что наблюдения в разные момен-
ты времени — независимые случайные величи-
ны, которые имеют одинаковое распределение. Это
означает одинаковость дисперсий флуктуацион-
ных погрешностей.
При вероятности р—>1 время утверждения ре-
шения последовательным правилом с заданным
необходимым значением среднего риска R (и,
следовательно, с фиксированными порогами) яв-
ляется некоторой случайной величиной т,. От-
метим, что при Р—>1 обрабатываются наблюде-
ния в моменты 1,2, ..., т0, т. е. каждый раз при-
нимается решение об обнаружении цели.
Пусть о < Р < 1, тогда могут быть пропущены
наблюдения (цели), и решение будет принято в
момент /(т,,), где целочисленная случайная ве-
личина тр имеет такое же распределение, что и
величина т,, поскольку решение принято по на-
блюдениям в моменты Z(l),z(2), ...,/(тг). Сто-
имость наблюдений
С = С(Р)г(тр).
(9.92)
668 9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Средняя стоимость наблюдений через незави-
симость случайной величины т(р) и случайную
последовательность {z(l),i(2),...} по свой-
ствам условных математических ожиданий
ЕС(Р)/[т(Р)] = С(Р)Е»[т(Р)] = С(Р)е[е/(Л)|„=1(р)] ,
(9.93)
т. е. при детерминированном п вычисляется фун-
кция g(zi)=Ez(«), а потом - Eg[x(P)] ; здесь Е -
знак математического ожидания.
Отметим, что отношение n/i(n) - это часть
наблюдений, для которых цель обнаруживается;
в среднем она равняется Р. Тогда '(«)/« в сред-
нем равняется 1/Р, откуда
Ei(n) = п/Р. (9.94)
Обоснуем (9.94) более детально. Для этого
найдем £7(1), т. е.
= = (9.95)
Последнее равенство (9.95) объясняется тем,
что i(l) = k тогда и только тогда, когда в момен-
ты 1,2, ...,£-1 цель не обнаружена (это происхо-
дит с вероятностью (1-Р)Л"‘ ). Однако
Ф(р) = ^А(1-Р)‘'P = l Р . (9.96)
Л=1
Действительно, при р < i
оо It
—У
*- = 1 Е
Ф(Р)=-РФ'(Р)=±.
Следовательно, Еi(1) = 1/Р .
Разницы r(2) —Z(l), z(3)-z(2), -./(/;)- z(zz-l)
одинаково распределены со случайной величиной
z(l), поэтому
Ei(n) = Е£[/ (к + 1) - i(А:)] + Ei(!) = nEi(1) = «/Р (9 97)
А=1
Тогда
ЕС(Р)/[т(Р)] = С(Р)е[^
Однако т, и т(Р) тоже одинаково распределе-
ны, поэтому
Ет(Р) = Ет1 =т,. (9.99)
Окончательно стоимость наблюдений при ве-
роятности обнаружения Р
С(Р)
СЯ1=-^г1. (9.100)
Отметим, что т, зависит от необходимого риска
Р‘. Общие средние затраты от процедуры клас-
сификации ситуаций - это величины
С(Р)
П = Я+—^т,, (9.101)
где средний риск
R = iYCiiP&J< R~R'. (9.102)
i-1 ;#i=l
Здесь p. - априорная вероятность z-й ситуа-
ции; ₽,7 - вероятность ошибочного утверждения
решения 5/, когда на самом деле произошла си-
туация 5,; Со - штраф за ошибочное решение.
Незначительно повысив затраты (9.101), получим
гарантированные средние затраты
П’(/?*,£) = /?’ (9.103)
Для минимизации (9.103) необходимо миними-
зировать отношение С(Р)/Р, поскольку значения
R‘ и зависят от Р. Следовательно, оптималь-
ное значение вероятности обнаружения ДП1 нахо-
дится линеаризацией функции f = С(Р) ‘Р.
Следующим этапом является минимизация по
R’ функцией
П,(<Ропт) = /?'+^Нт1(/?'). (9.Ю4)
9.7.6. Процедура суммирования решений,
полученных
от нескольких информационных систем
Имеется сеть из М ИС, которые одновре-
менно наблюдают за ВС. Кроме этого, считаем,
что на борту ВС используется информация нави-
гационной системы. Параллельно работает Л/+1
последовательное правило для классификации си-
туаций полета. Решение по ситуации передается
(9.98)
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
669
в центр управления, где принимается окончатель-
ное решение.
Для каждого последовательного правила задан
тот же уровень среднего риска /?’, исходя из ко-
торого выбираются пределы в каждом правиле.
Решение будем принимать по первым трем
поступлениям информации. Опишем это решение.
Оно является комбинацией правил простого го-
лосования и правил максимальной уверенности
[45]; особую роль при утверждении решения иг-
рает катастрофическая ситуация (КС).
Пусть - первое решение, которое поступи-
ло в центр. Тогда возможны такие варианты:
а) если = 5, (КС), то принимается решение
о КС;
б) если S- ф 5,, ожидаем поступления второго
решения ; если S, = 5,, то принимается реше-
ние о КС; если 5, + S5, a 5у = S,, то по правилу
простого голосования принимается решение об
этой общей ситуации 5у = S,;
в) если же 5,- * 5,, *5,, то ожидаем поступ-
ления третьего решения St; если St =S5, то при-
нимается решение о КС;
г) в случае, если S. * 5, и S5 е , необхо-
димо также обеспечить утверждение решения. Для
этого модифицируем правило максимальной уве-
ренности ближе к бейесовскому правилу. В этом
случае в центр управления, кроме решений ,
необходимо поступление также наборов апостери-
орных вероятностей в моменты принятия реше-
ния по классам ситуаций 5,,...,54. Это наборы
(9.105)
В центре должны быть известны априорные
вероятности /’,!</<4, для классов ситуаций
S,,..., S4, т. е. информация о всех ситуациях, кро-
ме КС. Будем считать, что наблюдения для раз-
ных ИС являются независимыми, так что в (9.105)
имеем три группы взаимонезависимых случайных
величин: 1 -я группа не зависит от 2-й и 3-й и т. д.
Отметим, что значения (9.105) пропорциональны
степени уверенности в том, что имеем класс ситу-
ации, определенный по наблюдениям, выполнен-
ным с помощью соответствующей ИС. По прави-
лу максимальной уверенности следовало бы рас-
смотреть
f = max^",?;2',^’’) (9.106)
и принять решение по той ситуации, для которой
достигается максимум. Однако это правило обос-
новано лишь эмпирически. Значительно лучше с
точки зрения минимизации средней погрешнос-
ти обосновано бейесовское правило. Поэтому рас-
смотрим применение бейесовского подхода и те-
ории коллективных решений.
Будем считать, что решения поступают после-
довательно от 1, 2, 3-й ИС. Пусть х, у, i - соот-
ветствующие векторы наблюдений (в момент при-
нятия решений); р[2), 1<а<4,1 <j<3 является а -
плотностью наблюдения вектора для у-й ИС. Тог-
да плотность укрупненного вектора (х,у, г) будет
из-за независимости группы наблюдений такой:
Pa(^V,W) = p«(t/)-p<t2)(V)-pW(W),l<a<4. (9.107)
Таким образом, сформированы четыре плот-
ности для укрупненного вектора наблюдений, со-
ответствующего классам ситуаций Sa, 1 < а < 4.
При наблюдениях в соответствии с бейесов-
ским правилом следует искать для наблюдае-
мой точки (x,y,z)
J’aPL” (^)Р« ’ (у) pjx3) (z) =
_ IX
x Xftp^WXrfWXApJ’^z). (9.Ю8)
Следовательно, максимизация (9.108) равно-
значна максимизации
max—— 5—^ —. (9.109)
1<а<4 р- ' ' ’
Г(1
Если максимум достигается при а = а0, то
принимаем . Если максимум достигается од-
новременно на нескольких а, то имеет смысл
(с целью безопасности) принять 5’(, с наибольшим
из этих а: ситуации с большим индексом а пред-
ставляют большую опасность.
Пусть W - множество таких наблюдений
(х, y,z), для которых реализуется ситуация г). Тогда
правило (9.27) максимизирует вероятность пра-
вильной классификации на множестве щ:
P„{w) = ^p^ pt(U,V,W)dudvdw, (9.110)
где W - множество наблюдений, по которым при-
4
нимается решение в пользу S,, W = .
670
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Известно [45], что максимум (9.110) достига-
ется, когда на wk Pfii = max Р,Р,, однако это и
есть процедура (9.109). При этом для построен-
ного бейесовского правила вероятность правиль-
ного распознавания ситуаций на множестве W
является следующей:
Р„ = Р„ = J (max Plfit (U ,V ,W))dudvdw. (9.111)
w
Заметим, что (9.111) можно выразить и через
апостериорные вероятности:
Р„ = Jmaxgt (V4 Wq (y)Q^w)dudvdw,
W ‘k
(9.112)
4
где Qi = Sp*p'*() — усредненная плотность на-
t=i
блюдений [573, 574].
9.7.7. Определение оптимального количества
информационных систем для максимизации
потока обслуживаемых воздушных судов
с учетом экономических показателей
Для каждой исследуемой процедуры выдер-
жан некоторый граничный риск R', тогда реаль-
ный риск для одного ВС оценивается так:
R<f(R\ М), (9.113)
где М - количество ИС, которые одновременно
наблюдают за потоком ВС. Функция f\R\M) с
увеличением М уменьшается; пренебрежем сей-
час этим эффектом и за основу возьмем лишь
эффект уменьшения времени для принятия реше-
ния при увеличении М.
Пусть Ц - цена одной ИС (сюда входят за-
траты на строительство, собственную стоимость
оборудования и т. д.). Цена М позиций равняет-
ся ЦМ; эксплуатационные затраты при увеличе-
нии М увеличиваются. Противоположно действу-
ющим экономическим фактором является умень-
шение времени т(М) на принятие решения по
каждому ВС и увеличение количества обслужи-
ваемых ВС. Считаем, что: обслуживается одно-
временно в потоке N ВС; т,(Л/),...,тл (Л/) - мо-
менты принятия решений по каждому из ВС;
наблюдения выполняются в моменты 1,2,3,4,...;
кроме того, что задано доверительную вероят-
ность и граничный момент Т для принятия ре-
шения.
Количество N при заданном М определяется
из неравенства
{ф,(М)<г]}" >1-а.
Максимальное количество ВС
|1пф,(Л/)<г]|
(9.114)
Пусть v0 - момент принятия решения фикси-
рованной навигационной системой, v, - момент
принятия решения другой фиксированной ИС.
Поскольку окончательное решение по ВС при-
нимается не более чем по первым трем сообще-
ниям, которые поступили в центр управления, то
в соответствии с (9.88) получим
ф,(Л/)<г]<Ф(С) = 1-[1-р(с)]М -
Мр(с)[1-р(с)]М (<)[!-р(с)Г P(vo>7’)’
(9.115)
тогда
|1п(1-а)|
|1пФ(С’)|
(9.116)
Будем считать, что количество ВС N в потоке -
это число /V = /V(C), которое равняется
(9.117)
Для каждого ВС имеем свой средний риск R.
Поскольку пределы для последовательных проце-
дур при обработке данных от разных ВС одинако-
вые, то можно считать, что R- одинаково для раз-
ных ВС; при всех i
$ = R<f(R*,M)<f(R,l), (9.118)
где /(/?,!) - значение функции /при М =1.
Пусть эксплуатация одной ИС рассчитана на
время Г, измеренное в тех же натуральных едини-
цах, что и моменты наблюдения. Тогда Ц/Т -
это удельная цена одного измерения, обуслов-
ленная затратами на строительство и стоимостью
оборудования. Обозначим как С, удельную цену
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
671
одного измерения, обусловленную затратами на
эксплуатацию одной ИС. Тогда затраты на про-
ведение измерений
3=E(v+c’b^- (9.119)
1=1 \ ‘ J
Средние затраты на проведение измерений все-
ми системами оцениваются сверху величиной
Л/Х|т + С’Х(м)=[т+С’ |^,(Л/)Л/<
/=1 V1 ) V ' )
<| — + С, |Л7и|с</Ф(С), (9.120)
V ) о
где Ф(с) — функция распределения некоторой
порядковой статистики: случайной величины £,,
которая принимает натуральные значения Ф(С) =
= R(^<C), а С принадлежит множеству нату-
ральных чисел. Интеграл |СУФ(С) является ма-
тематическим ожиданием °Е£, и может быть вы-
числен так:
|с</Ф(С) = £с[Ф(С)-Ф(С-1)], (9.121)
О Г=1
где Ф(0) = 0. В последнем равенстве Ф(С)-
-Ф(С-1) = Р(£ = С).
Немного завысив оценку, получим, что сово-
купные затраты при проведении наблюдений за
потоком вместе со средним риском равняются
П(М)<П(М)= N f (R* ,1) +
Напомним, что с увеличением М N = N(M)
увеличивается, а Ф(С) = Ф(С;М) уменьшается.
Однако увеличение количества ИС ведет не только
к увеличению функций затрат, но и к увеличе-
нию экономической эффективности за счет уве-
личения количества обслуживаемых ВС в потоке.
Поэтому оптимальное количество ВС в потоке
будем находить из условия максимизации полу-
чаемой прибыли при обслуживании этого пото-
ка. Пусть функция прибыли вычисляется для од-
ного ВС по формуле
v = (9.123)
/=|
где Уу могут быть положительными или отрица-
тельными числами; Р„ = Р {применив гипотезу Aj,
когда правильная гипотеза А,}. Тогда (9.123) мож-
но записать, выделив положительную и отрица-
тельную части, в виде разницы
где Vli-Vij=Cij - компоненты функции риска;
5
= 5 _ средняя прибыль при правильно оп-
i=i
ределенных ситуациях.
Тогда совокупная функция выигрыша для по-
тока ВС оценивается сверху через величину
Vc = N-C-N
Отметим, что количество ИС находят из ус-
ловия Ус-этах.
Напомним, что V = У(. (Л/); величины N, Ф(С)
являются функциями от М. Максимизацию 1/
следует проводить в пределах 2 < М < Мпр.
Заметим, что в выражение Ус (9.125) не вошли
затраты от эксплуатации навигационных систем.
Эти дополнительные затраты можно оценить так:
п„. {М) < П„, (М) = N]cd<t>(С)С,“; (9.126)
о
где С™ - характеристика, аналогичная С, для
навигационных систем. Тогда окончательно сле-
дует искать максимум функции вида
) = V,. - П11В (М), 2 < М < Мпр. (9.127)
9.7.8. Математическая модель
многоальтернативного
последовательного правила
В процессе эксплуатации появляются те или
иные отклонения от оптимальных значений па-
раметров системы, что приводит к появлению
спектра ситуаций. Причем усложнение ситуаций
кп
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.33. Развитие ситуаций воздушной обстановки
конфликтующего ВС
определяется последовательностью событий. Пред-
варительное событие по отношению к последую-
щему, которое им вызывается, рассматривается
как причина. В процессе развития негативного
явления в общем случае могут быть несколько
причин, последовательно усложняющих ситуации
и приводящих к аварийным случаям.
Рассмотрим развитие ситуаций воздушной об-
становки для ВС, которое находится в конфликт-
ной ситуации (рис. 9.33). Допустим, что парамет-
ры движения одного ВС и управление им откло-
няются от нормы, а других ВС - не изменяются.
Как пример возьмем ситуации воздушной об-
становки при горизонтальном эшелонировании
ВС. Рассмотрим систему из двух воздушных трасс,
не пересекающихся в горизонтальной плоскости
при боковом эшелонировании [68]. Ситуации
воздушной обстановки для случая горизонталь-
ного эшелонирования показаны на рис. 9.34.
Трасса 1
М Трасса 2
Если воздушное судно двигается в границах
коридора полета или отклонения от заданной тра-
ектории полета находятся в границах допусти-
мых отклонений, то это нормальная ситуация 5(.
Ширина коридора должна отвечать требованиям
RNP |68, 574], а для рассматриваемого примера-
категории RNP1.
Если отклонения от заданного маршрута по од-
ной или нескольким осям координат больше за-
данных и постоянные во времени, то происходит
переход из нормальной ситуации 5, в ситуацию S2
усложнения условий полета. Отклонение ВС от за-
данной траектории находится в границах коридора,
ограничивающегося с одной стороны границей ко-
ридора полета и с другой - осью АА', которая яв-
ляется осью симметрии между двумя трассами.
Дальнейшее отклонение ВС от запланированно-
го маршрута полета, когда ВС приближается к трассе
полета другого ВС, приводит к переходу ситуации
S2 в ситуацию, называемую сложной (53).
Аварийная ситуация S4 возникает, когда ВС
отклоняется от заданного маршрута и попадает
на маршрут полета другого воздушного судна.
Если ВС, которое отклонилось от заданной тра-
ектории маршрут полета, пересекает траекторию
полета другого воздушного судна, то возникает
катастрофическая ситуация 55.
Рассмотрим пример определения местоположе-
ния воздушного судна разными навигационными
системами: DME/DME, VOR/DME, VOR/VOR.
Допустим, что поведение ВС описывается плот-
ностью распределения Дх), где х - параметр рас-
пределения с математическим ожиданием тх и
стандартным отклонением о(.
На рис. 9.35 представлена схема развития си-
туаций воздушной обстановки двух конфликту-
ющих ВС. В соответствии с принятой классифи-
кацией ситуаций примем априорные вероятности
р,д=Ё5-
При выбранной плотности вероятности Дх)
ситуаций априорная вероятность нахождения ВС
в z-й зоне рассчитывается по формуле
Pi=\f(x)dx, (9.128)
i.
где Lt - величина отклонения соответствующей
/-Й ситуации (£.6 L).
Подынтегральная функция является определен-
ной плотностью:
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
673
Аварийная
ситуация
Усложненная
ситуация
Сложная
ситуация
Катастрофическая
ситуация
Нормальная
ситуация
Катастрофическая
ситуация
Аварийная J ^^гп-
ситуация
Нормальная
ситуация
Рис. 9.35. Развитие ситуаций воздушной обстановки конфликтующих ВС
Сложная
ситуация
Аварийная
ситуация
Усложненная
ситуация
Катастрофическая
ситуация
/(х) = (1-а)
1
------7“ГехР
2«,ЛГ(Л)
а.
Рл =
А)-8+/ А+8-* |Г Ao-^+l А+8-*
J f(x)dx+ J f(x)dx J (p(x)dx+ J <p(x)dx
A>—S+t Aj+8—I _]|_A)~8+A A,+8—/
1
+я--------—- exp
2а2Ь2Г(Ь2)
(9.129)
где гамма-функция Г(/>) определена как
О
Для рис. 9.35 вероятности нахождения ВС в
одной из пяти определенных ситуаций запишутся
так:
вероятность того, что ВС находится в нор-
мальной ситуации,
Д|+/
Pi = J f(x)dx J (p(x)Jx .
A,-i Л,-1
(9.130)
вероятность того, что ВС находится в усложнен-
ной ситуации,
4,“' А, + 2
J f(x)dx + J f(x~)dx
Л -
V 2
J <р(х)</х+ J ipfxMx
(9.131)
вероятность нахождения ВС в сложной ситуации
2 Л)+8-/
j f(x)dx+ J f(x)dx
4.Ц
'*'2 4,’*-'
J <p(jtkZr+ j <p(x)rfv
4, St/ . . s
A)
(9.132)
вероятность нахождения ВС в аварийной ситуации
(9.133)
вероятность того, что ВС находится в катастро-
фической ситуации,
Д)—8+fc A; +S+Jt ||А)—8+A: А>+8+£
J f(x)dx+ J /(x)drll J <p(x)dr+ j <p(x)dx
Лп-Ъ-k Л„+8-к A+8~*
(9.134)
где /(x) - априорная функция распределения с па-
раметрами /и, и о,; <р(х) - апостериорная функ-
ция распределения с параметрами т2 и о,; Д -
начало отсчета, Д = 0; +1 - ширина коридора, +/ =
= 1,85 км (RNP1); 5 - расстояние между коридо-
рами; +к - размах крыльев ВС, +к = 0,025 км.
Сумма первых четырех вероятностей меньше
4
единицы и равняется Pz “Хр< .
1=1
Для первых четырех ситуаций вероятности
Pi~ Pt/Pi- Тогда ситуации с первой по четвертую
будут создавать полную группу событий, т. е. X Р> ~ 1.
1=1
Отсюда следует, что вероятность р, несуще-
ственна, поскольку ее значение несущественно по
сравнению с другими априорными вероятностями.
В качестве априорных для расчета будем ис-
пользовать данные, полученные во время летных
испытаний ВС ВАе-111 в Британском Королев-
ском авиационном центре в Бэтфорде (табл. 9.5).
43 8-470
674
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Таблица 9.5. Точностные характеристики навигационных
систем
Навигационные системы Математическое ожидание nti CKO о.
DME/DME/ИНС 0,09 0,35
DME/DME/Air data 0,07 0,45
VOR/DME/ИНС 0,1 0,98
VOR/DME/Air data 0,36 1,41
VOR, объединенный с автопилотом 0,2 2,26
Апостериорные данные будем рассчитывать, за-
даваясь допустимыми погрешностями для выб-
ранных радионавигационных систем.
Система DME/DME/ИНС обеспечивает рас-
четные значения вероятности для т2 = 1,5 и о2 =
= 0,548 (для = 450 м): рх = 0,738; р2 = 6,802- КН;
р3 = 0,05; р4 = 0,191; р5 = 5,567 -10-14. Минималь-
ное расстояние между трассами для полученных
значений рх - р5 составляет 8min = 2,3 км.
Система DME/DME/Air data - для т2 = 1,5 и
о2 = 0,548 (для о„ — 450 м): рх = 0,738;
р2 = 2,485-IO3; д3 = 0,039; р4 = 0,138;
ps = 2,567- 10". При этом расстояние между ко-
ридорами 8^ = 2,5 км.
Для системы VOR/DME/ИНС, когда т2 — 1,5
и о2 = 0,57 (для о„ = 450 м и оа = 1,5°),
получим такие значения вероятностей: рх = 0,686;
р2 = 0,021; р2 = 0,036; р4 = 0,22; р5 = 3,224- ЮЛ
Для рассчитанных данных минимальное расстоя-
ние между коридорами составляет 8inin = 2,9 км.
Система VOR/DME/Air data обеспечивает такие
значения вероятностей для т2 = 1,5 и о, = 0,57
(для oD = 450 м и оа = 1,5°); рх = 0,582; р2 =
= 0,031; р3 = 0,038; р4 = 0,329; р5 = 1,676-ЮЛ
Минимальное расстояние между коридорами со-
ставляет 8inin = 2,9 км.
Система VOR, объединенный с автопилотом,
для т2 = 1,5 и о, = 1,279 (для ои = 1,5°) дает
такие значения вероятностей: рх = 0,496; р = 0,044;
р} = 0,082; р4= 0,342; р = 1,939-ЮЛ Минималь-
ное расстояние между трассами для полученных
значений составляет 8inin = 2,3 км.
Для сравнения выбранных навигационных си-
стем построим графики зависимости вероятнос-
тей рх - р5 от расстояния между маршрутами по-
лета (рис. 9.36, а - д).
9.7.9. Последовательный многокритериальный
анализ в диагностике особых ситуаций
Основой последовательного правила является
функционал риска, т.е. некоторый критерий. Ниже
будет приведено обоснование того, что использо-
вание одновременно нескольких последователь-
ных решающих правил, т. е. использование мно-
гих критериев, дает возможность более адекватно
проанализировать полетную ситуацию. Решение
этой задачи называется многокритериальным ана-
лизом диагностики опасных ситуаций.
Рассмотрим, например, диагностику ситуаций
по высоте Н. Обозначим через Hx = Hx(t) наблю-
даемую высоту /-го ВС. О бъединяя разницу на-
блюдений Н2 - Нх, можно диагностировать опас-
ную ситуацию, обусловленную взаимным распо-
ложением ВС. Однако по разнице наблюдений
разных высот еще невозможно дать окончатель-
ное решение о создавшейся ситуации.
Пусть ВС Nx находится в зоне IV (рис. 9.37), а
ВС N2 - в зоне III. По разнице координат (высот)
определим, какой является ситуация: сложной или
аварийной, и дадим команду ВС N, набрать
высоту, а ВС Д', - снизиться. В результате, если
ВС N, движется по необходимой траектории, т. е.
на предложенном ему эшелоне, то ВС Нх может
выйти за пределы указанной ему зоны IV, что
приведет к возникновению аварийной ситуации с
ВС, которые летят на нижнем эшелоне.
По этой причине необходимо следить не толь-
ко за разницей Н2 - Нх, но и за абсолютными зна-
чениями высот (координат), т. е. за положением
ВС на своих эшелонах и коридорах.
Также нельзя пренебрегать взаимным распо-
ложением ВС, например, если ВС N2 находится
в зоне II, то существует возможность усложне-
ния условий полета УУП (в отношении ВС Нх,
которое движется из зоны IV). Если при этом ВС
N, находится в зоне III, то для него также имеем
возможность УУП по отношению к ВС /V,, кото-
рое летит по заданной траектории и находится в
зоне II. При этом степень опасности может быть
очень снижена, поскольку при нахождении ВС N,
близко от верхнего края зоны III и ВС N, близко
от нижнего края зоны II аварийная и даже ка-
тастрофическая ситуация могут возникнуть из-за
взаимного расположения ВС.
Следовательно, при корректировании движе-
ния ВС даже по одной координате необходимо
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
675
Рис. 9.36. Графики зависимостей р{ = f (8) (а),
Р2=/(8) (О, Рз=/(8) («О, Р<=/(8) (г),
р5 = f (8) (d); 1—5 соответственно вероятности
для систем DME/DME/ИНС, DME/DME/Air
data, VOR/DME/ИНС, VOR/DME/Air data, VOR,
объединенной с автопилотом
принимать решение для двух ВС относительно си-
туаций. которые возникли как по координатам Ht
и Н,, т. е. по положению ВС относительно своих
коридоров, так и по их разнице Н2 - //,, характе-
ризующей взаимное расположение судов относи-
тельно друг друга. Только при таком подходе можно
дать ВС правильные рекомендации в отношении
того, какой воздушный коридор они должны за-
нять, причем можно объективно оценить опасность
столкновения ВС в зависимости от их взаимного
расположения. Эта оценка может быть использо-
вана для того, чтобы задать скорость набора или
снижения высоты полета: чем опаснее ситуация
взаимного расположения, тем быстрее необходи-
мо развести ВС по данной координате.
Все эти рассуждения полностью касаются про-
дольной и боковой координат нахождения ВС.
Рассмотрим процедуру многокритериального
анализа. Введем три классификации опасных си-
туаций (см. рис. 9.37):
а) ситуации при полете ВС А,, которое движется
относительно ВС А,, летящего вдоль оси зоны I;
б) ситуации при полете ВС А,, которое движется
относительно ВС А!, летящего вдоль оси зоны IV;
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Рис. 9.37. Распределение воздушного простран-
ства по степени опасности
в) ситуации, определенные по разнице ко-
ординат.
Введем эти ситуации по координате Я и отдельно
по координате Yв горизонтальной плоскости.
Опишем процедуру многокритериального анали-
за, например по координате Н. Пусть задан уро-
вень доверительной вероятности а. Тогда для уровня
доверительной вероятности а = а/3 существуют три
последовательных правила по высотам (координа-
там) //,(/,), ^2(г,), />1 и по разнице высот (коор-
динат) Я, (г,)-Я, (г,). Пусть т,,т2,т3 -моменты при-
нятия решений в соответствии с этими правилами.
Если т3<тах(т,,т2), то разводим ВС в момент
т, лишь при возникновении аварийной ситуации,
обусловленной их взаимным расположением. Если
аварийной ситуации нет, то после момента т3
продолжаем наблюдения до тех пор, пока по всем
процедурам не будут приняты решения. В соот-
ветствии со сложившейся ситуацией принимается
решение, куда и как быстро разводить ВС для
уменьшения риска катастрофы и оптимизации эко-
номичности полетов.
Если т3 >тах(т!,т2), то разводим ВС в момент
т, или т, только при возникновении аварийной
ситуации в а или Ь. Если таких ситуаций нет, то
продолжаем наблюдения до момента т,, и только
тогда принимаем решения в отношении направ-
ления движения ВС.
Такая же процедура многокритериального ана-
лиза осуществляется и по координате Y.
Общая схема многокритериального анализа по
всем трем координатам выглядит так: задан об-
щий уровень доверия р , считаем, что а = Р/3 и с
этим уровнем доверительной вероятности работа-
ют по вышеописанной схеме последовательной
процедуры по всем трем координатам H.Y.X.
Причем в момент утверждения решения в отно-
шении разведения ВС по одной из координат H,Y
проверяется гипотеза, не существует ли аварий-
ная ситуация по координате X с уровнем довери-
тельной вероятности а = Р/3.
Следовательно, по всем трем координатам име-
ем информацию об опасных ситуациях, обуслов-
ленных как выходом ВС из своих воздушных ко-
ридоров, так и их взаимным сближением.
Проведем сравнительную опенку эффективнос-
ти многокритериального анализа. Применение по-
следовательного, но не многокритериального анализа
приводит к тому, что выдаются ошибочные реко-
мендации в отношении разведения ВС. В то же вре-
мя многокритериальный анализ уменьшает риск
принятия ошибочных решений и практически сво-
дит его к нулю. Поэтому оценим вероятность воз-
никновения опасных ситуаций, когда многокрите
риальный анализ имеет явное преимущество.
Вероятность взаимной аварийной ситуации, ког-
да ВС находится в зоне IV, а ВС N, - в зоне III.
Пусть координаты точек Р, Q, R, S соответствен-
но а, а+b, а + 2Ь, 2а + 2Ь; а и Б - известные
величины. Положение ВС N описывается плотно-
стью р(х) распределения /v(o.o’), где 2с = 2а + 2Ь,
o = a + Z>, а ВС N, - плотностью p(x-2o-2Z?) рас-
пределения N(2a + 2b,<f). Пусть Я, и Н, - коор-
динаты высоты, на которых находятся ВС /V, и N,
в фиксированный момент времени /. Тогда иско-
мая вероятность вследствие независимости Я, и Н,
P{Ht е [-я, а], Н2 е [a,a + fc], Н2 -Н, е [0,а]} =
= IJ р(х)р(у -2а-2b)d.xdy =
( ~а<х<а )
а<\'<а+Ь
I j
= Jj.r J p(x)p(y-2a-2/>)t/y =
0 a
= Jp(x)dr | p(z)<fe =
0 -a-2b
= |[ф„(^-«-2^)-фм (-a-2fc)]p(x)dr =
= |[Фы(д+2Ь)-Ф„(о + 2Л-х)]р(т)<7х, (9.135)
0
где
./о
фм(л) = |р(г)Л=к/о = и|= J р0(м)Л/ = Ф(л/о);р„( ) _
О о
9.7. Повышение уровня безопасности полетов
677
плотность 7V(O,L) распределения; ф(г) = |р0(м)</« -
О
табулированная функция.
Тогда выражение (9.135) окончательно приоб-
ретает вид
Ро(г)Л>0. (9.136)
На рис. 9.38 изображена область интегрирова-
ния в рассмотренном двойном интеграле. Из ана-
лиза выражения (9.135) следует, что с положи-
тельной вероятностью возникают такие ситуации:
ОС для ВС Я, (т. е. Я, е[—а,о]), СС для ВС Я2
(т. е. Н2е [«,£>] ) и АС для их взаимного располо-
жения (т. е. Н2 - Н,е [0,«]).
При этом последовательные правила, которые
базируются только на координатах наблюдения X
в отношении своих коридоров для двух ВС, не
дают адекватного описания реальной ситуации
полетов. В то же время использование трех крите-
риев одновременно дает возможность вырабаты-
вать правильные рекомендации в отношении раз-
ведения ВС. Если же обрабатывать только разни-
цу Я, - Ht, то будет выдана команда на одновре-
менное разведение ВС, при этом нижнее ВС будет
выведено из своего воздушного коридора, что яв-
ляется последствием ошибочной команды.
Вероятность взаимной аварийной ситуации, когда
ВС находится в зоне III, а ВС N, - в зоне II.
Тогда искомая вероятность
q = P{Ht 6 [я, о + />), Н, G [a +b,a + 2b], Н, - [0,«]} =
= || p(.v)p(y -2а -2b)dxdy =
-a<x<u+b ]
a+b<v<a+2b
У J
« х+а
= jр(л)dx j р(у - 2а -2b)dy =
О а
а+Ь х-а-2Ь
= |y-2fl-2fc = z|= j p(x)d.v j p(z)J; =
a -a-2b
u-rb x~a-2b
О П
= J Po(-v)rfv J Po(")rfM =
и m-2b
ст a
Рис. 9.38. Границы интегрирования для оценки
ситуаций воздушной обстановки
Из приведенной формулы видно, что рас-
сматривается вероятность такого события: пер-
вое ВС находится в УУП (т. е. Я,е [а,а + й]),
второе ВС -также в УУП (т. е. Н2е [а+Ь.а + 2Ь]),
а их относительное взаимное расположение опи-
сывается АС (т. е. Н2 -Н,е [0,я]). Поэтому и
для такого события многокритериальная обра-
ботка имеет преимущество.
Действительно, если оценивать только Я, и
Я2 без рассмотрения их разницы, то ситуация
будет классифицироваться неправильно как УС,
и только при обработке разницы высот будет пра-
вильно определена аварийная ситуация. Однако
анализ ситуации только по разнице высот без уче-
та положения ВС относительно своих коридо-
ров не дает возможности обеспечить правильное
разведение ВС.
Таким образом, можно сделать вывод, что по
разнице координат относительного положения ВС
без учета их положения относительно своих ко-
ридоров невозможно обеспечить правильность ко-
манд управления по разведению ВС, и наобо-
рот, по положению ВС к своим коридорам без
учета их относительного положения, т. е. разни-
цы координат, невозможно получить точного
решения по возникшей ситуации.
Поэтому многокритериальный анализ с боль-
шой уверенностью классифицирует ситуации и
выдает более адекватные рекомендации по дан-
ной координате на разведение ВС, чем однокри-
териальный анализ (для каждого ВС или только
с учетом разницы наблюдений координат двух
воздушных судов).
Однако следует отметить, что многокритери-
альный анализ может требовать больше наблю-
дений, чем обычный последовательный анализ.
678 9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
9.8. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СРЕДСТВ
НА ВЕРОЯТНОСТЬ КЛАССИФИКАЦИИ СИТУАЦИЙ ВОЗДУШНОЙ ОБСТАНОВКИ
В ИНТЕГРИРОВАННОЙ АЭРОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
9.8.1. Принцип построения
интегрированных систем
предупреждения столкновений
В настоящее время существуют несколько сис-
тем определения местоположения ВС и систем
предупреждения столкновений ВС. Интегрирован-
ная система предупреждения столкновений (СПС)
объединяет существующие системы (бортовые,
наземные) в единую систему предупреждения
столкновений для повсеместного наблюдения за
ВС и предупреждения столкновений. Экипаж ВС
имеет возможность определять свое местополо-
жение с помощью ряда систем, таких как:
радиомаячные системы типа VOR/VOR, ОМЕ/
DME, VOR/DME, PVOR, DVOR, PDVOR,
РСБН, РСДН;
спутниковая система навигации GNSS (совме-
стное использование систем GPS и GLONASS);
радиолокационное наблюдение;
инерционные навигационные системы.
Таким образом, существует избыточность ин-
формации о местоположении ВС, что дает воз-
можность повысить точность и вероятность опре-
деления местоположения ВС, а это способствует
повышению качества работы СПС и позволяет
повысить плотность воздушного движения.
Рассмотрим несколько примеров работы ин-
тегрированной СПС (ИСПС).
Воздушное судно находится в зоне радиолокаци-
онного контроля и выполняет полет по трассе. ВС
определяет свое местоположение с помощью ра-
диомаячных систем и GNSS и передает координа-
ты в центр ОВД, используя линию передачи дан-
ных в режиме 5 ВОРЛ, или, в случае отказа аппа-
ратуры, используя голосовую линию передачи дан-
ных или ОВЧ-связь и голосовую связь AMSS
(спутниковая система связи подвижной службы,
которая обеспечивает канал связи «ВС-спутник свя-
зи-центр ОВД»), Центр ОВД, используя радиоло-
кационное наблюдение (ПОРЛ и ВОРЛ). также
определяет местоположение ВС. Таким образом, в
центре ОВД находится координатная информация
о местоположении ВС как минимум от трех неза-
висимых систем, что дает возможность повысить
точность определения координат ВС. Такая же ин-
формация поступает от всех ВС, которые находят-
ся в контролируемом пространстве. СПС, имея эти
данные, в случае опасного сближения ВС опреде-
ляет конфликтующие ВС и выдает рекомендации
диспетчеру и экипажу в отношении решения кон-
фликтной ситуации. Качество работы СПС прямо
зависит от точности координатной информации.
Кроме этого, на борту ВС работаю! БСПС и сис-
тема предупреждения столкновений с землей
(СПСЗ). БСПС взаимодействует с СПС центра
ОВД, используя вышеназванные каналы связи,
чтобы избежать противоречий в рекомендациях
БСПС и СПС центра ОВД. Кроме того, ВС те-
перь оснащены инерционными навигационными
системами (ИНС), чаще сдвоенными или строен-
ными. Современные ИНС имеют совершенную
автоматическую систему корректирования, осно-
ванную на получении данных от сдвоенного DME
и (или) VOR. Следовательно, ИНС - еще один
источник информации о координатах местополо-
жения ВС и может использоваться для повыше-
ния точности координатной информации.
Воздушное судно находится за пределами зоны ра-
диолокационного контроля и выполняет полет по трас-
се. ВС определяет свое местоположение с помощью
радиомаячных систем и GNSS и передает координа-
ты ВС в центр ОВД, используя линию передачи
данных и голосовую связь AMSS (спутниковая сис-
тема связи подвижной службы, которая обеспечива-
ет канал связи «ВС-спутник связи-центр ОВД»).
Таким образом, в центре ОВД имеется координат-
ная информация о местоположении ВС. Такая же
информация поступает от всех ВС с контролируе-
мой зоны центра ОВД. ИСПС, имея эти данные, в
случае опасного сближения ВС определяет конф-
ликтующие ВС и выдает рекомендации диспетчеру
и экипажу в отношении решения конфликтной си-
туации; рекомендации передаются с помощью AMSS
по каналу «центр ОВД-спутник связи-ВС». Кроме
этого, на борту работают БСПС и СПСЗ. БСПС
взаимодействует с ИСПС центра ОВД, используя
вышеуказанный канал связи, чтобы избежать про-
тиворечий в рекомендациях БСПС и СПС центра
ОВД. Кроме того, используются ИНС.
9.8. Оценка влияния интегрированных навигационных средств
Рис. 9.39. Структурная схема интегрированной СПС:
1 — радиоканал работы БСПС; 2 — радиоканал радиолокационного контроля; 3 — радиоканал передачи данных
и связи; 4 — радиоканал координатной информации; 5 — радиоканал работы СПСЗ; 6 — канал передачи
корректирующей информации дифференциального режима работы GNSS
Таким образом, центр ОВД имеет координат-
ную информацию о всех ВС, которые находятся
в воздухе, независимо от того, пребывают они в
зоне радиолокационного контроля или нет.
Следует отметить, что на борту, кроме пере-
численных систем, необходима система предуп-
реждения о попадании ВС в сдвиг ветра. Приме-
нение такой системы даст возможность умень-
шить вероятность катастроф, причиной которых
является сдвиг ветра на малых высотах, и облег-
чить работу пилотов в подобных ситуациях.
Эта идея полностью совпадает с глобальным
планом перехода к системам CNS/ATM ICAO [133,
228, 379J. В настоящее время наблюдение за воз-
душным пространством построено на использова-
нии первичных и вторичных радиолокаторов
(в районах аэродромов и континентальном воздуш-
ном пространстве) и голосовых сообщений о мес-
тоположении ВС (в воздушном пространстве над
океаном и за пределами зон радиолокационного
контроля). В будущем планируется снижение не-
обходимости в первичных радиолокаторах и вне-
дрении автоматического зависимого наблюдения
(АЗН). Функция АЗН в системе ОВД заключается
в том, что ВС автоматически передает по линии
передачи данных координатную информацию, оп-
ределенную с помощью бортовых навигационных
систем. Данные АЗН будут использоваться для АС
УВД и последующей передачи диспетчеру. Кроме
использования в районах отсутствия радиолока-
ционного контроля, АЗН найдет эффективное при-
менение в районах с высокой интенсивностью воз-
душного движения, где оно может использоваться
как дополнительное и (или) резервное средство к
вторичному радиолокатору и тем самым снижать
потребность в первичных радиолокаторах. Преиму-
щества АЗН реализуются при использовании дву-
сторонней линии передачи данных и (или) голо-
совой связи между пилотом и диспетчером. Голо-
совая связь предусматривается, по крайней мере,
в аварийных и нестандартных ситуациях. Прини-
мается во внимание еще один метод АЗН с радио-
вещательной передачей данных о местоположении
в пространстве и во времени объектов (ВС, транс-
портных средств аэродрома и т. д.), например, с
помощью ОВЧ-линии цифровой связи или сиг-
680
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
налов режима 5. Этот метод может использовать-
ся для контроля наземного движения как альтер-
натива радиолокаторам обзора летного поля.
Для внедрения АЗН необходимо обеспечить
линию передачи данных «воздух-земля», согла-
сование во времени, наземную инфраструктуру
передачи информации органу ОВД, которая от-
вечает процедуре обслуживания воздушного дви-
жения.
Интегрированная СПС (рис. 9.39) - это объе-
динение разных источников координатной инфор-
мации с глобальными спутниковыми системами
связи и навигации (AMSS и GNSS); она осуще-
ствляет централизованную обработку координат-
ной информации от нескольких независимых ис-
точников в центре ОВД с целью предупреждения
столкновений [228].
вероятность определения аварийной ситуации
Ai+S
= J ФИ
4,-8
1
------Г“7ехР
2аДГ(^.)
«1
7
1
+а-------—-ехр
2аДГ(£>2)
1
-----гехР
2«ДГ(Л)
I
+а-------—-ехр
2аЛГ(/>2)
(9.139)
9.8.2. Моделирование
вероятностных характеристик
усовершенствованной интегрированной системы
предупреждения столкновений
вероятность возвращения к нормальной си-
туации
Рассчитаем спектр вероятностных характерис-
тик для разных систем определения местополо-
жения ВС. Составляющими спектра вероятност-
ных характеристик являются:
вероятность нахождения ВС в нормальной
ситуации
1
-------ехр
2«ДГ(Л)
1
+а-----—-—-ехр
2л7;2Г(/л)
-!
4,-8^
1
-----7ТехР
2«ДГ(6,)
7
1
------—ехр
2аДГ(^)
+а------—г ехр
2аДГ (b2 )
<р(х)г£г; (9.137)
1
+а-------—- ехр
2яЛГ(£2)
вероятность попадания ВС в усложненные ус-
ловия полета или сложную ситуацию
р
r(s;Us3)
1
2«ДГ(Л)
----------ехр
2а2Ь2Г(Ь2)
ехр
А-8
| <р(х)А+ | <р(л)<±с
— А.+8
(9.138)
Д.-8
| <p(x)dr+ J <p(x)dr
—оо Д| +S
(9.140)
Рассчитаем спектр вероятностных характе-
ристик для систем VOR/DME, DME/DME,
VOR/VOR, GNSS, радиолокационной станции
(РЛС) и БСПС в зависимости от дальности
(/?, км) до ВС. Данные для расчета возьмем в
соответствии с документами ICAO и техничес-
кими характеристиками систем [133, 379].
Во время расчетов учтем то, что все навигацион-
ные средства имеют ограниченную точность, а так-
же учтем допуски на точность систем отображения
информации, точность по дальности и азимуту,
9.8. Оценка влияния интегрированных навигационных средств
681
Рис. 9.40. Зависимость спектра вероятностных характеристик от дальности:
а — нормальной: 6 — усложненной; в — аварийной; г — возвращенной к нормальной;
/ - система VOR/DME; 2 - DME/DME; 3 - VOR/VOR; 4 - РЛС; 5 - GNSS; 6 - БСПС
допуск на погрешность техники пилотирования
и допуск на диспетчерскую техническую погреш-
ность. Суммарная погрешность составляет резуль-
тат, рассчитанный как квадратный корень из сум-
мы квадратов перечисленных выше величин.
Гарантированные точностные характеристики
глобальной навигационной спутниковой систе-
мы GNSS в основном режиме работы с вероят-
ностью 95 % такие: по плановым координатам
100 м, по высоте 150 м, по составляющим век-
тора скорости 15 см/с, по времени 385 нс. Одна-
ко предусмотренное использование дифферен-
циального режима работы существенно улучша-
ет точностные характеристики: по плановым ко-
ординатам - 2 м, по высоте -4 м. Допуски на
погрешности: на точность отображения инфор-
мации -до 2,2 км, на точность техники пилоти-
рования - до 1,4 км, на диспетчерскую погреш-
ность - до 1,1 км.
Точностные характеристики различных систем,
принятые для расчета, приведены далее.
По дальности, м По азимуту, ...°
РЛС 1000 1
Радиомаячные системы (VOR/VOR, DME/DME, VOR/DME) 450 1
БСПС (на основе характеристик TCAS) 20 0,25
Во время расчета учтем, что с увеличением
дальности характеристики систем ухудшаются, а
также то, что среднеквадратичные отклонения ме-
стоположения ВС для разных систем вычисля-
ются по разным формулам.
Берем во внимание решения, принятые на
седьмом совещании в Монреале в 1990 г. о
том, что установленный уровень безопасности
(TLS), определенный по данным исследований
многих стран - членов 1САО, следует принять
10 9 как временный результат, по крайней мере,
до 2010 г. [228]. Графики на рис. 9.40 построе-
ны по следующим результатам:
682
9 АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
тк = тг = 0; Д) = 0; 5 = 5 км; о, = кд = 0,155;
~ ®Л ~ 1 ’ ° А БСПС = •
^DDME — 450 М, <7рРЛС — 3,002 км,
^dgnss 100м, aDKnc-20 м, (9.141)
° Мп VOR/DME
57,3
+ 0,25о;,
^*Мп DME/DME
= >/2(0,5ор)2—;
siny
*^мп vor/vor — 0,00175л/2/? _ ;
sin у
°Мп РЛС
Ro
57,3
+0,25о2
® Ma GNSS
*^МпБСПС
(9.142)
Анализируя полученные результаты, можно
сделать такие выводы: на дальностях свыше 200-
250 км вероятностные характеристики радиома-
ячной системы VOR/DME и РЛС очень близки,
а на дальностях меньше 200 км радиомаячная
система дает лучшие показатели (в 6-8 раз для
^s,us,), в 0,8-2 раза для PSs ). Радиомаячная сис-
тема VOR/VOR на дальностях свыше 250 км дает
худшие показатели по сравнению с показателя-
ми других систем. Значительно лучшие характе-
ристики практически во всем диапазоне дально-
стей (до 450 км) имеет радиомаячная система
DME/DME. При удалениях ВС от перечислен-
ных выше систем на расстояние свыше 250 км
глобальная спутниковая навигационная система
GNSS дает более приемлемые показатели.
На расстояниях до 100-150 км достаточно точ-
ные результаты имеет бортовая система предуп-
реждения столкновений, что доказывает необхо-
димость применения БСПС как автономного сред-
ства для предупреждения столкновений.
9.8.3. Анализ схем объединения
координатной информации
в интегрированных системах принятия решений
Предметом современного интереса разработчи-
ков информационных систем являются мульти-
статичные ИС, которые работают с большим ко-
личеством географически распределенных систем
(приемников). Эти системы контролируют общий
объем воздушного пространства, однако проекти-
руются они так, чтобы оптимально объединить
решения, поступающие от приемников.
Рассмотрим двухступенчатую задачу проверки
гипотез обнаружения с помощью рис. 9.41. Рас-
пределенные системы преобразуют сигналы 14 С для
того, чтобы создать набор первой стадии решений
ак, к = 1,..., п . На второй стадии эти решения объе-
диняются в окончательное решение в отношении
наличия или отсутствия цели по правилу
[1, принято решение о наличии цели, Н};
J 10, принято решение об отсутствии цели, Но
для j = 0,1, ..., п . В данной задаче рассматривается
вопрос определения оптимальных для Неймана-
Пирсона структур информационных систем и цен-
трального процессора (объединение на уровне ре-
шений отдельных ИС).
Допустим, что статистические особенности раз
ных случайных переменных упрощены, что при-
нятые векторы (и распределенные решения )
условно задаются гипотезами //,., 1 = 0,1, незави-
симыми одна от другой. Часто встречается ситуа-
Рис. 9.41. Распределенное обнаружение с периферическими системами
9.8. Оценка влияния интегрированных навигационных средств
683
ция, в которой это допущение имеет силу, - си-
туация, когда шумы (мультипликативные и адди-
тивные) на входах распределенных систем явля-
ются статистически независимыми процессами.
В данной задаче стратегия Неймана-Пирсона стре-
мится минимизировать вероятность неправильного
решения Plll0 центрального процессора при усло-
вии ограничения Pf0=a0, которое накладывается
на общую вероятность ошибочной тревоги, т. е.
мы хотим минимизировать величину F, обуслов-
ленную выражением
Г = Д,0+Л(/’/0-Хс), (9.143)
где Л - неопределенный множитель (метод Лаг-
ранжа).
Обозначая через А набор решений (а,,...,а„),
имеем
р(«о/^) = £лр(«оМ)р(Ж)- (9-144)
Заметим, что данный набор периферических
решений {д(}, окончательное решение а0 не зави-
сят от того, какая гипотеза правильная. В уравне-
нии (9.144) р( ) обозначает распределение веро-
ятности. Определение вероятностей Рм и Pf0 как
/’™о = р(«о=0///1), (9.145)
Р/0 = р(а0=1/Н0), (9-146)
а также использование уравнений (9.144)-(9.146)
в уравнении (9.143) дает
f = ЕлИао=°/Л)[р(л/^,)-Л.р(Л/7/0)] + Л(1-ас)
(9.147)
В отношении стратегии центрального процес-
сора минимизация F достигается, если мы выбе-
рем правило
g(4>p(ao=O/A) =
(о, р(Д/Л/,)-Л.р(А//7())>0, принять решение /7,,
[1, наоборот принять решение Но,
(9.148)
которое можно переписать в виде
р(Д/Н,)"'’ ' >Л (9.149)
Р(А/НОГ*<
и которое действительно точно определяет опти-
мальную структуру центрального процессора. Да-
лее очевидно, что величина F в уравнении (9.147)
может быть минимизирована в отношении члена
р(А/Н,)-Лр(А//70)
через оптимизацию стратегий и распределенных
систем при условии выполнения правил для по-
лучения глобальной минимизации одновременно
по правилу в уравнении (9.148) для центрально-
го процессора. Заметим, что для Л-й распреде-
ленной системы
Р («*/#.) = f Р («* >#.) =
= f p(ak/rt)p(ri/H,)drt,i = O,l- (9.150)
rk
Обозначая At = подставляя
уравнение (9.150) в уравнение (9.147), раскрывая
сумму относительно а4 и используя независимость
по условию распределенных систем, после неко-
торой перестановки получаем
F = Jp(at = O/rj[C1‘p(rt/Wl)-%Co‘p(rt/Wo)] + D*,
(9.151)
где
^=X4[g(°>4)-g(lA)]p(A/W,). 1 = 0,1 (9.152)
и
о' =Ел^(1’А)р(А/«1)+41-;?(1,а)]р(а/н0)}-Й(Л,
а из gthA^, что обозначает g(A) в уравнении
(9.148), ак =i. Из уравнения (9.151) видно, что F
минимизируется, если правило fc-й системы выб-
рано в виде
Ца. -0М =|й |И)
[1, в других случаях,
и которое можно переписать как
=1
> ~ (9Л54)
Р(п/«о) <
Из симметрии становится ясно, что уравнение
(9.154) является правилом для решений, обосно-
ванных для любых к. Перед тем как продолжить
оценку величин D* в уравнении (9.152), пока-
жем, что правило центрального процессора урав-
нения (9.149) может иметь интересную интер-
претацию. Перепишем уравнение (9.149) как
" Р^/Н^' >
Ур(я,мГ°<
Л.
(9.155)
684
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Далее имеем
= (9.156)
= (9-157)
где PmJ и PfJ обозначают вероятность неверного
решения и ошибочной тревоги у-й распределен-
ной системы соответственно. Подставляя уравне-
ния (9.156) и (9.157) в уравнение (9.155), беря ло-
гарифмы и переставляя их, получаем правило
(9.158)
где
2Л,Я По ,
Л1 «о-О*-
(9.159)
Совпадение ситуаций. Центральный процессор
принимает решение о наличии цели только тог-
да, когда все распределенные системы выдают ре-
шения «цель присутствует». Используя это ут-
верждение, g(i,Aj ), 1 = 0,1 в уравнении (9.152)
можно вычислить из уравнения (9.148). Для Д, с
длиной последовательности п-1, которая содер-
жит все единицы, получим
g(o,A) = i, g(i,A) = o.
Для всех других последовательностей
g(0,4) = g(l,At) = l.
Используя это в уравнении (9.152), получим
Dl,=tlp(aj = l/H'\ ' = (9.161)
i=l
таким образом, правило принятия решений урав-
нения (9.154) будет иметь вид
Ло = 1п
(9.160)
PU/77,) > Ц?
p(rjH0) < D* L
at =0
(9.162)
Из уравнения (9.158) видно, что центральный
процессор можно рассматривать как устройство,
которое формирует взвешенную сумму решений
и сравнивает ее с граничным значением. Наконец
заметим, что для получения наилучших характе-
ристик ИС должна обеспечивать одновременное
выполнение правил, описанных уравнениями
(9.149) и (9.154) или (9.158).
Оптимальные пороги обнаружения распределенных
систем. Пороги обнаружения, указанные в уравне-
нии (9.154), можно оценить по величинам £)*,/= 0,1.
Из уравнения (9.152) видим, что оценка /У требует
знания стратегии объединения центрального про-
цессора по правилам g (...). Как установлено в нера-
венствах (9.149) или (9.158), оптимальная стратегия
объединения зависит от вероятности пофешности
и, следовательно, от порогов обнаружения и отно-
шения сигнал/шум распределенных систем. Поэто-
му невозможно получать точные решения для поро-
гов обнаружения и стратегий без точного определе-
ния окружающей среды обнаружения. Однако об-
щие зависимости можно легко вывести закреплением
разных стратегий за центральным процессором.
Рассмотрим отдельно правила объединения
«центральный процессор-операции» при совпа-
дении, несогласованности ситуаций и мажори-
тарной логике.
Подставляя уравнения (9.156) и (9.157) в урав-
нение (9.161), получим пороги обнаружения рас
пределенных систем т|, в виде
^=хПтг^Ь’л=1......." <9163)
Несогласованность ситуаций. В этом случае
центральный процессор принимает решения про
отсутствие цели только при условии, что все сис-
темы выдают решения «цель отсутствует». Для
этой стратегии имеем
g(0,A4) = l, §(1,Д) = 0
для Д с длиной последовательности (л-1), ко-
торая содержит все нули. Для всех других после-
довательностей
g(0,A) = g(l,A) = 0.
Из уравнения (9.152) получим
О* = fj р(я; = 0/Н,.), i = 0,1, (9.164)
(=1
таким образом, выражение для пределов обнару-
жения распределенных систем будет иметь вид
Л, «. (9.165)
7=1 ^mj
9.8. Оценка влияния интегрированных навигационных средств
685
Объединение по принципу мажоритарной логи-
ки. Отдельно исследуем случаи нечетного и чет-
ного количества систем.
При нечетном числе систем пусть п = 2т + \,
т=1,2, ... По принципу мажоритарной логики
заметим из уравнения (9.148). что для всех Ак с
последовательностями длиной 2т с неодина-
ковым количеством нулей и единиц g(0,Ak) =
Для последовательностей с одинаковым коли-
чеством нулей и единиц g(0,4t) = l и g(l,4*) = 0,
так что из уравнения (9.152) получим
d* = X p(AJhS i=0.1, (9.166)
где М - набор последовательностей длиной 2т
с одинаковым количеством нулей и единиц. Лег-
ко убедиться, что таких последовательностей
(2ю!)/(т!)’, а оптимальные пороги определения
1]( получим из уравнений (9.156) и (9.162).
При четном числе систем пусть п = 2т, т = 1,2, ...
В этом случае определим два способа работы сис-
темы, при которых связи дают возможность цент-
ральному процессору всегда принимать решения,
описываемые единицей или нулем. Обозначим эти
способы первый и второй соответственно. Тогда
выходит, что для набора всех последовательностей
М,{4} с т нулями и ni-l единицами g(0,4t) = l
из g(l,4t), определенной способом работы цент-
рального процессора.
Следовательно,
Ai^Ml
-Z g^A^p^AjH^, 1=0,1. (9.167)
AiEM2
Снова уравнение (9.162) используется в каче-
стве отношения правдоподобности для распреде-
ленных систем.
Из уравнений (9.162) и (9.167) оптимальные
пороги обнаружения приобретают вид
X p(A/wo)/ X p(A/^i)’ А -1,...,« ,9 |6g.
Л;бЛ/| / Л*СЛ/, ' ’ '
с , полученным из уравнения (9.162) заменой
М[ на М2. Очевидно, что для п = 2 операции
мажоритарной логики в первом и втором спосо-
бах эквивалентны операциям при несогласован-
ности и совпадении ситуаций соответственно.
Отметим, что оптимальный предел обнаруже-
ния для проверки отношения правдоподобности
любой распределенной системы зависит от ха-
рактеристик всех других распределенных систем,
от значения п и существенно - от выбора страте-
гии объединения центрального процессора.
Рассмотрим общие вероятности промаха и лож-
ной тревоги интегрированной системы. Исполь-
зуя уравнения (9.144) и (9.148) в уравнениях
(9.145) и (9.146), получим
(9-169)
Л
Pf0 = ^-8(A))p(A/H0). (9.170)
Л
Для трех стратегий, приведенных выше, име-
ем такие результаты.
Совпадение ситуаций. Поскольку g(A) = 0 толь-
ко для последовательностей, которые содержат все
единицы, из уравнения (9.169) получим
Д,о=Хр(Л/Н,). (9.171)
ЛсЛ',
где - набор всех последовательностей длиной
п , которые содержат, по крайней мере, один ноль.
Из уравнения (9.170) имеем
Р/о=Прк=1/«о) = П^- (9-172)
7=1 7=1
Несогласованность ситуаций. Поскольку g(A) =
= 0 только для последовательностей, которые со-
держат все нули, то уравнения (9.169) и (9.170)
сводятся к
Д.о = ГК, (9-173)
7=1
(9-174)
ЛеД,
где /V, - набор всех последовательностей, кото-
рые содержат, по крайней мере, одну единицу.
Объединим ситуации по принципу мажоритар-
ной логики.
Нечетное п . Только последовательности с боль-
шим количеством нулей, чем единиц, будут иметь
g(4) = l. Тогда из уравнений (9.169) и (9.170)
выражение для вероятности погрешности будет
иметь вид
^,о= X р(А/Я|), (9.175)
686
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Pf0=^P(A/H0) (9.176)
A=Q2
где (2, и Q2 - наборы всех последовательностей
длиной п с большим и меньшим количеством
нулей, чем единиц соответственно.
Четное п . На основании подобных рассужде-
ний можно легко показать, что выражения для
вероятности погрешности будут следующими:
Ра0 = Е /Ш)+ X g(A)p(A/Ht), (9.177)
A~Qi A<-Mi
^=Ep(W«)+E('-?(#Wh0)- (9.178)
л=е, лгм,
где М - набор всех последовательностей длиной
и с одинаковыми количествами нулей и единиц.
Уравнения (9.169) и (9.170) можно получить в
виде
Р,!,0 = X р(А/Н,), P'f0 = X р(д/но)+ X р{А]Н0)
А=й A=Q2 АсМ 9
(9.179)
Р°о = Е р(А//7.)+ £р(Д/Н,), Р°о= У р(А/Нв)
A=Q{ АеМ A=Q2
(9.180)
Эти формулы остаются правильными и для
случаев работы интегрированной системы с про-
извольными порогами выявления распределенных
систем.
9.8.4. Расчет вероятностных характеристик
при объединении информации от разных систем
определения местоположения воздушного судна
Координатную информацию о местоположении
ВС, полученную от разных независимых систем,
можно объединить для повышения ее точности.
Объединять координатную информацию, получен-
ную от двух или трех систем, будем по определен-
ным логическим схемам [573]. Точность коорди-
натной информации при объединении повышает-
ся за счет избытка информации и отражается на
вероятности попадания ВС в УУП или СС /р,>им и
вероятности определения аварийной ситуации Р^ .
Объединим разные системы и рассчитаем ве-
роятностные характеристики комбинаций систем,
при этом учтем только реально возможные ком-
бинации объединяемых систем, рассматривая два
варианта комбинаций систем: в зоне радиолока-
ционного контроля и за пределами зоны радио-
локационного контроля.
Например, выясним, какая логика объедине-
ния информации эффективнее с точки зрения ве-
роятности попадания в УУП или СС для разного
количества объединяемых систем (рис. 9.42).
Анализируя данные, можно сделать вывод, что
для вероятности попадания в УУП или СС луч-
шие результаты дает объединение координатной
информации при совпадении ситуаций, чем при
их несогласованности. Мажоритарная схема объе-
динения координатной информации имеет хотя
и неплохие результаты, однако они хуже, чем ре-
зультаты, которые дает первая схема при объеди-
нении трех систем, а при объединении двух сис-
тем - их результаты близкие. Следует отметить,
что при совпадении ситуаций объединение трех
систем лучше, чем двух.
Используя данные расчета объединения коор-
динатной информации, полученной от нескольких
систем, найдем оптимальную комбинацию объеди-
няемых систем в зоне радиолокационного контро-
ля. У этой зоне есть возможность использовать на-
вигационные системы: РЛС, GNSS, VOR/VOR,
DME/DME и VOR/DME. Для удобства анализа
построим графики распределения вероятности по-
падания в УУП или СС /(s,us.) ПРИ разных ком-
бинациях объединения систем (рис. 9.43, а).
Анализируя полученные результаты, придем к
выводу, что при объединении двух систем самые
лучшие показатели по вероятности попадания в
УУП или СС имеет комбинация DME/DME +
+ GNSS при совпадении ситуаций. При объеди-
нении координатной информации от трех систем
самой лучшей комбинацией является DME/DME +
+ РЛС + GNSS при этой же логике объедине-
ния, однако и другие комбинации трех систем
дают подобные результаты.
По полученным данным видим, что объедине-
ние координатной информации от двух систем при
несогласованности ситуаций для вероятности опре-
деления АС дает хорошие результаты значительно
ниже уровня 1x10"’ практически при любой ком-
бинации систем (рис. 9.43, б).
Таким образом, можно сделать вывод, что
объединение координатной информации, полу-
ченной от любых двух систем, при несогласо-
9.8. Оценка влияния интегрированных навигационных средств
687
Рис. 9.42. Распределение вероятностей попадания ВС в УУП или СС при использовании:
а - двух систем (DME/DME+РЛС): / - логика ИЛИ; 2 - РЛС; 3 - DME/DME; 4 - логика И;
б - трех систем (DME/DME+RHC+GNSS): / - логика ИЛИ; 2 - мажоритарная логика; 3 - логика И
б
ванности ситуаций существенно снижает веро-
ятность попадания в АС. Также можно выде-
лить комбинации систем, которые дают лучшие
показатели: на дальностях до 150 км - это ком-
бинация систем VOR/VOR+GNSS; на дально-
стях от 150 до 250 км - РЛС+GNSS; на дально-
стях свыше 250 км - VOR/VOR+РЛС.
При объединении координатной информации,
полученной от трех систем, в соответствии с этой
логикой значительно лучшие результаты сравни-
тельно с объединением информации от двух сис-
тем дает комбинация систем VOR/VOR+PJIC+
+GNSS, однако и другие комбинации трех сис-
тем дают подобные результаты.
Рассмотрим влияние на вероятностные харак-
теристики комбинаций систем применения ин-
формации от БСПС, используя логику объеди-
нения, приведенную выше.
Для наглядности анализа построим графики
зависимостей распределения вероятностей при
использовании информации от БСПС и без нее
(рис. 9.44).
а
Рис. 9.43. Распределение вероятностей при объединении координатной информации в зоне
радиолокационного контроля:
а - попадание в УУП или СС (логика И); б — определение ЛС (логика ИЛИ); / — VOR/VOR+РЛС; 2 —
VOR/DME+РЛС; 3- DME/DME+РЛС; 4- РЛС+GNSS; 5- VOR/VOR+GNSS; 6~ VOR/VOR+RnC+GNSS;
7- \'ОР/ОМЕ+РЛС+ОК5$ 8 - VOR/DME+GNSS; 9- DM E/DM Е+РЛС+GNSS
б
688
9. АЭРОНАВИГАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
50 100 150 200 250 300 350 400 R, км
z2
АА — 3У
.
6?
Р*
1Е-14
1Е-16
1Е-18
1Е-20
1Е-22
1Е-24
1Е-26
1Е-28
1Е-30
1Е-32
1Е-34
50 100 150 200 250 300 350 400 R, км
б
Рис. 9.44. Распределение вероятностей при использовании бортовой системы предупреждения
столкновений и без нее:
а — попадание в УУП или СС; б — попадание в AC; I — VOR/DME+GNSS; 2 — DME/DME+GNSS; 3 —
VOR/VOR+GNSS; 4- DME/DME+GNSS+БСПС; 5- VOR/DME+GNSS+БСПС; 6- VOR/VOR+GNSS+БСПС
Из графиков видно, что применение БСПС и
использование соответствующей логики объеди-
нения информации приводит к значительному
улучшению характеристик точности комбинации
систем в зоне радиолокационного контроля.
Из вышеприведенного анализа следует, что в
зоне радиолокационного контроля для повыше-
ния точности координатной информации о мес-
тоположении ВС следует применять объединение
координатной информации от четырех источни-
ков: РЛС, GNSS, БСПС и радиомаячных систем,
которые уже установлены и используются (с це-
лью уменьшения затрат на внедрение систем), с
переменным переключением схем логики объеди-
нения координатной информации (совпадение и
несогласованность ситуаций).
Глава 10
БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ
ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
10.1. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ
АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
10.1.1. Основные понятия и определения
Проблема безопасности информационно-ком-
муникационных систем (ИКС), будучи относитель-
но новой, постепенно усугублялась по мере раз-
вития информационных технологий, использова-
ния ИКС и сетей во всех областях промышленно-
сти. На сегодня в сфере защиты сформировалась
довольно мощная система (объединившая в себе
науку и производство), ориентированная на ре-
шение основных вопросов безопасности, которые
можно разделить на три группы: физические (свя-
занные большей частью с объективными факто-
рами); логические (связанные с субъективными
факторами); социальные [283].
К физическим относятся: вопросы защиты от
пожаров, затоплений, землетрясений, ураганов,
взрывов, промышленных химических веществ,
различных магнитных полей, сбоев оборудования,
грызунов и т. п.; к логическим - вопросы защиты
от несанкционированного доступа (НСД), оши-
бок в действиях персонала и программ, которые
отрицательно влияют на информацию и т. п.;
к социальным - вопросы о средствах юридиче-
ской, организационной и административной за-
щиты, подготовки кадров, воспитательной рабо-
ты, направленной на формирование определен-
ной дисциплины и этических норм, обязательных
для тех, кто взаимодействует в информационном
контуре и др.
Базовые характеристики безопасности инфор-
мации следующие: конфиденциальность (Confiden-
tial), целостность (Integrity) и доступность (Accessi-
bility) [31].
Конфиденциальность - характеристика безопас-
ности информации, которая отображает ее свой-
ство нсраскрытости и доступности без соответству-
ющих полномочий. Фактически информация не
может быть доступна или раскрыта неавторизо-
ванной стороне, т. е. для нее ее якобы нет. В свою
очередь, авторская сторона (например, обслужи-
вающий персонал, пользователи, программы и
т. п.), которой предоставлены соответствующие
полномочия, имеет полный доступ к информации.
Целостность - характеристика безопасности
информации (данных), что отображает ее свой-
ство противостоять несанкционированной моди-
фикации. Например пользователь, который накап-
ливает информацию, имеет право ожидать, что
содержимое его файлов останется неизменным,
несмотря на целенаправленные влияния, отказ
программных или аппаратных средств. По этой
характеристике информация не подвергается ни-
какому воздействию со стороны неавторизован-
ной стороны.
Доступность - характеристика безопасности
информации, которая отображает ее свойство,
состоящее в возможности использования соответ-
ствующих ресурсов в заданный момент времени
согласно предъявленным полномочиям. Фактичес-
ки авторская сторона по первой потребности по-
лучает неограниченный доступ к нужной инфор-
мации.
Вообще данные характеристики можно исполь-
зовать для отображения указанных свойств целых
систем или любых компонентов ИКС, под кото-
рыми подразумевают совокупности программных
средств, аппаратуры, разные физические носите-
ли информации, данные и даже обслуживающий
персонал.
Под доступом (Access) подразумевают взаимо-
действие между ресурсами ИКС, которое обеспе-
чивает передачу информации между ними, а в
процессе доступа к информации (Access to In-
formation), в частности, реализуется ее копирова-
ние, модификация, уничтожение, инициализация
и т. п. Различают несанкционированный и санк-
ционированный доступ. Если доступ к ресурсам
системы осуществляется с нарушением правил
разграничения доступа, то такой доступ является
несанкционированным. Одно из базовых действий,
которое порождает НСД, - перехват (Intercept), под
44 8-470
690
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
которым подразумевают несанкционированное
получение информации незаконным подключени-
ем к каналам связи (например, прямой перехват),
визуально (например, подсматривание), или с по-
мощью радиотехнических средств (например, кос-
венный перехват).
Перехват по действию на информацию можно
разделить на активный и пассивный, а по типу
подключения - на прямой и косвенный.
Во время активного перехвата (Active Eaves-
dropping) у противника есть возможность не толь-
ко перехватывать сообщения, но и влиять на него,
например, задерживать или удалять сигналы, ко-
торые передаются каналами связи.
Пассивный перехват (Passive Tapping) - это по-
лучение информации с возможностью только на-
блюдать за обменом сообщениями (например, с
целью выявления разной системной информации)
в вычислительной сети, при этом не оказывая на
нее никакого влияния.
Прямой перехват (Direct Eavesdropping) - пере-
хват информации путем непосредственного под-
ключения (например, дополнительного термина-
ла) к линии связи. Его можно обнаружить про-
веркой линии связи.
Во время косвенного перехвата (Indirect Eaves-
dropping) информацию (например, индуктивных
волн) получают без использования непосредствен-
ного подключения к линии связи. Его тяжело об-
наружить, поскольку нет непосредственного при-
соединения терминального оборудования к линии
связи.
Состояние безопасности информации относи-
тельно его базовых характеристик зависит от ус-
пешности реализации той или иной угрозы, под
которой понимают потенциальную возможность
нарушения безопасности.
Во время построения комплексных систем за-
щиты анализ угроз является одним из обязатель-
ных этапов. На этом этапе формируется наиболее
полное множество угроз с учетом фактора риска
и их свойств. Основываясь на публикациях зару-
бежных и отечественных авторов [210. 281, 354,
600], угрозы можно классифицировать по таким
базовым признакам.
1. По действию на характеристики безопасно-
сти информации:
К-тип (угроза конфиденциальности);
Ц-тип (угроза целостности);
Д-тип (угроза доступности);
КЦ-тип (угроза конфиденциальности и це-
лостности);
КД-тип (угроза конфиденциальности и доступ-
ности);
ЦД-тип (угроза целостности и доступности);
КЦД-тип (угроза конфиденциальности, цело-
стности и доступности).
2. По природе источника:
объективная (угроза, возникновение которой не
зависит от прямой деятельности человека и свя-
занная с разными стихийными природными явле-
ниями, такими как пожары, молнии, землетрясе-
ния, радиоактивное излучение, нападения грызу-
нов и т. п.);
субъективная (угроза, возникновение которой
зависит от деятельности человека).
Субъективную угрозу, в свою очередь, разде-
ляют на активную и пассивную. Активная - связа-
на с действиями человека, направленными на по-
лучение определенной выгоды, а пассивная - ис-
ключает указанную составляющую и связана с
ошибками человека, небрежностью, проектно-тех-
нологическими недостатками в программном и
аппаратном обеспечении и т. п.
Можно вводить дополнительные признаки
классификации (например, по частоте появления
угрозы, следствиям ее реализации, возможности
выявления и предотвращения и т. п.), которые
помогут формализовать ход идентификации и ана-
лиза угроз и повысить эффективность процесса
построения систем защиты информации (СИЗИ).
Рассмотрим примеры наиболее типичных уг-
роз [283] информационным ресурсам (ИР) и оп-
ределим некоторые их свойства согласно призна-
кам вышеприведенной классификации.
Аппаратные сбои и отказы - субъективная пас-
сивная угроза КЦД-типа, предотвратить которую
почти невозможно, частота ее появления высо-
ка, для оценки используется показатель наработ-
ки на отказ, обнаружить в отдельных случаях не-
сложно, но иногда необходима специальная ап-
паратура, возможны потенциально большие по-
следствия. Для информации, обрабатываемой в
ИКС, особенно опасны: сбои (отказы) жесткого
диска, вследствие которых могут быть повреж-
денные записи, что влияет на целостность; не-
возможность выполнить загрузку, что является
угрозой доступности; вероятность утечки данных
в фирме по обслуживанию дисков, что нарушит
конфиденциальность.
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных информационно-коммуникационных систем
Диверсии субъективная активная угроза ЦД-ти-
па возникает не очень часто, предотвратить ее очень
тяжело, сложность выявления разная, последствия
потенциально очень большие. Чаше всего прояв-
ляется в физическом (поджог, пробой, разукомп-
лектование, повреждение питания и т. п.) или ло-
гическом повреждении (изменение имен файлов,
дисков, подмена программ, данных и т. п.).
Излучения и наводки - субъективная пассивная
угроза К-типа. Обнаружить снятие информации
по каналам побочных электромагнитных излуче-
ний и наводок почти невозможно, частота такого
доступа неизвестна, предотвратить это явление
довольно сложно (для этого нужно применять спе-
циальные средства зашиты), последствия потен-
циально большие. Такие угрозы являются одним
из слабых мест в компьютерной защите, посколь-
ку кабели, соединения и устройства (видеотерми-
налы, принтеры, модемы, клавиатура, конекторы,
заземление и т.п.), излучают определенные сиг-
налы, которые даже при незначительном уровне
могут быть перехвачены чувствительной антенной.
Компьютерные вирусы - субъективная активная
угроза ЦД-типа, предотвращение при новых фор-
мах может быть сложным, влияние, как правило,
очевидно, частота появления относительно высо-
кая, последствия потенциально очень большие, но
на практике менее угрожающие. Вирусы по-раз
ному влияют на ИР, например, уничтожают фай-
лы, портят записи, изменяют таблицу распреде-
ления файлов и т. п.
Кражи - субъективная активная угроза КЦД-ти-
па, предотвратить и обнаружить которую доволь-
но сложно; частота появления неизвестна, а по-
следствия потенциально очень большие. Под вли-
яние угрозы может подпадать, например, как ап-
паратура, так и файлы, при этом кража последних,
как правило, остается незамеченной. Целостность
и доступность в этом случае нарушаются с исчез-
новением единственных экземпляров определен-
ных ИР. Кража также может быть связана с под-
меной данных перед их вводом или в процессе
вывода.
Крекеры субъективная активная угроза Ц-типа,
предотвратить которую довольно сложно; обна-
ружить влияние или очень просто, или сложно;
частота появления неизвестна, недовольно высо-
ка; последствия потенциально большие. С помо-
щью крекеров осуществляется взлом разных сис-
тем защиты через модификацию защитного меха-
низма в самом ПО. Крекеры - узконаправленные
программы, вследствие воздействия которых по-
является возможность не только беспрепятствен-
но входить в систему, но и свободно использовать
разные коммерческие (защищенные) версии про-
грамм. После действия крекера, как правило, от-
крывается доступ другим угрозам, которые нару-
шают основные характеристики безопасности от-
дельных ИР.
Логические бомбы субъективная активная уг-
роза КЦД-типа, предотвратить и часто обнаружить
которую довольно сложно; частота появления точ-
но неизвестна (быстрее невысокая), последствия
потенциально большие. Логические бомбы ини-
циируются с возникновением разных событий (на-
пример, открытие какого-либо файла, обработка
определенных записей и прочих действий) с це-
лью уничтожения, искажения или модифициро-
вания данных. Используются, например, для раз-
воровывания с помощью смены определенным
образом (в свою пользу) кода программы, реали-
зующей финансовые операции, а также для нане-
сения убытка или для шантажа.
Небрежность - субъективная пассивная угроза
КЦД-типа, которую очень тяжело предотвратить;
разная сложность выявления, появляется часто,
последствия потенциально высокие. Такая угро-
за, как правило, связана с различными ошибками
человека, случайностями, неосмотрительностью,
проявлениями некомпетентности и, по оценкам
экспертов, 50 60 % потерь происходит именно из-
за нее.
Невозможность использования - субъективная
активная или пассивная угроза Д-типа (в зависи-
мости от мотива), которая связана с падением
производительности функционирования систем
вследствие неиспользования по любой причине
имеющихся программных и аппаратных средств.
Предотвратить угрозу тяжело, возникает с неиз-
вестной частотой, обнаружить иногда бывает
довольно сложно, а последствия потенциально
большие.
Неправильная маршрутизация - субъективная
пассивная угроза К-типа, предотвратить которую
довольно сложно, обнаружить можно просто, ча-
стота появления возможно высока, но точно не-
известна, а последствия потенциально большие.
Нарушения конфиденциальности осуществляют-
ся через пересылку сообщений, файлов и другой
информации по неправильному адресу, сформи-
692
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
рованному большей частью вследствие неумыш-
ленной ошибки.
Неточная или устаревшая информация - субъек-
тивная пассивная угроза Ц-типа, предотвращение
и выявление которой может быть трудным, случа-
ется довольно часто, а последствия потенциально
очень большие. Сообщения, записи, файлы и дру-
гая информация могут стать недоброкачественны-
ми из-за случайного искажения, неполноты или
старения, обусловленного получением новых дан-
ных. Для предотвращения неблагоприятных по-
следствий такую информацию необходимо свое-
временно удалять.
Ошибки программирования - субъективная пас-
сивная угроза КЦД-типа, предотвратить которую
почти невозможно, возникает постоянно, выяв-
ление бывает довольно сложным, а последствия
потенциально очень большие. В процессе созда-
ния программ в исходном неотлаженном тексте,
как правило, на 50 строк, встречается не менее
одной ошибки. Во время отладки большинство из
них исправляется, однако определенная часть ос-
тается и обнаруживается, как правило, во внештат-
ных ситуациях, например, во время смены фор-
матов параметров, окружения и т. п.
Перегрузки - субъективная активная или пас-
сивная угроза Д-типа (в зависимости от мотива),
обнаружить которую просто, предотвратить слож-
но, возникает с неизвестной частотой (как прави-
ло, высокая в новых редко используемых систе-
мах), а последствия потенциально очень большие.
Любое программное или аппаратное обеспечение,
которое дает сбои во время его тестирования в
критических режимах, показывает подобные ре-
зультаты и в случае его перегрузки. Например, с
помощью автоматического номеронабирателя с
нескольких компьютеров можно осуществить атаку
типа «отказ в обслуживании» всех телефонных
номеров авиакомпании, которые используются для
продажи билетов. Для этого после ответа абонен-
та осуществляется отключение линии и снова вы-
полняется вызов. Вследствие реализации такой
субъективной активной угрозы Д-типа доступность
к сети продажи билетов будет очень ограничена,
и от этого пострадает не только компания, но и
клиенты.
Перехват - субъективная активная угроза
К- или КЦ-типа (в зависимости от действия), пре-
дотвратить которую почти невозможно, обнару-
жить довольно сложно или даже невозможно. Ча-
стоту такой угрозы не установлено, а последствия
потенциально большие. Перехват информации
осуществляется преимущественно через несанк-
ционированное подключение дополнительного
терминала или, например, через наблюдение за
побочными электромагнитными излучениями и
наводками. Для защиты от указанной угрозы ис-
пользуют криптографические методы, стеганогра-
фию, экранирование, фильтры, радиоуплотните-
ли, генераторы шумов и т. п.
Пиггибекинг - субъективная активная угроза
КЦД-типа, предотвратить и обнаружить которую
довольно тяжело, частота появления, скорее все-
го, высокая, а последствия потенциально большие.
С помощью пиггибекинга осуществляется несанк-
ционированное проникновение в систему через
получение доступа в результате временного отсут-
ствия или некорректного завершения сеанса ра-
боты легального пользователя. Предотвратить уг-
розу можно с помощью охранных систем, специ-
альных программ хранителей экрана и т.п.
Подделка - субъективная активная угроза Ц-ти-
па, предотвращение и выявление которой может
быть трудным, частота появления неизвестна, а
последствия потенциально очень большие. Под-
делка связана с преднамеренным искажением ИР,
направленным, например, на противозаконное
изготовление документов, записей, файлов и т. п.
с целью использовать их вместо настоящих.
Преднамеренное повреждение данных или про-
грамм - субъективная активная угроза Ц-типа,
предотвращение и выявление которой весьма
сложное, частота появления неизвестна, но, быс-
трее, невысока, а последствия потенциально очень
большие. Эта угроза сопровождается злонамерен-
ным разрушением субъектом таких ИР, как фай-
лы, записи, различные данные и т. п.
Препятствование использованию - субъективная
активная угроза Д-типа, предотвратить которую
довольно тяжело, обнаружить легко. Частота по-
явления неизвестна, а последствия потенциально
очень большие. Эта угроза связана с замедлением
работы в системе, например, за счет изъятия важ-
ных ключевых файлов, изменения их имен, не-
санкционированного захвата ресурсов и т. п.
Программы раскрытия паролей - субъективная
активная угроза К-типа, предотвращение и выяв-
ление которой может быть очень сложным, час-
тота появления неизвестна, а последствия потен-
циально очень большие. Такие программы, как
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных информационно-коммуникационных систем
правило, предназначены для угадывания паролей
(например, архивированных файлов) через пере-
бор вариантов, возможных для использования сим-
волов или проникновение в систему с помощью
словарей. Программы, которые основаны на пос-
леднем методе, осуществляют взлом системы па-
рольной защиты через перебор элементов одного
или нескольких словарных файлов, составленных
специально или взятых из серверов или жестких
дисков локальных станций.
Разные версии- субъективная пассивная угроза
Ц-типа, предотвратить и обнаружить которую
сложно, возникает довольно часто, а последствия
потенциально большие. Использование разных
версий, например, одной и той же программы,
часто приводит к различным недоразумениям,
которые связаны с тем, что новые версии могут
иначе редактировать или создавать файлы, а так-
же содержать ошибки, которые не позволяют нор-
мально ее эксплуатировать. В этом случае прихо-
дится возвращаться к старым версиям, поэтому
не надо спешить их уничтожать. Довольно часто
возникают случаи, когда файл с одинаковым име-
нем сохраняется (например, когда нет доступа к
диску с файлом и приходится использовать (ре-
дактировать) резервную копию, или когда послед-
няя версия перенесена в другой каталог) в разных
частях диска или дискового пространства и не-
редко по ошибке используется информация (файл)
не самой последней редакции. После ее измене-
ния (дополнения) она подается как последний
вариант, при этом предшествующая модификация
не учитывается. Таким образом, ни одна версия
не будет достоверной, что нарушит целостность
данных и может привести к серьезным послед-
ствиям.
Самозванство - субъективная активная угроза
КЦД-типа, предотвратить и обнаружить которую
довольно сложно, частота появления неизвестна,
а последствия потенциально большие. Самозван-
ство, как правило, связано с использованием чу-
жого идентификатора для проникновения в сис-
тему с целью изучения и копирования данных,
использования рабочих станций и серверов, ини-
циализации программ, замены имен и т. п.
Сбор мусора субъективная активная угроза
К-типа, предотвратить и обнаружить которую весь-
ма сложно, частота появления неизвестна, а по-
следствия потенциально очень большие. Под сбо-
ром мусора подразумевают способ получения ин-
формации через восстановление и просмотр
удаленных (из информационных носителей) фай-
лов использованных дисков, лент, листингов, ко-
пирок и других отходов информационной дея-
тельности.
Сетевые анализаторы субъективная активная
угроза К-типа, предотвращение и выявление ко-
торой почти невозможно или очень сложно; час-
тота появления неизвестна и все время уве-
личивается, а последствия потенциально очень
большие.
Указанные анализаторы строят на базе про-
граммно-аппаратных средств (в отдельных случа-
ях в виде программных, запускаемых на рабочей
станции, подключенной к сети), предназначенных
для считывания любых параметров потока данных.
Социальный инжиниринг - субъективная актив-
ная угроза К-типа, предотвратить и обнаружить
которую довольно сложно, частота появления не-
известна, а последствия потенциально очень боль-
шие. Эта угроза связана с получением определен-
ных данных (например, имен пользователей, па-
ролей, номеров телефонов удаленного доступа и
др.) от различных людей, атакуемых посредством
информационного обмена.
Стихийные бедствия объективная угроза
ЦД-типа, предотвратить которую довольно слож-
но, частота неизвестна, а последствия потенци-
ально очень большие. К этой угрозе можно отне-
сти пожары, которые приводят к значительным
финансовым потерям, а также землетрясения, на-
воднения, ураганы, затопления, нашествия гры-
зунов и насекомых и т. п.
Суперзаппинг - субъективная активная угроза
КЦД-типа, предотвратить и обнаружить которую
довольно сложно, частота появления неизвестна,
а последствия потенциально очень большие. Фак-
тически, эта угроза связана с несанкционирован-
ным применением утилит для модификации, унич-
тожения, копирования, раскрытия, вставки, ис-
пользования или запрета использования компью-
терных данных.
Тайные хода - субъективная активная или пас-
сивная угроза КЦД-типа (в зависимости от моти-
ва), предотвратить и обнаружить которую очень
сложно, частота появления неизвестна, а послед-
ствия потенциально большие. Тайный ход, спе-
циально созданный разработчиком или возникший
случайно, фактически есть дополнительным спо-
собом проникновения в систему.
694
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Троянские кони - субъективная активная угроза
КЦД-типа, предотвратить которую почти невозмож-
но или очень сложно, обнаружить довольно тяже-
ло, частота появления неизвестна, а последствия
потенциально очень большие. Фактически тро-
янский конь - это специальная программа, кото-
рая разрешает действия, отличные от определен-
ных в спецификации, используемого программно-
го обеспечения.
Из примеров указанных угроз видим, что при-
рода их происхождения и свойства разносторон-
ние. Это обстоятельство нужно учитывать во вре-
мя построения моделей и СИЗИ.
Информационная безопасность отрасли явля-
ется составной частью безопасности государства в
целом, поэтому вопросам информационной безо-
пасности в авиации уделяется повышенное вни-
мание. Как и в любой другой отрасли, в авиации
осуществляется передача различной информации.
К ней относятся передача речевых сообщений,
радиолокационной, радионавигационной и метео-
рологической информации, цифровых данных,
текстовых сообщений и т. п.
10.1.2. Стандарты
информационной безопасности
Важный элемент оценивания состояния без-
опасности - экспертиза как техническое подтвер-
ждение того, что мероприятия безопасности и кон-
троля, подобранные для определенного СИЗИ, от-
вечают стандартам и нормально функционируют.
Стандарты информационной безопасности - важ-
нейшее критериальное средство, используемое для
решения прикладных задач зашиты.
Наиболее известны в мировой практике такие
стандарты [283]: «Критерии безопасности ком-
пьютерных систем Министерства обороны США»,
руководящие документы Гостехкомиссии при
Президенте Российской Федерации, «Европей-
ские критерии», «Федеральные критерии безопас-
ности информационных технологий», «Канадские
критерии безопасности компьютерных систем», а
также «Единые критерии безопасности информа-
ционных технологий».
Это не полный перечень, однако он содержит
важнейшие аспекты как с точки зрения развития
этих документов, так и решения задач зашиты
информации в Украине.
Приведем основные выводы анализа стандар-
тов относительно их использования.
В «Критериях безопасности компьютерных си-
стем Министерства обороны США», которые на-
зывают «Оранжевой книгой», предложены такие
категории требований безопасности: политика бе-
зопасности, аудит, корректность. Здесь, в частно-
сти, есть также требования к документационно-
му обеспечению (ДОО). Предусмотрено четыре
группы критериев: D (класс DI), С (классы С1,
С2), В (классы Bl, В2, ВЗ) и А (класс А1), кото-
рые характеризуют степень защищенности, начи-
ная от минимальной и заканчивая формально до-
казанной.
В этом документе критерием оценки факти-
чески является соответствие множества средств
защиты данной системы множеству, указанному
в одном из классов оценки и в случае, когда на-
бор средств недостаточный, систему защиты от-
носят к первому низшему классу, а для проверки
ее принадлежности к высшему необходимо при-
менять специальные дорогие и трудоемкие мето-
дики, что практически невыполнимо для реаль-
ных систем.
В «Критериях безопасности информационных
технологий», разработанных странами Европы (от-
сюда название «Европейские критерии»), общая
оценка уровня безопасности системы состоит из
функциональной мощности средств защиты и
уровня адекватности их реализации. В этом стан-
дарте обнаруживается тесная связь с «Оранжевой
книгой», но главное отличие «Европейских кри-
териев» в том, что здесь впервые введены понятия
адекватности средств защиты и специальная шка-
ла критериев, причем адекватности отводится зна-
чительно больше внимания, чем функциональным
требованиям. Во время проверки адекватности
анализируется весь жизненный цикл системы от
начальной стадии проектирования к эксплуатации
и сопровождению. В документе определяется семь
уровней адекватности - Е,(/ = 0,б). Так, уровень
Ей - минимальный (аналог уровня D «Оранжевой
книги»), на уровне Е, анализируется лишь общая
архитектура системы, а адекватность средств за-
шиты подтверждается функциональным тестиро
ванием; на уровне Е3 к анализу привлекаются ис-
ходные тексты программ и схемы аппаратного
обеспечения, а на Е6 уже необходимо формальное
описание функций безопасности, обшей архитек-
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных информационно-коммуникационных систем
туры и политики безопасности. Степень безопас-
ности определяется наиболее слабым из крити-
чески важных механизмов защиты.
Укажем, что важным недостатком документа
«Европейские критерии» есть то, что в нем нет
четкой взаимосвязи между процессом проектиро-
вания системы и оценкой ее безопасности, кото-
рая может ввести дополнительные расходы во вре-
мя доработки ИКС с целью повышения уровня
защищенности. Также признается возможность на-
личия недостатков в сертифицированных систе-
мах. Тем самым удостоверяется их несовершен-
ство, а для выявления и классификации этих не-
достатков в конкретных функционирующих сис-
темах необходима разработка и применение
специальных методик.
Гостехкомиссия при Президенте Российской
Федерации приняла ряд руководящих документов,
где предлагается две группы критериев безопас-
ности: 1) показатели защищенности от НСД (дает
возможность оценивать степень защищенности
отдельных компонентов автоматизированных си-
стем (АСИ)) и 2) критерии защищенности АСИ
обработки данных (для оценки полнофункцио-
нальных систем). Показатели защищенности со-
держат требования защищенности указанных
средств от НСД к информации и применяются в
общесистемных программных средствах и опера-
ционных системах. Конкретные перечни показа-
телей определяют классы защищенности средств
вычислительной техники и описываются совокуп-
ностью требований, которые, в частности, предъяв-
ляются к руководству пользователя, пособию из
комплекса средств защиты, текстовой документа-
ции, конструкторской (проектной) документации
и др. Установлено семь классов защищенности
средств вычислительной техники от НСД к ин-
формации, а также девять классов для оценки уров-
ня защищенности АСИ от НСД.
Недостатком этого стандарта является то, что
средства защиты направлены только на противо-
действие внешним угрозам, а к внутренней струк-
туре системы, ее функционированию не выдвига-
ются никакие требования. Вдобавок, по сравне-
нию с другими стандартами ранжирование требо-
ваний по классам защищенности очень упроще-
но и определяется наличием или отсутствием
определенного множества защитных механизмов.
Это обстоятельство значительно уменьшает гиб-
кость требований и во многих случаях усложняет
возможность практического использования доку-
ментов.
В «Федеральных критериях безопасности ин-
формационных технологий» предложена концеп-
ция профиля защиты, которая содержит требова-
ния к проектированию и технологии разработки,
а также квалификационный анализ продукта ин-
формационных технологий (IT-продукта). Доку-
ментирование процесса разработки - одно из обя-
зательных требований к технологии разработки
ГГ-продуктов и в дальнейшем к проведению ква-
лификационного анализа. Требования к докумен-
тированию определяют состав и содержание тех-
нологического документационного обеспечения и
содержат:
документирование функций ядра безопас-
ности;
полную документацию на ГГ-продукт;
документирование, тестирование и анализ IT-
продукта, который содержит документирование
процесса тестирования функций, анализа возмож-
ностей нарушения безопасности и анализа скры-
тых каналов;
документирование среды и процесса разра-
ботки.
В свою очередь, требования к сопровождению
IT-продукта регламентируют состав пользователь-
ской и административной документации, процеду-
ру восстановления версий и исправления ошибок,
а также инсталляцию продукта. В требованиях к
классификационному анализу IT-продукта описана
процедура проведения тестирования функций ядра
безопасности как самим разработчиком ГГ-про-
дукта, так и независимым экспертом.
Недостатком этого стандарта есть то, что в нем
изложены лишь общие требования (например, к
ДОО), не предусматривающие их распределение
на уровни или градации и поэтому у эксперта могут
возникнуть трудности во время оценивания, по-
скольку он не имеет надлежащего инструмента для
качественной оценки продукта.
Преимущество этих критериев - то, что вместо
обобщенной универсальной шкалы классов без-
опасности и жестких указаний, этот документ
содержит согласованный с предшествующими
стандартами ранжированный перечень функцио-
нальных требований, который позволяет разработ-
чикам и пользователям подбирать наиболее под-
ходящие требования для конкретного ГГ-продук-
та и среды его эксплуатации.
696
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
В «Канадских критериях безопасности компью-
терных систем», так же, как и в «Федеральных
критериях», введено независимое ранжирование
требований по отдельно взятому разделу, в резуль-
тате чего определится множество отдельных кри-
териев, характеризующих работу отдельных под-
систем, обеспечивающих безопасность. В этом
документе, кроме функциональных критериев,
введены критерии адекватности реализации, ото-
бражающие уровень корректности реализации
политики безопасности и определяющие требова-
ния к процессу проектирования, разработки и ре-
ализации ИКС.
Этот документ имеет такой же недостаток, как
и «Федеральные критерии», поскольку, например,
отсутствие градаций в оценивании документов не
позволяет качественно выполнить эту процедуру.
«Единые критерии безопасности информаци-
онных технологий» [31] стали продуктом объеди-
нения канадских, федеральных и европейских кри-
териев [31] в единый согласованный документ. Эти
критерии регламентируют все стадии разработки,
квалификационного анализа и эксплуатации IT-
продуктов. Они определяют множество типичных
требований, вводят частично упорядоченные шка-
лы, которые позволяют потребителям создавать
отдельные требования, отвечающие их потребно-
стям. Основными документами, которые описы-
вают все аспекты безопасности IT-продукта (с точ-
ки зрения пользователей и разработчиков), явля-
ются соответственно профиль зашиты и проект
защиты.
В Украине также принят ряд документов, регла-
ментирующих порядок зашиты информации. Они
основаны на Законе Украины «О защите инфор-
мации в автоматизированных системах», который
был позже изменен на Закон Украины «О защите
информации в информационно-телекоммуникаци-
онных системах», а также на «Положении о тех-
нической защите информации».
Также введены в действие нормативные доку-
менты (НОД) системы технической зашиты
информации (СТЗИ) [283] «Критерии оценки за-
щищенности информации в компьютерных сис-
темах от несанкционированного доступа», а так-
же НОД по технической защите информации
(ТЗИ) на программно-управляемых АТС общего
пользования.
В украинских критериях [283] в процессе оце-
нивания способности ИКС обеспечивать защиту
обрабатываемой информации от НСД рассмат-
риваются требования к функциям защиты (услу-
гам безопасности) и к гарантиям. Если рассмот-
реть в качестве примера требования к эксплуата-
ционному ДОО, то отмечается, что в виде отдель-
ных документов или разделов (подразделов)
других документов разработчик должен предо-
ставить описание услуг безопасности, реализо-
ванного комплекса средств защиты, руководства
администратора и пользователя относительно ус-
луг безопасности.
Здесь, в частности, делается предостереже-
ние, что в описании функций безопасности дол-
жны быть изложены основные (необходимые для
правильного использования услуг безопасности)
принципы политики безопасности, которая ре-
ализуется комплексом средств защиты, оцени-
ваемой ИКС, а также сами услуги. Перечень со-
ставляющих для описания политики безопасно-
сти информации находится в НОД 3.700199 «Ме-
тодические указания по разработке технического
задания на создание комплексной системы за-
щиты информации в автоматизированной сис-
теме» [283].
Например, руководство администратора по
услугам безопасности должно содержать:
описание средств инсталляции, генерации и
запуска ИКС;
описание всех возможных параметров конфи-
гурации, которые можно использовать в процессе
инсталляции, генерации и запуска ИКС;
описание свойств ИКС, которые можно ис-
пользовать для периодического оценивания пра-
вильности функционирования комплекса средств
защиты;
инструкции по использованию администрато-
ром услуг безопасности для поддержки политики
безопасности, принятой в организации, которая
эксплуатирует ИКС.
В руководстве пользователя по услугам безо-
пасности должны быть инструкции относительно
использования функций безопасности обычным
пользователем.
В критериях оценки также указано, что руко-
водство администратора и руководство пользова-
теля могут быть объединены в пособие по уста-
новке и эксплуатации. В соответствии с этими
стандартами ДОО может быть сертифицировано
при наличии полного набора перечисленных до-
кументов.
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных информационно-коммуникационных систем
В методических указаниях отмечается, что пол-
ный перечень такого необходимого ДОО опреде-
ляется разработчиком СИЗИ и согласовывается с
заказчиком, а на этапе их испытаний и сдачи в
эксплуатацию, если необходима разработка спе-
циальной аппаратуры и ПО, может также понадо-
биться разработка соответствующего ДОО.
Для повышения гибкости при реализации про-
цедуры оценивания следует несколько расширить
установленные требования с помощью использо-
вания дополнительных критериев. Важно указать,
что, например, при оценивании ДОО нужно учи-
тывать удобство и возможность его восстановле-
ния и своевременного дополнения, наличие учеб-
ных систем, а также изложение материала в об-
щепринятых терминах.
Комплекс средств зашиты на предмет соответ-
ствия указанным критериям оценивает эксперт-
ная комиссия. Для того чтобы экспертная комис-
сия присвоила ИКС определенный класс, долж-
ны быть определены уровни реализованных услуг
в объединении с уровнем гарантий (УГ). Однако в
нормативном документе предполагается, что тре-
бования, например к ДОО, есть общими для всех
УГ, т. е. здесь не оценено качество материала,
который предоставляется на экспертизу, а коли-
чественная его оценка недостаточна для полно-
ценной сертификации ИКС, поскольку наличие
соответствующего исчерпывающего ДОО являет-
ся одним из важных факторов, который влияет
на эффективность использования инструменталь-
ной СИЗИ.
Чаше всего эксперты, которые оценивают оп-
ределенную ИКС, не всегда могут четко опреде-
лить уровень защищенности ее СИЗИ, поскольку
в существующих стандартах не до конца опреде-
лены параметры, которые вносят в оценивание эле-
менты нечеткости, размытости. Главная функция
стандартов - согласование позиций и запросов
производителей, потребителей и экспертов. При
этом последние хотят иметь такие документы, где
бы подробно была приведена процедура квалифи-
кационного анализа, а также предоставлялись про-
стые, однозначные и легко применимые крите-
рии. Очевидно, что практически такой стандарт
создать сложно и реально всегда придется прибе-
гать к определенным компромиссам для оценива-
ния защищенности ИКС.
Анализ зарубежных и современных отечествен-
ных стандартов в области безопасности информа-
ции показал [329], что их успешное применение
требует дополнительных специальных методик
оценивания (например, ДОО), учитывающих раз-
личные количественные и качественные показа-
тели.
10.1.3. Современные методы и средства
оценки состояния безопасности
Состояние безопасности информации - важ-
нейшая характеристика ИКС, от которой в зна-
чительной мере зависит уровень доверия пользо-
вателя к предоставленным системой функциям и
ресурсам. Обеспечение нужного уровня такого
состояния неразрывно связано с реализацией ряда
мероприятий, которые можно поделить на четыре
основные группы [31]: 1 - анализ угроз; 2 - разра-
ботка, выбор и применение мероприятий и средств
безопасности, адекватных угрозам; 3 - их серти-
фикация и аккредитация; 4- планирование и орга-
низация действий в непредвиденных обстоятель-
ствах. Разработка методов и средств, которые обес-
печивают эффективность этих мероприятий, свя-
зана с реализацией разного вида оценок, например,
для измерения уровня риска, защищенности, га-
рантий или выбора оптимального варианта систе-
мы зашиты и т. п.
Рассмотрим методы и средства, которые ис-
пользуются в теории и практике информацион-
ной безопасности для решения некоторых задач
такого класса.
Известна обобщенная последовательность из-
мерения безопасности [283], которая включает
обобщенные нижеприведенные шаги.
Шаг 1. Формулирование требований и подхо-
дов, включая требования обеспечения необходи-
мого уровня безопасности.
Шаг 2. Использование выбранных методов из-
мерения.
Шаг 3. Интерпретация результатов.
Шаг 4. Определение соответствия измеренно-
го уровня безопасности необходимому.
Из приведенных шагов видно, что данная по-
следовательность не ориентирована на использо-
вание конкретных методов, моделей и устройств.
Известна также модель поведения потенциаль-
ного нарушителя, осуществляющего НСД к лю-
бой части сохраненной, обрабатываемой и пере-
данной в ИКС информации, которой нужна за-
698
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
шита. В модели предполагается шесть наиболее
опасных ситуаций, относительно которых можно
установить наборы исходных данных, необходи-
мых для создания системы защиты, а также опре-
делить основные способы ее построения.
Далее для оценки уровня защищенности ин-
формации, которая обрабатывается в конкретной
(с учетом специфики) ИКС, предлагается после-
довательно решить заданный набор задач.
Для этого предварительно надо определиться с
начальными условиями, содержащими модели
ожидаемого поведения нарушителя, выбор кото-
рых влияет на конечный результат оценивания за-
щищенности. Во время построения моделей рас-
сматриваются эталонный и дифференцированный
подходы, которые соответственно ориентированы
только на профессионала и на заранее определен-
ную квалификацию нарушителя.
При дифференцированном подходе нарушите-
лей разделяют на четыре класса (высококвалифи-
цированный, квалифицированный, неквалифици-
рованный и недисциплинированный пользова-
тель), каждому из которых в комплексе средств
обработки данных в ИКС будет отвечать опреде-
ленный набор возможных каналов НСД.
Исходя из модели поведения потенциального
нарушителя и его класса, авторы предлагают при-
нять за основу четыре класса безопасности, а для
гарантирования любого из них необходимо обес-
печить ИКС набором соответствующих средств за-
щиты, которые перекрывают заранее известные
множества возможных каналов НСД. После этого
считается, что построен закрытый защитный кон-
тур. Уровень защищенности в границах класса оп-
ределяется количественными показателями «проч-
ности» отдельных фрагментов защиты и контура в
целом.
Нижеприведенные показатели защищенности
носят вероятностный характер, а их величины за-
висят от «прочности» наиболее слабого звена. Ве-
роятность непреодоления нарушителем препят-
ствия с учетом возможного отказа системы (Р)
определяют по формуле
Р = (1 - Р™ ) А (1 - Ро6х1 ) А (1 - Ро6х2 ) А ... А (1- Робх - ) ,
где Рв6,, — (1 - Р ) - вероятность выявления и бло-
кирования несанкционированных действий нару-
шителя; Ротк(/) = е-Xt - вероятность отказа сис-
темы; Ро6х - вероятность обхода препятствия нару-
шителем; у количество путей обхода препятствия;
Р - вероятность преодоления препятствия нару-
шителем.
Для неконтролируемых возможных каналов
НСД расчет осуществляется по выражению
Д'ИЗИ = (1 — Pip ) А 0 ~ Дбх! ) А (1 — Робх2 ) А ... А (1 — Дбх; ) .
В случае, когда каналы закрыты двумя и боль-
ше средствами защиты, расчет выполняют по фор-
муле
т
/Н-Пм),
i-1
где i - порядковый номер препятствия; т - коли-
чество дублирующих препятствий; Р «прочность»
;-го препятствия.
Следует отметить, что вышеописанный подход к
оцениванию защищенности предусматривает началь-
ные условия, которые задаются в технической зада-
че на ИКС обработки данных, где и оговаривается
модель нарушителя, т. е. средства защиты от нару-
шителей определенного класса уже определены на
этапе проектирования и фактически выполняется
оценивание их «прочности». В таком подходе не
предусмотрен случай, когда оценивание необходи-
мо выполнять в уже функционирующих системах и,
тем более, в условиях неопределенности. Например,
если заранее неизвестно, как будет организована
защита, какие средства будут использоваться и как
будет осуществляться обработка параметров, посту-
пающих в нечеткой форме.
Известен метод экспертных оценок безопасно-
сти [283], в котором рассматривается система,
обеспечивающая защиту относительно л-го числа
характеристик. Эти характеристики являются пе-
ресечением набора средств защиты. Если эти сред-
ства используются совместно, то увеличивается
степень обеспечения безопасности ИКС. Для ко-
личественного оценивания этой степени вводится
некоторая «хорошая мера» G. характеристики F..
Считается, что если G = 0, то характеристики F.
система не имеет.
Далее используется субъективный весовой ко-
эффициент важности (КВ) W., присвоенный ха-
рактеристике F некоторым экспертом (эксперта-
ми). При этом должны выдерживаться условия
О < С, < 1 и Wt > 1 для 1 < । < п .
Для определения степени безопасности (SR)
ИКС на основании уже определенных парамет-
ров используется линейный метод «взвешивания
и подсчета», который представляется уравнением
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных информационно-коммуникационных систем
699
SR=-yw,G,
« ы
В методе заранее обусловливается, что приве-
денная формула в определенной степени противо-
речит положению об определении «прочности си-
стемы защиты прочностью ее наиболее слабого зве-
на», и показано, что для идеально безопасной сис-
темы SR = 1, а для целиком незащищенной SR = 0.
Далее указано, что экспертные оценивания бе-
зопасности могут быть очень полезными, а опре-
деление КВ и качества характеристик, очевидно,
всегда останется субъективным.
Для определения состояния безопасности так-
же может использоваться экспертная система [283]
для оценивания уровня информационной защи-
щенности объектов. Указывается, что она позво-
ляет в диалоговом режиме определить характери-
стики объекта, в границах которого информация
должна быть защищена. Система содержит базу
знаний, на основе которой можно оценить угрозу
информации и выбрать организационные и тех-
нические средства, которые повышают эффектив-
ность защиты до нужного уровня. В процессе раз-
работки системы были построены алгоритмы оцен-
ки уровня угроз и реализовано соответствующее
ПО, но ничего не сказано о том, какие'методы и
модели были использованы.
Существует набор инструментальных программ-
ных средств анализа степени риска на основании
предварительно собранной информации [283]. Эти
средства анализируют отношения между ценнос-
тями, угрозами, уязвимыми местами, защитными
средствами, мероприятиями, вероятностями раз-
ных событий и т. п. с целью определения потен-
циальных потерь. Авторы этих разработок только
указывают, что измерение потерь основано на
методах последовательных приближений, а также
использования дерева событий и ошибок.
В известных программных продуктах, таких как
@RISK, ALRAM (Automated Livermore Risk Analysis
Methodology), BDSS (Bayesian Desicion Support
System), LRAM (Livermore Risk Analysis
Methodology) и других, для оценки риска приме-
няют традиционные количественные методы, ко-
торые используют для нахождения ожидаемого
годового ущерба. Его поиск осуществляется по-
средством оценивания для всех компонентов ИКС
частоты событий, которые нарушают характерис-
тики безопасности.
Следует сказать, что одна часть инструменталь-
ных средств ориентирована на оценивание убыт-
ка от одиночной угрозы, а другая основывается на
информации о безопасности, которая использу-
ется для точных и умозрительных выводов.
Такие инструментальные средства анализа сте-
пени риска, как BUDDY SYSTEM, CONTROLIT,
CRAMM и т. п., основываются на качественном
подходе и эффективно применяются в случае, ког-
да потенциальная потеря незаметна, а риск нельзя
выразить в денежном эквиваленте. При таком под-
ходе результаты риска выражаются в лингвисти-
ческой форме, например «нет риска» или «очень
большой риск».
Отметим, что приверженцы количественного
подхода, анализируя степень риска, придержива-
ются той позиции, что эффективность средств за-
щиты относительно потерь нельзя оценить, если
нет количественных показателей степени риска.
Приверженцы же качественного подхода утверж-
дают, что количественные методы требуют выпол-
нения точных оценок даже в том случае, когда
информация неполная, размытая или даже не це-
ликом достоверная.
Для вышеуказанных инструментальных средств
в публикуемой литературе, как правило, не при-
водятся конкретные методологии, модели и мате-
матические выкладки, являющиеся основой их по-
строения, но довольно хорошо описываются не-
которые методы, нашедшие свое применение в те-
ории информационной безопасности, например,
ранжирование угроз на основании дельфийских
списков, под которыми подразумевается группа
экспертов, собирающая информацию в пределах
проблемной области.
Дельфийская команда составляет основу ком-
пьютеризированных экспертных систем, поскольку
на базе их знаний формируются продукционные
правила, которые моделируют принятие решения
человеком. Команды формируются исходя из ком-
петентности в исследуемой области знаний конк-
ретной системы, уровня информированности о
состоянии дел, практического опыта и других с
целью объединения суждений экспертов для до-
стижения определенного консенсуса.
Для оценивания риска команда определяет
множество угроз с целью их ранжирования по сте-
пени опасности. Далее суждения членов команды
интегрируются и генерируется коллективное ре-
шение об опасности угроз, отображаемое в упо-
700
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
рядоченном по убыванию списке. В основу фор-
мирования такого списка могут быть положены
разные принципы, например, наибольший риск,
уровень секретности, стоимость, трудоемкость,
последствия, убытки, вероятность возникновения
и т. п. Часто упорядочивание делает одно лицо,
действуя при этом как дельфийская команда.
Известно простое, кардинальное и относитель-
ное ранжирование риска [283]. По методу просто-
го ранжирования все возможные угрозы, уязвимые
места и прочие характеристики, которые составля-
ют основу критериев при принятии решений, рас-
ставляются в убывающий ряд, т. е. наиболее опас-
ные или наиболее важные элементы находятся в
начале списка, а менее значащие в конце.
Метод кардинального ранжирования основы-
вается на том, что каждой угрозе в результате ее
влияния присваивается конкретное числовое зна-
чение, определенное суммой убытка. Такой ме-
тод, как правило, использует категории высокого,
среднего и низкого рисков.
При относительном ранжировании любой спи-
сок заносят в таблицу, по которой строят треу-
гольную матрицу. После этого переходят к про-
стому ранжированию, а полученная матрица ста-
новится моделью решения.
Такой метод существенным образом упрощает
консолидацию суждений благодаря возможности
сравнения в отдельности взятой угрозы с теми,
которые остались. Для облегчения принятия ре-
шения полезно сравнивать две угрозы, игнорируя
другие.
Важное преимущество метода относительного
ранжирования риска состоит в том, что нет по-
требности в принятии единого решения, т. е. экс-
перт группы может отдать голос за одну из двух
угроз или разделить его, например, на равнознач-
ные части (0,5 голоса на угрозу).
При раскрытии понятия защищенной систе-
мы, придерживаются того, что безопасность - ка-
чественная характеристика системы [283], в ре-
зультате чего возникают трудности относительно
ее измерения в любых единицах и сравнения бе-
зопасности, например двух систем.
Нельзя также не учитывать тот факт, что при-
нятие решения во время экспертизы зависит от
субъективных суждений эксперта, его знаний и
опыта. Уменьшить отрицательное влияние этого
фактора можно за счет развития соответствующе-
го методического и научного обеспечения. Из про-
веденного анализа также вытекает, что в области
информационной безопасности недостаточная те-
оретическая база, которую можно применять для
решения задач качественной оценки. Это в осо-
бенности важно тогда, когда нет полной инфор-
мации о системе, а ИД, которые подлежат обра-
ботке, заданы нечетко (размыто) и часто связаны
с суждениями и интуицией человека.
Для работы с нечетко детерминированными
величинами, как правило, применяют аппарат те-
ории НМ, который оперирует такими понятиями,
как НМ, нечеткие или лингвистические перемен-
ные (ЛП), нечеткие отношения и др.
10.1.4. Особенности безопасности авиационных
информационно-коммуникационных систем
Существуют системы обмена информацией
типа «земля-земля», «воздух-земля», «воздух-
воздух», а также космические технологии связи.
Во всех этих системах широко применяется вы-
числительная техника, позволяющая создавать
компьютеризированные сети связи типа ATN
(Aeronautical Telecommunication Network - сеть
авиационной телекоммуникационной связи).
Поэтому здесь уместно рассматривать безопас-
ность в информационно-коммуникационных си-
стемах.
Информация, циркулирующая в сетях ATN и
других авиационных службах, имеет коммерческую
ценность, а в некоторых случаях является за-
крытой, поэтому необходимо разрабатывать ме-
тоды и средства ее защиты. Система безопасности
направлена на предотвращение несанкциониро-
ванного получения, физического уничтожения или
модификации этой информации.
Методы перехвата информации, которая пере-
дается в сети ATN, развиваются и усовершенству-
ются интенсивнее, чем методы его предупрежде-
ния.
Поэтому проблема защиты информации тре-
бует организации целого комплекса специальных
мероприятий с целью предупреждения потери
информации, которая содержится в каналах теле-
коммуникаций. Под информационной безопасно-
стью (Information System Security) будем понимать
свойство информационно-телекоммуникационной
системы противостоять попыткам несанкциони-
рованного доступа.
10.1. Общие проблемы безопасности авиационных информационно-коммуникационных систем
Комплексный подход к информационной бе-
зопасности предусматривает развитие всех мето-
дов и средств защиты информации.
К методам обеспечения информационной бе-
зопасности относят:
препятствие - состоит в физическом препят-
ствовании злоумышленнику на пути к информа-
ции, которая защищается;
управление доступом к информации - охваты-
вает идентификацию пользователей персонала и
объекта по идентификатору, который он представ-
ляет; проверку полномочий; разрешение и созда-
ние условий работы в рамках установленного рег-
ламента; регистрацию обращений к защищенным
ресурсам, реагирование на несанкционированные
действия;
маскирование - связано с использованием спо-
собов криптографической защиты;
регламентацию - связана с созданием таких
условий автоматизированной обработки хранения
и передачи защищаемой информации, при кото-
рых несанкционированный доступ сводится к
минимуму;
принуждение - пользователи и персонал сис-
темы вынуждены придерживаться правил обработ-
ки, передачи и использования защищаемой ин-
формации под угрозой материальной админист-
ративной или уголовной ответственности;
побуждения - побуждает пользователя и пер-
сонал системы не нарушать норм морали и этики,
которые сложились в обществе.
Эти методы обеспечения информационной бе-
зопасности реализуются на практике с помощью
различных средств защиты - аппаратных, про-
граммных, программно-аппаратных, криптографи-
ческих, стеганографических, организационных,
законодательных и морально-этических [283].
Аппаратные средства - разнообразные меха-
нические, электрические, электромеханические,
электронные, механические и прочие устройства
и системы (например, источники бесперебой-
ного питания, криптографические вычислители
и СБИС-процессоры, электронные идентифика-
торы и ключи, устройства для выявления жуч-
ков, генераторы шумов и т. п.), которые функ-
ционируют автономно, а также могут встраивать-
ся или соединяться с другой аппаратурой для
блокирования действий дестабилизирующих
факторов и решения других задач защиты ин-
формации (ЗЗИ).
Программные средства - специальные програм-
мы (например, антивирусные, для шифровки дан-
ных, реализующие алгоритмы цифровой подпи-
си, разделяющие доступ, оценивающие риски,
определяющие уровень безопасности, сопровож-
дения экспертиз и т. п.), которые функциониру-
ют в пределах компьютерной системы для реше-
ния ЗЗИ.
Программно-аппаратные средства - взаимосвя-
занные аппаратные и программные средства (на-
пример, банковские системы зашиты электрон-
ных платежей, комплексные ИКС конфиденци-
альной связи, автоматизированные системы кон-
троля доступа персонала и транспортных средств
в режимных зонах и т. п.), функционирующие
автономно или в составе других систем с целью
решения ЗЗИ.
Криптографические средства - средства, пред-
назначенные для ЗЗИ путем криптографического
преобразования информации (шифрование, де-
шифрование), реализуемого с помощью асиммет-
ричных или симметричных криптографических си-
стем. Асимметричные криптографические систе-
мы основываются на криптографии с открытым
ключом. Например, наиболее известными прак-
тическими реализациями этого типа являются си-
стемы Диффи-Хеллмана, RSA и Ель-Гамаля. Сим-
метричные криптографические системы основы-
ваются на криптографии с секретным ключом,
наиболее известными практическими реализаци-
ями которых есть, например, DES, ГОСТ и т. п.
Практическое использование современных крип-
тографических средств тесно связано с фундамен-
тальными исследованиями в этой области и осу-
ществляется через соответствующие аппаратные,
программные и аппаратно-программные средства,
построенные на их основе. К таким средствам от-
носятся, например, системы Криптон, Тессера,
Клиппер и т. п. Следует отметить, что с этим клас-
сом средств тесно связан криптоанализ, эффек-
тивно используемый для испытания надежности
криптографических систем.
В последнее время интенсивно развиваются сте-
ганографические средства (стеганография сокрытие
информации в такой форме, когда сам факт наличия
информации не очевиден, например, сокрытие дан-
ных в звуковых или графических файлах, входящих
в состав операционной системы Windows 95), но ши-
рокого применения (особенно на государственном
уровне) они пока не получили.
702
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Организационные средства - организационно-
технические и организационно-правовые меро-
приятия (например, организация разработки и ис-
пользования СИЗИ, контроль за уничтожением но-
сителей и информации с ограниченным доступом,
планирование мероприятий по восстановлению
потеряной информации, аудит систем защиты,
экспертизы и т. п.), которые осуществляются на
протяжении всех технологических этапов (проек-
тирование, изготовление, модификация, эксплуа-
тация, утилизация и т. п.) существования ИКС с
целью решения ЗЗИ. Разрабатывая организаци-
онные средства, необходимо учитывать, чтобы в
общем множестве механизмов защиты они могли
самостоятельно или в комплексе с другими сред-
ствами решать задачи защиты, обеспечивать эф-
фективное использование средств других классов,
а также рационально объединять все средства в
единую целостную систему защиты. Следует от-
метить, что множество всех нужных и потенци-
ально возможных организационных средств нео-
пределенное и не существует формальных мето-
дов формирования их перечня и содержания. Ис-
ходя из этого можно считать, что основными
методами формирования организационных средств
являются неформально-эвристические.
Законодательные средства - нормативно-право-
вые акты (конвенции, законы, указы, постанов-
ления, нормативные документы и т. п.), предназна-
ченные для обеспечения юридической поддержки
для решения ЗЗИ. Например, одним из эффек-
тивных средств защиты от несанкционированно-
го копирования ПО может стать соответствующий
закон о защите авторских прав. В общем, с помо-
щью законодательных средств определяются пра-
ва, обязанности и ответственность относительно
правил взаимодействия с информацией, наруше-
ние которых может повлиять на состояние ее за-
щищенности. В мировой практике основу указан-
ных средств составляют патентное и авторское
право, национальные законы о государственной
тайне и обработке информации в ИКС, лицензи-
рование, страхование, сертификация, классифи-
кационные нормативные документы и т. п.
Морально-этические средства - моральные нор-
мы и этические правила, которые сложились в
обществе, коллективе и объекте информационной
деятельности (например, BBS), нарушение кото-
рых отождествляется с несоблюдением общепри-
нятых дисциплинарных правил и профессиональ-
ных идеалов. Примером таких средств может быть
этика хакера [31] и т. п.
Итак, информационная безопасность - это
комплекс мероприятий, обеспечивающий для охва-
тываемой им информации следующие факторы
[318]:
конфиденциальность - возможность ознако-
миться с информацией имеют в своем распоря-
жении только те лица, кто владеет соответствую-
щими полномочиями;
целостность - возможность внести изменения
в информацию должны иметь только те лица, ко-
торые на это уполномочены;
доступность - возможность получения автори-
зованного доступа к информации со стороны упол-
номоченных лиц в соответствующий санкциони-
рованный для работы период времени;
учет - означает, что все значимые действия
лица, выполняемые им в рамках, контролируемых
системой безопасности, должны быть зафиксиро-
ваны и проанализированы;
неотрекаемость или апеллируемость - означа-
ет, что лицо, направившее информацию другому
лицу, не может отречься от фактора направления
информации, а лицо, получившее информацию,
не может отречься от фактора ее получения.
Эти цели информационной безопасности обес-
печиваются применением следующих механизмов
или принципов:
политики - набора формальных правил, кото-
рые регламентируют функционирование механиз-
ма информационной безопасности;
идентификации - распознавания каждого уча-
стника процесса информационного взаимодей-
ствия перед тем, как к нему будут применены ка-
кие бы то ни было понятия информационной без-
опасности;
аутентификации - обеспечения уверенности в
том, что участник процесса обмена информацией
идентифицирован верно, т. е. действительно яв-
ляется тем, чей идентификатор он предъявил;
контроля доступа - создания и поддержания
набора правил, определяющих каждому участнику
процесса информационного обмена разрешение на
доступ к ресурсам и уровень этого доступа;
авторизации формирования профиля прав для
конкретного участника процесса информацион-
ного обмена из набора правил контроля доступа;
аудита и мониторинга регулярного отслежи-
вания событий, происходящих в процессе обмена
10.2. Каналы утечки в информационно-коммуникационных системах
703
информацией в процессе с регистрацией и анали-
зом значимых или подозрительных событий;
реагирования на инциденты - совокупности
процедур или мероприятий, которые производят-
ся при нарушении или подозрении на нарушение
информационной безопасности;
управления конфигурацией - создания и под-
держания функционирования среды информаци-
онного обмена в работоспособном состоянии и в
соответствии с требованиями информационной
безопасности;
управления пользователем - обеспечения ус-
ловий работы пользователей в среде информаци-
онного обмена в соответствии с требованиями
информационной безопасности;
управления рисками - обеспечения соответ-
ствия возможных потерь от нарушения инфор-
мационной безопасности мощности защитных
средств;
обеспечения устойчивости - поддержания сре-
ды информационного обмена в минимально до-
пустимом работоспособном состоянии и в соот-
ветствии с требованиями информационной безо-
пасности в условиях деструктивных внешних и
внутренних воздействий.
Особенности информационной безопасности в
процессе эксплуатации авиационных коммуника-
ционных систем будут исследованы в подразд. 10.4
на примере ведомственной сети гражданской авиа-
ции Украины.
10.2. КАНАЛЫ УТЕЧКИ
В ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Как было отмечено, ведомственные телеком-
муникационные системы строятся, как правило,
на базе арендованных магистральных линий пе-
редачи (телефонных каналов общего пользова-
ния - ТКОП), поэтому цель данной главы - выя-
вить и классифицировать каналы утечки инфор-
мации в типичных линиях общего пользования,
на базе которых создаются системы передачи дан-
ных (СПД). Рассмотрение СПД с точки зрения
определения каналов утечки информации обуслов-
лено тем, что передачу речевой информации мож-
но рассмотреть как часть СПД.
Как правило, дискретный канал СПД содер-
жит в себе модулятор, демодулятор и аналоговый
канал (ТКОП). Аналоговый канал может быть двух
типов: коммутируемый и некоммутируемый.
Наиболее сложным для оценки уязвимости
информации в СПД является канал, который из-
меняется во времени и пространстве (т. е. имеет
недетерминированный характер).
Бурное развитие вычислительной техники и
микроэлектронной технологии значительно повли-
яло на структуру СПД. Современные СПД пред-
ставляют собой программно-технические комплек-
сы (ПТК), выполненные на базе персональных
компьютеров, высокоскоростных модемов и су-
ществующих каналов связи. В значительной сте-
пени изменилась технология обработки сигналов
в СПД. Теперь формирование и анализ сигналов
выполняется как на аппаратном, так и на про-
граммном уровнях.
Одна особенность ПТК систем передачи дан-
ных - то, что в них интегрированы процессы вво-
да-вывода, зашиты от ошибок, формирования и
анализа сигналов. Во многих случаях тяжело или
невозможно разъединить эти процессы как на ап-
паратном, так и на программном уровнях. Другая
особенность этих систем заключается в том, что
они выполняют дополнительные функции, не свя-
занные непосредственно с передачей данных.
К ним относятся: поиск и формирование файлов
данных, компрессия и декомпрессия, защита от
несанкционированного доступа и др.
Следует отметить, что определение «модем»
относится к устройствам, которые выполняют
функции модуляции и демодуляции сигналов, т. е.
к устройствам, реализующим интерфейс между
аналоговым каналом и входом или выходом диск-
ретного канала. В Хейс-модемах, кроме отмечен-
ных функций, выполняется ряд дополнительных
функций, связанных с обработкой данных.
В СПД широко используются Хейс-модемы с
фиксированной скоростью передачи данных 1200
и 2400 бит/с. В этих модемах, в соответствии с
рекомендациями МККТТ V23, V24, используется
частотная и фазовая модуляции.
В настоящее время стремительно растет при-
менение Хейс-модемов - адаптивных устройств,
704
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
позволяющих передавать данные со скоростью
19200 бит/с по протоколам V32, V32 БИС. На
скоростях свыше 2400 бит/с используются слож-
ные, многопозиционные виды модуляции. Высо-
коскоростные модемы адаптируются по скорости
и формату данных к состоянию канала связи. Адап-
тивно корректируются также частотно-фазовые
характеристики тракта передачи. Распределение
прямого и обратного каналов в Хейс-модемах не
частотное, а временное. Отметим, что передача
данных по обратному каналу происходит с той же
скоростью и с тем же видом манипуляции, что и в
прямом канале.
Хейс-модемы выполняются в двух конструк-
тивных вариантах. Первый - встроенный, кото-
рый устанавливается в системную плату персональ-
ного компьютера (ПК). Второй - устройство в ви-
де прибора с отдельным источником питания,
которое подключается к ПК через СОМ-порт
(СОМ1 - COM4). Это, как правило, высокоско-
ростные модемы, адаптируемые к среде передачи
данных.
В модемах, которые используют Хейс-модем-
ную технологию, реализуются MNP-протоколы
разных уровней. MNP-протоколы поддерживают
сценарий автовызова, сжатия данных и защиты от
ошибок. В Хейс-модемах автонабор выполняется
импульсным или частотным способом. Режим ав-
тонабора реализуют без участия двухсотых цепей
стыка C2(RS232), поскольку в COM-портах ПК
эти цепи отсутствуют.
В настоящее время серийно выпускают боль-
шой набор Хейс-модемов, которые различаются
по скорости, степени адаптации к каналу связи и
степени совершенства реализации MNP-протоко-
лов. Наиболее эффективными являются автоном-
ные высокоскоростные Хейс-модемы, реализую-
щие MNP-протоколы аппаратно.
Кроме Хейс-модемов, по сей день использует-
ся низкоскоростная аппаратура передачи данных
(от 600 до 2400 бит/с). Она хорошо зарекомендо-
вала себя в СПД, где передаются небольшие объе-
мы информации за один сеанс связи.
Таким образом, в СПД, функционирующих по
каналам ТКОП, используется аппаратура переда-
чи данных с разным набором компонентов и про-
граммно-технических средств, с разным типом
распределения обратного канала (частотным, вре-
менным) и с разным уровнем интеграции процес-
сов, аппаратных и программных средств.
Уязвимость информации в СПД уменьшается
с увеличением степени интеграции, поэтому це-
лесообразно рассматривать наиболее общую мо-
дель дезинтегрированной СПД с полным набором
функций и режимов работы. Такой подход позво-
лит исключить потерю возможных мест возник-
новения каналов утечки информации.
С целью определения каналов утечки инфор-
мации рассмотрим структурную схему СПД, по-
казанную на рис. 10.1.
Особенностью этой модели является то, что она
предусматривает частотное и временное распре-
деления прямого и обратного каналов. В случае
частотного распределения каналов (рекомендации
МККТТ V24) аппаратура передачи данных на сто-
роне отправителя содержит демодулятор обратно-
го канала (ДОК). Если в СПД реализован алго-
ритм работы с временным распределением пря-
мого и обратного каналов, т. е. поддерживаются
протоколы V32, V32 БИС (MNP2-10), тогда МОК
и ДОК отсутствуют. Другой особенностью модели
является то, что аналоговый канал представлен то-
пологической схемой прохождения сигналов с
учетом разных видов каналообразующего обору-
дования.
Цифрами на топологической схеме отмечены
потенциально возможные места уязвимости СПД,
в том числе места проявления каналов утечки и
запрещенного доступа к информации. Места уяз-
вимости определялись посредством исследований
физических процессов в элементах СПД, связан-
ных с передаваемыми данными, сигналами син-
хронизации, автонабора, автовызова, автоответа,
сигналами обратного канала, а также переходных
процессов в кругах первичных источников пита-
ния АДП. Местами уязвимости являются, как пра-
вило, сами элементы СПД, абонентские линии свя-
зи, распределительные щиты, коробки, коммута-
ционное оборудование автоматической телефон-
ной, городской телефонной и междугородной
телефонной станции, системы уплотнения, ком-
мутационное оборудование, антенно-фидерные
устройства, кабели и другое оборудование.
Цифрой 1 на топологической схеме отмечены
цепи входных сигналов стыка С2 (RS 232) отпра-
вителя и получателя информации. К ним отно-
сятся цепи передаваемых данных (102, 103) отпра-
вителя, цепи принимаемых данных (102а, 104) при-
емника, цепи детекторов качества канала связи со
стороны отправителя и получателя (109, 109а), цепи
45 8-470
Рис. 10.1. Структурная схема системы передачи данных:
а - передатчик; б - приемник (ДС - дифсистема; АТС - автоматическая телефонная станция; МТС - междугородная телефонная станция;
ПИП - первичный источник питания)
706
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
синхронизации АПД и конечного оборудования
данных (КОД), цепи (105, 106, 107, 108), а также
цепи (115-125) обратного канала (если СПД с ча-
стотным распределением каналов).
Цифрой 2 на топологической схеме обозначе-
ны двухсотые цепи стыка С2(С2-200). Посредством
этих цепей осуществляется автонабор, автовызов
и автоответ со стороны отправителя и получателя.
Физически эти цепи выполнены в виде соедини-
тельного кабеля длиной не более 3 м.
В АПД на топологической схеме показаны бло-
ки, в которых происходит преобразование сигна-
лов или которые имеют физические соединения с
другими блоками.
Цифры 3 и 6- это однотипные блоки ЗУ1 и ЗУ2
(запоминающие устройства): ЗУ1 служит для накоп-
ления информации из КОД со стороны отправи-
теля или с выхода демодулятора со стороны получа-
теля; ЗУ2 - это буфер между автоматом форми-
рования циклического контроля и модулятором со
стороны отправителя. Автомат формирования цик-
лического контроля (АФЦК) реализует функции
помехоустойчивой кодировки со стороны отправи-
теля и декодирования со стороны получателя. В со-
ответствии с рекомендациями МККТТ, в АФЦК
формируется циклический контроль по алгоритмам
БЧХ-кодов и полиномам высокой степени. АФЦК
на топологической схеме отмечен цифрой 5.
Цифрой 8 отмечен модулятор, который превра-
щает сигналы прямоугольной формы в модулиро-
ванные (по частоте или по фазе) синусоидальные
сигналы тональной частоты, через дифференци-
альную систему поступающие в линию связи.
Цифрой 9 обозначена дифференциальная сис-
тема, которая выполняет переход от двухпровод-
ной линии к четырехпроводной в АПД и тем са-
мым развязывает сигналы прямого и обратного
каналов. Кроме того, по ней передаются сигналы
автонабора, автовызова и автоответа. Конструк-
тивно дифференциальная система выполнена в
виде экранированного трансформатора.
Цифрой 4 отмечено устройство синхронизации,
на которое поступают сигналы из цепей стыка С2.
Оно поддерживает синхронную работу КОД, мо-
дулятора обратного канала, демодулятора обрат-
ного канала, модулятора и демодулятора.
Цифра 20 это модулятор обратного канала на
приемной стороне. Он формирует частотно-мо-
дулируемые сигналы, которые передаются по час-
тотному каналу обратной связи.
Цифрой 7 обозначен демодулятор обратного
канала на передающей стороне. Он демодулирует
сигналы обратного канала и инициирует повтор-
ную передачу поврежденных блоков.
АПД отправителя и получателя информации
объединены между собой трактом передачи дан-
ных. Весь тракт передачи данных можно разде-
лить на три основных участка. Первые два из них
являются однородными. Они объединяют выход
АПД (отправителя и получателя) с входом мест-
ной автоматической телефонной станции. Третий
участок - между входом автоматической телефон-
ной станции отправителя и выходом автоматичес-
кой телефонной станции получателя.
Первые два участка (абонентские линии) стро-
го определены в пространстве и времени. Их топо-
логия не изменяется или изменяется очень редко.
Топология третьего участка (коммутируемый
канал) априори не определена ни в пространстве,
ни во времени. Первые два участка содержат ли-
нии связи (отмечены цифрой 10), один или
больше распределительных щитов (цифра 77)
соединительные кабели (цифры 12 и 12а), кото-
рые ведут к местной автоматической телефонной
станции.
Третий участок тракта передачи может содер-
жать несколько переприемных участков с разным
телекоммуникационным оборудованием, с разно-
образными системами уплотнения и разными сре-
дами распространения сигналов. Телекоммуника-
ционное оборудование автоматической, городской
и междугородной телефонной станции (цифры 13
и 14) могут быть разной емкости (от 10 номеров
до 100 000) и разных типов (декадно-шаговая, ко-
ординатная, квазиэлектронная, электронная).
Цифра 75 - это системы уплотнения, которые
образуют групповые каналы, и могут быть как с
частотным, так и с временным уплотнением. Вре-
менные системы уплотнения (импульсные) могут
быть фазоимпульсными, кодоимпульсными и др.
В связи с тем, что тракт передачи состоит из
отдельных участков, его технические характерис-
тики (коэффициент передачи, амплитудочастот-
ная характеристика, отношение сигнал/шум и др.)
могут быть представлены в мультипликативной
форме. Конечно, если технические характеристи-
ки (первый и второй участки) полностью детер-
минированы, то они имеют постоянные коэффи-
циенты мультипликативных составляющих каж-
дого из параметров.
10.2. Каналы утечки в информационно-коммуникационных системах
707
Для третьего участка значение параметров в об-
щем случае не определено. Третий участок - это
коммутированный канал с линейными и/или не-
линейными преобразованиями сигналов. Характер-
ной особенностью этого канала является то, что он
нестационарный в пространстве и времени. Неста-
ционарность канала в пространстве объясняется
тем, что при каждом новом соединении (отправи-
теля и получателя) он образуется из тех участков,
которые на данный момент расположены ближе к
элементу коммутации, или из тех участков, кото-
рые на данный момент являются свободными.
Существенные изменения параметров ТКОП
происходят на протяжении суток. Это связано с
тем, что в часы пик нагрузки могут увеличиваться
на несколько эрлангов. При этом резко увеличи-
вается количество отказов в автоматических со-
единениях абонентов в связи с отсутствием сво-
бодных линий. В СПД увеличивается количество
перезапросов по обратному каналу, что существен-
но увеличивает время передачи информации.
Таким образом, для каждого технического пара-
метра тракта передачи информации можно записать
(10.1)
где Rx - обший технический показатель тракта
передачи; К,, R2, R} параметры первого, второ-
го и третьего участка соответственно.
Параметр R} является стохастической функци-
ей двух независимых переменных во времени и
пространстве:
Л3=/(5,Т), (10.2)
где 5 - координата пространства; Т - координата
времени.
В связи с тем, что R, и R2 - величины детер-
минированные и априори известны, то их можно
учитывать во время передачи и приема данных.
Поэтому общий параметр будет определяться толь-
ко характеристиками третьего, коммутируемого
участка:
RL = f(S,T). (10.3)
Для небольшого количества переприемных уча-
стков (или количества соединений) можно опре-
делить конечное количество значений, составля-
ющих пространственные координаты параметра.
Тогда будет принадлежать некоторому множе-
ству стохастических функций времени из множе-
ства R,:
{М')А (')’ - Л (10.4)
Если количество переприемных участков не
более двух, то количество множеств функций не
превышает 100, что позволяет вычислять этот па-
раметр с высокой достоверностью.
Таким образом, наличие в СПД, которые функ-
ционируют по ТКОП, коммутируемых элементов
и зависимость характеристик канала от времени
увеличивает время вхождения СПД в связь и про-
длевает сеанс передачи данных. Это приводит к
повышению вероятности уязвимости информации
в СПД, потому что вероятность уязвимости явля-
ется функцией времени, которая не уменьшается.
На этом основании можно сделать следующие
выводы:
топология СПД, функционирующих на ТКОП,
изменяется от соединения к соединению;
характеристики таких СПД нестационарны в
пространстве и времени;
показатели, которые связаны с уязвимостью
СПД, существенно зависят от режима работы СПД
(режим ожидания связи, режим входа в систему,
режим передачи данных).
Учитывая вышесказанное, можно приступить
к обоснованию классификатора каналов утечки
информации в СПД. Под каналом утечки инфор-
мации понимают такие действующие на СПД де-
стабилизирующие факторы, следствием которых
может быть получение (или опасность получения)
информации с ограниченным доступом лицами,
которые не имеют на это законного основания.
Каналы утечки информации классифицируют-
ся с целью формирования относительного мно-
жества потенциально возможных каналов утечки
информации. К формированию полного множе-
ства дестабилизирующих факторов, связанных с
утечкой информации, выдвигаются абсолютные
требования, потому что при потере одного сколь-
ко-нибудь значимого фактора защищаемая СПД
может оказаться абсолютно уязвимой.
Формирование абсолютно полного множества
каналов утечки информации в СПД, функциони-
рующих по ТКОП, в общем виде - неформали-
зованная задача. Это объясняется двумя основны-
ми причинами. Первая - характеристики СПД
имеют стохастический характер, что вносит не-
определенность при определении конечного ко-
личества элементов множеств. Вторая - всегда
можно найти маловероятный, но потенциально
возможный фактор, который приводит к уязви-
мости информации в СПД.
708
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
В этих условиях наиболее эффективным мо-
жет быть подход, основанный на использовании
аппарата нечетких множеств. Напомним, что не-
четкое множество - это такое множество, каж-
дый элемент которого определен его значением и
вероятностью принадлежности к этому множеству.
Пусть, например, существует нечеткое множество А.
В этом случае представленное ниже выражение
означает, что элемент о. с вероятностью Р при-
надлежит множеству А:
{а„/’}е А. (10.5)
Ниже представлена методика формирования
полного множества каналов утечки информации.
Каждый класс каналов утечки представим как
нечеткое множество, элементы которого принад-
лежат с вероятностью Р к А, т. е.
{^..PJeAj (10.6)
для всех л, где л - количество элементов мно-
жества.
Тогда существует такое нечеткое множество, для
которого справедливо следующее выражение:
B = Ux7 = AUAU...UA;
max
(Ю.7)
Выражение (10.7) определяет объединение л
нечетких множеств, где вероятность появления
однотипных элементов (элементов, принадлежа-
щих двум или больше множествам) учитывается с
максимальной вероятностью. С целью упрощения
решения этой задачи воспользуемся следующим
подходом. Введем понятие порогового уровня ве-
роятности присутствия элемента в нечетком мно-
жестве. Запишем
Р„<Р , (10.8)
где Р - вероятность присутствия элемента а под-
множества к множества у; Р - нижняя порого-
вая вероятность присутствия akj.
На практике этот дестабилизирующий фактор
в заданном классе маловероятен и им можно пре-
небречь. Назовем этот процесс просеиванием не-
четких множеств.
Если в результате будет выполнено условие
t=l ;=1
(10.9)
где п. - количество элементов в этом классе, для
которых выполняется (10.8); п - количество клас-
сов каналов утечки. Тогда оставшимся элементам
можно присвоить норму РИ = 1, а оставшиеся эле-
менты рассматривать как элементы обычных мно-
жеств.
Представленное ниже выражение обозначает,
что за указанный срок с вероятностью Ри не мо-
жет осуществиться ни одно из событий из всех п
подмножеств:
(10.10)
Вероятность появления хотя бы одного из со-
бытий из множества п определяется по формуле
Рв = 1-Р„. (10.11)
Таким образом, в результате просеивания по-
лучим новые подмножества, для которых справед-
ливо следующее соотношение:
{а'}еА' (10.12)
для всех z к.
Определим полное множество элементов, вхо-
дящих в объединение множеств, которые были
просеяны из 10.7 и 10.12:
B' = U4. (10.13)
7=1
Затем определим количество элементов множе-
ства В', которое по определению отражает полное
множество каналов утечки. Обозначим количество
элементов, принадлежащих у-му множеству (10.13),
Nj=N[Nj]. Тогда количество элементов, которые
входят в пересекающиеся участки, составляет
NP = N(n{llAPj), (10.14)
где Np - количество элементов, принадлежащих
пересекающимся участкам множеств; I- количество
одновременно пересекающихся множеств; Ар1 - уча-
сток, образованный пересечением множеств.
Общее выражение для определения количества
элементов, входящих в объединение подмножеств
10.7 и 10.13, имеет вид:
M=iyv(A;)-x/v('!'2,4)+E^(»i4)+-+
jA Ы i=l.
+ + (Ю.15)
10.2. Каналы утечки в информационно-коммуникационных системах
709
Выражение 10.15 справедливо для определения
количества элементов объединения нечетких мно-
жеств, если А' заменить на А и воспользоваться
формулами (10.6) и (10.7).
Уравнение 10.15 позволяет дать оценку каче-
ству классификации каналов утечки информации.
Так, если все элементы правой части уравнения
(10.15), кроме первого, равняются нулю, то мно-
жества В (10.7) и В' (10.13) состоят из непересе-
кающихся множеств. Этот случай является иде-
альным с точки зрения качества классификации
каналов утечки и будет иметь оценку «отлично».
Самый неудачный случай, когда последний
член не равняется нулю. Это значит, что все мно-
жества пересекаются. Оценка может быть «неудов-
летворительно». Если не равняется нулю только
первый и второй члены, и значение суммы эле-
ментов первого члена существенно больше значе-
ния суммы элементов второго члена, то оценка
качества - «хорошо». Если отличны от нуля вто-
рой и третий члены, и их сумма существенно мень-
ше элементов первого члена, то оценка «удов-
летворительно».
Количественную характеристику оценки каче-
ства классификации по критерию уровня вложе-
ния множеств можно получить, воспользовавшись
следующими уравнениями:
F-D
К.=(1----~У, (10.17)
г
где
F = £/V(A'); (10.18)
1=1
Чото
Значение коэффициента Кк находится в пре-
делах от 0 до 1. Он указывает, какая часть мно-
жеств (10.7) или (10.13) является общей (вложен-
ной) для двух или больше подмножеств А;,А' где
/= [1, л] - Значению Кк = 0 соответствует оценка
«отлично».
Количественную оценку из (10.17) можно зна-
чительно упростить, если в выражении (10.19)
ограничиться первыми двумя членами, т. е. учи-
тывать пересечение с кратностью не более трех.
Эти случаи наиболее важны для практики, пото-
му что пересечения кратностью больше, чем три,
маловероятны:
°'=е^(п(2)л;2).)-^(Г1(3)а;з).). (ю-20)
Как было сказано выше, характеристики СПД,
функционирующих с помощью ТКОП, нестацио-
нарные в пространстве и времени, и, как след-
ствие, показатели защищенности зависят от ре-
жима работы СПД. Поэтому структура класси-
фикатора в значительной степени определяется
режимами работы СПД, устанавливаемыми вре-
менным трафиком, который может быть детерми-
нированным и является первым критерием выбо-
ра групп классов. В соответствии с временным
трафиком различают четыре основных режима ра-
боты СПД:
передача данных (режим 1);
вхождение в связь (режим 2);
ожидание связи (режим 3);
АПД выключена - это режим, не связанный с
передачей данных (режим 4).
Режимы 3 и 4 образуют подмножества, для ко-
торых значение коэффициента вложения мно-
жеств (10.17) К* приближается кединице. Указан-
ные подмножества отличаются только априорными
вероятностями возникновения отдельных элемен-
тов, поэтому два подмножества можно заменить
подмножеством Рвх., предоставив каждому /-му
элементу норму Р^ =1.
Таким образом, получаем три группы подмно-
жеств, соответствующих режимам передачи, вхож-
дения в связь и ожидания связи:
{/7вы,.}с{77ож}, (10.21)
где J - группы подмножеств в режиме «АПД
выключена»; {/70Ж } группы подмножеств в ре-
жиме «АПД - ожидание связи». Вторым критери-
ем выбора групп классов служит показатель,
710
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
определяющий степень взаимодействия зло-
умышленника с сетью передачи данных и ее эле-
ментами. По этому критерию каналы утечки раз-
биваются на две категории: косвенные и пря-
мые каналы. Косвенные каналы утечки - это
каналы без доступа к СПД и ее элементам.
Прямые, в свою очередь, разбиваются на две
группы: с доступом к элементам СПД, но без
изменения или модификации ее элементов, и с
доступом и возможностью изменения и моди-
фикации ее элементов.
Классификатор каналов утечки информации
с ограниченным доступом в СПД, которые функ-
ционируют по каналам ТКОП, представлен в
табл. 10.1.
Все множество каналов утечки разделяют на
три группы по режимам работы (образуют три гра-
фы) и три группы по типу доступа к информации
(образуют три строки). Таким образом, все мно-
жество потенциально возможных каналов утечки
информации разбито на 9 классов.
Таблица 10.1. Классификатор каналов утечки информации
Виды каналов Режим ожи- дания связи Режим вхождения в связь Режим передачи или приема дан- ных
Без доступа к СПД (косвенные) Класс 1 Класс 2 Класс 3
С доступом к СПД, но без изменения ее модификации (пря- мые) Класс 4 Класс 5 Класс 6
С доступом к СПД с изменением ее моди- фикации (прямые) Класс 7 Класс 8 Класс 9
Дальше представлены результаты исследова-
ний, связанных с формированием относитель-
но полного множества каналов утечки инфор-
мации в СПД. Указанное множество каналов
утечки информации разбито на девять подмно-
жеств в соответствии с классификатором (см.
табл. 10.1).
Таблица 10.2. Результаты формирования подмножества каналов утечки информации
Вид дестабилизирующих факторов (вид канала утечки информ аиии) Место про- явления Получатель/ отправитель
Класс 1. Косвенные каналы (режим ожидания связи)
Кража программно-технических средств и (или) документации на заводах-изготовителях, в службах ремонта, проверки сертификации’ ее у пользователя с целью выявления характера и структуры передаваемых данных А
Провокация на разговоры лиц, имеющих отношение к СПД и линиям связи, с целью выявления трафиков передачи, характера и параметров передачи данных А —
Подслушивание разговоров лиц, имеющих отношение к СПД и линиям связи, с целью выявле- ния трафиков передачи, характера и параметров передачи данных A,D,C —
Использование визуальных средств (фотоаппараты, телекамеры, бинокли и др.) с целью получе- ния информации об аппаратуре и технологиях обработки информации, характеристиках переда- ваемых данных D
Использование злоумышленниками подслушивающей аппаратуры для прослушивания разгово- ров лиц, имеющих отношение к СПД D —
Кража производственных отходов (носителей информации, документов и т.д.) С, 9 -
Класс 2. Косвенные каналы (режим вхождения в связь)
Перехват электромагнитных излучений (ЭМИ): соединительного кабеля стыка С2 с целью определения номера вызываемого абонента 2 Отпр.
соединительного кабеля стыка С2 (цепи С2-100) с целью определения характеристик сигна- лов синхронизации 1 Отпр., пол.
ОЗУ с целью определения номера вызываемого абонента 3. 6 Отпр.
блока СИНХР с целью определения характеристик сигналов синхронизации 4 Отпр., пол.
дифсистемы с целью определения номера вызываемого абонента 9 Отпр.
10.2. Каналы утечки в информационно-коммуникационных системах
711
Продолжение табл. 10.2
Вид дестабилизирующих факторов (вид канала утечки информации) Место про- явления Получатель/ отправитель
абонентских линий, соединительных и магистральных кабелей с целью определения номера вызываемого абонента 10. 12, 14 Отпр.
распределительных щитов с целью определения номера вызываемого абонента 11 Отпр.
элементов коммутации автоматической телефонной станции с целью определения номера вызываемого абонента. 13, 15 Отпр., пол.
систем уплотнения, ретрансляции, высокочастотных кабелей с целью определения номера вызываемого абонента 15 Отпр.
Перехват наводок ЭМИ: в цепях первичных источников питания с целью определения номера вызываемого абонента 23 Отпр.
в других цепях с целью определения номера вызываемого абонента В Отпр.
в инженерных системах домов и сооружений с целью определения номера вызываемого або- нента С Отпр.
Перехват оптических сигналов в оптоволоконных системах с целью получения номеров абонен- тов СПД 20 Отпр., пол.
Класс 3. Косвенные каналы (режим передачи данных)
Перехват ЭМИ: на стыке С2 (цепи С2-100) с целью получения передаваемых данных 1 Отпр., пол.
блоков ОЗУ и АФЦК с целью получения передаваемых данных 3, 5, 6 Отпр., пол.
ОЗУ с целью определения номера вызываемого абонента 7, 8 Отпр.
блока дифсистемы с целью получения передаваемых данных 9 Отпр., пол.
абонентской линии, соединительных и магистральных кабелей с целью получения переда- ваемых данных 12, 10, 14 Отпр., пол.
распределительных щитов с целью получения передаваемых данных 11 Отпр., пол.
в коаксиальных кабелях с целью получения передаваемых данных 12 Отпр., пол.
аппаратуры автоматической и междугородной автоматической телефонных станций с целью получения передаваемых данных 13. 15 Отпр., пол.
радиорелейных линий, ретрансляторов, в том числе кабелей и каналов спутниковой связи с целью получения передаваемых данных 16. 17, 18, 19 Отпр., пол.
демодулятора и модулятора ОК с целью получения передаваемых данных 8, 21 Пол.
Перехват оптических излучений оптоволоконных систем с целью получения передаваемых дан- ных 20 Отпр., пол.
Перехват наводок ЭМИ: в цепях первичных источников питания с целью получения передаваемых данных 23 Отпр., пол.
в цепях телефонизации и др. В Отпр., пол.
в инженерных системах домов и сооружений с целью получения передаваемых данных С Отпр., пол.
Класс 4. Прямые каналы без доступа к элементам СПД (режим ожидания связи)
Копирование содержания файла ОЗУ с целью получения ранее переданных данных 3, 6 Отпр., пол.
Пересмотр и копирование: эксплуатационных документов с целью получения информации о характере передаваемых данных, трафика и др. А Отпр., пол.
журналов учета с целью получения информации о характере передаваемых данных, трафиков и др. А Отпр., пол.
712
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Продолжение табл. 10.2
Вид дестабилизирующих факторов (вид канала утечки информации) Место про- явления Получатель/ отправитель
Определение состояния коммутационных элементов с целью определения телефонов абонентов СПД после завершения сеанса связи 13. 15 Отпр., пол.
Кражи производственных отходов с целью получения информации о характере передаваемых данных, о трафике и др. А Отпр., пол.
Класс 5. Прямые каналы без доступа к элементам СПД (режим вхождения в связь)
Копирование сигналов: на стыке С2 (цепи С2-200) с целью определения номера вызываемого абонента 2 Отпр.
на стыке С2 (цепи С2-100) с целью определения характеристик сигналов синхронизации 1 Отпр., пол.
вызова на входе СПД (стык С1 и абонентской линии) с целью определения номера вызывае- мого абонента 10. 9 Отпр.
вызова с распределительных щитов с целью определения номера вызываемого абонента 11 Отпр.
соединительных кабелей с целью определения номера вызываемого абонента 12, 14 Отпр.
автовызова и автоответа автоматической и междугородной автоматической телефонных станций с целью определения номера вызываемого абонента 13, 15 Отпр., пол.
автовызова радиорелейных линий, оптоволоконных линий, спутниковых каналов с целью определения номера вызываемого абонента 17, 19 Отпр., пол.
Класс 6. Прямые каналы без доступа к элементам СПД (режим передачи данных)
Копирование: на входе стыка С2 (цепи С2-100) с целью получения передаваемых данных 1 Отпр., пол.
данных ОЗУ с целью получения передаваемых данных 3. 5. 6 Отпр., пол.
на входе модулятора АПД и абонентской линии с целью получения передаваемых данных 8, 9, 10 Отпр., пол.
данных в местах соединений распределительных щитов с целью получения передаваемых данных 11 Отпр., пол.
данных в местах соединения кабелей с целью получения передаваемых данных 12, 14 Отпр., пол.
данных на входах и выходах каналоформирующей аппаратуры автоматической и междуго- родной автоматической телефонных станций с целью получения данных 13. 15 Отпр., пол.
данных на входах и выходах каналоформирующей аппаратуры систем спутниковой связи, оптоволоконной связи, радиорелейной связи и др. с целью получения передаваемых данных 17, 19. 20 Отпр., пол.
данных на входе демодулятора с целью получения передаваемых данных 21 Пол.
Класс 7. Прямые каналы с возможностью изменения элементов СПД (режим ожидания связи)
Замена: программно-аппаратных средств АПД с целью последующей переадресации данных зло- умышленнику 3, 4,5, 6 Отпр.
документов, которые регламентируют трафик с целью Н А Отпр.
или кража носителей информации, содержащих передаваемые данные, с целью создания, уничтожения или модификации данных (цель £) А Отпр.
Подключение: подслушивающей аппаратуры, магнитофонов, видеотехники с целью получения информа- ции в последующие периоды о характере данных, трафике, технологии передачи (цель М) А Отпр.
нештатной аппаратуры к элементам СПД с целью искажения, модификации или уничтоже- ния данных, а также с целью переадресации данных злоумышленнику 1, 2. 3 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13, 14, 15 -
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Продолжение табл. 10.2
Вид дестабилизирующих факторов (вид канала утечки информации) Место про- явления Получатель/ отправитель
Класс 8. Прямые каналы с возможностью изменения элементов СПД (резким вхождения в связь)
Копирование, искажение или замена сигналов автовызова: и синхронизации на входе и выходе АПД с целью определения или переадресации переда- ваемых данных (цель N) I, 2. 6. 9 Отпр.
в любой точке абонентской линии с целью N 10 Отпр.
в распределительных щитах с целью N 11 Отпр.
в кабельных соединениях с целью N 12, 14 Отпр.
на выходе и входе каналоформирующей аппаратуры автоматической и междугородной ав- томатической телефонных станций с целью N 13. 15 Отпр.
в системах уплотнения и передачи данных с целью N 17, 18, 19 Отпр.
Класс 9. Прямые каналы с возможностью изменения элементов СПД (режим передачи данных)
Копирование, искажение или генерация ошибочных сигналов: на входе АПД с целью копирования, искажения или модификации передаваемых данных (цель F) 1 Отпр., пол.
в разных блоках АПД с целью F 3, 5, 6, 8, 9 Отпр., пол.
в разных точках абонентской линии с целью F 10 Отпр., пол.
в распределительных щитах с целью F 11 Отпр., пол.
в кабелях с целью F 12, 14 Отпр., пол.
на входах и выходах каналоформирующей аппаратуры автоматической и междугородной ав- томатической телефонных станций с целью F 13. 15 Отпр., пол.
Искажение сигналов обратного канала с целью искажения или уничтожения данных 8 Отпр., пол.
Копирование, искажение или генерация ошибочных сигналов в системах уплотнения, спутнико- вой связи, радиорелейных и оптоволоконных системах 17. 18, 19 Отпр., пол.
Результаты формирования подмножеств каналов
утечки информации (для каждого класса) представ-
лены в табл. 10.2, где указаны элементы множеств
(каналы утечки информации), места их проявления
(в соответствии с топологической схемой СПД) и
их принадлежность (отправитель - отпр., получа-
тель пол.). При этом места проявления дестабили-
зирующих факторов, не связанных с системой пе-
редачи данных, отмечены в таблицах латинскими
литерами.
10.3. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
В АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
10.3.1. Классификация средств
технической защиты информации
в каналах общего пользования
В связи с тем, что многие системы связи рабо-
тают на каналах общего пользования (ТКОП),
будем проводить классификацию средств техни-
ческой защиты информации (СТЗИ) для каналов
ТКОП.
Задача классификации СТЗИ в общем виде
может быть представлена следующим образом.
Пусть имеется полное множество аппаратуры
СТЗИ, предназначенной для работы в каналах
ТКОП:
714
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
7 = 1,и, (10.22)
где а. - элемент (образец аппаратуры СТЗИ), при-
надлежащий полному множеству А; п - число эле-
ментов в множестве А.
Сгруппируем элементы а. множества А в под-
множества Л по заданным критериям классифи-
кации. Тогда получим:
{А7}еЯ;/=й, (10.23)
где к - количество подмножеств А множества А.
В результате объединения подмножеств А об-
разовано множество
fi = UA>, (10.24)
7=1
элементами которого являются все элементы мно-
жества.
При этом соотношение количества элементов
множеств А к количеству элементов множества В
определяется неравенством
N(B)>N(A), (10.25)
где N(A) - количество элементов множества А,
N(B) = ^N(Aj),
7=1
(10.26)
где N(B) - количество элементов множества В.
Для этого случая задача классификации сво-
дится к выбору критерия для формирования под-
множества А из элементов множества А таким
образом, чтобы минимизировать коэффициент
вложения множеств:
1-
F'-D'y
F' )
(10.27)
где F' = £w(Ay);
7=1
D'=i>(n%x)-£yv(n3A31i);
i=l i=l
= n(«-!)...(/»-/)
(10.28)
(10.29)
= (Ю.30)
где TV - количество элементов, принадлежащих
участку пересечения множеств; / - количество од-
новременно пересекающихся множеств (кратность
пересечений); A v - участок, образованный пере-
сечением / множеств.
Формула (10.27) дает возможность оценить ка-
чество классификатора, т. е., формирование под-
множеств А. При заданных ограничениях (услови-
ях) для формирования классификатора (подмно-
жеств А) наилучшим будет классификатор, для
которого Кв = 0. Это значит, что множество В( 10.24)
содержит подмножества А (10.23), которые не пе-
ресекаются, при условиях, что все элементы мно-
жества А принадлежат множеству В, т. е.
Ас,В , (10.31)
а это значит, что В вложено и равняется множе-
ству А. На практике хорошим результатом клас-
сификации можно считать результат, для которо-
го л; <0,1.
В общем случае задача формирования подмно-
жеств А не имеет строго определенного решения.
Это объясняется многими причинами, среди ко-
торых определяющей является неоднозначность в
выборе формулировки критериев классификации
СТЗИ, поэтому задача формирования классов
СТЗИ в значительной мере имеет субъективный
характер. С целью уменьшения субъективизма на
устранение неоднозначности в формировании
классов СТЗИ воспользуемся следующим подхо-
дом. Разобьем задачу классификации СТЗИ на два
этапа: анализа и синтеза.
На первом этапе (анализа) безотносительно
конкретных типов аппаратуры СТЗИ создадим
множества непересекающихся классов, сформи-
рованных по способам технической защиты ин-
формации в СПД и по видам технических кана-
лов утечки, с которыми взаимодействуют СТЗИ
(т. е. по двум классообразующим параметрам).
Таким образом, образуется теоретически возмож-
ное и полное множество классов СТЗИ, сформи-
рованное по типам защиты и видам технических
каналов утечки.
На втором этапе (синтеза) осуществляется фор-
мирование классов СТЗИ с учетом специфики
действующей и разрабатываемой аппаратуры за-
щиты. Формирование классов СТЗИ реализуется
путем синтеза классов из теоретически полного
набора. Критериями для синтеза классов техни-
ческих средств защиты служит взаимодействие
СТЗИ со средой распространения и обработки
сигналов, посредством которых передается инфор-
мация, а также взаимодействие СТЗИ с побочны-
ми электромагнитными излучениями и наводка-
ми (ПЭМИН), порождаемыми этой средой.
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
В качестве классообразуюших критериев вы-
берем способы противодействия СТЗИ техничес-
ким каналам утечки информации. Все техничес-
кие каналы утечки информации можно разделить
на две группы:
каналы ПЭМИН, образованные средой распро-
странения и обработки сигналов (классы 1, 2 и 3,
описанные в подразд. 10.2);
каналы, образованные посредством атакующей
аппаратуры (прямые каналы утечки информации
(классы 4-9)).
В свою очередь, каналы утечки второй группы,
образованные посредством атакующей аппарату-
ры, могут быть двух видов:
каналы, образованные непосредственно атаку-
ющей аппаратурой;
каналы утечки, образованные в другой среде рас-
пространения сигналов (вторичные каналы утечки).
К вторичным каналам, которые образуются
атакующей аппаратурой, относятся радиочастот-
ный канал, акустический (ультразвуковой) канал
и инфракрасный канал (ИК-канал). Критерием
классификации является способ защиты инфор-
мации, реализованной в СТЗИ. Так, по способу
защиты СТЗИ делятся на средства выявления,
препятствия (ослабления), маскировки (сокрытия)
и уничтожения.
Следует отметить, что применение средств
уничтожения закладных устройств (атакующей
аппаратуры) в СПД нецелесообразно из-за низ-
кой эффективности, а в некоторых случаях их
применение недопустимо. Это объясняется сле-
дующими причинами:
уничтожению поддается ограниченное количе-
ство типов закладных устройств, и уничтожаются
только те устройства, которые подключены парал-
лельно линии связи. Устройства, подключенные
последовательно линии или с помощью датчиков
(электромагнитных или емкостных) уничтожить
существующими СТЗИ сложно;
во время уничтожения закладных устройств
существует большая вероятность выхода из строя
дорогой каналоформирующей аппаратуры;
уничтожение закладных устройств осуществля-
ется путем подачи импульсов высокого напряже-
ния в течение 2-10 мин. При этом уничтожаются
устройства, подключенные параллельно линии и
расположенные на расстоянии не более 10-20 м.
Таблица 10.3. Классификатор СТЗИ в СПД
Код класса СТЗИ Наименование класса СТЗИ Вид закрываемого канала утечки
01 Средства выявления ПЭМИН ПЭМПН (побочные электромагнитные излучения и наводки), образуемые СПД
02 Средства ослабления или подавления ПЭМИН То же
03 Средства маскировки информации для противодействия ПЭМИН »
04 Средства выявления побочных электромагнитных или маг- нитных полей, которые образуются устройствами записи информации на физические носители Несанкционированное копирование информации
05 Средства уменьшения эффективности или обезвреживания устройств записи информации на физические носители То же
06 Средства выявления или определения места нахождения атакующей аппаратуры, подключенной к линии связи Несанкционированное снятие информации
07 Средства уменьшения эффективности или обезвреживания атакующей аппаратуры путем включения в линию связи нелинейных элементов или заградительных фильтров То же
08 Средства выявления ультразвукового излучения (поля) Несанкционированный ультразвуковой канал передачи информации, создаваемый атакующей аппаратурой
716
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Продолжение табл. 10.3
Код класса СТЗИ Наименование класса СТЗИ Вид закрываемого канала утечки
09 Средства выявления инфракрасного излучения (поля) Несанкционированный инфракрасный канал передачи информации, создаваемый атакующей аппаратурой
10 Средства выявления радиочастотного излучения (поля) Несанкционированный радиочастотный канал передачи информации, создаваемый атакующей аппаратурой
11 Технические средства мониторинга линий и каналов пере- дачи информации Технические каналы утечки информации в СПД
12 Технические средства канального шифрования То же
В этих условиях (за срок 2-10 мин) можно отклю-
чить и изъять выявленное закладное устройство.
Далее выполним синтез СТЗИ путем объеди-
нения всего теоретически полного набора клас-
сов с учетом специфики использования техничес-
ких характеристик существующей и разрабатыва-
емой аппаратуры защиты информации в СПД.
Критерием синтеза классов был характер и сте-
пень взаимодействия СТЗИ со средой распрост-
ранения и обработки сигналов, воспроизводящих
данные в СПД. Отдельным классом СТЗИ (класс
12, табл. 10.3) выделены технические средства ка-
нального шифрования СПД.
По характеру взаимодействия со средой рас-
пространения и обработки сигналов аппаратура
делится на две группы:
взаимодействующая непосредственно со сре-
дой (прямые каналы утечки);
аппаратура, взаимодействующая с ПЭМИН, ко-
торая создается средой распространения и обработ-
ки сигналов (опосредствованные каналы утечки).
Первая группа аппаратуры образует классы
СТЗИ с пятого по десятый и предназначена про-
тиводействовать атакующей аппаратуре. По сте-
пени взаимодействия со средой, СТЗИ первой
группы могут быть двух видов:
аппаратура, предназначенная для ослабления
(создания препятствий) действий атакующей ап-
паратуры (пассивные СТЗИ);
активные СТЗИ, т. е., аппаратура, которая в
результате измерений выявляет атакующую ап-
паратуру и/или генерирует сигнал, маскирующий
среду распространения и обработки сигналов.
В свою очередь, активные средства защиты де-
лятся на СТЗИ, противодействующие атакующей
аппаратуре, которая образовала канал утечки в
другой физической среде (вторичные каналы утеч-
ки), и на СТЗИ, противодействующие аппарату-
ре, которая не образует такие каналы. Вторичные
каналы, создаваемые атакующей аппаратурой, как
правило, находятся в радиочастотном, инфракрас-
ном и ультразвуковом диапазоне.
СТЗИ второй группы (от ПЭМИН) так же, как
и СТЗИ от атакующей аппаратуры, по степени вза-
имодействия делятся на два вида. При этом со-
здаются классы СТЗИ со второго по пятый.
Отдельный класс (класс 11, табл. 10.3) выделен
СТЗИ, осуществляющими мониторинг линий свя-
зи, тестирования инженерных коммуникаций (ис-
точников питания, электрификации, пожароохран-
ной сигнализации и т. д.) для выявления каналов
утечки информации в этих системах.
Средства мониторинга - это, как правило, слож-
ные программно-аппаратные комплексы, соз-
данные на базе компьютеров. Эти комплексы
предназначены для мониторинга многоканальных
телекоммуникационных систем, на них также воз-
лагаются функции защиты информации в теле-
коммуникационных системах (выявление несанк-
ционированного подключения к линиям связи,
выявление излучений атакующей аппаратуры в
широком диапазоне радиочастот, акустическом
и ИК-диапазоне, нелинейные локаторы линий
связи, генераторы шумоподобных сигналов в
широком диапазоне радиочастот и др.).
Средства тестирования коммуникаций предназ-
начены для выявления и нейтрализации атакую-
щей аппаратуры в системах инженерных комму-
никаций, проходящих через помещение, в кото-
ром расположены СПД.
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Таблица 10.4. Технические параметры для разных классов СТЗИ
Тип устройства Определяющие технические параметры
Средства выявления ПЭМИН (код класса СТЗИ -01)
Детекторы (индикаторы) электромагнитного поля широкополосные Ширина полосы (диапазона) выявления А/ , кГц (МГц, ГГц)
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе измерения, дБ, N = 20 при (/1]1ах = const, где Umm максимальное значение напряжения на выходе инди- ^inin кагора в полосе выявления Д/; LA™ - соответственно минимальное значение; (А, - напряжение на входе индикатора
Порог чувствительности, определяемый как минимальный уровень выявляемого сигнала (порог срабатывания индикатора) (7min, мкВ (мВ)
Детекторы (индикаторы) электромагнитного поля узкополосные Ширина полосы (диапазона) выявления Д/', кГц (МГц, ГГц)
Средняя рабочая частота, кГц (МГц, ГГц), /ср =
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе выявления измерения, дБ, N = 201g ^ПИ11 при (7пвх = const ^niin
Порог чувствительности Umm, мкВ, в полосе /ф
Средства ослабления или подавления ПЭМИН (код класса СТЗИ- 02)
Экраны защитные Диапазон допуска частот. кГц (МГц, ГГц), Д/ = ~ . W.Anax - максимальное значение диа- пазона подавления; /т|П - минимальное значение диапазона подавления
Коэффициент угасания К, дБ. который определяется на частотах /min, /ср, по формуле К = 201g—- , где Ui - значение напряжения внутренней стороны экрана, мкВ (мВ); Ui - значение ^2 / - f „ величины напряжения внешней стороны экрана, мкВ (мВ);
Средства маскировки информации для противодействия ПЭМИН (код класса СТЗИ - 03)
Генераторы белого шума Рабочий диапазон (или рабочие диапазоны) генерируемых сигналов ДС, кГц (МГц), который оп- ределяется как Af = /„их ~ ./п«п > где ./^ах - максимальное значение частоты генерации в рабочем диапазоне; Дйп - минимальное значение частоты генерации в рабочем диапазоне
Спектральная плотность мощности белого шума в рабочем диапазоне v‘, мВт/кГц (мВт/МГц)
Тип антенны (антенн)
Вид поляризации генерируемых сигналов
Генераторы сканирующие Рабочий диапазон или рабочие диапазоны генерируемых сигналов Д/ , кГц (МГц)
Средний уровень мощности генерируемых сигналов Рср, мВт, в рабочем диапазоне
Ширина диапазона перестройки AF , МГц, AF = /\11ах - /\гап , где АГ^ и AFniin - соответствен- но максимальная и минимальная частота перестройки
Скорость перестройки (девиации) частоты генерации сигналов, кГц/с
Вид модуляции генерирующихся сигналов
Уровень модуляции АМ-сигналов, %
Величина девиации частоты ЧМ-сигналов
718
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Продолжение табл. 10.4
Тип устройства Определяющие технические параметры
Средства выявления побочных электромагнитных или магнитных полей, создаваемых устройствами записи информации на физические носители (код класса СТЗИ - 04)
Обнаружители аппарату- ры магнитной записи с помощью индикации поля систем подмагничивания Ширина полосы (диапазон частот) выявления Д/’, кГц, Af = /пих -/nin , где/пах н fmin - соответст- венно максимальная и минимальная частота выявления
Порог чувствительности, который определяется как минимальный уровень определяемого сигнала (срабатывание индикатора) мкВ (мВ), в полосе Д/"
Обнаружители магнитно- го поля двигателей Порог чувствительности, определяемый как минимальный уровень величины магнитной индукции на входе датчика, при котором срабатывает индикатор, мкТл
Количество датчиков
Средства уменьшения эффективности или обезвреживания устройств записи информации на физические носители (код класса СТЗИ— 05)
Генераторы специализи- рованные Средняя частота генерации Ср, кГц
Средняя мощность передаваемых сигналов Рср, мВт (Вт)
Вид модуляции генерируемых сигналов (для случая модуляции сигналов)
Тип излучателя антенны (антенн)
Уровень модуляции АМ-сигналов, %
Величина девиации частоты ЧМ-сигналов, кГц
Средства выявления и определения местонахождения атакующей аппаратуры, подключенной к линии связи (код класса СТЗИ - 06)
Обнаружители последова- тельно подключенных за- кладных устройств Максимальное значение входного сопротивления закладного устройства, на которое реагирует обнаружитель 7?тах, кОм (МОм)
Диапазон величин напряжения, измеряемого в линии связи, В
Диапазон величин тока, измеряемого в линии связи, мкА (мА)
Минимальное значение входного сопротивления закладного устройства, на которое реагирует обнаружитель кОм (МОм)
Диапазон величин напряжения, измеряемого в линии связи, В
Диапазон величин тока, измеряемого в линии связи, мкА (мА)
Нелинейные локаторы Минимальное расстояние до выявляемого закладного устройства, м (см)
Максимальное расстояние до выявляемого закладного устройства, м
Частота локации, МГп
|к „-kJ Погрешность измерений коэффициента нелинейных искажений, %, A = J—— ^-100%, где К Ju; +11:+...+и;, Кн я - действительное значение коэффициента; Ки, = —— - 100%, где (71 - напря- жение первой гармоники сигнала; 1Ь, Uj, .... U„- напряжение второй, третьей, л-й гармоник сиг- нала; К„„т - измеренное значение К„
Средства уменьшения эффективности или обезвреживания атакующей аппаратуры посредством включения в линию связи нелинейных элементов и/или заградительных фильтров (код класса СТЗИ - 07)
Нелинейные заградитель- ные устройства Коэффициент передачи при высоком уровне сигнала на входе устройства, дБ, на частоте сигнала 1800 Гц, который определяется как Квьх = 20, Квых =20lg-^-ES- , где 11'ю - значение напряжения ^вых сигнала на входе устройства при высоком уровне сигнала; L/„,IX - значение напряжения сигнала на выходе устройства
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Продолжение табл. 10.4
Тип устройства Определяющие технические параметры
Нелинейные заградитель- ные устройства Коэффициент передачи при низком уровне сигнала на входе устройства на частоте 1800 Гц с Кт = 201g—— , где (7вх - значение напряжения на входе устройства при низком уровне сигнала
Ju; +и;+...+и; Коэффициент нелинейных искажений на частоте сигнала 1800 Гц К = ——= : — -100 % , " ц где С/i - напряжение первой гармоники сигнала; (7>, (7з, ..., (7„ - напряжения второй, третьей и п-й гармоник сигнала
Заградительные электри- ческие фильтры ВЧ- сигналов Коэффициент значения в полосе пропускания частот канала тотальной частоты 300-3400 Гц, дБ, А"' = 201g—— при (7ВХ = const, где (7ВХ - значение напряжения на входе фильтра, мкВ (мВ); (7ВЬ1Х - (-’’вых значение напряжения на выходе фильтра, мкВ (мВ)
Неравномерность амплитуд АЧХ в полосе пропускания частот канала тотальной частоты N, дБ, N = 201g—при (7ВХ = const, где (7тах - максимальное значение напряжения на выходе фильтра в U min полосе частот 300-3400 Гц; {7т;п - минимальное значение напряжения на выходе фильтра в полосе частот 300-3400 Гц
Минимальное и максимальное значение частот в полосе подавления фильтра /„ах,/,™,, кГц
„ , и Величина коэффициента затухания в полосе подавления частот фильтра Къ , дБ, Кк = 201g—— U вых при Ubx = const
Неравномерность АЧХ в полосе подавления частот фильтра, дБ, или значение коэффициента зату- хания на двух или трех фиксированных частотах в полосе подавления фильтра
Средства выявления ультразвукового излучения (код класса СТЗИ — 08)
Микрофоны узконаправ- ленные Телесный угол направленности микрофона, ср
Диапазон частот выявления/тах,/п,„, кГц
Минимальное звуковое давление, на которое реагирует обнаружитель, в диапазоне частот выявле- ния Л™, Па
Датчики магнитострик- ционные Диапазон частот выявления /min, кГц
Минимальное звуковое давление, на которое реагирует обнаружитель, в диапазоне частот выявле- ния Лтп, Па
Средства выявления инфракрасного канала излучения поля (код класса СТЗИ - 09)
Индикатор ИК-излучения Величина минимального освещения, на которое реагирует индикатор, лк
Средства выявления радиочастотного канала передачи информации (код класса СТЗИ - 10)
Приемники панорамные (частотомеры) Диапазон перестройки частот А/ = /шх ~/,„„, кГц (МГц, ГГц), где/пах - максимальное значение электромагнитного излучения; /тш - минимальное значение электромагнитного излучения
Количество перестраиваемых диапазонов частот, п
Срок перестройки в каждом из диапазонов т, с
Порог чувствительности в пределах частотных диапазонов {7тщ, мкВ
Анализаторы спектра Диапазон частот выявляемого электромагнитного излучения, кГц (МГц, ГГц)
Количество перестраиваемых диапазонов частот, п
Порог чувствительности в пределах частотных диапазонов (7т1п, мкВ
Разрешающая направленность в пределах частотных диапазонов, мВ/дел
720
10. БЕЗО ПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Продолжение табл. 10.4
Тип устройства Определяющие технические параметры
Технические средства мониторинга линий и каналов передачи информации (код класса СТЗИ— 11)
Анализаторы состояния линий связи Количество анализируемых линий связи, п
Скорость сканирования линий связи, лин/с
Диапазон анализируемых частот Д/7 , кГц (МГц, ГГц), дф = , где/n™ - максимальное зна- чение частоты анализа;/?™ - минимальное значение частоты анализа
Количество частотных диапазонов К
Диапазон измерений входного сопротивления атакующих устройств R^,,R'm, , Ом (кОм, МОм), где 7?^ - минимальное значение входного сопротивления; - максимальное значение входного сопротивления
Порог чувствительности в пределах частотных диапазонов t/rain, мкВ (мВ)
Разрешающая способность в пределах частотных диапазонов, мВ/дел
Виды демодуляции
Анализаторы состояния линий связи Минимальное расстояние выявления несанкционированного подключения т1пп,м
Максимальное расстояние выявления несанкционированного подключения тггт,м
Точность выявления подключений к линиям связи, см (м)
Анализаторы систем коммуникаций Типы (по назначению) анализируемых линий
Диапазоны анализируемых частот Д/ , кГц (МГц. ГГц)
Количество частотных диапазонов, п
Порог чувствительности в пределах частотных диапазонов t/mn, мкВ (мВ)
Разрешающая способность в пределах частотных диапазонов, мВ/дел
Технические средства канального шифрования (код классов СТЗИ 12)
Средства канального шифрования Скорость шифрования, кбит/с
Алгоритмы шифрования
Режим роботы
Тип интерфейса
Протокол обмена ключевой информацией
Способ ввода ключей
Реализация функций обратного вызова, электронной подписи и т. д.
Таким образом, в результате исследований был
разработан классификатор средств технической
защиты информации в СПД (табл. 10.3).
Большое значение в выборе средств техниче-
ской защиты информации играют технические пара-
метры, характеризующие эти средства, и их воз-
можность выполнять свои функции. В табл. 10.4
представлены основные определяющие техниче-
ские параметры для каждого класса СТЗИ в сис-
теме передачи данных.
10.3.2. Устройства защиты информации
в телекоммуникационных системах
Общие принципы защиты информации в поме-
щениях и сетях связи. С точки зрения безопаснос-
ти, телефонная связь имеет один недостаток: она
разрешает перехватывать речевую информацию как
во время телефонной связи, так и после “отбоя”.
Впрочем, этот недостаток имеют и любые другие
проводные линии.
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Таким образом, в любой большой организации
необходимо создавать службы безопасности, на
которые возлагается, в первую очередь, проблема
защиты телефонных сетей. Этим службам, преж-
де всего, требуется проанализировать выпускае-
мую серийно аппаратуру защиты. Ее можно ус-
ловно разделить на две подгруппы: аппаратуру
контроля и аппаратуру защиты линий связи.
К аппаратуре контроля линий связи относятся:
анализаторы и индикаторные устройства;
кабельные локаторы (рефлектометры и приборы,
которые используют принципы нелинейной локации);
детекторы поля, частотомеры, специальные
радиоприемные устройства и универсальные ком-
плексы контроля.
К аппаратуре защиты линий связи относятся:
многофункциональные устройства защиты те-
лефонных линий;
устройства уничтожения закладок;
аппаратура криптозащиты;
устройства защиты от пиратских подключений;
аппаратура линейного и пространственного за-
шумления;
аппаратура зашиты от ВЧ-навязывания.
Устройства защиты телефонных аппаратов. При
организации защиты телефонных линий необхо-
димо учитывать следующие факторы [428]:
телефонные аппараты могут использоваться для
подслушивания переговоров, которые ведутся в
помещении, где они установлены;
прослушивание телефонных разговоров воз-
можно через непосредственное подключение к те-
лефонному аппарату путем приема и обработки
излучения электромагнитных волн телефонным ап-
паратом в пространство, в телефонную или энер-
гетическую линию;
использование микрофонного эффекта и эф-
фекта высокочастотного навязывания для снятия
информационного сигнала с телефонного аппа-
рата при положенной трубке.
Кроме того, телефонные линии, проложенные
в помещении, могут использоваться в качестве:
линий для передачи полученной информации;
источника питания для устройств снятия ин-
формации;
средства дистанционного управления устрой-
ствами снятия информации.
Вследствие этого методы и устройства защиты
телефонных аппаратов телефонных линий долж-
ны быть направлены на исключение:
Рис. 10.2. Вольт-амперная характеристика диодного
ограничителя
использования телефонных аппаратов и линий
для прослушивания переговоров, которые ведутся
в помещении;
непосредственного прослушивания телефонных
аппаратов;
несанкционированного использования теле-
фонной линии.
Для защиты телефонного аппарата от утечки
речевой информации используются пассивные и
активные методы и устройства.
К пассивным методам относятся:
амплитудное ограничение опасных сигналов;
фильтрация опасных сигналов;
отключение источников опасных сигналов.
Амплитудное ограничение основано на исполь-
зовании схем амплитудных ограничителей на ди-
одах. Как известно, вольт-амперная характерис-
тика диодного ограничителя имеет вид, показан-
ный на рис. 10.2.
При такой вольт-амперной характеристике сиг-
налы ограничиваются и сильно ослабляются.
Как любое электронное устройство, телефон-
ный и факсимильные аппараты, концентратор и
соединяющие его линии создают в открытом про-
странстве довольно высокие уровни излучения в
диапазоне частот вплоть до 150 МГц [428]:
Диапазон частот,
МГц..............0.0001-0,55 0,55-2,5 2,5-150
Уровень поля на
расстоянии 1 м,
мкВ ................. 50-500 500-60 60-30
Благодаря малым размерам источника излуче-
ния и, следовательно, незначительной длине его
внутренних монтажных проводов, уровень излу-
чения самого аппарата быстро уменьшается в со-
ответствии с отдалением от него.
46 8-470
722
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Экран
1 о-
Абонентская у
сторона z
Зо-
_Г
± С1
' '0,022
L1 1,5 мГн
'0,022
,VD1
^—^VD2
rq
ТО,022 L2
_L С4
JO,022
1,5 мГн
|VD3
—VD4
-о 1
I2
-оЗ
Линейная
сторона
Рис. 10.3. Варианты схемной зашиты телефонной линии (аппарата):
с с помощью L, С и диодов (VD1... VD4 - КД ЮЗА); б - с помощью А, С, диодов и реле
(VD1...VD8-КД 405Д; К1 - РЭС 15 РС4.591.001; К2 РЭС 9 РС4.524.205 П2)
Кроме того, несимметричное внутреннее сопро-
тивление телефонного аппарата как источника из-
лучения относительно земли всегда значительно
больше аналогичного сопротивления телефонной
линии. Вследствие этого напряжения излучения в
проводных линиях, измеряемые между ними и зем-
лей, обычно бывают меньше, чем аналогичные на-
пряжения, измеряемые между линейными прово-
дами и корпусом телефонного аппарата.
Для того чтобы полностью подавить все виды
излучений, создаваемые телефонными аппарата-
ми, необходимо отфильтровать излучение в ли-
нейных проводах, отходяших от аппаратов, и в
проводах микротелефона, а также обеспечить до-
статочную защиту внутренней схемы телефонно-
го аппарата. Это возможно только при значитель-
ной схемной переработке телефонных аппаратов
и изменении их электрических параметров. Из
этого следует вывод: чтобы защитить телефонный
аппарат, необходимо защитить цепь микрофона,
цепь звонка, двухпроводную линию телефонной
связи [428].
При создании схемы защиты телефонного ап-
парата необходимо знать условия работы, т. е. вы-
ходят ли линии телефонной связи за пределы кон-
тролируемой зоны или нет. Так, схема, приведен-
ная на рис. 10.3, а, позволяет вносить затухание
не менее 65 дБ при £/х = 0,1 В в полосе частот
300-3400 Гц.
Схема, показанная на рис. 10.3, б, предназначена
для комплексной защиты телефонных аппаратов.
Ослабление сигнала, наведенного на обмотке звон-
ка, не менее 120 дБ в полосе частот 300-3400 Гц.
На рис. 10.4 представлены конкретные схем-
ные решения для зашиты элементов телефонного
аппарата от подслушивания при положенной мик-
ротелефонной трубке.
Для защиты концентраторов, автонаборных ус-
тройств, пультов связи, факсимильных аппаратов
и т.д. необходимо использовать схемы, показан-
ные на рис. 10.3, а и 10.4, а.
Оценить эффективность мер зашиты телефон-
ных аппаратов, концентраторов, автонаборных
устройств, пультов связи, громкоговорителей
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Экран
Звонок
—1 VD2
|ф-1 УШ
EX—VD4
КЗ—I VD3
Гелефонный
аппарат
С2
0,02
Телефонный
аппарат
_L ci
Т °’01
Микрофон
микро-
телефонной
трубки
Рис. 10.4. Примеры защиты телефонных элементов:
a - телефонной линии (VD1...VD4- КД 102А); б - цепи звонка (VDl, VD2- КД 102А);
е - цепи микрофона
_L a
Т to
в
систем радиотрансляции и оповешения, датчиков
пожарной и охранной сигнализации, кондицио-
неров можно посредством аппаратуры УИП-88 или
аналогичной.
Простая схема защиты цепей звонка для нейт-
рализации микрофонного эффекта представлена
на рис. 10.5.
Для защиты от высокочастотного навязывания
используются фильтры и амплитудные ограничи-
тели. Простейшая схема защиты микрофона при
положенной телефонной трубке включает в себя
конденсатор емкостью 0,01-0,05 мкФ (рис. 10.6).
Глубина паразитной модуляции при этом умень-
шается в 10 000 и больше раз, что делает невоз-
можным обработку такого сигнала.
VD1
4^-
Рис. 10.5. Схема зашиты цепей звонка
В качестве примера таких устройств можно
привести устройство защиты «Барьер-Ml», кото-
рое автоматически отключает телефонный аппа-
рат (ТА) от линии при положенной трубке. При
подаче в линию сигналов вызова оно автомати-
чески подключает ТА к линии, но через блокиру-
ющие фильтры [16].
Наиболее эффективным способом защиты при
проведении конфиденциальных переговоров яв-
ляется отключение ТА от линии.
Активные методы защиты ТА от утечки инфор-
мации включают в себя подачу в телефонную
линию при положенной трубке маскирующей
Рис. 10.6. Схема зашиты микрофона при поло-
женной телефонной трубке
Tib
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
низкочастотной шумовой помехи (100 Гц- 10 кГц).
Устройства, формирующие такие помехи, назы-
вают устройствами линейного зашумления. При
поднятой трубке ТА подача помехи в линию пре-
кращается. Примером реализации такого устрой-
ства является устройство МП-1А (для аналоговых
ТА) и МП-1Ц (для цифровых ТА).
Телефонные фильтры обычно встраиваются в
схему ТА или в телефонную розетку и работают
по своему назначению (защита помещения от утеч-
ки из него звуковой информации) при положен-
ной микротелефонной трубке (МТТ). Схемная
реализация таких устройств представлена на
рис. 10.4, а технические характеристики перечис-
лены в табл. 10.5.
Устройство защиты телефонных аппаратов
(УЗТ) имеет следующие характеристики:
затухание, внесенное в разговорный тракт на
частоте 1 кГц при напряжении сигнала 10 В, - не
более 2 дБ;
затухание, внесенное в телефонную линию на
частоте 1 кГц при напряжении сигнала 50 мВ, -
не менее 80 дБ;
акустическая чувствительность устройства к
акустическим полям - не более 0,1 мкВ/Па;
устройство пассивно, питания не требует.
Устройство защиты телефонных аппаратов
«Корунд» предназначено для защиты от утечки
речевой информации за счет микрофонного эф-
фекта, т. е. от прослушивания речи или любых
других звуков с использованием телефонного
аппарата, микротелефонная трубка (МТТ) кото-
рого лежит на подъемном переключателе, т. е. в
режиме «Вызов». Устройство легко устанавлива-
ется внутри безобрывной розетки типа РТШ-4 и
ей подобных [428]. Технические характеристики:
затухание на частоте 1 кГц при напряжении
10 В - не более 2 дБ, при напряжении 50 мВ -
не менее 80 дБ.
Устройство защиты «Грань-300» предназначено
для предотвращения прослушивания помещения
через телефонный аппарат, который находится в
режиме «Ожидание вызова». Это устройство блоки-
рует работу защищаемого ТА при параллельном
подключении другого аппарата или при снятии мик-
ротелефонной трубки на уже установленном парал-
лельном аппарате.
Технические характеристики:
обеспечивает затухание сигналов не менее 70 дБ
в полосе 300-3400 Гц при положенной на аппа-
рат МТТ, а затухание разговорного сигнала в той
же полосе частот на частоте 25 Гц - не более 2 дБ;
Таблица 10.5. Некоторые характеристики устройств защиты телефонных аппаратов
Модель Назначение Защита от ВЧ- иавязывания Принцип работы Габаритные размеры, мм Примечания
«Корунд» Защита аналоговых ТА Нет Ограничение малых сигналов 40 х 13 х 10 Сертификат Гостехкомиссии
«Грань- 300» То же Есть Фильтрация сигна- лов 90 х 55 х 25 Блокировка ТА. Сертификат Гостехкомиссии
МП-1А-Ц Зашита аналоговых и четырехпровод- ных цифровых ТА Есть Ограничение сигна- лов и зашумления линий 50 х 75 х 35 Сертификат Гостехкомиссии
«Г вард» Защита цифровых ТА Нет Подавление нежела- тельных внутренних электромагнитных связей — Встраивается в корпус ТА
УЗТ Защита аналоговых ТА Нет Внесение дополни- тельного затухания в разрыв между ТА и линией Выполнен в металлическом кор- пусе
«Гранит» То же Нет Внесение дополни- тельного затухания в разрыв между ТА и линией 95 х 60 х 25 Минимальное время безотказ- ной работы не менее 5000 ч
Примечание. Для каждой модели имеется защита от микрофонного эффекта.
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
725
потребляемый ток от линии автоматической
телефонной станции - не более 150 мкА;
работоспособно как с дисковыми, так и с элек-
тронными номеронабирателями.
Устройство защиты МП-1А-Ц предназначено
для защиты телефонных аппаратов в цифровых
сетях от утечки речевой информации через аппа-
рат при положенной трубке (для беспрестанной
круглосуточной работы).
Технические характеристики'.
полоса создаваемого шумового сигнала - 0,02-
300 кГц;
ток потребления от линии - не более 0,42 мА;
акустическая чувствительность - не более
0,1 мкВ/Па;
наработка на отказ - не менее 100 000 ч;
конструктивно устройство выполнено в виде
печатной платы с электрорадиоэлементами и лег-
ко устанавливается в телефонную евророзетку.
Устройство защиты от несанкционированного
доступа «Гвард» предназначено для защиты циф-
ровых телефонных аппаратов от утечки информа-
ции через акустические преобразователи самого
аппарата. Все акустические преобразователи при
установленном в корпусе ТА устройстве зашиты
«Гвард» отключены от ТА (при этом подавляются
нежелательные внутренние электромагнитные связи
в диапазоне речевых частот не менее, чем на 80 дБ).
Позитивные особенности рассмотренных уст-
ройств:
предотвращение перехвата информации мето-
дом ВЧ-навязывания;
предотвращение перехвата речевой информа-
ции через утечку звонковой цепи;
предотвращение перехвата с помощью микро-
фонов, передающих речевую информацию из те-
лефонной линии в длинноволновом диапазоне при
условии правильного размещения фильтра на те-
лефонной линии.
Недостатком таких устройств является то, что
они не защищают от других систем перехвата.
Анализаторы телефонных линий. Приборы пер-
вой группы - для выявления подключений к энер-
гонесущим линиям - могут быть ориентированы
на установку и непрерывную работу непосред-
ственно в тех энергонесущих линиях (телефонная,
энергоснабжение, радиотрансляция), в которых
необходимо своевременное выявление факта под-
ключения устройств несанкционированного съе-
ма информации (УНСИ). В этом случае в совре-
менных разработках все методики проверки ли-
ний реализуются автоматически по программе,
руководящей работой микропроцессора анализа-
тора. В случае появления признаков распознава-
ния несанкционированного подключения прибор
формирует специальный сигнал и при необходи-
мости включает защиту. По запросу внешней ЭВМ
такие устройства могут выдавать протокол, содер-
жащий результаты наблюдения за состоянием ли-
нии. Некоторые модели оснащаются устройства-
ми непрерывной записи переговоров, которые ве-
дутся в контролируемой телефонной линии.
Другое направление этой же (первой) группы
приборов - для проведения специальных прове-
рок при периодических измерениях. В таких слу-
чаях вероятность правильного выявления стано-
вится зависимой как от метрологических характе-
ристик прибора, так и от искусства оператора. Пе-
риодической проверке могут поддаваться отсеки,
шахты, люки или трассы, распределительные
щиты, где установка постоянных устройств конт-
роля по различным причинам невозможна.
Для того чтобы облегчить выявление грубых
подключений даже неквалифицированным пользо-
вателем, в первой группе приборов разработаны
устройства, которые отображают отклонение на-
пряжения от установленных значений. Наиболее
простые из них не имеют индикации значений
напряжения или тока и позволяют только конт-
ролировать отклонение напряжений от заданно-
го, подавая сигнал при несанкционированном
подключении. Значение заданного напряжения
устанавливается вручную с помощью элементов
настройки. Избавляя пользователя от процедуры
ведения журнала измерений, такие приборы на
практике могут обнаружить только «грубые» втор-
жения, наподобие снятия трубки на параллельном
телефоне, и не решают ни задачи выявления со-
временных УНСИ, ни задачи их подавления [428].
Структурные схемы подобных устройств пред-
ставлены на рис. 10.7.
Устройство, показанное на рис. 10.7, а, позво-
ляет уловить момент снижения напряжения в ли-
нии. Оно может быть настроено как на напряже-
ние в линии при условии, что МТТ положена, так
и на напряжение в линии при снятой МТТ. Уст-
ройство, показанное на рис. 10.7, б, имеет в сво-
ем составе шунт и позволяет уловить момент, когда
ток, протекающий через ТА при разговоре, стано-
вится меньше нормы.
10. БЕЗОПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Рис. 10.7. Устройство контроля телефонной линии:
а - напряжения; б - тока (АТС - автоматическая телефонная станция)
Ассортимент и конструктивное исполнение
приборов для контроля и измерения параметров
линии при поиске устройств несанкционирован-
ного доступа довольно разнообразны. Все устрой-
ства критические к замене типа ТА.
Следующая группа приборов предназначена
для измерения и регистрации показаний в жур-
нале. Имеющиеся модели чаще всего позволяют
измерять только напряжение в телефонной ли-
нии при положенной и снятой МТТ. Практичес-
ки, такие приборы позволяют решать задачу вы-
явления лишь частично, а обязательным услови-
ем достоверности результатов, получаемых с их
помощью, является использование при измере-
ниях того же ТА. Несоблюдение этого требова-
ния приведет к дополнительным погрешностям,
обусловленным значительным разбросом пара-
метров разных ТА.
Выявление цепей питания устройств несанк-
ционированного подключения к телефонным ли-
ниям и сетям электроснабжения, включенным
последовательно с сопротивлением не менее 5 Ом,
устройств, включенных параллельно с сопротив-
лением не более 1,5 МОм, может проводиться на
экране ЭЛТ по изображению сигнала, зондирую-
щего линию.
Благодаря наглядности изображения оператор
легко может выявлять устройства, обладающие
повышенной входной емкостью или имеющие
нелинейные элементы в цепях питания: диоды,
тиристорные или транзисторные ключи.
Рассмотрим один из приборов - измеритель
неоднородностей линии.
Принцип работы измерителя. Определение не-
однородности линии возможно методом измере-
ния КСВ в широком диапазоне частот, методом
измерения переходных характеристик, методом
импульсной рефлектометрии [428].
Методы измерения КСВ и переходных харак-
теристик позволяют оценить суммарный эффект
влияния неоднородности линии на ее характерис-
тики, однако при наличии нескольких неоднород-
ностей этими методами практически невозможно
определить расположение и характер каждой не-
однородности.
Метод импульсной рефлектометрии (рефлек-
тометрии во временной области) позволяет опре-
делить местоположение каждой неоднородности,
оценить ее характер и численное значение. Сущ-
ность метода заключается в получении информа-
ции о неоднородности по характеру отраженного
от нее импульсного сигнала и его можно реализо-
вать, зондируя коротким видеоимпульсом (мик-
росекундная импульсная рефлектометрия), или
единичным перепадом напряжения (нано-пико-
секундная импульсная рефлектометрия).
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
727
Расстояние до неоднородности L* определяет-
ся по времени запаздывания /з отраженного сиг-
нала относительно фронта зондирующего импульса
Ц = 0,5vt3 = 0,5с/3/у,
где и - скорость распространения электромагнит-
ной волны (ЭМВ) в линии; с - скорость распро-
странения ЭМВ в свободном пространстве; у = с/г,
коэффициент укорачивания ЭМВ в линии.
Отсутствие отраженного сигнала свидетельству-
ет о точном согласовании линии с волновым со-
противлением. Характер и значение неоднород-
ности определяются по форме отраженного сиг-
нала в общем случае по известному выражению:
г = (Рх - Ро )/(Рх + Ро) = ,
где Г - коэффициент отражения; pt - волновое
сопротивление линии в месте неоднородности;
р0 волновое сопротивление линии; £/онл -
амплитуды отраженного и зондирующего сигна-
лов соответственно.
В основу работы измерителя положен метод
импульсной рефлектометрии, основанный на зон-
дировании исследуемой системы импульсным сиг-
налом с широким спектром (единичным перепадом
напряжения) и наблюдении отражения от не-
однородности линии посредством стробоскопиче-
ского метода индикации, т. е. измерении мгно-
венных значений повторяемых сигналов, поступа-
ющих на вход устройства, посредством коротких
импульсов напряжения - стробирующих импуль-
сов. Строб-импульсы сдвигаются во времени отно-
сительно сигнала при каждом повторении и, та-
ким образом, последовательно считывают его по
точкам.
Основными узлами измерителя являются (рис. 10.8):
задающий генератор (ЗГ);
генератор зондирующих импульсов (ГЗИ);
генератор горизонтального отклонения (ГГО);
усилители горизонтального (УГО) и вертикаль-
ного (УВО) отклонения;
дифференциальное устройство (ДУ);
электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).
Также в схему измерителя входят стробоско-
пический преобразователь (смеситель), временный
калибратор, блоки питания прибора и ЭЛТ, регу-
лировочные элементы для удобства работы с при-
бором [428].
Задающий генератор руководит работой всей
схемы измерителя и может работать в двух режи-
Рис. 10.8. Структурная схема работы измерителя не-
однородностей линии
мах: измерения и калибровки. В режиме измере-
ния тактовые импульсы генерируются задающим
мультивибратором. В режиме калибровки такто-
вые импульсы поступают от временного калибра-
тора. Импульсами ЗГ запускаются ГЗИ и ГГО.
Пилоподобные импульсы ГГО, усиленные УГО,
поступают на горизонтально отклоняющие плас-
тины ЭЛТ.
Зондирующие импульсы (ЗИ) от ГЗИ поступа-
ют через ДУ в исследуемую линию и через ДУ
(ослаблены) на УВО вертикально отклоняют пла-
стины ЭЛТ.
Отраженные неоднородностью линии импульсы
поступают на вход ДУ, усиливаются и подаются на
УВО и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.
Проведение измерений. С помощью измерителя
(например, марки Р5-11) можно определить: ха-
рактер неоднородности; значение неоднороднос-
ти (А, С, Z); расстояние до неоднородности (по-
вреждение); временную задержку; коэффициент
укорачивания; волновое сопротивление; расстоя-
ние до первой большой неоднородности.
Определение характера неоднородности. По виду
рефлектограммы можно определить характер не-
однородности (рис. 10.9).
Определение активных сопротивлений. Актив-
ному сопротивлению соответствуют плохие кон-
такты, плохая изоляция, дополнительная нагруз-
ка, постороннее подключение. Плоская вершина
зондирующего перепада соединяется с верхней
или нижней горизонтальной чертой шкалы ЭЛТ
(нижней - при увеличении волнового сопротив-
ления, верхней - при уменьшении волнового со-
противления). Значение неоднородности вычис-
ляется по номограмме (прилагается к описанию
прибора).
Определение реактивностей типа шунтирующей
емкости и последовательной индуктивности. Тако-
728
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Рис. 10.9. Рефлектограммы простейшей неоднородности:
а, б-плохие контакты, плохая изоляция, последовательная или
параллельная нагрузка; в, г - кабельные дефекты, допуски гнезд,
ошибки размеров конструкции; д, е - случайные обрывы, ко-
роткие замыкания или ошибки элементов конструкции высоко-
частотных узлов
Рис. 10.10. Рефлектограммы реактивных неодно-
родностей:
а - линии с последовательной индуктивностью; б - ли-
нии с параллельной емкостью
Рис. 10.11. Рефлектограммы неоднородностей:
а - линии с последовательной емкостью; б - линии
с параллельной индуктивностью
го рода реактивностям соответствуют кабельные
дефекты, допуски гнезд, ошибки размеров конст-
рукции (рис. 10.10).
Значение емкостной неоднородности опреде-
ляется в соответствии с выражением
С = 2С/0гф/р„ = 2К/1Гф/(100ро),
а индуктивной неоднородности -
— 21/орогф = 2Кппр(|/ф/100 ,
где Кк установленное значение ручки «Коэф, от-
раж., %»; п - значение отсчетов вертикальной шкалы.
Определение реактивностей типа последователь-
ной емкости и параллельной индуктивности.
Такого рода реактивностям соответствуют, на-
пример, ошибки элементов конструкции высоко-
частотных устройств (рис. 10.11).
Оценка неоднородности по значению отражен-
ного сигнала невозможна, однако малые неодно-
родности такого вида, хоть и с меньшей точностью,
/0.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
но могут быть оценены по продолжительности на-
растания отраженного сигнала t0 по выражениям:
г0 = 0,8/ф +7роС1п[0,1гф/2(роС)];
/0 =0,8гф + 7(£/ро)1п[о,1/фр(,/(2£)],
где - длительность фронта зондирующего сиг-
нала.
Значение индуктивности может быть также
оценено по продолжительности интервала време-
ни Az между моментами, соответствующими зна-
чениям напряжений U = 1, U = 0,5 В, измеряе-
мым на спаде осциллограммы: L = p0Az/l,386 .
Целесообразно вспомнить об особенностях
низкочастотного детектора проводных коммуни-
каций «Визир», принцип действия которого ана-
логичный вышеупомянутому измерителю неодно-
родности линии: в линию подается зондирующий
синусоидальный сигнал и происходит регистра-
ция высших гармоник тока, возникающих в полу-
проводниковых элементах подключенного к ли-
нии средства прослушивания.
Другие разновидности анализаторов телефонных
линий. Анализатор телефонных линий SEL SP-18/Т
«Багер-01» обеспечивает выявление любых галь-
ванических подключений к телефонной линии
подслушивающих устройств от места установки до
автоматической телефонной станции независимо
от реактивных неоднородностей линии, некаче-
ственных контактов («ручных скруток») и утечек
тока. Анализатор работает в сторожевом режиме,
постоянно осуществляется контроль нелинейнос-
ти импеданса телефонной линии при разомкну-
том и замкнутом шлейфах, наличия напряжения
ВЧ-навязывания в телефонной линии, наличия
аудиосигнала в линии из-за микрофонного эф-
фекта звонковой цепи телефонного аппарата и па-
раллельного подключения к линии во время теле-
фонных переговоров.
Принцип действия анализатора КОМ-2М ана-
логичный вышеупомянутому SEL SP-18/T [475].
Анализатор телефонной линии семейства «Скат»
(«Скат-3», «Скат-4») предназначен для выявле-
ния несанкционированного подключения к теле-
фонной линии подслушивающих устройств; обес-
печивает световую индикацию несанкционирован-
ных подключений, защиту переговоров, которые
ведутся в помещении, от утечки за счет микро-
фонного эффекта. Стандартным решением для
этих устройств является оформление в корпусе
телефонной розетки.
Универсальный телефонный анализатор TS-12-
это высокочувствительный и точный анализатор,
предназначенный для тестирования обычных и
электронных телефонных систем. Тестирует и вы-
являет все сигналы - даже те, которые исходят от
лампочки или звонка вызова. Применяется для
50-жильной кабельной системы, которая обычно
используется вместе с 5-канальными установка-
ми. Позволяет проводить такие тестирования, как
проверка напряжения при снятой и повешенной
трубке, прослушивание линии, колебание тона, те-
стирование импульса высокого напряжения и раз-
ных видов прослушивания. Все это может быть
выполнено за одну минуту.
Телефонный анализатор ТА17-С использует ряд
электронных тестов для установления попыток
вмешательства в телефонную сеть. Тест высокого
напряжения выявляет высоковольтные мостики,
диодные мостики, емкостные устройства связи,
рычажно-переключающие защитные механизмы.
Омметр с широким диапазоном выявляет устрой-
ства, подключенные через сопротивление. Без ка-
ких-либо дополнительных устройств ТА17-С про-
веряет все типы телефонных аппаратов и систем,
включая одиночные линии, пятилинейные кла-
вишные аппараты, селекторы и телефоны «без
рук». Применяется техника звукового зондирова-
ния, но если трубку на исследуемой линии под-
нимут, то звук автоматически прекратится и раз-
дастся громкий сигнал тревоги.
Телефонное проверочное устройство ТПУ-5ВМ
предназначено для проверки телефонных линий
городских и ведомственных автоматических теле-
фонных станций на «чистоту». Устройство позво-
ляет определить наличие в телефонных линиях
(кроме спаренных) последовательно и параллель-
но подключенных устройств снятия информации.
Кроме того, в состав комплекта входит указатель
телефонного наведения УП-5.
Устройство ТПУ-5ВМ позволяет найти:
последовательно подключенные радиопереда-
ющие устройства (РПУ) с собственным сопротив-
лением от 100 Ом и выше;
параллельно подключенные РПУ с питанием
от незанятой линии и током потребления от
0,5 мА и выше;
параллельно подключенные комбинированные
РПУ;
730
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
параллельно подключенные высокоомные ус-
тройства с собственным сопротивлением до
20 МОм, такие как устройства записи телефон-
ных разговоров, РПУ с собственным источником
«телефонное ухо», пассивные микрофоны и т. п.;
наличие в телефонных проводах высокочастот-
ного сигнала (так называемой «ВЧ-накачки»), ис-
пользуемого для перехвата акустической инфор-
мации из телефонного аппарата в режиме поло-
женной трубки; параметры выявляемого сигнала:
разница напряжений сигнала - от 100 мВ и выше,
частота сигнала - 20-5000 кГц.
Универсальное проверочное устройство проводных
линий ULAN (УЛАН УП-7) предназначено для про-
верки различных проводных коммуникаций, вклю-
чая электрическую сеть 220 В и т. п. Прибор
способен провести соответствующие измерения и
идентифицировать обнаруженные устройства.
Прибор ULAN может работать как в ручном,
так и в автоматическом режимах. В автономном
режиме оператор задает некоторую программу
измерений в виде набора выбранных параметров.
Прибор осуществляет их автоматический контроль,
накапливая информацию в блоке памяти. В даль-
нейшем ее можно передать в персональный ком-
пьютер для анализа и обработки с помощью соот-
ветствующего соединителя Universal Serial Bus -
универсальной последовательной шины.
Прибор ULAN позволяет обнаружить следую-
щие виды негласного подключения в линиях:
телефонных (без отключения от автоматической
телефонной станции):
последовательное подключение с эквивалент-
ным сопротивлением более 30 Ом;
параллельное подключение в режиме «ожи-
дание вызова» с токами потребления более
0,1 мА;
параллельное подключение в режиме «снятая
трубка» с токами потребления более 0,1 мА;
симметричное («ВЧ-подкачка») и несиммет-
ричное («ВЧ-навязывание») подключение вы-
сокочастотных сигналов в линии в диапазо-
не 0,02 30 МГц с эффективным напряжени-
ем более 10 мВ;
подключение низкочастотных сигналов в ди-
апазоне 20-20 000 Гц с эффективным напря-
жением более 10 мВ;
обесточенных:
параллельное подключение с активным со-
противлением более 100 МОм;
последовательное подключение с активным
сопротивлением более 1 Ом;
параллельное подключение через конденса-
тор с постоянной времени более 1 мс;
подключение элементов с выраженной нели-
нейностью от 5 % и выше в диапазоне на-
пряжений 0-100 В;
подключение реактивных элементов с емко-
стью более 10 % от собственной емкости ли-
нии и индуктивностью более 1 Гн;
электросети 220 В:
подключение «сторожевых устройств» с то-
ком потребления более 0,1 мА.
Точность измерения указанных выше парамет-
ров - не хуже 10 %.
Кроме указанного, прибор ULAN позволяет:
измерить напряжение постоянного и перемен-
ного токов в проверяемой линии;
прослушать аудиосигналы в указанной линии
с использованием головных телефонов;
проследить трассу прокладки линии в строи-
тельных конструкциях.
Состав комплекта: анализатор - основной
блок; комплект соединительных кабелей, адап-
теров и соединителей; головные телефоны; ин-
струкция по эксплуатации; указатель проводных
линий УП-7.
В основу работы анализатора проводных ком-
муникаций LBD-50 положен метод нелинейной
локации. Он предназначен для поиска несанк-
ционированных гальванических подключений к
проводным линиям любого назначения. В этом
анализаторе реализован комплекс методов обна-
ружения: исследование нелинейных преобразо-
ваний сигналов, подаваемых в линию, анализ пе-
реходных процессов в линии, измерения пара-
метров линий - ток утечки, сопротивление изо-
ляции.
LBD-50 обнаруживает подключения устройств,
предназначенных для перехвата информации; пе-
редачи материалов перехвата; обеспечения элект-
ропитанием.
Алгоритм обследования, заложенный в этом ана-
лизаторе, исключает срабатывание защитных сто-
рожевых схем в объектах поиска. Входящие в ком-
плект кабели и принадлежности обеспечивают воз-
можность подключения к анализируемым линиям
практически во всех возможных ситуациях, что по-
зволяет выполнять обследование любых проводных
коммуникаций независимо от их назначения.
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Комплект прибора LBD-50 содержит специаль-
ный трассоискатель, позволяющий бесконтактным
способом найти обследуемую линию в распреде-
лительном шкафу, жгуте и т. п.
Его технические характеристики:
тип обнаруживаемых подключений - параллель-
ные и последовательные;
состав обнаруживаемых подключений - нели-
нейные элементы, R, С-элементы;
диапазон измерения токов утечки - от 0,1 до
200 мА;
диапазон измерения сопротивления изоля-
ции - от 100 кОм до 20 МОм;
длина анализируемой линии - от 800 до 50 м, в
зависимости от погонной емкости;
питание - 220 В, 50 Гц;
габаритные размеры - 500 х 400 х 140 мм;
масса - 4 кг.
Преимущества и недостатки анализаторов теле-
фонных линий. К преимуществам применения ана-
лизаторов телефонных линий следует отнести то,
что появляется возможность отследить изменения
параметров линии и своевременно принять меры
для проведения операции по обзору и очистке
линии от возможных подключений.
Недостатки анализаторов телефонных линий:
отсутствие четких критериев оценки несанкцио-
нированного подключения (параметры телефонной
линии могут изменяться во времени в зависимости
от загруженности автоматической телефонной стан-
ции, колебаний напряжения в энергосети);
высокая вероятность ошибочных срабатываний;
невозможность определить все виды подклю-
чений;
существенное снижение вероятности опреде-
ления факта подключения, если телефонная ли-
ния предварительно не проверена на «чистоту».
10.3.3. Индикаторы поля
Простейшими средствами обнаружения радио-
закладок являются индикаторы или детекторы
поля, предназначенные для оперативного выяв-
ления радиопередающих устройств независимо от
используемого вида модуляции [428]. Они явля-
ются ни чем иным как приемниками с очень низ-
кой чувствительностью, поэтому выявляют излу-
чение радиозакладных устройств на очень малень-
ком расстоянии (до 0,4 м), чем и обеспечивается
селекция нелегальных излучений на фоне мощ-
ных сигналов.
Важное преимущество детекторов поля - спо-
собность находить передающие устройства неза-
висимо от вида модуляции. Основной принцип
поиска состоит из выявления абсолютного мак-
симума уровня излучения в помещении. Наилуч-
шие индикаторы поля имеют частотомеры, акус-
тические динамики, режим прослушивания и двой-
ную индикацию уровня сигнала.
Поскольку индикаторы должны реагировать на
уровень электромагнитных излучений, то в них
применяют амплитудные детекторы, которые дают
дополнительный эффект, который позволяет про-
слушивать сигналы от радиомикрофонов с амп-
литудной модуляцией и частично с частотной (за
счет паразитной амплитудной модуляции).
Среди поискового оснащения индикаторы элек-
тромагнитного поля занимают одно из ведущих
мест. При своей относительной простоте, невы-
сокой цене и малых габаритах они позволяют вы-
являть источники практически любых радиосиг-
налов, в том числе сложных: широкополосных, со
скачками частоты, псевдошумовых и др.
Рассмотрим примеры современных индикато-
ров (детекторов) поля.
Детектор поля ST 007 предназначен для обнару-
жения и определения местоположения радиоизлу-
чающих специальных технических средств (РСТС).
К таким средствам, прежде всего, относят: радио-
микрофоны; телефонные радиоретрансляторы; ра-
диостетоскопы; скрытые видеокамеры с передачей
информации по радиоканалу; технические средства
систем пространственного высокочастотного облу-
чения; радиомаяки систем слежения за перемеще-
нием объектов; несанкционированно включенные
радиостанции и радиотелефоны.
Принцип действия ST 007 основан на широко-
полосном детектировании электрического поля.
Прибор дает возможность обнаружения РСТС с
любыми видами модуляции. Имеет два основных
режима работы:
поисковый, для которого характерны:
раздельная индикация непрерывного и им-
пульсного вида сигналов;
индикация частоты принимаемого сигнала;
индикация обнаружения сигналов стандарта
GSM и DECT;
передача частоты радиосигнала на сканиру-
ющий приемник;
132
Ю. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
высокочастотный фильтр;
вычитание фона;
режим мониторинга, для которого характерны:
часы реального времени;
установка расписания работы;
протокол событий (9 банков по 999);
просмотр, сортировка и графический анализ
событий на IBM PC.
Использование режима мониторинга дает воз-
можность обнаружить РСТС с накоплением и пе-
редачей информации в импульсном режиме.
Общее описание:
информация отображается на графическом
ЖК-дисплее с регулируемой подсветкой;
управление прибором производится с помощью
шестикнопочной клавиатуры;
акустический контроль осуществляется посред-
ством головных телефонов либо через встроенный
звуковой излучатель;
питание осуществляется от одной батареи типа
ААА или от блока питания;
расширенный интерфейс настройки и управ-
ления;
выбор русского или английского языка.
Дополнительные возможности:
перепрограммирование устройства;
для замены программного обеспечения (новые
версии, дополнительные возможности) пользова-
телю достаточно подключить ST 007 к своему ком-
пьютеру и с сайта производителя в автоматичес-
ком режиме заменить программное обеспечение.
Применение дополнительного комплекта «уда-
ленная антенна-приемопередатчик» позволяет
пользователю дистанционный контроль электромаг-
нитной обстановки (количество одновременно ра-
ботающих комплектов с одним ST 007 - до десяти),
а также дает возможность подключения дополни-
тельных устройств индикации тревоги и сигнализа-
ции с помощью виброизлучателя, света и звука.
Прибор имеет такие основные технические ха-
рактеристики.
Основной блок:
диапазон частот - 50 2500 МГц;
частота среза ВЧ-фильтра - 400 МГц;
чувствительность по входу:
100-1200 МГц - менее 0, 2 мВ;
1200 2000 МГц менее 0,45 мВ;
чувствительность частотомера менее 15 мВ;
погрешность измерения частоты - ±0,1 %;
динамический диапазон индикатора - 60 дБ;
напряжение питания:
от внутреннего источника питания (батарея
типа ААА) - 1,5 В;
от блока питания - 4 В;
потребляемый ток - 80 мА;
габариты (без антенны) - 85 х 53 х 19 мм;
масса (без батареи) - 0,1 кг.
Комплект удаленной антенны:
рабочая частота 916,5/433,92 МГц;
излучаемая мощность приемопередатчика -
1 мВт;
габариты приемопередатчика - 58 х 31 х 31 мм;
габариты удаленной антенны - 85 х 53 х 19 мм.
Комплектность поставки: основной блок, те-
лескопическая антенна, блок питания, голов-
ные телефоны, соединительный кабель, бата-
рея типа ААА, техническое описание и инст-
рукция по эксплуатации, приемопередатчик
(поставляется дополнительно), до 10 удален-
ных антенн (поставляются дополнительно).
Детектор поля RFC-61 предназначен для обна-
ружения радиопередатчиков и «жучков» в поме-
щениях или автомобиле. Имеет широкий диапа-
зон частот 1 МГц - 3 ГГц. Показывает относи-
тельный уровень сигнала (5 секций). Есть ручка
настройки чувствительности. Питается от встро-
енных аккумуляторов, которые обеспечивают не-
прерывное время работы в течение 8 ч.
Характеристики'.
диапазон частот - 1 МГц - 3 ГГц;
масса 230 г;
размер - 100 х 68 х 41 мм;
сопротивление - 50 Ом BNC;
корпус - алюминиевый с черным анодирова-
нием;
батарея - внутренняя, 600 мА ч;
питание 9 В, 300 мА.
Приемник ближней зоны «Скорпион-2». В 1998 г.
была завершена разработка приемника «Скорпи-
он», который занял достойное место среди порта-
тивных поисковых технических средств. Высокая
оценка, данная специалистами прибору, подтвер-
дила актуальность его создания. Анализ работы
«Скорпиона» и требований потребителей, предъяв-
ляемых к работе такого рода устройств, послужил
толчком к логическому развитию концепции и
появлению приемника «Скорпион-2».
«Скорпион-2» имеет более высокую чувстви-
тельность по всему диапазону частот. Улучшение
схемотехнического решения привело к повыше-
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
733
нию надежности и качества работы прибора, что
позволяет ему сохранять работоспособность в ус-
ловиях сильных электромагнитных полей.
Прибор выполняет следующие основные функ-
ции:
быстрого сканирования во всем диапазоне;
радиотестера на частоте, установленной опера-
тором, - этот режим предназначен для проверки
работоспособности радиоприемников, измерителей
частоты и индикаторов радиоизлучений (поля),
радиопеленгаторов, систем радиомониторинга;
частотомера;
локализации источников излучения в ближней зоне.
Характеристики'.
диапазон принимаемых частот - 30 - 2000 МГц;
чувствительность, мкВ:
в диапазоне 30-1000 МГц - не более 25 мкВ;
в диапазоне 1,0-2,0 ГГц - не более 500 мкВ;
полоса пропускания на промежуточной часто-
те - 200 кГц;
время просмотра диапазона частот до 2000 МГц
при отсутствии сигнала - не более 10 с;
точность измерения и установки частоты - не
более 10 кГц;
диапазон измерения уровня входного сигнала -
не менее 50 дБ;
количество исключаемых каналов приема - 4580;
количество запоминаемых обнаруженных сиг-
налов - 256;
мощность генератора смодулированного сиг-
нала в диапазоне частот до 1,0 ГГц - не более
8 мВт;
габаритные размеры прибора не более 300 х
х 130 х 60 мм;
масса прибора - не более 2 кг;
питание прибора:
через адаптер от сети переменного тока
220 ± 22 В частотой 50 Гц;
от аккумуляторной батареи - напряжением
8,8 10,0 В;
потребляемая мощность прибора - не более
3 Вт;
время непрерывной работы не менее 6 ч;
прибор при эксплуатации должен быть устой-
чив к таким климатическим воздействиям:
температуре окружающей среды - 0...+45 °C;
влажности воздуха - не более 80 %;
прибор при транспортировании должен быть
устойчив к климатическим воздействиям при тем-
пературе -40...50 °C;
прибор в транспортной упаковке должен быть
устойчив к механическим воздействиям;
время наработки на отказ не менее 2500 ч;
срок службы прибора не менее 5 лет.
Портативный индикатор поля предназначен для
обнаружения «радиожучков» и излучения слабо эк-
ранированных СВЧ-печей, а также преднамеренно-
го СВЧ-излучения в помещении, вызывающего сер-
дечно-сосудистые и онкологические заболевания.
Технические характеристики:
диапазон частот - 300 МГц - 16 ГГц;
питание - 9 В («Крона»),
Индикатор поля электрической сети предназна-
чен для выявления низкочастотных источников
электромагнитных излучений, в том числе и ра-
диозакладок, использующих для передачи инфор-
мации сеть 220 В. Индикатор совершенно безопа-
сен для человека, ничего не излучает в окружаю-
щее пространство и не требует замены источни-
ков питания.
Конструктивное исполнение изделия. Индикатор
состоит из блока индикации со шнуром питания.
На верхней панели блока индикации размещен
светодиодный индикатор уровня. На переднюю
панель выведен регулятор чувствительности ин-
дикатора.
Принцип использования изделия. Шнур питания
индикатора включается в розетку электрической
сети. Ручку чувствительности вращают в правую
сторону до тех пор, пока не загорится 2-3 свето-
диода индикатора. Далее для сравнения индика-
тор подключают в другую розетку и сравнивают
показания, чтобы определить источник излучения.
В любой розетке с радиозакладкой уровень сигна-
ла будет в несколько раз выше, чем в соседней
розетке, отстоящей всего на 5-6 м.
Для точного определения источника излучения
необходимо поочередно отключать различные при-
боры, питающиеся от электрической сети. Если
показания светодиодного индикатора не достига-
ют 2 3 зажженных светодиодов при крайне пра-
вом положении ручки чувствительности, то это
свидетельствует об отсутствии источников элект-
ромагнитных излучений в данной розетке (удли-
нителе) по электрической сети 220 В.
Характеристики индикатора. Диапазон частот
индицируемых сигналов 5 кГц - 30 МГЦ. Уро-
вень входных сигналов - 0,1-15 В. Диапазон регу-
лировки уровня входных сигналов - 22 дБ. На-
пряжение питания - 220 В, 50 Гц.
734
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Обнаружитель видеокамер «Алмаз» предназна-
чен для обнаружения микровидеокамер и поиска
утерянных драгоценных камней при огранке. Ра-
ботает в оптическом диапазоне, никакие элект-
ронные помехи или экранирование не являются
препятствием обнаружению.
«Алмаз» выявляет все типы камер: видео; пин-
холы («шпионские»); цифровые; с автоматичес-
ким фокусированием.
«Алмаз» позволит мгновенно обнаружить ка-
меры, скрытые в стенах и потолках, в элементах
интерьера, даже если они находятся в выключен-
ном состоянии.
Технические характеристики'.
выходная мощность лазера - 5-10 мВт;
источник питания - элемент питания напря-
жением 3 В;
время непрерывной работы от батарейки - до
30 ч;
габариты - 50 х 50 х 100 мм.
Часовой индикатор поля замаскирован под
обычные часы. На боковой панели выключатель
«ON OFF» обеспечивает включение индикатора
поля. На задней стенке часов имеется ручка ус-
тановки времени (черная) и регулятор чувстви-
тельности индикатора поля (желтая или белая
ручка). Для проверки наличия источников радио-
излучения в калькуляторах, ручках и т. д. необ-
ходимо поразмахивать ими вблизи часового ин-
дикатора поля. Если при этом индикатор не бу-
дет вспыхивать, то это в большинстве случаев
свидетельствует об отсутствии в них радиопере-
датчика.
Батарея часового механизма работает незави-
симо от индикатора поля. Индикатор поля пита-
ется от аккумуляторной батареи. Зарядка аккуму-
ляторной батареи производится специальным за-
рядным устройством в течение 3-4 ч. Разъем для
подключения зарядного устройства находится на
нижней панели корпуса.
Часовой индикатор поля обеспечивает:
индикацию трансляции разговора из помеще-
ния через средства мобильной связи посетителей;
индикацию активизации своего мобильного теле-
фона для подслушивания разговоров в помещении;
индикацию работы передатчиков современных
видеокамер СВЧ-диапазона;
индикацию радиооблучения мощным источни-
ком СВЧ-радиосигнала, вызывающим расстрой-
ство здоровья персонала помещения.
Характеристики прибора'.
диапазон индицируемых частот - 60 МГц -
9,5 ГГц;
напряжение часовой батареи - 1,5 В;
напряжение питания аккумуляторной бата-
реи - 3,6 В;
ток потребления индикатора поля в пассивном
режиме - 0,5 мА;
ток потребления индикатора поля в активном
режиме - 38 мА;
емкость аккумуляторной батареи - 300 мА-ч;
ток заряда зарядного устройства - 90-100 мА.
Индикатор поля Protect 1205 предназначен для
решения следующих задач:
поиска активных передатчиков по радиоканалу;
определения работающих на передачу мобиль-
ных телефонов;
определения наличия вредных излучений от
подавителей мобильных телефонов или дикто-
фонов;
определения наличия вредных излучений бы-
товой техники.
Характеристики Protect 1205'.
диапазон частот - 50-2400 МГц;
заводская настройка для работы в городских
условиях:
конструктивное выполнение в виде шариковой
ручки - не привлекает внимание; может носиться
в нагрудном кармане рубашки или пиджака; очень
удобен для проведения проверки во время ве-
дения деловой беседы, за обедом или в чужом
офисе;
световая индикация уровня излучения;
дополнительный индикатор высокого уровня
излучения;
индикатор цифровых передатчиков;
питание от батареи ААА;
потребляемый ток - 50 мА;
время работы от одной батареи -8 ч.
Органы управления:
индикатор высокого уровня излучения вклю-
чается, когда уровень поля таков, что светятся
4 деления шкалы мощности излучения. Он пред-
назначен для скрытой сигнализации о высоком
уровне излучения; полезен, если детектор носит-
ся в кармане. Обычно «High Power» включается в
непосредственной близости от «жучка» или вклю-
ченного мобильного телефона. Среднее расстоя-
ние до включенного мобильного телефона состав-
ляет 1 3 м;
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
735
антенна служит для приема электромагнитных
волн. Для защиты от статического электричества
выполнена внутри пластикового колпачка. Для
поиска необходимо направлять антенну на обсле-
дуемый объект;
индикатор цифровой передачи данных светит-
ся, если обнаружена цифровая передача данных.
Это обычно излучения стандарта GSM/DECT, но
могут быть и «жучки» с нестандартной передачей
данных;
индикатор уровня излучения отображает теку-
щий уровень электромагнитного излучения и по-
могает определить месторасположение передатчи-
ка. Для определения месторасположения передат-
чика необходимо перемещать детектор в обследу-
емой зоне и следить за показаниями индикатора.
Обычно на индикаторе не светится ни один сег-
мент, но иногда в случае наличия рядом мощных
легальных источников излучения (ретрансляторы
мобильной связи и т. п.) или массивных металли-
ческих предметов может светиться один или два
сегмента индикатора;
гнездо для вставки батареи - для замены бата-
реи это кольцо вращается против часовой стрел-
ки. Используются только батареи LR03 (ААА).
Наиболее продолжительна работа детектора при
использовании алкалайновых батарей;
ручка включения/выключения детектора. Для
включения прибора следует нажать на ручку и
вращать ее по часовой стрелке. Должны совпасть
маркеры на детекторе и ручке включения. Для
выключения прибора ручка вращается против ча-
совой стрелки.
Индикатор поля - частотомер SEL SP-71 «Оберег»
предназначен для мгновенного обнаружения любых
источников радиоизлучения: радиомикрофонов, в том
числе носимых, радиостанций, а также работающих
сотовых телефонов стандарта GSM и DECT.
Его характеристики:
малогабаритность;
отсутствие внешней антенны;
реализован алгоритм адаптивного цифрового
фильтра для снижения вероятности ложных сра-
батываний;
наличие бесшумной индикации (виброзвонок);
камуфляж (конструктивно выполнен в корпу-
се пейджера);
чувствительность - не менее 100 мВ/м;
динамический диапазон индикатора уровня -
не менее 40 дБ;
Таблица 10.6. Основные характеристики некоторых индикаторов поля
Модель Диапазон частот, МГц Акустическая завязка Индикация Примечания
D006 50-1000 Есть Светодиодная шкала; звуковая с воз- можностью выключения Сертификат Гостехкомиссии Российской Федера- ции
D008 50-1500 Есть Светодиодная шкала; звуковая Объединенный с приемником для проверки про- водных коммуникаций (до 500 В; 0,05-7 МГц)
РТ022 10-1000 Есть Стрелочный индикатор; звуковая Встроены полосные и режекторные фильтры
РТ025 10-1000 Есть ЖК-дисплей, звуковая Аналог РТ022 4 - встроенные фильтры
RM-10 80-8000 Нет Световая, звуковая с возможностью выключения Потайного ношения (портмоне)
R-finder 20-1300 Нет Световая, звуковая Миниатюрный
PIF-2 30-2500 Нет Стрелочный индикатор; звуковая Встроены режекторные фильтры, таймер
Сканер-2 30-2500 Есть Стрелочный индикатор; звуковая Встроены полосные и режекторные фильтры
ИПФ-6 30-2500 Есть Световая, звуковая с возможностью выключения Аналог «Сканер-2» + частотомер
ДИ-04 20-1000 Есть Световая, звуковая с возможностью выключения Режимы: дежурный и поисковый. Тестовый зву- ковой генератор
736
10. БЕЗОПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Продолжение табл.10.6
Модель Диапазон частот, МГц Акустическая завязка Индикация Примечания
ди-к 60-1000 Нет Световая Закамуфлированный в настольные часы
иэп 60-1500 Нет Световая, звуковая с возможностью выключения Миниатюрный
BLOOD- HOUND 20-800 Есть Световая, звуковая Закамуфлированный в чемодан
виды индикации - виброзвонок, световая, зву-
ковая отключаемая;
время обнаружения -5 с;
питание - 1,5 В (батарея ААА );
непрерывное время работы - 5-24 ч (в зависи-
мости от режима работы);
габариты - 60 х 40 х 18 мм;
масса (без батареи) - не более 40 г.
Основные характеристики некоторых других
индикаторов поля перечислены в табл. 10.6.
Например, индикатор поля BLOODHOUND
разрешает фиксировать наличие местных радио-
излучений в помещениях, автомобилях и т. д.,
локализовать с погрешностью до 10 15 см место-
положение источников маломощных излучений.
Комплект содержит детектор радиоизлучений и
тестовый транслятор (имитатор передатчика). Тех-
нические характеристики: дальность выявления -
8 м, питание - 9 В, модуляция - FM.
10.3.4. Сканирующие приемники
Радиоприемные устройства являются более
сложными и надежными средствами выявления
радиозакладок, чем индикаторы поля и частото-
меры, но они должны удовлетворять следующим
условиям:
иметь возможность настройки на частоту ра-
боты радиомикрофонов;
иметь возможность выделять нужный сигнал
по характерным признакам на фоне помех;
иметь возможность демодулировать разные
виды сигналов.
Для решения первой задачи следует помнить,
что радиомикрофоны работают в диапазоне от 20
до 1500 МГц, таким образом, прием должен пере-
крывать весь этот частотный диапазон.
Для решения второй задачи приемник должен
иметь полосу пропускания (A/i,), которая прибли-
зительно равна ширине спектра сигнала, и хоро-
шую избирательность сигнала.
Для решения третьей задачи следует по-
мнить, что радиозакладки могут иметь ампли-
тудную модуляцию (AM), узкополосную (NFM)
и широкополосную (WFM) частотную модуля-
цию, амплитудную однополосную модуляцию
(SSB) с режимом приема верхней боковой по-
лосы (USB) и нижней боковой полосы (LSB),
а также модуляцию для передачи телеграфных
сигналов (CW).
Рассмотрим, к примеру, сканирующий прием-
ник AR-5000.
Сканирующий приемник AR-5000 японской фир-
мы AOR Ltd получил высокую оценку специалис-
тов благодаря ряду уникальных характеристик:
широкой полосе рабочих частот, высокой скорос-
ти сканирования (CyberScan), набору переключа-
емых полос пропускания приемника как по вто-
рой и третьей полосе частот, так и по звуковой
частоте, автоматическому конфигурированию
входных преселекторных цепей, включая функцию
подключения предусилителя и аттенюатора.
В середине 2003 г. выпущена новая модифика-
ция приемника AOR AR-5000A, основные отли-
чия которого: расширенный диапазон 0,01
3000 МГц; увеличен объем памяти; улучшенная
работа с магнитофоном.
Описание прибора'.
широкий диапазон - 0,01-3000 МГц с сохране-
нием высокой чувствительности во всем диапа-
зоне;
малые габариты и масса для данного типа уст-
ройств 217 х 100 х 260 мм, 3,5 кг;
высокая стабильность частоты температур-
ная нестабильность ТСХО ±1,5 • 10^ в диапазо-
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
737
не температур О °C ... +50 °C; старение - ±1 • 106
за год;
программируемый шаг перестройки - от 1 Гц
до 1 МГц для всех режимов;
функция автоматической подстройки часто-
ты - AR-5000 подстраивается на частоту прини-
маемого сигнала;
большой дисплей отображает много различной
информации (частота, режим, АРУ и т. д.), сим-
вольно-цифровые комментарии, которые также
могут быть сохранены в памяти для идентифика-
ции данных;
аналоговый индикатор позволяет следить за
относительной величиной сигнала;
имеет автоматически или вручную включаемый
предусилитель или аттенюатор;
настройка удобна - предусмотрено несколько
методов ввода частоты (с клавиатуры, с помощью
двух ручек настройки);
виды модуляции AM, FM, SSB (USB, LSB), CW;
номинальные полосы пропускания приемни-
ка - 500 Гц (опция); 3 кГц; 6 кГц; 15 кГц,
30 кГц; ПО кГц; 220 кГц;
режим автоматической установки вида моду-
ляции и шага перестройки частоты по рабочему
диапазону;
полное восстановление несущей в режиме SSB,
улучшающее качество приема;
тройное преобразование частоты Fi4 = 622 МГц;
10,7 МГц; 455 кГц;
типы сканирования и просмотра: программи-
руемое; диапазонное; по каналам памяти; по ви-
дам сигнала (голос, тон, CTCSS, DTMF); по груп-
пам каналов памяти; приоритетное; с автомати-
ческой записью частот;
время задержки регулируется. Система «поис-
ка голоса» позволяет пропускать немодулирован-
ные и шумовые сигналы;
2000 ячеек памяти в 40 банках - каждой ячейке
памяти и банку памяти можно присвоить имя -
комментарий длиной до 8 символов; 20 банков
просмотра с автозаписью частот;
разъемы:
порт RS232 для связи с компьютером;
BNC-выход промежуточной частоты 1F =
= 10,7 МГн и BNC-вход опорной частоты
STDin = 10 МГц;
разъемы АСС1 и АСС2;
два переключаемых антенных разъема N-типа
и PL-типа;
гнезда для наушников и внешнего громкогово-
рителя;
гнездо «MUTE» при использовании AR-5000 с
передатчиком;
питание AR-5000 от источника напряжением
12-16 В, ток 1 А (входит в комплект);
выходная звуковая мощность - 1,7 Вт на на-
грузке 8 Ом.
Аксессуары:
DA3000 дискоконусная антенна 25-2000 МГц;
МА500 - компактная VHF/UHF антенна на
магнитном основании;
CR5000 - кабель для внешнего магнитофона;
СТ5000 - CTCSS - модуль, встраиваемый;
SDU5500 —панорамный индикатор спектра;
DS8000 —аналоговый демаскиратор речевых
сигналов;
фильтры Коллинза:
MF6 (AM/FM 5,5 кГц/3 дБ; 11 кГц/60 дБ);
MF2,5 (SSB 2,5 кГц/3 дБ; 5,2 кГц/60 дБ);
MF500 (CW 500 Гц/3 дБ; 2 кГц/60 дБ).
Технические характеристики сканирующего при-
емника AR-5000 приведены ниже и в табл. 10.7.
Диапазон частот, МГц........0,01-3000
Виды модуляции.........SSB(USB, LSB),
AM, CW. FM
Скорость сканирования,
канал/с............................45
Напряжение питания, В...........12-16
Ток потребления, А..................1
Таблица 10.7 Чувствительность сканирующего приемника
AR-5000, мкВ, по видам модуляции
Диапазон, МГц ДМ, 6 кГц SSB/CW, 3 кГц FM, 15 кГц FM, 220 кГц
0,01-0,04 63 17,7 - -
0,04-0,1 4,46 1,25 - -
0.1-2 2,23 0,40 - -
2 40 1,25 0,40 0,56 1,58
40-1000 0,63 0,3 0,4 1,28
1000-3000 0,63 0,3 0,36 0,89
Примечание. AM при 10 дБ S/N; SSB, CW, FM при
10 дБ SINAD.
47 8-470
738
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.8. Основные характеристики некоторых сканирующих приемников
Параметр AR-3000A IC-R7100 IC-R8500 AR-8000 XPLORER
Диапазон частот, МГц 0,1-2036 25-2000 0,1-2000 0,5-1900 30-2000
Чувствительность, мкВ, в зависимости от диапазона и вида модуляции 0,25-3,0 0,2-1,6 0,2-3,6 0,35-3,0 —
Количество каналов 400 999 1000 1000 500
Шаг сканирования, кГц 50-1000 (переменный) 0,1-1000 (переменный) - 50-1000 (переменный) -
Скорость сканирования, канал/с - - 10-40 - 30-2000
Полоса пропускания, кГц 2,4; 12; 180 - - -
Виды модуляции AM; NFM; WFM; USB;LSB AM; NFM; WFM; FM; USB;LSB AM; NFM; WFM; CW; USB; LSB AM; NFM; FM; USB; LSB FM
Интерфейс ПЭВМ Есть Есть Есть Есть Есть
Запись частот в память - Есть Есть - Есть
Индикатор уровня сигнала LCD Стрелочный Стрелочный - Нет
Автопуск Нет Есть Есть - Есть
Питание, В =12 -220; =12 -220 =9...-16; 4,8 (аккумулятор) =7,2 (аккумулятор)
Габаритные размеры, мм 200 х 138x80 - 309 х 287 х 12 - 140x70x45
Масса, г 1200 6000 7000 - 250
Примечание. Интерфейс ПЭВМ имеется в каждом сканирующем приемнике (= - постоянный, — переменный ток).
Другие сканирующие приемники обеспечивают
работу в ручном и полуавтоматическом режи-
мах, причем наиболее сложные модели дают воз-
можность в комплекте с ПЭВМ и специализи-
рованными управляющими программами созда-
вать автоматизированные комплексы радиомо-
ниторинга. Работа в ручном режиме позволяет
настраиваться на каждую частоту и прослуши-
вать сигналы с разными видами модуляции.
В полуавтоматическом режиме сканирования
приемник автоматически перестраивается по ча-
стоте до появления сигнала, превышающего за-
ранее установленный уровень, и дальнейший
запуск вырабатывается по команде пользовате-
ля [428].
Возможности автоматизированных комплексов,
в основном, определяются характеристиками
управляющих программ и существенным обра-
зом расширяют возможности приемников.
Основные характеристики некоторых сканиру-
ющих приемников перечислены в табл. 10.8.
10.3.5. Многофункциональные
поисковые системы
Автоматизированный комплекс обнаружения ра-
диоизлучений АКОР-1 является профессиональной
многофункциональной системой, предназначен-
ной для:
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
—
проверки помещения, электросети, телефонных
линий и других коммуникаций на наличие уст-
ройств негласного съема речевой информации;
контроля рабочего места руководителя, отдель-
ных кабинетов или всего офиса от появления уст-
ройств съема, использующих дистанционное вклю-
чение или кратковременную работу, а также вно-
симых на время проведения совещания, перего-
воров и др. закрытых мероприятий;
выявления каналов утечки информации от
средств оргтехники, связи и другой аппаратуры по
электромагнитному полю.
Благодаря внедрению оптимальных методов
обнаружения и анализа сигналов (быстрое свип-
пирование по диапазону, пространственная селек-
ция сигналов, корреляционная обработка по тест-
сигналу или звуковому фону, анализ сигналов по
гармоникам, звуковое зондирование, ведение по
контролируемым объектам архивов данных по
сигналам) комплекс обеспечивает:
гарантированное обнаружение любых средств
съема информации, использующих в том числе
закрытые виды модуляции (инверсия спектра,
дельта-модуляция, шумоподобный сигнал, циф-
ровая передача) и скачкообразное изменение час-
тоты;
автоматическую работу без ее демаскирования
и без ложных срабатываний на посторонние сиг-
налы;
подключение генератора автоматического по-
давления устройств съема информации;
использование в стационарном и мобильном
вариантах.
Состав базового варианта комплекса:
приемно-анализирующее устройство, состоя-
щее из РПУ АК.5000 - для мобильного варианта
или АК.8000 - для портативного варианта; быст-
родействующего блока панорамного обзора; бло-
ков 4-канальных ВЧ- и НЧ-коммутаторов и НЧ-
усилителя; генератора тест-сигнала; блока пита-
ния;
широкополосная антенна (2 шт.), звуковые дат-
чики (4 шт.);
сетевой адаптер, комплект монтажных кабе-
лей;
специальное программное обеспечение;
техническое описание и инструкция по эксп-
луатации;
стационарная или портативная ПЭВМ не хуже
Pentium-200/l 6/2.1;
Таблица 10.9. Технические характеристики поискового
комплекса АКОР-1
Характеристика Значение Примечание
Диапазон рабочих частот (для АК.5000), МГц 0,01-2600 Возможно расширение диапазона
Скорость анализа частотного диапазона, МГц/с 50 -
Чувствительность в автомати- ческом режиме, мкВ 1-3 -
Дальность действия в автома- тическом режиме, м 50 Для излучате- ля мощностью 50 мкВт
Точность определения место- положения в автоматическом режиме, м ±0,1 -
Среднее время обнаружения, с, не более: при первичной проверке по- мещения при контроле помещения 300 20-30 -
Масса (без учета ПЭВМ), кг: мобильный вариант портативный вариант 9 5 Без аккумуля- тора
Габариты (без учета ПЭВМ), мм: мобильный вариант портативный вариант 460x335x120 420x230x55 —
Электропитание, В 220 ± 12 -
аккумуляторная батарея емкостью 4 А/ч и за-
рядное усгройство.
Технические характеристики комплекса АКОР-1
перечислены в табл. 10.9.
Профессиональная мониторинговая программа
«Филин-98» предназначена для создания на ее ос-
нове программно-аппаратных комплексов поиска
и локализации средств несанкционированного
съема акустической информации.
740
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
В состав комплекса входят аппаратные сред-
ства, непосредственно осуществляющие поиск
средств несанкционированного излучения и уп-
равляющая программа «Филин-98». В качестве
аппаратных средств может использоваться любой
сканирующий радиоприемник из широкой номен-
клатуры радиоприемных средств фирм ICOM и
AOR Со. Ltd, а также радиоприемники WiNRADiO.
Кроме того, в качестве аппаратных средств могут
использоваться анализаторы спектра (типа ESA-
L1500, серии 859 фирмы «Hewlett Packard») или
специально разработанные устройства быстрого
панорамного анализа (аналоги анализатора спек-
тра). Во втором случае скорость и качество поис-
ка существенно возрастают. Управление аппарат-
ными средствами, съем, хранение, обработка и
представление данных, управление всеми режи-
мами работы комплекса осуществляются управ-
ляющей программой «Филин-98».
В программе реализовано большинство извест-
ных в настоящее время алгоритмов обнаружения
радиозакладок, используемых в комплексах
OSCOR 5000, АРК-Д1, АРК-ДЗ, RS-1000 и дру-
гих, что обеспечивает высокую вероятность обна-
ружения средств несанкционированного съема
информации при низком уровне ложной тревоги.
Важная особенность программы - реализация кон-
цепции единого рабочего экрана, содержащего
в себе всю необходимую информацию, что из-
бавляет пользователя от необходимости открывать
иерархическую систему окон и повышает эффек-
тивность работы.
Для идентификации радиозакладок в програм-
ме используются различные типы тестов: активный,
пассивный, параметрический и тест на наличие гар-
моник. Если имеется специализированная аппара-
тура быстрого панорамного анализа, то становятся
доступны еще два теста, реализованные на базе этой
аппаратуры: внешний активный и внешний пас-
сивный. Результат выполнения каждого теста не-
сет в себе достаточно полную информацию о на-
личии или отсутствии радиозакладки. Комплекс-
ное использование тестов позволяет добиться го-
раздо большей вероятности обнаружения при
меньшей вероятности ложной тревоги.
Программа может без участия оператора осу-
ществлять все необходимые для оптимального ре-
шения задач установки параметров используемой
аппаратуры и функции управления вплоть до пред-
ставления конечных результатов, оставляя для
пользователя только функцию первоначального
определения конфигурации комплекса. Таким
образом, даже не очень квалифицированный опе-
ратор может получать надежные и достоверные
результаты. Все это дает возможность утверждать,
что программой полностью реализуется основной
принцип автоматической работы оборудования:
«включил - получил результат».
С другой стороны, программа обладает гибким,
информативным интерфейсом, отображающим
процесс работы комплекса, характеристики сиг-
налов, промежуточные результаты их анализа и
позволяющим квалифицированному оператору при
желании самому проводить детальный анализ при-
нимаемых сигналов по их спектральным состав-
ляющим, осциллограммам, корреляционным фун-
кциям и другим характеристикам. Данная особен-
ность программы позволяет использовать ее и для
решения широкого круга прикладных задач ра-
диомониторинга. В число таких задач входит:
накопление данных о радиоэлектронной обста-
новке и обнаружение новых сигналов;
контроль частот радиоэлектронных средств или
систем радиосвязи с различными параметрами
излучаемого сигнала (видом модуляции, шириной
спектра, уровнем в точке приема и др.);
оценка электромагнитной совместимости ра-
диоэлектронных средств, загрузки частотных диа-
пазонов и интенсивности использования фикси-
рованных частот;
анализ индивидуальных особенностей спектра
отдельного сигнала;
контроль выполнения ограничений на исполь-
зование радиоэлектронных средств, соблюдения
правил радиообмена;
выявление информативных электромагнитных
излучений, возникающих при работе вычислитель-
ной техники, средств связи, оргтехники;
оценка эффективности использования техни-
ческих средств зашиты информации и др.
Индикатор посторонних электрических сигналов
ПСЧ-5 выполняет следующие функции:
исследование электрических сигналов в про-
водных системах, силовых и слаботочных сетях;
выявление акустических и вибрационных ка-
налов утечки речевой информации и устройств,
подслушивающих информацию в ИК-диапазоне.
В комплект поставки входят: поисковое уст-
ройство, контрольное озвучивающее устройство,
выносной микрофон, выносной вибродатчик, вы-
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
741
носной ИК-детектор, головные телефоны, кабель
для силовых сетей, кабель для слаботочных ли-
ний, щупы электрические, элементы питания.
Многофункциональный поисковый прибор ST 031
«Пиранья» может работать в следующих режимах:
высокочастотного детектора-частотомера;
сканирующего анализатора проводных линий;
детектора ИК-излучений;
детектора низкочастотных магнитных полей;
виброакустического приемника;
акустического приемника;
ведущего акустического приемника.
Переход прибора в каждый из режимов осуще-
ствляется автоматически при подключении со-
ответствующего преобразователя, входящего в
комплект. Управление прибором осуществляется
с помощью шестнадцатикнопочной пленочной
клавиатуры. «Пиранья» позволяет обрабатывать по-
ступающие низкочастотные сигналы в режиме
осциллографа или спектроанализатора с индика-
цией численных параметров.
В состав прибора входят: основной блок
управления, обработки и индикации; антенны те-
лескопическая и ВЧ; адаптер сканирующего ана-
лизатора, проводных линий; насадки типа «Игла»,
«Крокодил» и «220»; кабель; магнитный датчик;
инфракрасный датчик; акустический датчик; виб-
роакустический датчик; переходник; головные те-
лефоны; элемент питания.
Назначение прибора ST 031 «Пиранья». С его ис-
пользованием возможно решение следующих кон-
трольно-поисковых задач:
выявление факта работы (обнаружение) и ло-
кализация местоположения радиоизлучающих спе-
циальных технических средств, создающих потен-
циально опасные, с точки зрения утечки инфор-
мации, радиоизлучения. К таким средствам, преж-
де всего, относят:
радиомикрофоны;
телефонные радиоретрансляторы;
радиостетоскопы;
скрытые видеокамеры с радиоканалом переда-
чи информации;
технические средства систем пространственного
высокочастотного облучения в радиодиапазоне;
технические средства передачи изображения с
монитора ПЭВМ по радиоканалу;
радиомаяки систем слежения за перемещени-
ем объектов (людей, транспортных средств, гру-
зов и т. п.);
несанкционированно включенные радиостан-
ции, радиотелефоны и телефоны с радиоудлини-
телем;
технические средства обработки информации,
работа которых сопровождается возникновением
побочных электромагнитных излучений (элемен-
ты физической архитектуры ПЭВМ, факсы, ксе-
роксы, некоторые типы телефонных аппаратов и
т. п.);
обнаружение и локализация местоположения
специальных технических средств, работающих с
излучением в инфракрасном диапазоне. К таким
средствам, в первую очередь, относят:
закладные устройства добывания акустичес-
кой информации из помещений с ее после-
дующей передачей по каналу в инфракрас-
ном диапазоне;
технические средства систем пространствен-
ного облучения в инфракрасном диапазоне;
обнаружение и локализация местоположения
специальных технических средств, использующих
для добывания и передачи информации провод-
ные линии различного предназначения, а также
технических средств обработки информации, соз-
дающих наводки информативных сигналов на ря-
дом расположенные проводные линии или стека-
ние этих сигналов в линии сети электропитания.
Такими средствами могут быть:
закладные устройства, использующие для пе-
редачи перехваченной информации линии
сети переменного тока 220 В и способные
работать на частотах до 15 МГц;
ПЭВМ и другие технические средства изго-
товления, размножения и передачи инфор-
мации;
технические средства систем линейного вы-
сокочастотного навязывания, работающие на
частотах свыше 150 кГц;
закладные устройства, использующие для пе-
редачи перехваченной информации абонент-
ские телефонные линии, линии систем по-
жарной и охранной сигнализации с несущей
частотой свыше 20 кГц;
обнаружение и локализация местоположения
источников электромагнитных полей с преобла-
данием (наличием) магнитной составляющей поля,
трасс прокладки скрытой (необозначенной) элек-
тропроводки, потенциально пригодной для уста-
новки закладных устройств, а также исследование
технических средств, обрабатывающих речевую
742
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
информацию. К числу таких источников и техни-
ческих средств принято относить:
выходные трансформаторы усилителей зву-
ковой частоты;
динамические громкоговорители акустичес-
ких систем;
электродвигатели магнитофонов и диктофо-
нов;
выявление наиболее уязвимых мест с точки зре-
ния возникновения виброакустических каналов
утечки информации, а также оценка эффективно-
сти систем виброакустической защиты помещений;
выявление наиболее уязвимых мест с точки
зрения возникновения каналов утечки акустичес-
кой информации, а также оценка эффективности
звукоизоляции помещений.
Описание режимов работы прибора. Каждый из
режимов работы прибора «Пиранья» характеризу-
ется набором только ему присущих свойств и ос-
новных, изначально заложенных, возможностей.
Ниже представлено их краткое описание.
В режиме высокочастотного детектора-часто-
томера прибор обеспечивает прием радиосигна-
лов в диапазоне от 30 до 2500 МГц в ближней
зоне (в пределах объекта спецработ), их детекти-
рование и вывод для слухового контроля и анали-
за в виде чередующихся тональных посылок (щелч-
ков), либо в виде явных фонограмм при их про-
слушивании как на встроенном громкоговорите-
ле, так и на головных телефонах.
В каждый конкретный момент времени на фоне
реальной помеховой обстановки принимается и
детектируется наиболее мощный из всех радио-
сигналов в рабочем диапазоне. Его уровень отно-
сительно установленного порога детектора отобра-
жается на двухстрочном индикаторе с 40-сегмент-
ной шкалой в верхней части жидкокристалличес-
кого дисплея.
Различие в использовании двух шкал состоит в
следующем: верхняя шкала индицирует усреднен-
ные значения продетектированного сигнала, а
нижняя - его пиковые значения. Соответствен-
но, в верхней строке будут преобладать сигналы с
постоянной несущей частотой (без модуляции,
частотно-модулированные), а в нижней - близ-
кие к импульсным видам сигналов (например,
сигналы с амплитудной и импульсной модуляци-
ей). Наличие индикации на двух шкалах говорит
о смешанном виде сигнала на входе детектора (на-
пример, телевизионный сигнал).
В случае уверенного приема сигнала с заведо-
мо известными параметрами индицируется над-
пись идентификации сигнала под цифровой шка-
лой уровня сигнала. Возможна индикация обна-
ружения сигналов следующих стандартов: GSM
(надпись «GSM»), DECT (надпись «DECT»).
В зависимости от условий и целей проведения
контрольно-поисковых работ существует возмож-
ность выбора и установки необходимого (наибо-
лее рационального) порога детектора.
Одновременно осуществляется измерение те-
кущих значений частоты принятого радиосигнала
и определение наиболее устойчивого ее значения
(для сигналов с постоянной несущей частотой).
И те, и другие значения в явном виде отобража-
ются на экране дисплея.
Для качественной оценки степени изменчивос-
ти частоты принимаемого радиосигнала использу-
ется специальная вычислительная процедура, ре-
зультаты которой отображаются на экране дисплея
в виде тонкой горизонтальной линии динамически
изменяющейся длины непосредственно над циф-
ровыми символами текущих значений частоты при-
нимаемого сигнала (зависимость длины линии и
стабильности частоты - обратно пропорциональ-
ная, т. е. чем выше изменчивость частоты радио-
сигнала, тем короче длина индицирующей линии).
Технические характеристики режима высокоча-
стотного детектора-частотомера:
диапазон рабочих частот - 30-2500 МГц;
чувствительность:
не хуже 2 мВ в диапазоне 200-1000 МГц;
не хуже 4 мВ в диапазоне 1000-1600 МГц;
не хуже 8 мВ в диапазоне 1600-2000 МГц;
динамический диапазон - 60 дБ;
чувствительность частотомера - не хуже 15 мВ
в диапазоне 100-1200 МГц;
точность измерения частоты - ± 0,1 МГц.
Рассмотрим порядок управления прибором в
режиме высокочастотного детектора-частотомера.
1. Подключить телескопическую антенну, ис-
пользуя переходник, или высокочастотную антенну
к разъему «RE ANT».
2. Включить питание прибора. Установка «ну-
левого» порога детектора осуществляется при
включении автоматически.
3. В случае необходимости, нажатием кнопок
« < » или « ► » установить порог детектора вруч-
ную, руководствуясь показаниями дополнитель-
ной шкалы «min-----1---max». Если потребуется,
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
нажатием кнопки «*» вернуться к автоматической
установке порога.
4. Визуально по количеству полностью окра-
шенных элементов индикаторов уровня сигнала и
«на слух» по частоте щелчков во встроенном гром-
коговорителе или головных телефонах оценить
уровень принимаемого сигнала.
5. При необходимости, нажатием кнопки «SET»
установить нужные границы динамического диа-
пазона: -8...+16) дБ; -8...+32 дБ; 8...+48 дБ.
6. Нажать кнопку «RUN/STOP» и остановить
(при необходимости) динамические измерения
уровня и частоты радиосигнала. Повторным на-
жатием этой кнопки возобновить динамические
измерения.
7. Нажать кнопку «ENTER» (перевод звуковой
индикации в режим «AUD»), прослушать наличие
и содержание потенциально опасных модулиро-
ванных радиоизлучений.
8. Нажатиями кнопок «+» и «-» установить не-
обходимую громкость выводимого либо на встро-
енный громкоговоритель, либо на головные теле-
фоны звукового сигнала (тонального или демоду-
лированного).
9. Нажать кнопку «OSC» и перейти (при необ-
ходимости) к осциллографическому контролю
параметров сигнала.
10. Нажать кнопку «SA» и перейти (при необ-
ходимости) к анализу спектра демодулированного
сигнала.
11. В случае сбоев в работе нажать кнопку
«RESET» и осуществить перезапуск прибора.
В режиме сканирующего анализатора провод-
ных линий прибор обеспечивает прием и отобра-
жение параметров сигналов в проводных линиях
различного предназначения (электрической сети,
телефонной сети, вычислительных сетей, пожар-
ной и охранной сигнализации и т. п.) как обесто-
ченных, так и находящихся под напряжением (по-
стоянным или переменным) до 600 В.
Подключение прибора ST 031 «Пиранья» к ана-
лизируемой линии производится через универсаль-
ный адаптер с комплектом насадок типа «220»,
«Крокодил» и «Игла». Кроме того, адаптер осна-
щен устройством ослабления сигналов по входу,
которое включается, при необходимости, специ-
альным переключателем на корпусе адаптера, а
также двумя светодиодами для индикации нали-
чия в проводной линии переменного или посто-
янного напряжения.
Прием сигналов осуществляется путем авто-
матического или ручного сканирования в частот-
ном диапазоне до 15 МГц. Шаг перестройки фик-
сированный и составляет 5 кГц и 1 кГц при авто-
матическом и ручном сканировании соответ-
ственно.
Для адаптации настройки прибора к условиям
и задачам контрольно-поисковых работ предус-
мотрена возможность выбора направления и ско-
рости автосканирования, а также два варианта ус-
тановки необходимых границ диапазона пере-
стройки (задание начальной и конечной частоты
или задание центральной частоты перестройки и
ширины диапазона).
Классификация сигналов в контролируемых
проводных линиях осуществляется на основе ана-
лиза автоматически выводимой на экран дисплея
панорамы (диаграммы), отображающей частотные
составляющие спектра принятого сигнала и его
уровень на каждой из них. При осуществлении
ручного сканирования (точной настройки) допол-
нительно обеспечивается возможность непосред-
ственного слухового контроля принятого сигнала
путем вывода его на встроенный громкоговори-
тель или головные телефоны.
Технические характеристики режима сканиру-
ющего анализатора проводных линий:
диапазон сканирования - 0,01-15 МГц;
чувствительность, при отношении сигнал/шум
10 дБ - менее 0,5 мВ;
шаг сканирования - 5(1) кГц;
скорость сканирования - 50-1500 кГц/с;
полоса пропускания - 10 кГц;
избирательность по соседнему каналу - 30 дБ;
режим детектирования - AM, ЧМ;
допустимое напряжение в сети - 600 В.
Рассмотрим порядок управления прибором
«Пиранья» в режиме сканирующего анализатора
проводных линий.
1. Подключить сетевой адаптер к разъему
«PROBES», а его щупы - к проводной линии (ли-
нии электросети с напряжением до 600 В).
2. Включить питание прибора. Дождаться 2-
3-кратного «пробега» диапазона сканирования под-
строчным маркером в автоматически устанавли-
вающихся границах 0,0-10,450 МГц.
3. Установить необходимые (наиболее рацио-
нальные) границы частотного диапазона скани-
рования.
4. Нажать кнопку «SET», затем - кнопку «4».
744
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
5. Нажатием кнопок с цифровой маркировкой
набрать число, соответствующее нижней границе
диапазона.
6. Нажать кнопку «ENTER» и подтвердить за-
вершение установки значения нижней границы.
7. Нажатием кнопок с цифровой маркировкой
набрать число, соответствующее верхней границе
диапазона.
8. Нажать кнопку «ENTER» для подтвержде-
ния установки верхней границы диапазона.
9. При ошибке в процессе набора значений ча-
стот нижней и (или) верхней границ диапазона
сканирования нажать кнопку « < » и сбросить на-
бранное число.
10. Нажать кнопку « < » или « ► » и выбрать нуж-
ное направление и скорость сканирования.
11. Нажать кнопку «SET», затем - кнопку «3»
до появления на экране в четвертой строке над-
писи «3 - > THRESHOLD level».
12. Нажать кнопку «ENTER» и вернуть на эк-
ран изображение панорамы.
13. Нажатием кнопок «*» и «▼» установить
наиболее удобный предел индикации измерителя
уровня сигнала (надпись под горизонтальной осью
«level threshold = ХХ%»),
14. Нажать кнопку «RUN/STOP» и остановить
автосканирование в необходимой точке частотной
оси. Нажатием кнопок « < » или « ► » выполнить
точную ручную настройку на интересующую час-
тоту. Прослушать демодулированный сигнал.
15. Нажать кнопку «ENTER (AM/FM)» и вы-
брать вид демодуляции («на слух», по качеству его
воспроизведения).
16. Нажать кнопку «RUN/STOP» и вернуться к
автосканированию.
17. Включить систему автоматической останов-
ки сканирования на наиболее выраженных (по
амплитуде) частотных составляющих панорамы.
18. Нажать кнопку «SET», затем кнопкой «3»
установить в четвертой строке меню надпись
«3 - > SQUELCH level».
19. Нажать кнопку «ENTER».
20. Кнопками «*» и «▼» выбрать желаемый
уровень автоматической остановки автосканиро-
вания (по положению короткой горизонтальной
черточки в правой части экрана). После останов-
ки сканирования кнопками « < » и « ► » произвес-
ти уточнение настройки по признаку качества де-
модулированного сигнала. Для продолжения ска-
нирования нажать кнопку «RUN/STOP».
21. Включить (при необходимости) режим вы-
читания спектров.
22. Нажать кнопку «SET», затем - кнопку «2» и
установить надпись «2 - > Difference ON D2-1».
23. Нажать кнопку «ENTER» для начала про-
цедуры вычитания спектров.
24. Выйти из режима вычитания спектров.
25. Нажать кнопку «SET», затем кнопкой «2»
установить надпись «Difference OFF».
26. Нажать кнопку «ENTER».
27. Записать (при необходимости) изображе-
ние панорамы в энергонезависимую память.
28. Нажать кнопку «SAVE», затем - кнопку
«ENTER».
29. Вызвать из памяти интересующее изобра-
жение панорамы.
30. Нажать кнопку «LOAD».
31. Нажать кнопку «RUN/STOP» и вернуть на
экран динамически отображаемую панораму.
32. Стереть (удалить) из памяти изображение
какой-либо панорамы.
33. Нажать кнопку «LOAD», затем - «SAVE» и
«ENTER».
34. Нажать кнопку «OSC» и перейти (при не-
обходимости) к осциллографическому контролю
параметров сигнала.
35. Нажать кнопку «SA» и перейти (при необ-
ходимости) к анализу спектра сигнала.
36. В случае сбоев в работе нажать кнопку
«RESET» и осуществить перезапуск прибора.
В режиме детектора инфракрасных излучений
прибор «Пиранья» обеспечивает с использованием
выносного датчика прием излучений источников
инфракрасного диапазона в ближней зоне (в пре-
делах конкретного помещения на объекте спецра-
бот), их детектирование и вывод для слухового кон-
троля и анализа в виде либо чередующихся тональ-
ных посылок (щелчков), либо в виде явных фоно-
грамм при их прослушивании как на встроенном
громкоговорителе, так и на головных телефонах.
В каждый конкретный момент времени на фоне
реальной помеховой обстановки принимается и
детектируется наиболее мощный из всех сигналов
в рабочем диапазоне.
Его уровень относительно установленного по-
рога детектора прибора отображается на индика-
торе жидкокристаллического дисплея с 21-сегмент-
ной шкалой. При этом, в зависимости от условий
и целей проведения контрольно-поисковых работ,
предусмотрена возможность выбора и установки
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
необходимого (наиболее рационального) поро-
га детектора прибора. В совокупности с этим обес-
печивается возможность оперативной предва-
рительной классификации сигналов и их источ-
ников.
Технические характеристики режима детектора
инфракрасных излучений:
диапазон частот - 770-1000 кГц;
пороговая чувствительность 10( 13) Вт/Гц2;
угол поля зрения - 30°;
полоса частот - 5 МГц.
Рассмотрим порядок управления прибором
«Пиранья» в режиме детектора инфракрасных из-
лучений.
1. Подключить инфракрасный датчик к соеди-
нительному кабелю, а сам кабель - к разъему
«PROBES».
2. Включить питание прибора.
3. Установка «нулевого» порога детектора осу-
ществляется при включении автоматически. В слу-
чае необходимости, нажатием кнопок « < » или « ► »
установить порог детектора вручную, руковод-
ствуясь показаниями дополнительной шкалы
«min 1-----max». Если потребуется, нажатием
кнопки «» вернуться к автоматической установ-
ке порога.
4. Визуально по количеству полностью окра-
шенных элементов 21-сегментной шкалы и «на
слух» по частоте щелчков во встроенном гром-
коговорителе или головных телефонах оценить
уровень принимаемого инфракрасного излу-
чения.
5. Нажать кнопку «RUN/STOP» и остановить
(при необходимости) динамические измерения
уровня инфракрасного излучения. Повторным
нажатием этой кнопки возобновить динамичес-
кие измерения.
6. Нажать кнопку «ENTER» (перевод звуковой
индикации в режим «AUD»), прослушать наличие
и содержание потенциально опасных модулиро-
ванных инфракрасных радиоизлучений.
7. Нажать кнопку «MUTE» и последующими
нажатиями кнопок «+» и « » установить необхо-
димую громкость выводимого либо на встроен-
ный громкоговоритель, либо на головные телефо-
ны звукового сигнала (тонального или демодули-
рованного).
8. Нажать кнопку «OSC» и перейти (при необ-
ходимости) к осциллографическому контролю
параметров демодулированного сигнала.
9. Нажать кнопку «SA» и перейти (при необхо-
димости) к анализу спектра демодулированного
сигнала.
10. В случае сбоев в работе нажать кнопку
«RESET» и осуществить перезапуск прибора.
В режиме детектора низкочастотных магнит-
ных полей прибор «Пиранья» обеспечивает при-
ем на внешнюю магнитную антенну и отображе-
ние параметров сигналов от источников низкоча-
стотных электромагнитных полей с преобладаю-
щей (имеющейся) магнитной составляющей поля
в диапазоне от 300 до 5000 Гц.
Классификация сигналов и их источников осу-
ществляется на основе анализа автоматически
выводимой не экран дисплея осциллограммы, ото-
бражающей форму принятого сигнала и текущее
значение его амплитуды. Повышение достоверно-
сти классификации сигналов и их источников
обеспечивается возможностью одновременного с
анализом изображения на экране дисплея прослу-
шивания «фоновой» обстановки с использовани-
ем встроенного громкоговорителя или головных
телефонов.
Для работы в условиях сложной помеховой
обстановки предусмотрен так называемый диф-
ференциальный режим антенны, вводимый в дей-
ствие переключателем на ее корпусе.
Технические характеристики режима детектора
низкочастотных магнитных полей:
диапазон частот - 0,3 10 кГц;
пороговая чувствительность - Ю(-5) А/(м Гц2).
Рассмотрим порядок управления прибором
«Пиранья» в режиме детектора низкочастотных
магнитных полей.
1. Подключить внешнюю магнитную антенну
к соединительному кабелю, а сам кабель - к разъе-
му «PROBES».
2. Включить питание прибора. Осциллографи-
ческий контроль параметров принимаемого по
магнитному полю сигнала включается автомати-
чески.
3. Визуально по амплитуде и характеру сигна-
ла на осциллограмме и «на слух» по его тонально-
сти во встроенном громкоговорителе или голов-
ных телефонах оценить уровень магнитного поля
и присутствие фона электросети 220 В х 50 Гц или
ее гармоник. При необходимости (в случае высо-
кого уровня фона электросети) включить диффе-
ренциальный режим антенны переключателем на
ее корпусе (положение «к белой точке»).
746
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
4. Нажать кнопку «RUN/STOP» и остановить
(при необходимости) динамические измерения.
Повторным нажатием этой кнопки возобновить
вывод на экран динамически изменяющейся ос-
циллограммы.
5. Нажать кнопку «MUTE» и последующими
нажатиями кнопок «+» и «-» установить необхо-
димую громкость сигнала, выводимого либо на
встроенный громкоговоритель, либо на головные
телефоны.
6. Нажать кнопку «SA» и перейти (при необхо-
димости) к анализу спектра принятого сигнала.
7. В случае сбоев в работе нажать кнопку
«RESET» и осуществить перезапуск прибора.
В режиме виброакустического приемника при-
бор «Пиранья» обеспечивает прием от внешнего
виброакустического датчика и отображение пара-
метров низкочастотных сигналов в диапазоне от
300 до 6000 Гц. Состояние виброакустической за-
щиты помещений оценивается как количествен-
но, так и качественно.
Количественная оценка состояния защиты осу-
ществляется на основе анализа автоматически
выводимой на экран дисплея осциллограммы, ото-
бражающей форму принятого сигнала и текущее
значение его амплитуды.
Качественная оценка состояния защиты осно-
вана на непосредственном прослушивании при-
нятого низкочастотного сигнала и анализе его
громкости и тембровых характеристик. Для этого
используется либо встроенный громкоговоритель,
либо головные телефоны.
Технические характеристики режима вибро-
акустического приемника:
чу вствительность - 1 В с2/м;
собственный шум в полосе 300-3000 Гц - 50 мкВ.
Рассмотрим порядок управления прибором «Пи-
ранья» в режиме виброакустического приемника.
1. Подключить внешний виброакустический
датчик к разъему «PROBES».
2. Включить питание прибора. Осциллографи-
ческий контроль параметров принимаемого по
виброакустическому каналу сигнала включается
автоматически.
3. Визуально по амплитуде и характеру сигна-
ла на осциллограмме и «на слух» по его разборчи-
вости и качеству во встроенном громкоговорите-
ле или головных телефонах оценить уровень и тем-
бровые характеристики преобразованного звуко-
вого сигнала.
4. Нажать кнопку «RUN/STOP» и остановить
(при необходимости) динамические измерения.
Повторным нажатием этой кнопки возобновить
вывод на экран динамически изменяющейся ос-
циллограммы.
5. Нажать кнопку «MUTE» и последующими
нажатиями кнопок «+» и «-» установить необхо-
димую громкость сигнала, выводимого либо на
встроенный громкоговоритель, либо на головные
телефоны.
6. Нажать кнопку «SA» и перейти (при необхо-
димости) к анализу спектра сигнала, принятого
по виброакустическому каналу.
7. В случае сбоев в работе нажать кнопку
«RESET» и осуществить перезапуск прибора.
В режиме акустического приемника прибор
обеспечивает прием на внешний выносной мик-
рофон и отображение параметров акустических
сигналов в диапазоне от 300 до 6000 Гц.
Состояние звукоизоляции помещений и нали-
чие в них уязвимых, с точки зрения утечки ин-
формации, мест определяется как количественно,
так и качественно.
Количественно оценка состояния звукоизоля-
ции помещений и выявление возможных кана-
лов утечки информации осуществляются на ос-
нове анализа автоматически выводимой на эк-
ран дисплея осциллограммы, отражающей фор-
му принятого сигнала и текущее значение его
амплитуды.
Качественная оценка основана на непосред-
ственном прослушивании принятого акустического
сигнала и анализе его громкости и тембровых ха-
рактеристик.
Для этого используется либо встроенный гром-
коговоритель, либо головные телефоны.
Технические характеристики режима акустиче-
ского приемника:
чу вствительность - не хуже 5 мВ/Па;
диапазон частот - 300-6000 Гц.
Рассмотрим порядок управления прибором
«Пиранья» в режиме акустического приемника.
1. Подключить выносной микрофон к разъему
«PROBES».
2. Включить питание прибора. Осциллографи-
ческий контроль параметров принимаемого акус-
тического сигнала включается автоматически.
3. Визуально по амплитуде и характеру сигна-
ла на осциллограмме и «на слух» по его разборчи-
вости и качеству во встроенном громкоговорите-
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
747
ле или головных телефонах оценить уровень и тем-
бровые характеристики преобразованного звуко-
вого сигнала.
4. Нажать кнопку «RUN/STOP» и остановить
(при необходимости) динамические измерения.
Повторным нажатием этой кнопки возобновить
вывод на экран динамически изменяющейся ос-
циллограммы.
5. Нажать кнопку «MUTE» и последующими
нажатиями кнопок «+» и «-» установить необхо-
димую громкость сигнала, выводимого либо на
встроенный громкоговоритель, либо на головные
телефоны.
6. Нажать кнопку «SA» и перейти (при необхо-
димости) к анализу спектра сигнала, принятого
по акустическому каналу.
7. В случае сбоев в работе нажать кнопку
«RESET» и осуществить перезапуск прибора.
Порядок управления подсветкой экрана жид-
кокристаллического дисплея прибора «Пиранья»
следующий:
1. Включить питание прибора в любом необ-
ходимом режиме работы.
2. Нажать кнопку «HELP», а затем - кнопку
«МЕТТЕ».
3. Кнопками «+» и «-» установить требуемую
яркость подсветки экрана дисплея.
4. Нажатием кнопки «HELP» снять с кнопок
«+» и «-» функции управления яркостью подсвет-
ки и вернуть на экран дисплея «картинку», соот-
ветствующую исходной индикации активизирован-
ного режима.
Универсальный поисковый прибор D 008 пред-
назначен для оперативного обнаружения подслу-
шивающих устройств (ПУ) промышленного шпи-
онажа.
Данный прибор является конечным элементом
поиска подобных устройств и позволяет в конк-
ретной обстановке выявить и локализовать скрыт-
но установленные ПУ.
D 008 включает два канала обнаружения:
радиодетектор (РД), предназначенный для по-
иска радиопередающих ПУ;
анализатор проводных линий (АПЛ), предназ-
наченный для поиска ПУ, использующих для пе-
редачи информации проводные линии (380/220 В,
телефонные, сигнализации).
Аттенюатор позволяет проводить измерения в
условиях сложной электромагнитной обстановки,
присущей крупным промышленным центрам, за
счет ослабления входного сигнала. Данный режим
полезен и для локализации мощных ПУ. Актив-
ная антенна облегчает обнаружение ПУ с часто-
той передачи выше 400 МГц.
Наличие системы акустической обратной свя-
зи позволяет исключить ложные срабатывания
детектора на локальные электромагнитные поля
и идентифицировать находящиеся в помещении
ПУ по характерному звуковому сигналу.
Технические характеристики прибора D 008:
питание - 9 В;
потребляемый ток:
дежурного режима РД - 20 мА;
дежурного режима АПЛ - 30 мА;
рабочего режима - до 100 мА;
габариты - 148 х 68 х 24 мм;
диапазон частот РД - 50-1500 МГц;
чувствительность по входу:
F= 100 МГц-2 мВ;
F = 400 МГц - 2 мВ;
F= 800 МГц - 1,5 мВ;
F= 1400 МГц-6 мВ;
ослабление аттенюатора - 20 дБ;
диапазон частот активной антенны - 400-
1500 МГц;
усиление активной антенны - не менее 7 дБ;
динамический диапазон индикатора - 20 дБ;
полоса пропускания - 200 кГц;
вид модуляции - AM, ЧМ;
максимальное входное напряжение адаптера -
500 В.
Универсальный прибор для обнаружения средств
негласного съема информации СРМ-700 приме-
няется для обнаружения и локализации средств
негласного съема конфиденциальной информа-
ции, использующих для передачи информации
радиоканал (инфракрасный, акустический ка-
нал - при наличии дополнительных зондов) или
проводные линии, включая телефонные и сило-
вые (до 300 В).
Прибор представляет собой широкополосный
высокочувствительный приемник. Применение
дополнительных зондов позволяет использовать
СМР-700 для решения самого широкого круга за-
дач по обнаружению различных подслушивающих
устройств и устройств дистанционного управле-
ния. Чувствительный усилитель на дополнитель-
ном входе позволяет контролировать любое элек-
тронное устройство и проводные линии на утечку
информации и наличие сигналов.
748
10. БЕЗОПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Функция «мониторинга» позволяет использо-
вать прибор в стационарном режиме для непре-
рывного круглосуточного контроля помещения на
появление нового подслушивающего устройства.
Для регистрации сигналов, поступающих с зон-
дов, может использоваться любой магнитофон,
имеющий вход дистанционного управления
(«Remote»).
Технические характеристики СМР-700:
РЧ-зонд:
диапазон частот - 22 кГц;
номинальное значение - 20 дБ;
чувствительность - 62 дБ относительно уров-
ня 1 мВт;
максимальный уровень входного сигнала -
+15 дБ относительно 1 мВт;
50 В постоянного напряжения;
ОНЧ-зонд:
диапазон частот - 15 кГц-1 МГц;
номинальное значение 20 дБ;
чувствительность - 38 дБ относительно уров-
ня 1 мВт;
максимальный уровень входного сигнала -
+ 15 дБ относительно 1 мВт;
300 В постоянного напряжения;
напряжение пробоя - 1500 В при 60 Гц;
звуковой усилитель:
вход - 50 кОм, симметричный;
диапазон входных сигналов - 1,7 мкВ 10 В
(135 дБ);
выход на наушники - размах сигнала 5 В,
220 Ом;
выход на магнитофон - размах сигнала 25 мВ
с АРУ;
дисплей - 18-сегментный жидкокристалли-
ческий;
монитор:
диапазон настройки пороговой чувствитель-
ности -18 сегментов;
сигнал тревоги - звуковой 2,8 кГц или свето-
диод, мигающий с частотой 2 Гц;
выход дистанционного управления с устрой-
ством, замыкающим контакт, - 300 мА, 25 В;
сетевой адаптер/зарядное устройство:
вход - 95-130 В или 200 275 В переменного
напряжения, 50-60 Гц;
выход - 12 В постоянного напряжения, 500 мА;
питание - Alkaline-батареи, сетевой адаптер
или NiCd аккумулятор;
время зарядки NiCd аккумулятора 8 10 ч.
Дополнительные аксессуары для СРМ-700:
ALP-700 - акустический зонд - предназначен
для обнаружения возможных виброканалов утеч-
ки акустической информации;
ССТ-700 - тестовый передатчик с передачей
информации по электросети;
ТТМ-700 - тестовый радиопередатчик мощно-
стью 0,7 мВт;
IRT-700-тестовый инфракрасный передатчик;
МРА-700 - универсальный телефонный адап-
тер;
TRP-700 - переходник для записи на магнито-
фон;
IRP-700 - инфракрасный зонд - предназначен
для обнаружения источников излучения в диапа-
зоне 725-1125 нм;
MLP-700 - электромагнитный зонд - предназ-
начен для обнаружения скрытых видеокамер, дик-
тофонов и других источников электромагнитного
излучения малой мощности.
Широкодиапазонный спектральный коррелятор
OSCOR-500 предназначен для выявления техни-
ческих средств несанкционированного получения
информации, реализует принцип сравнения сиг-
налов, принятых в любом диапазоне частот, с аку-
стической информацией помещения или с эталон-
ным акустическим сигналом и вычисление кор-
реляционной функции для оценки степени угро-
зы. При этом полученная информация может быть
выведена на встроенное печатающее устройство и
записана в память для дальнейшего анализа
пользователем.
Автоматический режим разрешает производить
проверку любого набора предварительно запро-
граммированных поддиапазонов, что наиболее
эффективно в случае непрерывного контроля на
протяжении продолжительного времени, или для
предварительной оценки электромагнитной об-
становки.
Ручной режим предусматривает возможность
детального анализа любого зарегистрированного
сигнала.
Модификация OSCOR-500video позволяет вы-
являть наличие систем видеонаблюдения, работа-
ющих по радиоканалу, и просматривать изобра-
жения на встроенных мониторах в системах PAL,
SECAM, NTSC.
Модификация De Luxe+ содержит в себе
OSCOR-500video, дополненный OTL-500, разны-
ми адаптерами для подключения к проводным
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
коммуникациям и диктофоном для регистрации
звуковой информации.
Для уменьшения времени сканирования
OSCOR-500 video позволяет запоминать в обыч-
ном варианте 7000 известных частот («дружеских
сигналов»), а для работы в сложной электромаг-
нитной обстановке (условия большого промыш-
ленного города) предусмотрено функциональное
дополнение ОЕМ-5000, позволяющее запомнить
до 28 672 известных частот.
Технические характеристики'.
приемник:
тип - супергетеродин, 4-кратное преобразо-
вание частоты;
диапазон - 10 кГц - 3 ГГц;
чувствительность - 0,8 мкВ при полосе 15 кГц;
демодуляторы - AM, NFM, FM, WFM, SC,
SSB\CW;
полоса - 250 кГц, 15 кГц, 6 кГц;
аттенюатор - 0-20 дБ на активной штыревой
антенне, дисконтной и НЧ-антенне;
динамический диапазон 90 дБ;
диапазон настройки поднесущей 15- 250 кГц;
типы антенн:
балансированный контур - 10-500 кГц;
активный штырь - 500 кГц - 1500 МГц;
дисконтная антенна 1500 3000 МГц;
инфракрасный детектор 10 кГц - 5 МГц,
850-1070 нм;
конвертор сети 220В - ЮкГц - 5МГц (вход
по шнуру питания);
система управления:
микропроцессор - 8\16 бит;
ОЗУ - 128 кбайт (512 дополнительно);
дисплей - 128 х 256 сегментов;
принтер - 192 точек на строку, бумага 5 см
звуковая система:
полоса частот - 50Гц - 15 кГц;
голосовой фильтр - ЗОО-ЗОООГц -18 дБ\окта-
ву;
динамический диапазон - 60 дБ;
выходная мощность 3 Вт (40 Ом);
выход на телефоны 0 2 В;
выход на диктофон 50 мВ;
аудиовход 1 мВ;
коррелятор - 50 Гц 15 кГц (частотно-неза-
висимый).
питание:
входное напряжение 1-5 130\210 260 В пе-
ременного напряжения 50 60 Гц, 24 Вт;
внешний источник- 12 18 В, 1А;
внутренняя батарея 12,6 В, 2,6 А-ч, 3 ч ра-
боты;
размеры, вес - 47 х 36,8 х 15,9 см; 12,7 кг.
Многофункциональный модуль защиты телефон-
ной линии SEL SP-17/D является техническим
средством активной защиты информации и обес-
печивает микропроцессорный контроль подклю-
чений к телефонной линии (от абонента до авто-
матической телефонной станции) с информиро-
ванием пользователя. Гарантированно подавляет
подслушивание с использованием телефонных пере-
датчиков любого типа и мощности, устройств сня-
тия информации бесконтактного типа (индуктив-
ных и емкостных) и основанных на микрофон-
ном эффекте и ВЧ-навязывании, средств магнит-
ной записи и параллельных телефонных аппаратов.
Отличительные особенности: полная автомати-
зация выявления и подавления подслушивающих
устройств (для этого используется встроенный
м и кропроцессор).
Допускается дистанционное управление моду-
лем тональным сигналом DTMF с защищенного
телефона.
Возможна работа в «сторожевом режиме», ког-
да осуществляется постоянный контроль подклю-
чения к телефонной линии подслушивающих уст-
ройств с оповещением об этом пользователя зву-
ковым (в том числе в телефонную трубку) и све-
товым сигналами [475].
Прибор комплексной защиты телефонных перего-
воров KZOT-06 предназначен для выявления и по-
давления (блокировки) работы устройств несанк-
ционированного снятия информации с телефон-
ных линий. Факт подслушивания телефонного раз-
говора определяется с помощью системы цифрового
сканирования. Устройство содержит в себе блок
подавления, который во время его активации пол-
ностью выводит устройства снятия информации из
рабочего состояния. Специальная схема не разре-
шает подслушивать телефонный разговор парал-
лельно включенным ТА; KZOT-06 имеет специ-
альный фильтр от ВЧ-навязывания.
Технические характеристики: напряжение пи-
тания -9 В, ток потребления не больше 40 мА;
режим индикации световой; габаритные разме-
ры - 120 х 120 х 30 мм.
Выжигатели телефонных закладных устройств пред-
назначены для предотвращения подслушивания або-
нентских телефонных линий устройствами несанк-
750
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.10. Основные характеристики вымсигателей телефонных закладных устройств
Модель Время беспрерывной работы, с, в режиме Питание, в Напряжение иа выходе, В Габаритные размеры, мм Исполнение и дополнительные возможности
автоматиче- ском ручном
BUG-ROASTER 600 - 220 1500 60 X 155 X 198 Зачистка в зоне до 200 м
«Кобра» 600 20 220 >1600 65 х 170 х 185 Прожигание параллельно и последова- тельно подключенных устройств
КС-1300 1440 - 220 >1500 170 х 180 х 170 Уничтожение устройств, использующих радиоканал
ПТЛ-1500 600 - 220 >1500 65 х 170 х 185 -
ционированного доступа, установленными в телефон-
ные линии параллельным или последовательным
способом, путем их электрического уничтожения.
Основные характеристики таких устройств при-
ведены в табл. 10.10 [475].
10.3.6. Обнаружители
и подавители диктофонов
и высокочастотных электронных устройств
В современной практике делового общения
очень часто применяются малогабаритные дикто-
фоны, удобные в использовании и эффективные.
Качество записи речи современными диктофона-
ми позволяет с высокой вероятностью определять
собеседника по его голосу и, тем более, содержа-
ние разговора при воспроизведении.
Работа представленной на рис. 10.12 структур-
ной схемы не зависит от типа носителя записи [475].
В данное время на рынке появляются модели,
которые используют в качестве носителя магни-
тооптические диски и микросхемы памяти, одна-
ко канал предварительной обработки сигнала ос-
тается неизменным.
Речевой сигнал при разговоре характеризуется
изменением уровня звукового давления от 30 до
50 дБ, причем уровень согласных звуков на 20 дБ
ниже уровня гласных. С учетом возможного пере-
мещения разговаривающих лиц уровень сигналов,
регистрируемых в фиксированной точке, изменя-
ется более чем на 50 дБ.
Слуховые ощущения громкости почти пропор-
циональны логарифму интенсивности воздействия,
ухо практически не улавливает изменения уровня
сигнала в пределах 1 дБ. Слух имеет слабую чув-
ствительность к точности передачи фазовых соот-
ношений отдельных составляющих сигналов.
Постоянная времени слуха составляет в сред-
нем при нарастании - 20-30 мс, при спаде - 100—
200 мс. Спектральные и корреляционные характе-
ристики речевого сигнала плавно изменяются во
времени и зависят от типа произносимых звуков.
Вокализованные звуки, к которым относятся
гласные и часть согласных (А, О, У, В), отличают-
ся значительной неравномерностью спектральной
Рис. 10.12. Структурная схема современного устройства звукозаписи
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
плотности мощности и концентрацией энергии в
низкочастотной области, следовательно, высокой
корреляцией между соседними отсчетами сигна-
ла. Невокализованные звуки (С, Ж, Ш), наобо-
рот, характеризуются более равномерным распре-
делением энергии по спектру и, соответственно,
меньшей корреляцией между отсчетами.
Усредненная кривая спектра русской речи для
мужских и женских голосов показана верхней ли-
нией на рис. 10.13. В любом устройстве звукоза-
писи акустические колебания вызывают колеба-
ние мембраны микрофона, формирующие элект-
рический сигнал, амплитуда которого находится
в пределах 0,05 10 мкВ. Нижняя линия на
рис. 10.13 иллюстрирует амплитудно-частотную
характеристику чувствительности микрофонов,
применяемых при записи речи.
Для эффективного согласования микрофона и
предварительного усилителя, в особенности при
использовании выносного микрофона, сигнал про-
ходит через микрофонный усилитель (усилитель
тока), который часто размещается в одном корпу-
се с микрофоном, и дальше - через предваритель-
ный усилитель с регулируемым коэффициентом
усиления. Его назначение в том, чтобы сжимать
динамический диапазон сигналов микрофона до
значения около 30 дБ, который является доступ-
ным для записи на магнитную ленту без суще-
ственных искажений [428].
Наличие системы АРУ позволяет довольно ка-
чественно записывать речь собеседников, которые
находятся на расстоянии от десятков сантиметров
Рис. 10.13. Амплитудно-частотные характери-
стики:
а - русской речи; б - чувствительности микрофона
до десятка метров от микрофона. Система АРУ
срабатывает не мгновенно - при увеличении гром-
кости разговора время снижения чувствительнос-
ти составляет 1-3 с, а время повышения чувстви-
тельности - 3-5 с. Благодаря наличию таких по-
стоянных времени обеспечивается запись с мини-
мальным уровнем нелинейных искажений речевого
сигнала, поскольку выбросы его интенсивности
не успевают снизить коэффициент усиления.
Рассмотрим наиболее используемые на сегод-
няшний день модели переносных и стационарных
обнаружителей диктофонов и ВЧ-электронных
устройств. Их технические характеристики сведе-
ны в табл. 10.11.
В дополнение к данным табл. 10.11 упомянем
о принципе действия системы для выявления дик-
тофонов PTRD-018, основанном на регистрации
электромагнитных полей, создаваемых работаю-
Таблица 10.11. Основные характеристики обнаружителей диктофонов
Модель Дальность вы- явления дикто- фонов, м Индикация Г абаритные размеры, мм; масса, кг Дополнительные возможности
RM-100 0,4-2 Световая, беззвучная вибрация 60 х 100x22; 0,2 Выявляет любые диктофоны с лентопротяжным меха- низмом и некоторые виды диктофонов с флэш-памятью. Регулировка чувствительности - ручная
TRD-800 - Световая, беззвучная вибрация 222 x 89; 0,17 Выявляет ВЧ-передатчики, магнитофоны, видео-, аудио- камеры
PTRD-016 0,5- 4,2 По радиоканалу на специальный прием- ник Датчика: 230 х 18х 18;- основного блока: 180 х 170x25;- Повышенная помехоустойчивость. Базовая модель при- бора состоит из основного блока и четырех датчиков. Чувствительность датчиков 10-11 Тл. Потребляемая мощность 0,6 Вт
PTRD-018 0,5-1,5 Световая 550 х 350 х 165; 9.5-13.5 Выявляет ПОЗУ, определяет его местонахождение и время работы с выводом текущей информации на ЖК- дисплей или через интерфейс RS-232 на экран монитора
752
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
щим мотором портативного записывающего уст-
ройства (ПОЗУ), последовательным опросом каж-
дого канала (датчика), и о таких технических ха-
рактеристиках как:
время выявления ПОЗУ - 20-30 с;
количество каналов (в зависимости от вариан-
та поставки) - 4, 8, 16;
скорость отображения состояния - 1,25 с;
скорость опроса одного канала - 2 30 с;
питание - 220 В, 50 Гц;
мощность потребления - не более 8 Вт.
При противодействии несанкционированной
звукозаписи техническая задача состоит в том,
чтобы обеспечить неприменимость результатов
записи с целью, для которой она проводилась. При
этом зачастую необязательно разрушать запись це-
ликом, поскольку содержание переговоров извест-
но стороне собеседника - достаточно лишь иска-
зить голоса говорящих.
Физические принципы противодействия несанк-
ционированной записи речи можно понять, про-
анализировав каналы проникновения помех в трак-
ты устройств записи речи через микрофон в рече-
вой полосе частот, через микрофон в инфра- и
ультразвуковой полосах частот; а также наведение
электромагнитного поля на корпус.
Наиболее простым и очевидным способом ус-
тановления помехи записи следует считать акусти-
ческие помехи в той же полосе частот, что и речь,
и желательно с близкими корреляционными свой-
ствами. На практике это значит, что переговоры, с
точки зрения безопасности от записи, удобно вес-
ти там, где играет громкая музыка, транслируется
передача или работает монитор (в ресторане, на
вертолете). При этом, благодаря особенностям слу-
ха, человек в состоянии селектировать голос собе-
седника, а микрофон будет, прежде всего, воспри-
нимать наиболее громкие звуки, вызывая срабаты-
вание системы АРУ и снижение коэффициента уси-
ления до значения, при котором шумы и помехи
«задавят» сигнал при последующем воспроизведе-
нии. Этот способ особенно эффективен при усло-
вии, что собеседник не в состоянии повлиять на
выбор места переговоров и подготовиться к ним
заранее.
Другим возможным на первый взгляд спосо-
бом противодействия является установление по-
мехи, не воспринимаемой человеческим ухом в
инфра- и ультразвуковой полосах частот. Однако
вследствие характеристик микрофонов и усили-
телей современных диктофонов, обеспечивающих
спад сигналов в этих частях спектра более чем на
80 дБ, сформировать незаметно для собеседника
такие колебания, мощности которых хватило бы
на создание помехи, не представляется возмож-
ным, поэтому подобные способы не получили рас-
пространения.
Наиболее эффективным на сегодняшний день
способом противодействия несанкционированной
записи звука является установление помехи в виде
импульсного электромагнитного излучения. Пре-
имущества такого вида помех очевидны:
скрытность для окружающих - излучение не
воспринимается человеком;
эффективность влияния - помеха относитель-
но небольшой мощности в состоянии обеспечить
полное подавление полезного сигнала;
сложность противодействия - средства защиты
аппаратуры довольно громоздкие [428].
Практически сразу же с появлением импульс-
ных радиолокационных систем, в которых часто-
та посылок находилась в пределах 0,2-1 кГц, пер-
сонал станций и жители городов стали замечать
помехи для радиопринимающей и звуковоспро-
изводящей аппаратуры, вызванные работой радио-
локационной станции. Радиочастотная энергия
большого уровня наводится в монтаже, а потом
детектируется на ближайшем нелинейном элемен-
те. Предельные значения плотности мощности,
при которых проявляется эффект случайного де-
тектирования сигналов, наводимых в цепях зву-
ковой частоты, 10 20 дБ относительно 1 мВт/м2,
или 1-10 мкВт/см2 [428].
Механизм влияния этой помехи на звукозапи-
сывающую аппаратуру заключается в том, что им-
пульсы электромагнитного излучения, частота
повторения которых находится в полосе частот
речевого сигнала, наводят высокочастотные токи
на поверхности плат аппарата записи звука и де-
тектируются на любой нелинейности: в усилите-
лях, стабилизаторах питания, детекторе системы
АРУ. В результате эти явления приводят к тому,
что система АРУ снижает усиление сигнала мик-
рофона, а при увеличении уровня детектирован-
ной помехи может совсем прекратить запись сиг-
нала с микрофона.
Специальные эксперименты показали, что
электромагнитное излучение большой мощности
в состоянии вызвать даже необратимые измене-
ния в структуре приборов (см. далее).
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
753
Группы элементов Минимальная энергия,
мДж
Интегральные
аналоговые микросхемы......0,08-0,1
Интегральные цифровые
микросхемы..................0,012-0,5
Маломощные
транзисторы....................0,01
Мощные
транзисторы................0,02-0,1
Переключающие диоды...........0,7-1
Низковольтные
стабилитроны......................1
Относительно небольшая энергия повреждения
интегральных микросхем и полупроводниковых
приборов обусловлена маленькими размерами
полупроводниковых структур, а также особыми
свойствами р-и-переходов. Повреждения большин-
ства полупроводниковых приборов непосредствен-
но связаны с тепловыми процессами.
Для предотвращения записи совсем необяза-
тельно разрушать диктофон собеседника. На прак-
тике полное подавление звукового сигнала обес-
печивается уже при средней плотности потока
мощности в зоне печатной платы диктофона, ко-
торый превышает 50 мкВт/см2. Для того чтобы
создать такую среднюю плотность потока мощно-
сти на расстоянии 1,5 м от изотропной антенны,
мощность излучения должна быть около 14 Вт.
Частотный диапазон, в котором могут работать
постановщики помех, ограничен снизу, прежде
всего, габаритными размерами передающих антенн
и начинается от 300 МГц. Известно, что с ростом
частоты габаритные размеры антенн уменьшают-
ся, появляется возможность создания узконаправ-
ленных излучателей, однако фактором, ограничи-
вающим верхнюю частоту системы постановки по-
мех, является частотный диапазон детектирующих
свойств элементов схемы аппарата записи звука.
Для наиболее массовых кремниевых полупро-
водниковых структур верхняя частота составляет
около 450 500 МГц, а на более высоких частотах
следует использовать большую пиковую мощность
излучения при той же средней плотности потока
мощности. Кроме того, на частотах ниже 1000 МГц
большая часть излучаемой энергии СВЧ проходит
через тело. Поглощения составляют менее 40 %,
что дает возможность осуществлять подавление
даже через человеческое тело. Реально работаю-
щие образцы приборов обладают, кроме того, на-
правленной антенной с коэффициентом усиления
3-5, что позволяет обходиться намного меньшей
средней мощностью излучения 2-3 Вт. При этом
прибор переносной с гарантированной автоном-
ностью не менее 30 мин.
Если звукозаписывающий аппарат оснащен
металлическим экраном, то плотность потока мощ-
ности, достигающего печатной платы, становится
меньше. Для сохранности высоких характеристик
подавления даже для металлических диктофонов
используют стационарные подавители, работаю-
щие в диапазоне сантиметровых волн с пиковыми
мощностями до 2 кВт.
При этом, благодаря дифракции на швах кор-
пусов диктофонов, мощность сигнала, который
проходит в корпус и детектируется элементами
схемы, достаточная для полного подавления сиг-
нала микрофона.
Структурная схема устройства постановки по-
мех представлена на рис. 10.14.
Принцип действия подавителей диктофонов
(табл. 10.12) имеет особенности. Например, УПД
«Буран-3» влияет на звукозаписывающую аппара-
туру узконаправленным плоскополяризованным
излучением. Плоскость поляризации волны излу-
чения совпадает с плоскостью максимального га-
барита прибора. Эффект от работы прибора за-
ключается во влиянии импульсного излучения на
нелинейные элементы схем диктофонов. Шум,
который генерируется прибором, записывается на
магнитную ленту.
Эффективность действия системы основана
на нанесении временного или непоправимого
ущерба элементной базе (микросхемам, транзи-
сторам, любым магнитным носителям, микро-
фонам и др.) работающих электронных прибо-
ров (специальных и бытовых, в том числе под-
Рис. 10.14. Структурная схема импульсного устройства
постановки помех
48 8-470
754
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.12. Основные характеристики подавителей диктофонов
Модель Дальность подавления дик- тофонов, м, в корпусе Потреб- ляемая мощность, Вт Время беспрерыв- ной работы, ч Габаритные разме- ры, мм; масса, кг Дополнительные возможности
металли- ческом пластмас- совом
«Буран-3» 1,3 2,5 40 0,5 - Поставляется в стационарном варианте или в кейсе
УПД-02 4 6 60 1,5 550 х 450 х ПО; 7 Оборудован пультом дистанци онного управления
R-2000 2 - 50 1 460 х 350 х 120; 7 Противодействует подслуши- вающим устройствам,забивая их микрофон
«Шумотрон-2» 1,5 100 От сети 4; от аккумулятора 1 500 х 400 х 120; 11 Искажает звук до неузнаваемости
«Бастион-1Д» С выносным микрофоном 8; с неэкранированным микрофоном 8; с экраниро- ванным микрофоном 4 1 ю Смонтирован в атташе-кейсе
«Рамзес- дубль» 1 антенна - 2; 2 антенны - 1,3 — 1 -;8 Проводное дистанционное управление. Зона подавления для каждой антенны: шаровой сектор с углом 30°
ключенных к коммуникациям сети 220 В, 50 Гц,
телефонной сети и др.).
Нанесение ущерба происходит в результате
наведения в элементной базе импульсных токов и
напряжений, возникающих под действием импульс-
ных СВЧ-колебаний, генерируемых прибором.
Безопасная для здоровья продолжительность
проведения ежедневных переговоров при работе с
одним устройством, создающим среднюю плотность
потока мощности в зоне диктофона, равную
50 мкВт/см2, составляет не более 4 ч в день.
10.3.7. Системы
виброакустического зашумления
Системы виброакустического зашумления пред-
назначены для предотвращения подслушивания
помещения путем создания шумовой полосы зву-
ковых частот. Основные характеристики систем
виброакустической зашиты представлены в
табл. 10.13 [475].
Кроме данных из табл. 10.13 генератор вибро-
акустического шума ANG-2000 характеризуется
следующими параметрами:
границы регулирования исходного напряже-
ния - 0-14 В на нагрузке 6 Ом;
минимальное сопротивление нагрузки - 1 Ом;
сопротивление одного излучателя - 6 Ом.
Следует упомянуть об особенностях некоторых
систем.
Для четырехканальной системы виброакусти-
ческого шума SEL SP-51/A характерно наличие
управляемых микропроцессором двух независимых
формирователей цифрового шума с 40-минутной
продолжительностью его корреляции, что исклю-
чает возможность очистки аппаратно-програм-
мными методами, в том числе, систем с опорным
каналом [428].
Технические характеристики вибрационного
излучателя SP-51/AV:
исполнение герметичное;
тип - электромагнитный;
габаритные размеры - 51 х 22 мм.
Виброакустический шумогенератор SI-3001 мо-
жет формировать сигнал шумовой помехи с авто-
матическим регулированием уровня, зависящим от
громкости переговоров в защищаемом помещении.
Другой особенностью прибора является гене-
рация речеподобной помехи, которая эффектив-
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
Таблица 10.13. Основные характеристики систем виброакустического зашумления
Модель, марка Диапазон частот, кГц Количество переключаемых датчиков, шт. Радиус действия вибродатчиков, м Питание, В Сертификаты. Дополнительные функции
вибрационных акустических
ANG-2000, REI 0,25-5 Независимо от типа 18 - От адаптера сети Имеет ручную регулировку и светодиодную индикацию уровня шума
SP-51/A 0,1-11 Типа SP-51/AV: 2-8 Не менее 20 220 или 12 Защита от перегрузки. Программирование параметров работы системы
VAG-6/6 — 6 6 — — Вибропреобразователи (на основе пьезокерамики) высокоэффективны при формировании требуемого уровня вибрационных помех
SI-3001 0,25-5 До 36 До 72 Не менее 20 - Возможно формирование шумовой помехи, подаваемой на линейный вход прибора
«Барон» 0,15-15 - 220 Возможность беспроводного дистанционного включения комплекса
VNG-006DM 0,2-6,3 ТипаКВП-26: 12 Стеновых 4 ± 1; оконных 1,5 ± 0,5 220 Позволяет «зашумлять» вентиляционные каналы и дверные тамбуры
ФОН-В 0,25-5 Типа Фон-В 1: 1; типа Фон-В2: 2 Не более 5 - Сертификат Гостехкомиссии Российской Федерации для объектов 2-й категории
Шорох-1 Шорох-2 0,2-5 КВП-7: 16 КВП-2: 24 Стеновых 6 ± 1; оконных 1,5 ± 0,5 - Сертификат Гостехкомиссии Российской Федерации для объектов 1-й категории
но усложняет восстановление и обработку инфор-
мации даже в том случае, если уровень помехи не
превышает уровня речевого сигнала перехвачен-
ной информации. Подключение источника рече-
подобной помехи (внешнего диктофона с предва-
рительно записанной речью) к прибору осуществ-
ляется через линейный вход. Это позволяет умень-
шить уровень шумового сигнала, подводимого к
излучателю (сравнительно с шумовой помехой),
что, в свою очередь, приводит к уменьшению па-
разитного шума в помещении.
Устройство может работать в одном из трех
режимов: «О», «1», «2». Режим «О» соответствует
отключению шумовой помехи, разрешает форми-
ровать на выходах каналов речеподобную помеху;
режим «1» - формированию шумовой помехи на
выходах каналов; режим «2» - формированию
шумовой помехи с автоматически регулируемым
уровнем, зависящим от громкости переговоров в
защищаемом помещении.
В режимах «1» и «2» кроме шумовой помехи
возможно формирование комбинированной поме-
хи, которая является смесью шумовой помехи с
регулируемым уровнем и речеподобной помехи,
подаваемой на линейный вход прибора [428].
Особенность системы виброакустического за-
шумления VAG-6/6 — использование вибропре-
образователей на основе пьезокерамики, облада-
ющих высокой эффективностью при формирова-
нии необходимого уровня вибрационных помех.
Генератор виброакустического шума «Соната-АВ»
предназначен для защиты помещений от утечки
информации по акустическим и виброканалам и
специально разработан для сеансового блокиро-
вания подслушивающих устройств, которые не-
возможно обнаружить и/или уничтожить. Правиль-
но установленный и отрегулированный генератор
позволяет нейтрализовать такие виды подслуши-
вания как:
непосредственное подслушивание в условиях
плохой звукоизоляции в помещении;
применение радио- и проводных микрофонов,
установленных в пустотах стен, в надпотолочном
пространстве, вентиляционных коробках и т. п.;
применение стетоскопов, установленных на
стенах (потолках, полах), трубах водо-, тепло- и
газоснабжения и т. п.;
применение лазерных и микроволновых сис-
тем снятия аудиоинформации с окон и элементов
интерьера.
756
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Виброакустическая заградительная помеха, со-
здаваемая генератором «Соната-АВ», синтезиро-
вана таким образом, чтобы обеспечить максималь-
ную маскировку речевых сигналов при минималь-
ном уровне шума, который мешает переговорам.
Прибор имеет два выхода с независимым про-
граммированием вида помехи (вибро- или аудио-)
и регулированием ее уровня. Также предусмот-
рен вход удаленного проводного управления.
Виброзашумление элементов защищаемого
помещения обеспечивается с помощью вибро- и
аудиоизлучателей, которые подключаются к соот-
ветствующим выходам генератора. Виброизлуча-
тели используются для зашумления оградитель-
ных конструкций (стен, потолка, пола, окон, две-
рей, труб тепло-, водо- и газоснабжения), аудио-
излучатели - для зашумления пространства над
потолком, вентиляционных каналов, дверных там-
буров и др.
Оптимальное количество вибро- и аудиоизлу-
чателей для каждого помещения определяется та-
кими факторами, как его конструкция, материа-
лы оградительных поверхностей, расположение
помещения, уровень шумового фона и т.д. Кроме
того, довольно существенными могут быть огра-
ничения, обусловленные жесткими требованиями
к сохранению дизайна помещения.
Для предварительной оценки необходимого
количества виброизлучателей ВИ-45 следует ис-
ходить из следующих норм:
стены - один излучатель на каждые 3-5 м пе-
риметра для капитальной стены при условии рас-
положения излучателей на уровне половины вы-
соты помещения;
потолок, пол - один излучатель на каждые 15-
25 м2;
окна - один излучатель на окно (при размеще-
нии на оконный переплет);
дверь - один излучатель на дверь (при разме-
щении над дверным проемом);
трубы систем водо-, тепло- и газоснабжения -
один на каждую вертикаль (отдельную трубу) вида
коммуникаций.
Необходимое количество аудиоизлучателей
АИ-45 может быть определено, исходя из следую-
щих норм:
один на каждый вентиляционный канал или
дверной тамбур;
один на каждые 8 12 м2 пространства над по-
толком или других пустот.
Количество виброизлучателей - по одному на
каждое стекло.
Основные технические характеристики генера-
тора виброакустического шума «Соната-АВ»:
количество независимых каналов - 2;
максимальное количество одновременно вклю-
ченных:
виброизлучателей большой мощности
(ВИ-45) - 12 (6-4-6);
аудиоизлучателей (АИ-45) - 16 (8+8);
виброизлучателей малой мощности (ПИ-45)
- 24 (12+12);
полоса частот вибро- и аудиопомехи гаранти-
рованной интенсивности - 0,3 5 кГц;
превышения вибро- и аудиопомех над уровнем
речевого сигнала в канале утечки информации -
не менее 10 дБ;
наличие входа ДУ (интерфейс) есть;
электропитание - 220/50 В/Гц.
Условия эксплуатации:
температура окружающей среды - 5...40 °C;
относительная влажность воздуха - 70 % (при
25 °C).
Продолжительность непрерывной работы без
ограничений.
Все перечисленные характеристики были оп-
ределены при следующих условиях проведения
измерений:
каменная стена толщиной 40 см; расстояние
от виброизлучателя до измерительного вибродат-
чика -2 м; расстояние от источника речевого сиг-
нала до вибродатчика - 1 м; виброизлучатель и
источник речи расположены по одну сторону сте-
ны, а вибродатчик - по другую;
деревянная дверь толщиной 5 см в кирпич-
ной стене; расстояние от источника речевого сиг-
нала до вибродатчика -1м; аудиоизлучатель и
микрофон размещены по разные стороны от две-
ри (аудиоизлучатель находится возле двери, а мик-
рофон - на расстоянии 1 м от нее).
Портативное устройство для защиты телефонных
каналов от несанкционированного подслушивания
«РЕДУТ» («REDOUBT») предназначено для защи-
ты от подслушивания конфиденциальной инфор-
мации, передаваемой по телефонному каналу. Для
этого устройство генерирует в телефонную линию
мощный речеподобный шумовой сигнал, который
надежно маскирует полезную речь.
В отличие от большинства других систем по-
добного назначения, «РЕДУТ» устанавливается
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
151
только на одном конце телефонного канала (на-
пример, в офисе). Абонент, передающий конфи-
денциальную информацию, может пользоваться
любым телефонным аппаратом, не оборудованным
какой-либо системой зашиты (например, таксо-
фоном).
Принцип действия устройства «РЕДУТ» осно-
ван на том, что ему известен тот шумовой сигнал,
который оно выдает в телефонную линию, и по-
этому его можно удалить из смеси «речь/шум»,
выделив полезный сигнал. За пределами устрой-
ства в телефонной линии присутствует только
смесь сигналов. Поскольку шумовой сигнал фор-
мируется случайным образом, удалить его невоз-
можно, даже используя другой экземпляр устрой-
ства «РЕДУТ».
Устройство имеет два режима работы: нормаль-
ный и защищенный. В нормальном режиме «РЕ-
ДУТ» не оказывает никакого влияния на работу
телефонной линии. Для включения защищенного
режима достаточно нажать кнопку «ON» на перед-
ней панели. После этого абонент на другом конце
линии может передавать конфиденциальную
информацию, которую услышит лишь его собе
седник.
В защищенном режиме передача информации
происходит в симплексном режиме: обладатель ус-
тройства «РЕДУТ» может только слушать, а его
собеседник, который пользуется обычным аппа-
ратом, - только говорить. Для восстановления
дуплексной связи необходимо выключить кноп-
ку «ON».
Технические характеристики'.
амплитуда шумового сигнала 1,6 В;
амплитуда полезного сигнала - 0,8 В;
выходное сопротивление генератора шума
660 Ом;
период повторения псевдослучайного шумового
сигнала - не менее 60 ч;
питание - 85- 260 В, 50-440 Гц;
потребляемая мощность - 20 Вт.
Генератор шума DNG-2000 предназначен для
зашиты от подслушивающих устройств, которые
не регистрируются обычными методами и созда-
ния виброакустических помех с целью зашиты от
проводных и радиомикрофонов, вмонтированных
в стену, а также лазерных и микроволновых сис-
тем, использующих отражение от окон.
Прибор защищает периметр помещения путем
наведения на конструкции белого нефильтруемо-
го шума. Степень защиты DNG-2000 выше, чем у
систем с громкоговорителями. Виброизлучатели
DNG-2000 осуществляют направленное покрытие
площади внутри периметра и имеют гораздо луч-
шие характеристики, производя при этом меньше
шума в заданной области. Хотя внутри защищен-
ной области может быть слышен некоторый шум,
повышать голос не придется.
Спектр шума, производимого DNG-2000, име-
ет форму, равномерно покрывающую диапазон го-
лосовых частот. Каждый излучатель имеет при-
способления для крепления на стены, потолки,
окна и т. д.
DNG-2000 имеет два независимых выхода, к
каждому из которых могут быть подключены виб-
рационные или акустические излучатели (напри-
мер, TRN-2000 и DMS-2000). Каждый канал име-
ет независимый блок питания. Кроме того, гене-
ратор имеет дополнительный вход и индикатор
уровня «ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ», который позволяет
осуществлять калибровку уровня шума. Для этого
к генератору подключается специальный микро-
фон (DNG-MIC) или вибродатчик (DNG-STET).
Они дают возможность измерить реальный уро-
вень шума, наводимый на поверхность.
Виброизлучатель TRN-2000 используется для
распространения звуковых колебаний в стенах,
потолке, окнах, перегородках и вытяжках (слева
внизу), а акустический излучатель OMS-2000 - для
зашумления помещения изнутри.
Технические характеристики DNG-2000:
диапазон частот - 250 Гц 5 кГц;
минимальная нагрузка - 3 Ом;
электропитание - 220 В;
габариты:
основного блока - 4,4 х 15 х 25,4 см;
вибродатчика TRN-2000 - 10,2 х 3,8 см;
акустодатчика OMS-2000 - 12,7 х 14,6 см;
масса:
основного блока - 2,2 кг;
вибродатчика TRN-2000 - 907 г.
Генератор шума ANG-2000 спроектирован для
зашиты от проводных микрофонов, стетоскопов,
сетевых передатчиков, лазерных/ИК оконных сте-
тоскопов.
Система звуковой маскировки зашумляет пе-
риметр помещения и не мешает разговору внут-
ри. Диапазон ANG-2000 совпадает с диапазоном
человеческой речи, благодаря чему прибор имеет
максимальную эффективность.
758
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Система зашумления состоит из основного
модуля (ANG-2000), а также виброизлучателя
TNG-2000 и акустического излучателя OMS-2000.
Акустический генератор «белого» шума WNG-023
предназначен для защиты переговоров от подслу-
шивания с использованием технических средств
промышленного шпионажа. Принцип действия
модели основан на генерации так называемого
«белого» шума в акустическом диапазоне частот,
что делает невозможным подслушивание разгово-
ра после его передачи любыми типами передаю-
щих систем. WNG-023 может использоваться толь-
ко в замкнутом пространстве: в комнате, в сало-
не автомобиля и т. д.
Технические характеристики:
питание - 220 В/9 В;
потребляемый ток - 130 мА;
диапазон частот - 100 12000 Гц;
выходная мощность - 1 Вт;
габариты - 111 х 70 х 22 мм.
Устройство акустической защиты «Эхо» предназ-
начено для защиты конфиденциальных перегово-
ров путем формирования специальной акустичес-
кой речеподобной шумовой помехи.
Изделие обеспечивает защиту конфиденциаль-
ных переговоров от подслушивания всеми извест-
ными средствами добывания акустической инфор-
мации в помешениях.
Зашита переговоров и помещения от подслу-
шивания осуществляется путем формирования спе-
циальных шумовых речеподобных маскирующих
сигналов, которые формируются из речевых с по-
мощью их специального преобразования и мно-
гократного повторения.
Основные особенности изделия:
отсутствие шумовых сигналов в паузах разговора;
зависимость уровня шумовых сигналов от гром-
кости разговора;
уменьшение мешающего и раздражающего воз-
действия на человека, по сравнению с «белым»
или «окрашенным» шумом (энергетический вы-
игрыш 8-10 дБ по сравнению с «белым» шумом и
6-8 дБ с «окрашенным»);
решение задач, возлагаемых на системы виб-
розашиты;
невозможность восстановления информации
современными методами вследствие совпадения
спектра и динамики сигнала и помехи.
Электропитание изделия осуществляется от
сети 220 В.
Базовый комплект:
две активные акустические колонки со встро-
енным блоком обработки речевых сигналов;
настольный микрофон на подставке.
Существует также комплект «Эхо-2ДУ», кото-
рый используется для больших помещений. Из-
делие представляет собой два базовых комплекта
«Эха» с общим каналом дистанционного управ-
ления, причем первый комплект является веду-
щим (номер нанесен на задней стенке активной
колонки).
Еще одна разновидность «Эха» - устройство
«Эхо-кейс», которое является автономным и вы-
полнено в виде кейса. Электропитание такого из-
делия осуществляется от встроенных аккумулято-
ров; длительность непрерывной работы от одного
комплекта аккумуляторов - не менее 3 ч.
Комплекс «Переговорная комната» SR-4 пред-
назначен для проведения закрытых совещаний в
мобильном режиме и обеспечивает защиту от всех
типов подслушивающих устройств. Главная отли-
чительная особенность этого комплекса — мобиль-
ность, позволяющая защищать переговоры как
в своих помещениях, так и в чужих переговор-
ных комнатах, оборудованных средствами снятия
речевой информации.
Мобильность SR-4 обеспечивается отсутствием
проводной связи (наличием закрытых радиокана-
лов) между участниками совещания, автономным
аккумуляторным питанием всех абонентских ком-
плектов, базового блока, генераторов акустических
помех и самоорганизацией сетей, позволяющей не
заниматься частотным планированием.
Комплекс состоит из четырех абонентских ком-
плектов, базового блока, зарядного устройства и
двух генераторов шумовых помех.
Основные технические характеристики SR-4:
длина волны радиосвязи - 15 см;
скорость передачи информации - 1115 кбит/с;
время для организации прямого и обратного
каналов - 10 мс;
выходная средняя мощность портативного ус-
тройства - 4 6 мВт;
выходная средняя мощность базового устрой-
ства - 30—40 мВт;
радиус ведения переговоров - 4-10 м;
емкость аккумуляторной батареи портативно-
го устройства - 550 мА • ч;
емкость аккумуляторной батареи базового уст-
ройства - 1600 мА ч;
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
емкость аккумуляторной батареи генератора
шума - 1600 мА - ч;
ток потребления портативного устройства -
23 мА;
ток потребления базового устройства - 240 мА;
ток потребления генератора шума - 200 мА.
Принцип действия комплекса. Участники пере-
говоров надевают переговорную гарнитуру, под-
ключенную к передатчику абонентского комплек-
та. Передатчики поддерживают метод множествен-
ного радиодоступа с динамическим выбором ра-
диоканала. Это позволяет вести качественную
радиосвязь без вмешательства участников перего-
воров. Цифровой широкополосный режим рабо-
ты передатчиков и наличие секретного ключа ауто-
идентификации делают практически невозможным
перехват и расшифровку информации в данной
системе связи.
К базовому блоку подключены две колонки ге-
нераторов шумовых помех. Шум формируется толь-
ко в том случае, если кто-то из участников перего-
воров говорит в микрофон. Шумовой помеховый
сигнал подавляет все типы акустических подслу-
шивающих устройств. В то же время переговорная
гарнитура уменьшает уровень шума настолько, что
можно без труда разобрать суть беседы.
Подготовка к работе. Предварительно необхо-
димо зарядить базовое устройство, портативные
устройства и генераторы шума. Для этого необхо-
димо подключить штекер блока питания к гнезду
для зарядки одного из устройств. После подклю-
чения нажать кнопку запуска на блоке питания.
При этом загорится зеленый индикатор на перед-
ней панели блока питания. По окончании заряда
зеленый индикатор погаснет и загорится красный.
Далее можно отключить заряженное устройство и
подключить следующее. Одновременно от одного
блока питания можно заряжать два устройства.
Порядок включения. Включить базовый блок.
Затем включить по очереди все портативные уст-
ройства. При этом каждое портативное устройство
сгенерирует характерный короткий звуковой сиг-
нал, свидетельствующий об установлении канала
связи с базовым устройством.
Многофункциональный генератор шума «Гром-
ЗИ-4» предназначен для зашиты переговоров от
утечки информации по телефонной линии и элек-
трической сети.
Прибор защищает участок линии от телефон-
ного аппарата до автоматической телефонной стан-
ции, а также блокирует устройства, использую-
щие электрическую сеть помещения в качестве
канала утечки информации. Принцип действия
прибора основан на маскировке спектра речи
широкополосным шумом.
Прибор предотвращает подслушивание теле-
фонного аппарата устройствами, работающими по
принципу высокочастотного навязывания, а так-
же реагирующими на поднятие трубки телефон-
ного аппарата.
Генератор может работать в автоматическом и
неавтоматическом режимах. В автоматическом
режиме контролируется напряжение линии и
включается зашита при поднятии трубки телефон-
ного аппарата и снижении напряжения линии в
случае подключения к ней параллельного теле-
фона или подслушивающего устройства.
Технические характеристики'.
максимальное значение напряжения, генери-
руемого прибором по телефонной линии в диапа-
зоне частот 6-40 кГц - не менее 3 В;
отношение напряжения помех, генерируемых
прибором по линии, к напряжению помех по
клеммам телефонного аппарата - не менее 40 дБ;
диапазон регулировки тока линии - не менее
10 мА;
порог включения прибора в автоматическом
режиме - 55 + 3 В;
напряжение помех, генерируемых прибором по
электросети относительно 1 мкВ:
в диапазоне частот 0,1-1 МГц - не менее
60 дБ;
в диапазоне частот 1-5 МГц - не менее 30 дБ;
время непрерывной работы прибора -8 ч;
питание - сеть 220 В, 50 Гц;
потребляемая мощность - 10 Вт;
масса - 1,5 кг.
Генератор шума «Волна-4Р» предназначен для
активной зашиты ПЭВМ от утечек обрабатывае-
мой информации, вызванных высокочастотными
излучениями, а также по цепям электропитания и
заземления.
Технические характеристики'.
мощность, потребляемая от сети, - 20 Вт;
мощность, коммутируемая на внешнюю нагруз-
ку, - 300 Вт;
размеры - 70 х 170 х 230 мм;
масса - 1500 г.
Мобильный генератор шума MNG-300 Skeller
защищает от средств съема информации (микро-
760
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
фоны, радиомикрофоны, цифровые и пленочные
диктофоны, стетоскопы), излучая «белый» нефиль-
труемый звуковой шум.
Благодаря использованию цифровых техноло-
гий, генератор излучает шум в таком диапазоне,
который точно соответствует входному диапазону
диктофонов и микрофонов (250-4500 Гц). Благо-
даря этому Skeller создает эффективную помеху и
мешает разговору значительно меньше в отличие
от других изделий данного типа.
Корпус прибора выполнен из прочного мате-
риала, который помещается в пачку сигарет.
Крышка сигаретной пачки открывает динамик для
работы.
Skeller имеет регулятор громкости и индикатор
уровня шума. Уровень шума настраивается в со-
ответствии с требованиями к комфорту и степени
защиты.
10.3.8. Нелинейные радиолокаторы
Одной из наиболее сложных задач в области
зашиты информации является поиск закладных
устройств, которые не используют радиоканал для
передачи информации, а также радиозакладок,
находящихся в пассивном состоянии. Для таких
устройств сканирующие (панорамные) радиопри-
емники, анализаторы спектра или детекторы поля
неэффективны.
В связи с этим возник совершенно новый вид
поисковых приборов, получивший название не-
линейного радиолокатора. Своим названием он
обязан физическому принципу, заложенному в
него для выявления подслушивающих устройств.
Дело в том, что все эти устройства имеют в
своей основе полупроводниковые элементы (дио-
ды, транзисторы, микросхемы), для которых ха-
рактерен нелинейный вид вольт-амперной харак-
теристики. Наличие такой нелинейной связи при-
водит к появлению на выходе полупроводниково-
го прибора большого количества гармоник с
частотами /п = nf0, где п = 1,2,3,..., а /с частота
зондирующего сигнала, действующего на входе
полупроводникового прибора [246].
Таким образом, нелинейный локатор - это ус-
тройство, реализующее следующий принцип: из-
лучает электромагнитную волну с частотой /0, а
принимает переизлученные сигналы на частотах
/„. Если такие сигналы будут выявлены, то в зоне
действия локатора присутствуют полупроводнико-
вые элементы и их необходимо проверить на воз-
можную причастность к закладным устройствам.
Отсюда следует, что нелинейный локатор вы-
являет только электронную аппаратуру и, в отли-
чие от классического линейного радиолокатора,
«не видит» отражения от окружающих предметов,
т. е. имеет высокую избирательность.
Источником помех для его работы могут стать
контакты со слабыми прижимами, для которых ха-
рактерно наличие промежуточного окислительного
слоя. В редких случаях к нежелательному эффекту
могут привести паяные и сварные соединения.
Причина возникновения указанных помех свя-
зана с тем, что слабые металлические контакты, как
правило, представляют собой квазилинейные эле-
менты с неустойчивыми р-и-переходами, связанны-
ми с наличием окислов на поверхности металла.
Следует отметить, что нелинейные локаторы на-
шли применение и в мирной жизни. Например, в
системах контроля за выносом вещей из магазина,
поиска людей в снеговых завалах и разрушенных
зданиях, контроля багажа авиапассажиров и т. д.
Серийный выпуск локаторов начался в 1980 г.
в США (локатор «Superscout»), а в 1981 г. появил-
ся британский локатор «Broom» и советский «Ор-
хидея» (1982 г.). Сейчас на рынке представлено
большое количество нелинейных локаторов сто-
имостью от 10 тыс. до 30 тыс. долларов США.
Основные характеристики нелинейных лока-
торов:
значения рабочих частот зондирующих сигналов;
режим излучения и мощность передатчика;
форма, геометрические размеры и поляриза-
ция антенны;
точность определения места переизлучаюшего
объекта;
чувствительность радиоприемника;
максимальная дальность действия;
количество анализируемых гармоник;
размеры и масса.
Значения рабочих частот передатчиков всех ти-
пов локаторов находятся в пределах от 400 до
1000 МГц (для приемников эти показатели соответ-
ственно в два или в три раза больше), однако боль-
шинство устройств имеют частоту около 900 МГц.
К сожалению, большинство нелинейных радио-
локаторов работают на фиксированных частотах
без возможности перестройки, а это ухудшает их
10.3. Методы защиты информации в авиационных информационно-коммуникационных системах
эксплуатационные характеристики. Вообще, бо-
лее удобны в эксплуатации локаторы, имеющие
возможность перестройки в границах какого-либо
диапазона. Например, локатор «Orion» (NJE-400)
обеспечивает автоматический режим выбора ра-
бочей частоты в диапазоне 880-1000 МГц. Ее оп-
тимальное значение определяется по наилучшим
условиям приема для второй гармоники частоты
зондирующего сигнала.
От рабочей частоты зависит форма и геомет-
рические размеры антенны, важной характерис-
тикой которых является поляризация. Передаю-
щие антенны имеют, как правило, линейную, а
принимающие - круговую поляризацию. Точность
определения местонахождения радиоэлектронно-
го устройства составляет несколько сантиметров.
Режим работы нелинейного локатора бывает
беспрерывным и импульсным. Мощность локато-
ров в беспрерывном режиме составляет от 10 до
850 мВт и ограничена 3-5 Вт, а в импульсном
режиме - от 5 до 400 Вт с ограничением в 400 Вт.
Причина ограничений кроется в том, что локато-
ры могут создавать проблемы в плане электро-
магнитной совместимости со средствами связи,
навигации, телевидения, датчиками пожарной и
охранной сигнализации. Кроме того, зондирую-
щие излучения отрицательно влияют на операто-
ров, которые эксплуатируют аппаратуру.
Некоторые современные нелинейные локато-
ры имеют возможность изменять мощность зон-
дирующего сигнала. Например, локатор NJE-400
изменяет мощность от 0,01 до 1 Вт.
Чувствительность приемников современных
нелинейных локаторов находится в пределах
10 |5-10 11 Вт. В импульсных она несколько хуже.
Большинство приемников имеют чувствительность,
которая регулируется в пределах 30-50 дБ [246].
Дальность действия большинства локаторов не
превышает 0,5 м. Глубина выявления объектов в
маскирующей среде зависит от материала, из ко-
торого изготовлены стены, и составляет от не-
скольких сантиметров до 0,5 м.
Количество одновременно анализируемых гар-
моник является важной характеристикой, которая
характеризует преимущества локаторов, выявля-
ющих больше одной гармоники.
Современные нелинейные локаторы имеют не-
большие размеры, вес и позволяют работать как
от электросети, так и от автономных источников
питания. Следует отметить, что нелинейные ло-
каторы полностью не решают задачу выявления
закладок в помещении.
10.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ
КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
10.4.1. Анализ современного состояния
сети ATN
Назначение и принципы построения современных
авиационных телекоммуникационных систем. В со-
ответствии с требованиями Международной орга-
низации гражданской авиации ICAO (International
Civil Aviation Organization), авиационная электро-
связь в гражданской авиации должна обеспечи-
вать потребности в электросвязи следующих служб:
обслуживания воздушного движения (ОВД), аэро-
навигационной информации, метеорологическо-
го обеспечения, поиска и спасения. При этом дол-
жны быть выполнены конкретные требования от-
носительно надежности и целостности системы,
непрерывности обслуживания сообщений, задерж-
ки прохождения печатных и цифровых данных и
сообщений речевой связи [17, 528].
В настоящее время текущие потребности ОВД
в большинстве регионов удовлетворяются за счет
использования:
линий передачи и центров сетей авиационной
фиксированной электросвязи AFTN (Aeronautical
Fixed Telecommunication Network);
линий передачи и центров обшей сети обмена
данными ICAO - CIDIN (Common ICAO Data
Interchange Network);
линий передачи и центров связи европейской
метеорологической оперативной связи;
линий оперативно-речевой связи ОВД (сеть не-
посредственного взаимодействия диспетчерских
пунктов НВДП);
линий передачи систем обмена данными меж-
ду ЭВМ ОВД;
линий передачи сети Международного об-
щества по авиационной электросвязи SITA (So-
762
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
ciete International de Telecommunication Aero-
nautiques);
радиоканалов связи «земля-борт-земля».
Авиационная электросвязь в ГА должна обеспе-
чивать решение следующих основных задач [17, 528]:
передачи на борт воздушного судна (ВС) раз-
ных сообщений по ОВД, направленных на обес-
печение безопасности и регулярности полетов,
сервиса обслуживания пассажиров;
передачи экипажем ВС указаний и распоряже-
ний и получения от них донесений и сообщений
на всех этапах полета от взлета до посадки вклю-
чительно;
передачи и принятия сообщений о воздушной
и метеорологической обстановке;
обмена соответствующими сообщениями с вза-
имодействующими пунктами управления и орга-
нами других ведомств, в том числе международ-
ных;
взаимодействия между службами и подразде-
лами авиапредприятия;
передачи распоряжений, указаний и других
сообщений от руководящих органов ГА в подчи-
ненные организации и предприятия и получения
от них сообщений и донесений.
Функции авиационной электросвязи реализу-
ются совокупностью центров коммутации, узлов
связи, приемопередаточных центров, станций и
конечных устройств, которые соединены между
собой каналами и линиями передачи в порядке,
соответствующем принятой системе организации
связи.
Авиационная электросвязь должна удовлетво-
рять высоким требованиям относительно опера-
тивности, надежности, достоверности и скорости
передачи сообщений, необходимой скрытности,
максимальной экономичности организации и функ-
ционирования.
По функциональному назначению авиацион-
ная электросвязь делится на авиационную воздуш-
ную электросвязь (АВЭС) и авиационную назем-
ную электросвязь (АНЭС). По международной
терминологии АВЭС соответствует авиационная
подвижная служба связи (R), а АНЭС - аэрона-
вигационная служба стационарных средств связи
(AFS — Aeronautical Fixed Service).
АВЭС организуется в соответствии с действу-
ющей структурой управления воздушным движе-
нием (УВД) и должна обеспечивать [17, 42, 56,
422, 514, 515, 528]:
связь по УВД в районах аэродрома (руление,
взлет, посадка, полеты по кругу и на подходе к
аэродрому);
связь по УВД на воздушных трассах, на мест-
ных воздушных линиях (МВЛ) и при использова-
нии авиации в отраслях промышленности и сель-
ского хозяйства, на международных воздушных
трассах;
информационно-командную дальнюю связь с
центральной диспетчерской службой (НДС) ГА;
радиовещание метеоинформации экипажам ВС;
связь ВС с планово-диспетчерской службой
предприятия (ПДСП);
связь между экипажами ВС для взаимодействия
(в случае необходимости);
связь аварийно-спасательной службы с други-
ми абонентами сетей авиационной электросвязи;
связь специального назначения.
АНЭС организуется с учетом действующей
иерархической структуры диспетчерских пунктов
службы движения и органов ОВД, структуры мест
базирования и расположения авиаотрядов, аэро-
дромов, агентств воздушного сообщения, учреж-
дений, предприятий ГА, структуры других служб
и органов ГА, учреждений и служб взаимодейству-
ющих ведомств и должна обеспечивать:
взаимодействие диспетчерских пунктов служ-
бы движения;
полеты воздушных судов;
управление производственной и технологичес-
кой деятельностью других служб ГА;
межаэропортную связь;
связь агентств воздушного сообщения (АВС) и
пассажиров;
внутриаэропортную связь;
международную связь;
связь по организации УВД ;
передачу и принятие метеорологической ин-
формации;
коммерческую связь;
производственно-диспетчерскую связь;
связь специального назначения.
С целью устранения известных недостатков
авиационной электросвязи и эффективного ис-
пользования всех возможностей автоматизирован-
ных систем ОВД в ГА внедряется интегрирован-
ная сеть передачи сообщений ATN. Она должна
обеспечить межсетевое взаимодействие вычисли-
тельных систем и оборудования данных, которые
функционируют в наземных пунктах AFS и в пре-
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
763
делах бортовых локальных сетей (LAN - Local
Array Network) воздушных судов.
Концепции построения цифровой сети интеграль-
ного обслуживания ATN. Назначение ATN. Главным
условием успешного внедрения авиационной циф-
ровой сети с интегрированием услуг (ЦСИУ)
ICAO считает признание следующих концептуаль-
ных положений [17, 422]:
все большее внедрение и использование средств
компьютеризации и автоматизации ОВД требует
совершенствования передачи данных между ко-
нечными ЭВМ и пользователями, в том числе,
передачи данных между бортовыми и наземными
ЭВМ, обслуживающими фиксированных и мо-
бильных пользователей;
повышение уровня автоматизации процессов
ОВД требует реализации на борту ВС и в назем-
ных условиях инфраструктуры сети передачи дан-
ных, которая обеспечивает более широкие теле-
коммуникационные возможности связи и более
четкую конфигурацию по сравнению с существу-
ющей инфраструктурой;
реальный успех автоматизации процессов ОВД
достигается только в том случае, когда бортовые
вычислительные системы обеспечивают межсете-
вое взаимодействие и обработку данных аналогич-
но наземным ЭВМ, а не используются в качестве
бортовых терминалов.
Согласно определению МККТТ, под ЦСИУ
(ISDN - Integrated Services Digital Network) под-
разумевается такая сеть электросвязи, в которой
одни и те же приборы цифровой коммутации и
цифровые тракты передачи используются для ус-
тановления соединений более чем одного вида
связи [479, 528]. Базой для ISDN является оциф-
рованная сеть с ИКМ (PCM Pulse Code Modula-
tion - импульсно-кодовая модуляция).
Сеть авиационной электросвязи ATN, концеп-
ция которой разработана ICAO, является инфра-
структурой межсетевого взаимодействия. Она
обеспечивает взаимодействие наземных подсетей
передачи данных, подсетей передачи данных «воз-
дух-земля» (A/G - Air/Ground) и подсети пере-
дачи данных бортового оборудования (LAN)
(рис. 10.15).
Взаимодействие реализуется благодаря общим
режимам и протоколам интерфейса, которые ба-
зируются на межуровневой эталонной модели вза-
имодействия открытых систем (ЭМВОС), реко-
мендованной документом ISO/IEC 74981.
Взаимодействие характеризует возможность
ATN обеспечить сквозную передачу данных меж-
ду конечными системами, даже если в ATN вклю-
чены разные подсети.
Конечной системой (ES - End System) являет-
ся система, которая охватывает семь уровней
ЭМВОС и один или несколько прикладных про-
цессоров конечного пользователя (рис. 10.16).
Подсетью ATN называют действующее обору-
дование сети передачи данных, использующей од-
нородный протокол и план и находится под уп-
равлением одного уполномоченного органа. Для
сообщений, которые надлежит передавать между
наземными подсетями (АНЭС) и подсетями LAN
на ВС, в ATN определен переходный элемент. Он
называется роутером (или маршрутизатором). Со-
единения подсетей, самостоятельных физически,
логически или административно, выполняются
межсетевыми роутерами в местах соединения [17,
514]. Подсети относятся к промежуточным систе-
мам (IS - Intermediate System).
Сеть ATN предназначена для предоставления
на специальной основе телекоммуникационного
обслуживания для передачи данных организаци-
ям, которые занимаются ОВД, и агентствам, экс-
плуатирующим воздушные суда.
Сеть ATN обеспечивает следующие виды элек-
тросвязи:
связь с целью обслуживания воздушного дви-
жения (ATSC - Air Traffic Services Communication);
авиационный оперативный контроль -Aeronau-
tical Operation Control;
авиационную административную связь (ААС -
Aeronautical Administrative Communication);
авиационную связь для пассажиров (АРС -
Aeronautical Passenger Communication).
Сеть ATN [22, 572]:
предоставляет пользователям надежную сквоз-
ную связь, необходимую для обеспечения безо-
пасного и эффективного ОВД;
обеспечивает передачу данных, удовлетворяю-
щую требованиям пользователей относительно
защиты и безопасности связи;
базируется на международных стандартах пе-
редачи данных, которые должны способствовать
разработке совместимых систем и стимулировать
предоставление сетевых видов обслуживания на
конкурентной основе;
обеспечивает разные категории (классы) обслу-
живания для разных видов использования;
764
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
КОНЕЧНЫЕ СИСТЕМЫ (ES)
Рис. 10.15. Архитектура сетей ATN
определяет архитектуру, позволяющую объеди-
нять общественные и частные подсети, что обес-
печивает использование действующей и планиру-
емой инфраструктуры, а также сетевых программ-
но-технических средств.
Интегрированная АНЭС-ATN включает назем-
ную подсеть ОВД, которая охватывает аэродром-
ные диспетчерские пункты (АДП), базы данных
ОВД, базы метеоданных (БМД), пункты управле-
ния на маршруте. С помощью роутеров наземных
подсетей ОВД пользователи связываются [17]:
с местными наземными подсетями, а через
них с базами данных авиационной оператив-
ной связи (АОС);
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
765
Рис. 10.16. Концептуальная модель ATN по ICAO
с подсистемами АОС и базой метеоданных;
с подвижными подсетями: ВЧ-каналов цифро-
вой связи (HFDL - High Frequency Data Link);
СВЧ-каналов цифровой связи (VDL - Very
High Frequency Data Link), авиационной мобиль-
ной спутниковой связи (AMSS - Aeronautical
Mobile Satellite Service), каналов вторичных обзор-
ных радиолокаторов в режиме S (SSR - Secondary
Surveillance Radar Mode S), аэродромного обслу-
живания (Gate Link) [469, 572].
Системные требования. По рекомендациям
ICAO требования системного уровня представля-
ют собой технические требования высокого уров-
ня, которые базируются на эксплуатационных тре-
бованиях и ограничениях технического, админис-
тративного и организационного характера. Требо-
вания системного уровня являются основой для
функциональных требований и требований более
низкого уровня.
В соответствии с рекомендациями ICAO, сеть
ATN должна обеспечить [17, 514, 528]:
упрощенный переход к будущим вариантам
служб авиационной электросвязи;
интеграцию имеющихся пользователей и сис-
тем AFTN, CIDIN, VCS (Voice Communication
System - система речевой связи), ACARS (Aircraft
Communications Addressing & Reporting System -
система связи ВС для адресации и передачи сооб-
щений) и других в архитектуру ATN;
передачу инструкций по УВД на борт ВС по
линиям передачи данных только управляющим
органом ОВД в зонах воздушного пространства,
которые ему подчинены;
маршрутизацию в соответствии с установлен-
ной стратегией маршрутизации;
однозначную адресацию всех конечных, предко-
нечных и промежуточных систем своего состава;
определение вида обмена данными только по
разрешенным линиям передачи в соответствии с
типами и категориями сообщений, установленных
пользователем;
обмен прикладной информацией, когда име-
ется одна или несколько санкционированных ли-
ний передачи;
возможность, получая сообщение, определить
инициатора обмена;
целесообразное и эффективное использование
подсетей с линиями передачи, имеющими огра-
ниченную ширину полосы частот;
соединение бортовой и наземной промежуточ-
ных систем альтернативными подвижными под-
сетями;
соединение бортовой промежуточной системы
с несколькими наземными промежуточными сис-
темами;
возможность государствам и организациям на-
значать адреса и названия в пределах их админи-
стративных областей;
возможность установления, поддержки, вы-
свобождения и прерывания равноправных при-
кладных ассоциаций для разных видов использо-
вания;
предоставление связи ОВД (ATSC Air Traffic
Services Communication) в соответствии с классом
ATSC (см. ниже), который определяется макси-
мальной задержкой АГтх сквозного прохождения
сообщения через ATN в одном направлении (ве-
роятность прохождения 0,95).
Класс ATSC...А В С D Е F G Н
Максималь-
ная задержка
А711их, с..Резерв 4,5 7,2 13,5 18,0 27,0 50,0 100,0
Сеть ATN учитывает приоритеты передачи со-
общений, перечисленные в табл. 10.14. При этом
766
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.14. Приоритеты передачи сообщений
Категория сообщений Приоритет соответствующего уровня
транс- портно- го ATN сетевого ATN подсети AMSS
Управление сетью / системой 0 14 14
Чрезвычайные (о бедствиях) 1 13 14
Срочные 2 12 14
По безопасности полетов высшего приоритета 3 11 11
обычного приоритета 4 10 11
Метеорологические 5 9 8
По регулярности полетов 6 8 7
Службы авиационной информа- ции 7 7 6
Сетевые / системные 8 6 5
Авиационные, административ- ные 9 5 5
Резерв 10 4
Административные срочные и связанные со статусом ООН 11 3 3
Административные высшего приоритета и государствен- ные/правительственные 12 2 2
Административные обычного приоритета 13 1 1
Административные низшего приоритета 14 0 0
к связи по безопасности и регулярности полетов
относятся приоритеты, расположенные выше пя-
того сетевого уровня ATN.
В подсети SSB Mode S приоритеты с 14 по 10
являются высокими, а с 9 по 6 * низкими. Среди
других категорий сообщений ATN (т. е. от 0 до 5),
в подсети режима S допускается прохождение толь-
ко тех, которые имеют отношение к регулярности
и безопасности полетов. Что касается подсети VDL
1 и 2, то в них отсутствуют определенные меха-
низмы обеспечения приоритетов [514, 528].
Структура протоколов ATN, соответствующая
ЕМВВС ISO, показана на рис. 10.17.
Сетевой уровень здесь представлен тремя под-
уровнями со своими протоколами:
межсетевой протокол IP (Internet Protocol), в
частности, протокол сетевого уровня без установ-
ления соединения CLNP (Connectionless Network
Protocol);
протокол обмена маршрутной информацией RP
(Routing Protocol);
протокол зависимой от подсети функции кон-
вергенции SNDCF (Subnetwork Dependent Conver-
gence Function);
протокол доступа к подсети SNACP (Subnetwork
Access Protocol);
протокол межобластного обмена маршрутной
информацией IDRP (Inter Domain Routing Infor-
mation Exchange Protocol).
При этом порт 1 определяет точки доступа к
транспортным услугам, порт 2 - порт пользова-
теля, порт 3 - порт провайдера сети, порт 4 -
порт присоединения подсетей.
Одним из основных видов использования
ATN в связи «земля-земля» (G/G) является об-
мен данными между органами ОВД (AIDC - Air
Traffic Service Inter Facility Data Communication).
Сеть ATN обеспечивает следующие функции
AIDC: сообщения о полетах, координация по-
летов, передача управления, передача связи, пе-
редача данных, наблюдения, передача данных
общего характера.
С целью эффективного и качественного выпол-
нения возложенных на ATN задач интеграция дей-
ствующих систем АНЭС должна учитывать поло-
жительные черты и использовать современные
телекоммуникационные технологии. Основными
из них являются технологии, которые базируются
на стандартах ISDN, Frame Relay (FR), ATM
(Asynchronous Transfer Mode), TCP/IP (Transmission
Control Protocol / Internet Protocol).
Рассмотрим назначения и особенности этих
технологий с точки зрения использования в ATN.
Общая характеристика современных телекомму-
никационных технологий в ATN. Современный пе-
риод научно-технического прогресса характеризу-
ется стремительным развитием телекоммуникаци-
онных систем и сетей. Характерной чертой этого
развития является внедрение прогрессивных теле-
коммуникационных технологий, которые базируются
на цифровых методах передачи, принятия и обра-
ботки сообщений. Эволюционное развитие телеком-
муникационных технологий хорошо отражает так
называемая «волновая теория» развития [17, 523|.
Ее суть в том, что любая новая технология посте-
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
767
Рис. 10.17. Структура протоколов ATN
пенно появляется на рынке, достигает, в зависимо-
сти от спроса, максимального распространения, пос-
ле чего постепенно исчезает с рынка. Схематически
ход такой эволюции показан на рис. 10.18.
Рисунок показывает, что на современном этапе
развития цифровых телекоммуникационных техно-
логий пикового развития достигают технологии
ISDN и Frame Relay. Объемы Q использования
выделенных цифровых линий передачи постепен-
но снижаются. Спрос на асинхронную технологию
ATM постепенно повышается. Для каждой страны
или отдельного региона ход кривых на рис. 10.18
может отличаться по срокам наступления пиков и
их амплитудам, однако общий характер семейства
таких кривых, как правило, сохраняется.
Причиной смены технологий обычно является
большая экономическая конкурентоспособность
новых технологических решений по сравнению с
действующими технологиями. При этом не исклю-
чается возможность сосуществования разных тех-
нологий (например, ISDN и FR). Первым этапом
2010
Рис. 10.18. Развитие отдельных цифровых телекомму-
никационных технологий
768
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
перехода от аналоговой к цифровой первичной
сети был этап создания интегрированных цифро-
вых сетей IDN (Integrated Digital Networks) в от-
расли цифровой телефонии. В сетях передачи дан-
ных в этот период на участках «узел-узел» на-
чинается использование выделенных цифровых
каналов сети PDN (плезиохронная цифровая
иерархия). Это существенно повысило качество пе-
редачи и стимулировало развитие пакетной ком-
мутации (например, протокол Х.25).
Последующее развитие телекоммуникационных
технологий требовало роста пропускной способ-
ности сетей и объединения телефонии и передачи
данных на единственной цифровой основе. Это
дало толчок к переходу от IDN к ISDN. Техноло-
гия ISDN обеспечила транспортную среду для
передачи цифрового потока от пользователя к
пользователю. Качество цифровых каналов ока-
залась настолько высоким, что протокол Х.25 стал
убыточным и из него стало возможным выделить
алгоритмы возобновления и квитирования данных.
В результате появился протокол Frame Relay (FR).
Структура протокола FR имеет много общего со
структурой протоколов ISDN, потому что основ-
ные технологии базируются на протоколе ITU-T
G921/G931.
Третьим этапом усовершенствования совре-
менных телекоммуникационных технологий яв-
ляется ввод широкополосных услуг, интеграция
их с ISDN и переход к В-ISDN (Broadband
ISDN - широкополосная ISDN) с ростом объе-
мов использования технологии ATM. Техноло-
гия ATM в настоящее время позволяет интегри-
ровать в единственный трафик различные по ха-
рактеру потоки разных пользователей и потому
является более сложной, чем предыдущие техно-
логии [422, 514].
10.4.2. Особенности использования
линий передачи
в современных сетях общего пользования
Особенности ведомственной магистральной циф-
ровой сети ГА. В соответствии с рекомендациями
руководящих документов ICAO, ведомственная
сеть АНЭС ГА строится, как правило, на базе арен-
дованных магистральных линий передачи сетей
общего пользования (СОП), в частности, сетей
передачи данных (СПД). Эта особенность предоп-
ределяет технико-экономическую целесообраз-
ность и необходимость [422, 514, 528]:
учета и использования в АНЭС ГА технологий
сетей общего пользования, в частности, ISDN
(PDH и SDH), Frame Relay (FR) ATM, IP/TCP;
шлюзования потоков сообщений между АНЭС
ГА и СОП;
использования для транспорта данных совре-
менных технологий пакетной коммутации.
Особенность использования систем транспорта
данных (СТД) в ГА заключается в том, что в ре-
зультате понятных обстоятельств (прежде всего,
необходимости придерживаться строгих мер без-
опасности) роль стандартизации, регламентации и
унификации, в т. ч. оборудования ПД и правил его
использования, имеет определяющее значение.
По этой причине, благодаря хорошо налажен-
ному международному сотрудничеству по линии
ICAO и ITU (International Telecommunication
Union), для удовлетворения потребностей связи в
сфере авиационного транспорта возможно и це-
лесообразно строить однородные сети передачи
данных. Это дает возможность ориентироваться
на использование FR-оборудования. Особенно
большое практическое значение для построения
авиационных корпоративных СТД имеет тот факт,
что в наиболее распространенных украинских се-
тях ПД национального уровня (сети «Укртелеком»
и «Инфоком») в качестве основного технологи-
ческого оборудования (в первую очередь, в сетях
абонентского доступа) используется оборудование
FR. Следовательно, существует возможность арен-
Рис. 10.19. Топологическая структура транспортной сети
Украины для АНЭС
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
169
Типы коммутации
магистральный ATM-коммутатор
магистральный IP-маршрутизатор
краевой FR-коммутатор
IP-маршругизатор абонентского доступа
— сервер удалённого доступа
— коммутатор ТСОП (АТС)
Типы соединения
— ATM/FR-потоки
--------потоки IP-пакетов
Рис. 10.20. Вариант архитектуры транспортной сети Украины для АНЭС
ды такого оборудования для образования корпо-
ративных и (или) виртуально корпоративных се-
тей ПД в отрасли ГА [422].
Топологическая структура транспортной сети
НВДП для АНЭС показана на рис. 10.19. Она пред-
ставляет собой полигональную сеть с главным ком-
мутационным центром в г. Киеве.
Вариант обобщенной архитектуры транспорт-
ной сети передачи данных (СПД) между предпри-
ятиями ГА изображен на рис. 10.20.
Она представляет собой двухслойную структу-
ру. Внутренний слой - это магистральная транс-
портная сеть, доступ к которой построен на базе
технологий ATM и IP, а внешний слой - сети або-
нентского доступа FR и IP. Сети абонентского
оборудования FR используются в двух основных
направлениях применения:
для обеспечения транспорта IP-пакетов от або-
нентных узлов авиапредприятия к узлам IP-сетей
(как специализированных, так и общего пользо-
вания);
для организации подключений к магистраль-
ной транспортной сети (т. е. к ядру СПД) с ис-
пользованием HDLC-подобных протоколов.
Ядро транспортной сети (внутренний слой в
архитектуре СПД - см. рис. 10.19) - это магист-
ральная сеть АТМ/IP. Ее узлы соединяются меж-
ду собой высокоскоростными магистральными ка-
налами ПД по схеме «с резервированием направ-
лений». Межузловые соединения в магистральной
49 8-470
770
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
сети осуществляются по технологии ATM. Про-
пускная способность каждого магистрального ка-
нала передачи данных в этой сети - 155 Мбит/с.
Через нее циркулируют мультиплексированные
потоки данных от магистральных АТМ-коммута-
торов и IP-маршрутизаторов, а также коммутато-
ров/маршрутизаторов сетей доступа.
Внешний (по отношению к ядру) слой в струк-
туре СПД разделяется на две прослойки. Первая
прослойка - это FR-сеть абонентского доступа.
Узлы сети присоединяются к АТМ-коммутаторам
магистральной сети через высокоскоростные ка-
налы ПД. В этих узлах расположены краевые FR-
коммутаторы, к портам которых подсоединяется
авиапредприятие через каналы абонентского до-
ступа. Пропускная способность каждого такого
абонентского канала доступа в FR-сеть - до
2,048 Мбит/с. Через них циркулируют мульти-
плексированные потоки данных от устройств до-
ступа к FR-узлам, которые называются устройст-
вами FRAD (Frame Relay Access Device). Для
передачи данных в сети абонентского доступа ис-
пользуется технология постоянных виртуальных
каналов.
Вторая прослойка внешнего слоя в структуре
СПД - это IP-сеть абонентского доступа, предназ-
наченная, главным образом, для предоставления
услуг Internet и Intranet. Узлы этой сети присоеди-
няются к IP-маршрутизаторам магистральной сети
АТМ/IP с использованием цифровых потоков типа
Е1 (со скоростью 2,048 Мбит/с), которые образу-
ются с помощью оборудования первичной сети. Эта
сеть может быть собственностью государства и пре-
доставлена в распоряжение Министерству транс-
порта и связи или быть собственностью нацио-
нальных телекоммуникационных компаний (в Ук-
раине - АО «Укртелеком» и «Инфоком»).
Пользователи IP-сети подключаются к узлам
доступа IP (к IP-маршрутизаторам абонентского
доступа) посредством синхронных и (или) асинх-
ронных некоммутированных линий, TDM-кана-
лов, FR-каналов, а также коммутированных кана-
лов телефонных сетей общего пользования
(ТСОП). Через IP-сеть авиапредприятие может
иметь доступ к глобальной сети Internet.
Транспортная СПД должна иметь в своем со-
ставе узлы взаимодействия с другими сетями.
С помощью оборудования пакетной маршрутиза-
ции она должна сообщаться с СПД других нацио-
нальных операторов, а также подключаться к за-
рубежным узлам - в частности, с целью органи-
зации информационного взаимообмена с предпри-
ятиями других государств.
Для решения задач управления транспортной
СПД и контроля за ее работоспособностью необ-
ходимо создать соответствующую сеть управления.
Желательно реализовать управление типа «out-of-
band» [128, 428]. Такой тип управления предус-
матривает создание потоков сигналов управления
и другой технологической информации через фи-
зически отделенные каналы связи. Это будет спо-
собствовать повышению живучести и надежности
функционирования сетей, что очень важно в де-
ятельности предприятий ГА.
Транспортная СПД должна предоставлять бо-
лее широкий спектр сетевых услуг практически
на всех семи уровнях ЭМВОС [479]. На физиче-
ском и канальном уровнях этой модели должны
предоставляться услуги абонентского доступа к
узлам СПД. На канальном уровне - услуги транс-
порта фреймов (фрейм - это формат блока дан-
ных в протоколах канального уровня) через FR и
ATM-каналы, а также организация подключений
к СПД с использованием протокола РРР и других
HDLC-подобных протоколов; на сетевом - услу-
ги транспортировки IP-пакетов; на сеансовом
уровне и выше - базовый набор Internet-услуг,
создание виртуальных частных сетей, видеокон-
ференц-связь и т. п.
Следует подчеркнуть, что на базе СПД с ис-
пользованием каналов FR и ATM создана и дей-
ствует национальная транспортная сеть «Укртеле-
кома», услуги которой на условиях аренды дос-
тупны предприятиям. Транспортная сеть «Укрте-
лекома» обеспечивает корпоративным клиентам
возможность объединять свои локальные вычис-
лительные сети (ЛВС), которые могут быть рас-
средоточены по всей территории Украины и даже
за рубежом, в глобальные корпоративные сети, осу-
ществлять удаленный доступ к узлам таких кор-
поративных сетей и т. п.
Номенклатура предоставляемых услуг и глуби-
на охвата этими услугами территории Украины
постоянно расширяются. Это дает возможность
«Укртелекому» предоставлять услуги по доступ-
ным ценам почти в любом населенном пункте
Украины, что, учитывая специфику расположения
украинских авиапредприятий, может быть в не-
которых случаях безальтернативной возможностью
получения доступа к корпоративным данным.
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
771
nternel
Чернигов
Киев
Луцк
Ровно
Тернополь
Полтава
Черкассы
Луганск
Ужгород
Франковск
Донецк
Николаев
Типы коммутации
Одесса
Севастополь
— Internet-узел
Типы соединения
-------ATM-соединение
-------ATM/FR/IP-соединение
------- IP-соединение
Обмен
трафиком
Винница
Хмельницким
Кировоград
Рис. 10.21. Вариант топологии транспортной СПД для обеспечения связи предприятий в Украине
Симферополь
Транспортную СПД. которая будет обслужи-
вать предприятие, целесообразно построить на базе
оборудования IP-маршрутизации и ATM/FR-kom-
мутации, а также серверов разного функциональ-
ного назначения.
Функциональная и организационная структу-
ра СПД должна быть иерархической и многоуров-
невой, а топология - близкой к радиально-узло-
вой. Для объединения узлов СПД между собой
целесообразно использовать цифровые каналы
первичной сети с пропускной способностью от
2,048 до 155 Мбит/с [515].
Само собой разумеется, для обеспечения до-
ступа пользователей к магистральной СПД суще-
ствуют соответствующие сети абонентского до-
ступа. При этом следует различать сети абонент-
ского доступа, обеспечивающие доступ к узлам
транспортной сети канального уровня (т. е. к
FR/ATM-коммутаторам) с целью получения ус-
луг транспортных каналов и сети абонентского до-
ступа к IP-узлам (в частности, с целью получения
Internet-услуг, а также для хостинга или построе-
ния виртуальных частных сетей).
В обоих вышеназванных типах сетей абонентс-
кого доступа в качестве абонентских каналов ис-
пользуются любые доступные для пользователей
каналы связи: аналоговые или цифровые, комму-
тированные или выделенные каналы тональной
частоты (ТЧ), физические линии (двухпроводные
или четырехпроводные), оптические каналы, ка-
налы радиодоступа и т. п. Выбор каналов доступа
осуществляется с учетом имеющихся возможнос-
тей относительно подключения и местоположения
абонентского оборудования и узлов СПД [17].
Один из возможных вариантов физической то-
пологии СПД представлен на рис. 10.21 [17].
Согласно этому варианту, с учетом существу-
ющей СОП регионально-транзитные узлы (РТУ)
772
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Житомир
Львов
Полтава
Тернополь
Черкассы
Хмельницким
Днепропетровск
Кировоград
Херсон
Севастополь
Типы соединения
— соединение 155 Mbps первичной сети
— соединение п х 2 Mbps первичной сети
Типы коммутации
— магистральный ATM-коммутатор
|х| — краевой FR-коммутатор
Луцк
Ровно
Ужгород
Ивано-Франковск
Черновцы
Рис. 10.22. Схема размещения оборудования ATM/FR-коммутании на межобластном участке транспортной СПД
Чернигов
Киев
Сумы
Луганск
Одесса
Запорожье
Донецк
в Харькове, Днепропетровске, Донецке, Одессе и
Львове соединены с центральным узлом (ЦУ) в
г. Киеве посредством цифровых каналов первич-
ной сети с пропускной способностью 155 Мбит/с.
Для передачи данных между регионально-транзит-
ными узлами и центральным узлом в современ-
ных условиях наиболее пригодной является тех-
нология ATM [17].
Региональные узлы (РУ) в областных центрах
Украины целесообразно соединить с региональ-
но-транзитными узлами посредством цифровых
каналов первичной сети с пропускной способно-
стью п х 2,048 Мбит/с. Каждый региональный узел,
кроме подключения к своему РТУ, желательно
подключить еще, как минимум, к одному узлу
своего или высшего иерархического уровня. Для
передачи данных между региональными и регио-
нально-транзитными узлами следует использовать
технологии ATM, FR и IP [17].
Вариант схемы размещения оборудования
ATM/FR-коммутации на межобластном участке
предложенной транспортной СПД представлен на
рис. 10.22.
Кроме оборудования ATM/FR-коммутации во
всех узлах СПД должно быть установлено также
оборудование IP-маршрутизации, предлагаемая схе-
ма размещения которого представлена на рис. 10.23.
В состав центрального узла в г. Киеве целесо-
образно включить [17]:
магистральные маршрутизаторы, маршрутиза-
торы абонентского доступа, межсетевые шлюзы
(национальные и международные);
магистральные ATM-коммутаторы и коммутато-
ры/мультиплексоры абонентского ATM/FR-доступа.
В состав регионально-транзитных узлов СПД
в городах Харьков, Днепропетровск, Донецк, Одес-
са и Львов желательно включить:
магистральные маршрутизаторы, маршрутиза-
тор абонентского доступа, а также межсетевые
шлюзы;
магистральный ATM-коммутатор и коммутато-
ры/мультиплексоры абонентского FR-доступа.
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
773
Киев
Житомир
Львов
Полтава
Тернополь
Черкассы
Хмельницкии
Днепропетровск
Донецк
Запорожье
Типы коммутации
Николаев
Херсон
Типы соединения
Симферополь
Севастополь
— соединение 155 Mbps первичной сети
— соединение п х 2 Mbps первичной сети
Луцк
Ровно
Ужгород
Ивано-Франковск
Черновцы
Рис. 10.23. Схема размещения оборудования IP-маршрутизации на межобластном участке транспортной IP-сети
передачи данных
— магистральный маршрутизатор
® — национальный и международный
шлюзы
SS1 — маршрутизатор областного доступа
Чернигов
Сумы
Луганск
Магистральные ATM-коммутаторы соединяют-
ся между собой через цифровые каналы первич-
ной сети со скоростью 155 Мбит/с.
В состав региональных узлов СПД, которые раз-
мещаются в областных центрах Украины, входят:
маршрутизаторы абонентского доступа:
коммутаторы/мультиплексоры абонентского
FR-доступа.
Каждый из региональных маршрутизаторов дол-
жен соединяться с регионально-транзитными маги-
стралями маршрутизаторами через цифровые кана-
лы первичной сети со скоростью 2,048 Мбит/с.
В пределах СПД, обслуживающего предприятие,
целесообразно создать и развивать два вида сетей
абонентского доступа: IP-доступа и FR-доступа.
Архитектура сетей абонентского IP-доступа. Сети
абонентского доступа подключаются к транспорт-
ной IP-сети через узлы доступа (УД). В состав
основного оборудования типичного УД уровней
центрального (ЦУ) и региональных (РУ) узлов
входят: маршрутизатор абонентского доступа, сер-
веры удаленного доступа, серверы DNS
RESOLVER и RADIUS PROXY. Оборудование УД
соединено между собой через локальную вычис-
лительную сеть (ЛВС), разделенную межсетевым
экраном на отдельные зоны защиты. Разделение
объектов ЛВС по зонам защиты осуществляется в
соответствии с принятой политикой обеспечения
защиты информационных ресурсов УД [17]. Функ-
ции сетевого экрана может выполнять маршру-
тизатор абонентского доступа или отдельное про-
граммно-аппаратное средство. Типичная конфи-
гурация аппаратных средств УД на сетевом цент-
ральном и районном узлах узлов доступа к
прикладным службам сети Internet изображена на
рис. 10.24 [17].
774
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
При этом типичная конфигурация аппаратных
средств УД к IP-сети на ЦУ практически не отли-
чается от конфигурации УД на РТУ, но есть су-
щественная разница с точки зрения функциональ-
ности и производительности установленного обо-
рудования на этих УД.
Типичная конфигурация УД к IP-сети, разме-
щенных на РУ, не предусматривает использова-
ния магистральных IP-маршрутизаторов и межсе-
тевых шлюзов. IP-маршрутизатор абонентского
доступа УД на РУ имеет IP-каналы, построенные
на основе цифровых потоков Е1, к определенно-
му (как правило, ближайшему) УД уровня РТУ
или ЦУ. Кроме того, на РУ из экономических со-
ображений не предусматривается создание УД к
прикладным службам сети Internet. Пользовате-
ли, которые подключились к УД на РУ, получают
услуги прикладных служб Internet в режиме уда-
ленного доступа к ресурсам РТУ или ЦУ.
Учитывая относительно большую численность
периферийных узлов (ПУз) авиапредприятий и их
значительное рассредоточение по территории Ук-
раины, с целью минимизации расходов на со-
здание и содержание УД к IP-сети на ПУз обору-
дование этих узлов следует изготавливать мини-
мальной конфигурации. В частности, типичная
конфигурация УД к IP-сети на ПУз должна со-
стоять лишь из оборудования, которое позволяет
обмениваться IP-трафиком между пользователя-
ми этого узла и оборудованием самого узла через
имеющиеся каналы связи (это, прежде всего, пулы
модемов разных типов, аналоговые, цифровые,
через выделенные каналы и т.п.), а также из обо-
рудования, позволяющего мультиплексировать/де-
мультиплексировать и (или) концентрировать по-
лученный трафик и дальше транспортировать этот
трафик через цифровые потоки типа Е1 в канале,
который образуется между УД на ПУз и УД зара-
нее определенного (как правило, ближайшего)
территориального узла СПД. УД на территориаль-
ный узел мультиплексируют IP-трафик от присо-
единенных к ним ПУз и дальше направляют его
на УД регионального узла.
Сети абонентского доступа подключаются к УД
через коммутированные и (или) выделенные ка-
налы связи. Пользователи вынуждены, по боль-
шей части, ориентироваться на аналоговые кана-
лы, однако постепенно расширяются возможнос-
ти применения цифровых коммутированных ка-
налов. Аналоговые коммутированные каналы
это, как правило, каналы общего пользования
(КОП) с полосой пропускания 3,1 кГц. Цифро-
вые коммутированные каналы, если они исполь-
зуются, это - каналы BRI цифровой сети с ин-
тегрированием услуг (ЦСИУ). Для организации
каналов абонентского доступа через каналы КОП/
ЦСИУ используются соответственно аналоговые
модемы/терминальные адаптеры.
В качестве шлюзов между сетями с коммута-
цией каналов, через которые осуществляют до-
ступ пользователи услуг СПД, и транспортной IP-
сетью используются серверы удаленного доступа
(СУД). СУД подключают к КОП через интерфей-
сы Е1. Обмен служебной информацией с комму-
таторами КОП (т. е. с автоматической телефон-
ной станцией) происходит посредством систем сиг-
нализации СКС7, R2D и других. Для подключе-
ния СУД к сети ЦСИУ используются интерфейсы
PR1. Обмен служебной информацией с коммута-
торами ЦСИУ осуществляется посредством сис-
темы сигнализации DSS1.
Учитывая специфику деятельности авиапред-
приятий, перед получением доступа через комму-
тированные каналы к транспортной IP-сети не-
обходимо выполнять процедуры идентификации,
а также аутентификации пользователей. Для это-
го используется программное обеспечение СУД и
сервера RADIUS PROXY.
Оборудование и ПО, необходимое для выпол-
нения непосредственных функций сервера
RADIUS PROXY, входят в состав любого УД (кро-
ме УД на ПУз). Однако специализированное ПО
и оборудование сервера RADIUS, выполняющее
функции управления, входит в состав только узла
управления сетью, расположенного на ЦУ или на
регионально-транзитном узле, который выполня-
ет функции резервного узла управления. В состав
этих узлов управления (т. е. основного и резерв-
ного) входит, кроме всего прочего, специализи-
рованное ПО и оборудование СУД с использова-
нием заказных линий, а также ПО, осуществляю-
щее функции управления ресурсами модемного
пула. ПО серверов СУД и RADIUS обеспечивает
учет объемов предоставленных услуг коммутиро-
ванного доступа.
Кроме коммутированных аналоговых и циф-
ровых каналов для доступа к глобальной транс-
портной IP-сети могут использоваться выделен-
ные каналы. Выделенные каналы также могут быть
аналоговыми и (или) цифровыми.
управление
по типу
“out-of-band"
Ethernet
Магистральный
маршрутизатор
Шлюз к национальным
провайдерам Internet
Серверы
удалённого доступа
Маршрутизатор
абонентского
доступа И
Шлюз к иностранным
провайдерам Internet
E1(SS7,R2D) PRI(DSS1)
Коммутатор ЛВС
Модем / у
ATMAD
Абонентская
линия ТСОП.
ТСОП/ J) Сеть
ЦСИУ f
/ Абонентская
' \ линия ЦСИУ
на основе
TDM
Сеть
Frame Relay
Сеть ATM
Модем
Терминальный
=а адаптер
Цифровой канал
пх64кбит/с
Модем Модем
Аналоговый
синхр./асинхр. канал
(115/2048 кбит/с)
ATM-канал 2 Мбит/с
FR - канал пх 32 кбит/с
FRAD
ATMAD
Удалённый
пользователь
, Удалённый
пользователь
Сеть абонентского
_____доступа_____
Сеть абонентского
_____доступа_____.
Сеть абонентского
_____доступа_____
Рис. 10.24. Типичная конфигурации аппаратных средств узла доступа к IP-сети корпоративной СПД (ATMAD —
устройство доступа в сеть ATM; другие пояснения относительно принятых обозначений и сокращений приведены
в тексте документа)
776
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Рис. 10.25. Предлагаемая схема абонентского доступа к магистральной транспортной сети с использованием техно-
логии FR
Кроме того, для доступа к магистральной
IP-сети возможно использование постоянных вир-
туальных каналов транспортной сети АТМ/FR. Сети
абонентского доступа подключаются к сети FR
посредством специального оборудования доступа
устройства FRAD (Frame Relay Access Device -
устройство доступа к Frame Relay). Один из портов
маршрутизатора УД также подключен к сети FR.
При заказе абонентом услуги доступа к магистраль-
ной IP-сети между абонентским устройством FRAD
и устройством FRAD, подключенным к порту
IP-маршрутизатора, устанавливается постоянный
виртуальный FR-канал, через который абонентская
сеть получает доступ к транспортной 1Р-сети.
Учет объемов предоставленных услуг по видам
каналов доступа (т. е. учет трафика) обеспечивает ПО
СУД или маршрутизатора абонентского доступа, а
также ПО сервера Net Flow Collector (NFC). Обору-
дование и ПО сервера NFC должно входить в состав
узла управления любого УД уровня ЦУ, РТУ и РУ.
Кроме транспортных услуг, СПД могут предо-
ставлять такие услуги прикладного уровня сети
Internet: сервера доменных имен (DNS); электрон-
ной почты (Mail); телеконференций (News); раз-
мещения FTP-серверов; размещения виртуальных
WWW-серверов (хостинга).
Оборудование, необходимое для предоставле-
ния этих услуг (кроме услуг DNS), входит в со-
став узлов предоставления Intemet-услуг и узлов
хостинга. Эти узлы должны находиться на ЦУ и
РТУ и образовывать сеть предоставления услуг
прикладных Internet-служб (см. рис. 10.24).
Сети абонентского FR-доступа. Услуги сетей
абонентского FR-доступа используются, по боль-
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
777
Рис. 10.26. Схема организации фрагмента ЦСИУ ОВД ГА:
МЭ - межсетевой экран; ДП - диспетчерский пункт
шей части, для объединения между собой кор-
поративных локальных сетей. Эти сети подклю-
чаются к магистральной транспортной сети через
краевые FR-маршрутизаторы / мультиплексоры.
Если для подключения к магистральной транс-
портной сети используется технология FR, то в со-
став оборудования сетей абонентского доступа дол-
жно входить устройство FRAD. Чаще всего FRAD
является неотъемлемой частью 1Р-маршрутизаторов,
но оно также может быть конструктивно оформлено
в виде отдельного устройства. В этом случае для его
подключения к маршрутизатору используются ин-
терфейсы 10BaseT/100BaseTX, V.24, V.35, V.36, V.11.
Для связи FRAD с краевыми коммутаторами/муль-
типлексорами ATM/FR используются цифровые и
(или) аналоговые выделенные каналы и т.п. Создаю-
щее канал оборудование (ПОД/ПОК. синхронные/
асинхронные аналоговые модемы) может входить в
состав FRAD (маршрутизатора) или быть конструк-
тивно оформлено в виде отдельных устройств.
Во многих случаях краевые FR-коммутаторы
могут подсоединяться к магистральным АТМ-ком-
мутаторам по технологии FR, т. е. через интер-
фейс NNI FR со скоростью передачи 2,048 Мбит/с.
Предлагаемая схема абонентского доступа к ма-
гистральной транспортной сети с использовани-
ем технологии FR изображена на рис. 10.25.
Между абонентскими устройствами FRAD через
коммутаторы транспортной сети устанавливаются
постоянные каналы, поскольку услуги коммутиро-
ванных виртуальных каналов транспортными сетя-
ми практически нигде пока еще не предоставляют-
ся. При установлении постоянного виртуального
канала задается его согласованная скорость (CIR) и
дополнительная максимальная скорость (EIR).
Совместное использование сети FR и СОП ха-
рактерно для служб ОВД гражданской авиации
многих стран. На рис. 10.26 представлена схема
организации фрагмента интегрированной сети
ОВД «Aircontrol».
778
10. БЕЗО ПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.15. Возможности реализации разных видов
услуг для современных протоколов
Тип протокола Тип передачи
Речь Видео Оператив- ные данные Файлы данных Видео- файлы Аудио- файлы
Ethernet 1 1 2 1 0 0
Token Ring 1 1 2 1 0 0
FDDI 3 3 3 1 1 1
HSS1 2 2 1 0 1 1
PPP 1 0 2 2 1 0
ISDN 4 2 2 1 2 1
X.25 2 1 3 2 1 0
Frame Relay 4 3 3 1 2 1
ATM 5 4 4 1 2 1
Appletalk 1 0 1 1 1 0
DecNet 2 1 2 1 1 0
TCP/IP 2 1 3 2 1 0
IPX/SPX 2 1 2 1 1 0
Примечание. Цифры в таблице обозначают баллы экспертных
оценок по видам услуг.
Сеть обеспечивает цифровую передачу данных
телеграфных и телефонных сообщений. Она свя-
зывает удаленные диспетчерские пункты ОВД с
центральным узлом ОВД через каналы СОП, спут-
никовый канал и сеть FR. Маршрутизаторы при-
общаются к сети FR и СОП посредством моде-
мов. Технологическая защита ведомственной ин-
формации обеспечивается мероприятиями, регла-
ментированными ICAO. С целью усиления защиты
ведомственной информации целесообразно ис-
пользовать межсетевые экраны.
Результаты сравнительного экспертного анализа
возможностей реализации разных видов теле-
коммуникационных услуг на основе современных
протоколов представлены в табл. 10.15, 10.16 и на
рис. 10.27 [17].
Представленные данные показывают определен-
ное преимущество технологии ATM и FR в боль-
шинстве услуг. Это преимущество особенно суще-
ственно при передаче речи, видео- и оперативных
данных. Такой же вывод следует сделать и для тех-
нологии TCP/IP, однако при передаче речи техно-
логия TCP/IP уступает технологиям ATM и FR.
Внедрение ATN с использованием современ-
ных телекоммуникационных технологий обуслов-
ливает необходимость соблюдения определенных
Таблица 10.16. Соответствие протоколов современных технологий требованиям к услугам
Требования к услугам Ethernet Token Ring FDDI HSSI ppp ISDN X.2S Frame Relay ATM Appletalk DecNet TCP/IP IPX/SPX
Среднее время доставки единицы информации
Возможность обеспечить дос- тавку единицы информации за заданное время -r + + + +
Пропускная способность ТКС
Возможность обеспечить гаран- тированную пропускную спо- собность соединения + +
Be роятность ошибки при транспортировке информации
Возможность коррекции ошибок + -
Коэффициент готовности обслуживания
Возможность установления со- единения по альтернативным маршрутам + 4- + 4- +
Таранти рованный объем обслуживания
Возможность обеспечить задан- ную пропускную способность соединения + + + 4-
Уровень защищенности передачи информации (количество комбинаций кчюча)
Встроенная кодировка передавае- мой информации - — - т 4- + 4- + +
Примечание. Наличие услуги обозначено знаком «+», отсутствие - знаком «-».
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
119
Рис. 10.27. Эффективность современных протоколов
требований относительно качества информацион-
ного обслуживания пользователей. В цифровых
сетях СОП и СПД и ведомственных сетях ГА ка-
чество обслуживания пользователей определяется
обобщенными критериями. Они охватывают по
несколько параметров системы связи. Соответ-
ственно рекомендациям ITU и ICAO для систем
АЭС такими критериями являются [479, 528]:
QoS (Quality of Service) - качество обслуживания;
RCP (Required Communication Performance) -
необходимые характеристики связи.
Рассмотрим специфику этих критериев отно-
сительно ATN.
Требования к качеству предоставления услуг в
ATN. Критерии QoS. Понятие качества, в соответ-
ствии с ITU-T, Е.430 и Е.800, формулируется как
«совокупность показателей, характеризующих
удовлетворенность пользователя предоставляемы-
ми телекоммуникационными услугами». Состав-
ные части оценки качества услуги - это три ос-
новные стадии предоставления услуги: доступ к
передаче данных, передача данных, завершение се-
анса передачи (нарушение соединения). Каждая
из этих стадий характеризуется тремя основными
показателями: скорость, достоверность, гаранти-
рованность. Представленное определение показа-
телей качества в рекомендации Е.430 является ба-
зовым для других рекомендаций ITU-T относи-
тельно качества услуг для разных типов сетей.
В рекомендации X. 140 для СПД общего пользо-
вания (PDN - Public Data Network) параметры не
зависят ни от структуры сети, ни от услуги. Так,
основные параметры качества обслуживания се-
тей PDN (в частности, сети Х.25) следующие:
задержка доступа; вероятность организации не-
правильного доступа; вероятность отказа в уста-
новлении доступа;
задержка передачи информации пользователя;
скорость передачи информации пользователя; ве-
роятность ошибок передачи информации;
вероятность передачи лишней информации;
вероятность ошибочной доставки информации
пользователя; вероятность потери информации
пользователя;
задержка в разрушении соединения; вероят-
ность отказа в разъединении доступа;
доступность услуги, вероятность отказа в пе-
редаче информации пользователя; время недоступ-
ности услуги.
Перечисленные выше параметры организованы
в соответствии с концепцией QoS, представленной
в рекомендации ITU-T Е.430. Последняя группа
параметров является производной от основных, и
поэтому они в объединенную табл. 10.17 не вошли.
Основными параметрами QoS, которые важны в
ATN для конечных пользователей, являются задерж-
ка передачи сообщения Т, пропускная способность
системы связи [{. и коэффициент ошибок Ко. Эти
параметры в ATN используют для прогнозирования
уровня QoS в подсетях, через которые проходит
маршрут между конечными пользователями. От
уровня QoS непосредственно зависят также аренд-
ные расходы Д на предоставление услуг пользова-
телям в течение определенного времени Т: (предос-
тавление канала связи на срок Г).
Задержка Г определяется как время, прошед-
шее между моментом представления единицы ин-
формации на уровень МАС и моментом успешно-
го ее получения соответствующим оборудованием
приемника. Например, в СПД ACARS математи-
ческое ожидание плюс среднеквадратичное откло-
нение задержки прохождения составляет около
5 с. В системе AMSS нормы на Т3 зависят от при-
780
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.17. Показатели QoS
Фаза предоставления услуги Показатели качества
Скорость Точность Г араитированиость
Организация доступа Задержки установления доступа Вероятности организации неверного доступа Вероятности отказа в установлении доступа
Передача данных Задержки передачи данных пользователя Вероятности ошибки в информации пользователя Вероятности потери информации пользователя
Передачи данных пользователя Вероятности передачи лишней информации То же
Пропускной способности Вероятности ошибочной доставки информации »
Разъединение доступа Задержки освобождения сетевого соединения Вероятности неуспешного освобождения сетевого соединения Вероятности неуспешного освобождения сетевого соединения
оритета сообщения Q, скорости передачи и на-
правления - к ВС или от ВС (табл. 10.18).
Пропускная способность 7^, бит/с, определя-
ется типом линии передачи (канала передачи),
используемой в системе связи. Обычно в реаль-
ных условиях при бинарной кодировке скорость
передачи информации R < Ro. Степень этого не-
равенства оценивают производительностью сис-
темы, определяемой как процент пропускной спо-
собности канала связи, которая потребляется для
успешной передачи информации на физическом
уровне: p=Ri/R0.
Величина р обычно нормируется с учетом до-
пустимого значения Г. Так, в системе ACARS
(США) р<0,45 . Для системы VDL/CSMA р<0,6,
в одноканальных линиях передачи AFTN отно-
сительная загруженность р<0,4.
Коэффициент ошибок Кв при передаче диск-
ретных сообщений нормируется в зависимости от
типа канала связи, типа информационной техно-
логии и метода повышения помехоустойчивости
системы связи. Для конечных пользователей сети
ATN в каналах с технологией ISDN и цикличес-
кой кодировкой уровень битовых ошибок BER (Bit
Error Rate) оценивается значением 10-11. При тех-
нологии ATM в качестве Ко используют относи-
тельное количество утерянных ячеек уг <10“7.
Рассмотренный перечень основных параметров
QoS может быть расширен в зависимости от на-
значения системы связи и характера решаемых за-
дач. Например, параметры QoS могут быть исполь-
зованы для оценки эффективности средств заши-
ты информации.
Критерий RCP (Required Communication Perfor-
mance) предназначен для использования специа-
листами ОВД, которым во время выполнения фун-
кций ОВД нужна авиационная электросвязь. Кон-
цепция RCP направлена на использование малого
числа параметров. Для каждой функции ОВД дол-
жны быть так определены и конкретизированы па-
Таблица 10.18. Задержка сообщения в AMSS
Скорость передачи, кбит/с Макси- мальная задержка уста нов- ления соедине- ния, с Транзитная задержка, с Задержка передачи данных, с
к ВС от ВС к ВС от ВС
0=15 0 = 3 0=15 0=15 0 = 3 0 = 15
0,6 70 12 40 40 15 НО 80
1,2 45 8 25 30 9 60 65
2,4 25 5 12 15 6 30 35
4,8 25 4 7 13 5 20 30
10,5 25 4 5 13 4 10 30
Таблица 10.19. Типы RCP
Тип RCP Целостность данных Готовность Непрерывность
А 10-9 0,99999 0,99999
В 10-7 0,99996 0,99996
С 10-6 0,9996 0,9996
D 10-5 0,999 0,999
Е 10-5 0,99 0,99
F 10-3 0,99 0,99
G 10-3 Требования отсутствуют Требования отсутствуют
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
781
Таблица 10.20. Характеристики надежности средств связи
Типы средств связи Коэффициент готовности kr Среднее время восстановления 7В, с
Канал линии связи длиной 1 000 км:
магистральной кабельной 0,99 1,о
зонной кабельной 0,95 1,0
радиорелейной 0,95 1,0
Канал радиолинии метровых волн прямой видимости 0,95 0,5
Канал радиолинии декаметровых волн с передатчиками средней и большой мощности 0,9 0,95 0,5
Канал связи через искусственный спутник земли (до 80 тыс. км) 0,95 0,5
Конечные ТЛФ-аппараты (абонентские) 0,9999 1,0
Конечные ТЛГ-аппараты (абонентские) 0,9995 1,0
Конечное оборудование данных (КОД) 0,9999 10,0
Узловые приемопередатчики 0,9999-0,99999 0,1-0,5
Автоматические узлы коммутации каналов 0,9999 0,99999 0,1-0,5
Автоматические центры коммутации (АЦК) 0,99999 0,1-0,2
Автоматические концентраторы 0,9999 0,1
Дублируемые ЦКП 0,9999997 0,5-0,2
раметры характеристик авиационной электросвя-
зи, чтобы обеспечить оценку и контроль разных
технологий связи на разных этапах полета и при
разных эксплуатационных условиях. Различным
функциям ОВД соответствуют разные типы RCP.
Одна и та же функция ОВД может иметь разные
типы RCP для различных условий эксплуатации.
RCP - это комплекс требований к характеристи-
кам авиационной электросвязи для обеспечения
конкретных функций ОВД. К определяющим па-
раметрам RCP относятся [479, 528]: длительность
процесса связи, целостность, готовность и непре-
рывность функционирования. Тип RCP обозна-
чается большой латинской литерой (табл. 10.19),
перед которой с помощью числа указывается дли-
тельность процесса связи [528]. Например, 100Е
обозначает, что длительность связи составляет 100 с,
а набор параметров RCP соответствуез типу Е.
Длительность - это максимальный срок для за-
вершения процесса связи; целостность данных
вероятность безошибочной доставки данных в те-
чение времени, не больше заданного; готовность -
доля времени, в течение которой предоставляется
обслуживание (7^), от общего времени работы Г,
т. е. k, = Тв/Тр. Непрерывность - вероятность ра-
ботоспособности системы в течение времени вы-
полнения задачи.
Рекомендованные ICAO значения параметров
RCP в зависимости от типа RCP представлены в
табл. 10.19. Обобщенные в среднем характерис-
тики надежности средств связи перечислены в
табл. 10.20 [479, 514, 528].
Высокая надежность автоматических дублиру-
емых средств связи позволяет в моделях сетей
принимать во внимание только надежность кана-
лов связи и конечного оборудования.
Один из основных параметров QoS и RCP -
задержка Т прохождения сообщений через ATN.
Этот параметр нормирован ICAO по классу ATSC
(Air Traffic Series Communication). Понятно, что
задержка связана с пропускной способностью си-
стемы связи. Применение определенных средств
защиты информации может уменьшать и уве-
личивать Г. Таким образом, эффективность тех
средств ТЗИ, применение которых приводит к
тому, что качество обменивается на скорость, мож-
но оценивать по критерию увеличения Тз или по
критерию уменьшения R,..
782
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
10.4.3. Классификация атак
на информационные ресурсы
компьютерных систем
Проблема разработки и выбора эффективных
методов и средств защиты компьютерных систем
от атак в значительной степени зависит от ресур-
сов, на которые направлены атаки, от внешних про-
явлений, возможностей нарушений характеристик
безопасности и других факторов. Эффективность
ее решения, в первую очередь, связана с определе-
нием того, на какие классы атак рассчитаны те или
иные методы и средства противодействия.
В работах [40, 210, 284, 354, 369, 380, 519] разны-
ми авторами рассматриваются методы и средства
реализации атак, а также приведено несколько ва-
риантов их классификаций, которые не охватыва-
ют широкий спектр признаков и не характеризу-
ются достаточно полным системным обобщающим
подходом. Часть известных классификаций не-
сколько сужена (например, к таким объектам, как
глобальные компьютерные сети) и они не могут
быть использованы в качестве обобщенного инст-
румента для широкого спектра ресурсов компью-
терной системы, например, таких, как локальные
вычислительные сети, рабочие станции, файл или
носители данных, компьютеры, не подключенные
к той же сети и т. п.
На основе проведенного анализа известных
классификаций, методов и средств реализации атак
предлагается обобщенная классификация, кото-
рая может быть использована для широкого спек-
тра ресурсов компьютерной системы.
Для того чтобы избежать неоднозначности в
толкованиях, отметим, что атака меры, которые
принимаются для подрыва безопасности компью-
терной системы (отказ в обслуживании, наруше-
ние характеристик безопасности и др.).
С учетом того, что спектр атак довольно раз-
нородный, основной принцип, по которому мож-
но наиболее эффективно (соответственно постав-
ленной проблеме) осуществить классификацию,
будет признаковый. Предлагается классифициро-
вать атаки на ресурсы компьютерной системы по
следующим базовым признакам: автоматизации;
взаимодействию с политикой безопасности; ди-
станционности; действию, порожденному несанк-
ционированным доступом (НСД); внешнему про-
явлению; инициализационному условию; инстру-
ментальным средствам; наличию обратной связи;
нарушению характеристик безопасности; приро-
де взаимодействия; реляционным признакам; спе-
цифике реализации; направленности результата;
степени сложности; типу базового ресурса; семи-
уровневой эталонной модели.
По автоматизации атаки можно разделить на
мануальные, автоматизированные, автоматические
(вирусные).
Мануальные атаки (подсматривание, сбор му-
сора [31], изъятие информационных носителей,
подмена положений включателей режимов и т. п.)
реализуются непосредственно с участием челове-
ка без использования любых специальных средств.
Автоматизированные атаки осуществляются с по-
стоянным участием оператора с использованием
широкого спектра программных и аппаратных
ресурсов и связаны с супперзапингом, снупингом,
снифингом [31], подключением дополнительных
терминалов, использованием сетевых анализато-
ров и др. Автоматические атаки реализуются без
участия человека и. как правило, с использовани-
ем специализированных программных средств,
функционирование которых основывается на ви-
русных технологиях.
По взаимодействию с политикой безопасности
атаки делятся на постполитизационные, деполи-
тизационные.
Постполитизационные атаки основаны на ис-
пользовании недостатков в уже реализованной
политике безопасности [31]. Такими недостатка-
ми могут быть неправильно построенные правила
разграничения доступа, использование программ-
ных и аппаратных средств с недостаточным уров-
нем защищенности, просчеты при блокировании
каналов утечки информации с ограниченным до-
ступом и др.
Деполитизационные атаки связаны с ошибками
и небрежностью [210, 284, 354], которые имеют
место при реализации мероприятий с обеспече-
нием уже существующей политики безопасности.
Эго, в первую очередь, связано с человеческим
фактором и зависит от недостаточной админист-
ративной поддержки, корректности выполнения
функций защиты, своевременности реагирования
на нештатные ситуации и др.
По дистанционности атаки делятся на локаль-
ные, удаленные.
Если атаки на ресурс осуществляются в лока-
лизованной области его расположения (локальная
вычислительная сеть, рабочая станция, принтер,
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
783
носитель информации, операционная система,
приложения и т. п.), то они называются локальны-
ми, а в противном случае - удаленными. Напри-
мер, локальная атака может быть реализована внут-
ри сегмента (физического объединения станций с
помощью коммутационных устройств не выше
канального уровня). При этом источник атаки и
атакуемый ресурс будут находиться в границах
одного сегмента, а межсегментная атака может
быть примером удаленной атаки, если источник и
ресурс находятся в разных сегментах компьютер-
ной сети, например, кампусной. В первом случае
инициатором атаки обычно бывает легальный
пользователь, который, например, с файл-серве-
ра через рабочую станцию осуществляет копиро-
вание конфиденциальных данных на внешний
носитель информации.
В процессе осуществления атак может быть
реализован НСД (как средство достижение цели)
к разным ресурсам компьютерной системы. В этом
случае по действию, порожденному НСД к ука-
занным ресурсам, атаки с учетом [283] делятся на
интераптационные, интерсептацонные, модифи-
кационные, фальсификационные, свободные.
Интераптационные атаки реализуются путем
прерывания функционирования ресурсов, т. е. они
теряют функциональность либо становятся недо-
ступными, например, с помощью разного рода
блокирований, краж и т. п. Интерсептацонные ата-
ки осуществляются путем перехвата разнородной
информации относительно ресурсов. Перехват
бывает активным и пассивным. При активном
перехвате незаконно подключаются к каналам свя-
зи, применяют сетевые анализаторы, внедряют
специальные программы и выполняют другие дей-
ствия с целью, например, копирования или чте-
ния файлов, получения имен пользователей и
т. п. При пассивном перехвате осуществляется ви-
зуальное, или, с помощью средств радиоперехва-
та, снятие информации с экрана видеотерминала,
улавливание излучений от принтера, дисководов
и др. Активный перехват (в отличие от пассивно-
го) можно обнаружить, для чего, например, про-
сматривают кабельные соединения, анализируют
неучтенные процессы в операционной системе,
контролируют запросы на обслуживание и др.
Модификационные атаки в процессе доступа к ре-
сурсам преобразуют, например, путем реконфи-
гурации аппаратных средств, внедрением допол-
нительных программ (закладок, вирусов и т. п.)
или изменением существующих с целью реализа-
ции функций атаки, например, таких, которые
уничтожают базы данных, замедляют или имити-
руют выполнение программ, расширяют полно-
мочия, записывают секретную информацию в
скрытое пространство диска и др. Фальсификаци-
онные атаки основываются на внедрении в ресур-
сы неучтенных компонент, например, процессов,
которые осуществляют подделку сообщений, за-
писей, файлов и др. Свободные атаки не направле-
ны на прямую реализацию НСД к ресурсам ком-
пьютерной системы (соответственно вышеописан-
ным подклассам) и не ориентированы на наруше-
ние принятой политики безопасности. Такие
атаки, в основном, направлены на сбор информа-
ции, например, определение карты вычислитель-
ной сети, адреса активных компьютеров и на на-
личие сервисов, получение данных путем анализа
периодических изданий, ведомственных бюллете-
ней, документации и др.
По внешнему проявлению атаки делятся на
пассивные, активные.
В результате своего действия (например, визу-
ального просмотра данных с терминала) пассив-
ные атаки не влияют непосредственно на ресурсы
и могут не нарушить их характеристики безопас-
ности. например, при перехвате зашифрованных
данных. В результате активных атак на ресурсы
осуществляется непосредственное влияние (изме-
нение конфигурации, нарушение функционально-
сти и др.) и нарушаются их характеристики безо-
пасности. Практически все типы удаленных атак
активные. Особенность активных атак (по срав-
нению с пассивными) в том, что есть принципи-
альная возможность их выявления потому, что в
результате непосредственного влияния осуществ-
ляются определенные изменения. В отличие от
активных, пассивные атаки практически не остав-
ляют следов вмешательства.
По инициализационному условию атаки делят-
ся на условные, безусловные.
Условные атаки инициализируются в случае воз-
никновения определенного события (механизм ло-
гической бомбы [284]) и, в свою очередь, могут
делиться на пассивные и активные. Примером ини-
циализации пассивной условной атаки может быть
передача от потенциальной цели запроса опреде-
ленного типа, который и будет условием начала
атаки. В этом случае, например, таким условием
могут быть DNS- и ARP-запросы в стеке TCP/IP.
784
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Активные условные атаки осуществляют постоян-
ный мониторинг состояния отдельных ресурсов и
при его определенном изменении формируется
сигнал инициализации. Примером такого состоя-
ния может быть событие, связанное с прерывани-
ем сеанса работы пользователя с сервером без стан-
дартной команды, например, LOGOFF. Момент
инициализации безусловных атак не сопровождает-
ся определенным изменением состояния ресурсов
и определяется источником атаки.
По используемым инструментальным средствам
атаки делятся на программные, аппаратные, не-
типичные.
Программные атаки основываются на специаль-
ных микро- или макрокодированных средствах
(например, суперзапинговых утилитах [31], внут-
ренних командах, сценариях автоматизации и
т. п.), которые функционируют в границах ком-
пьютерной системы для реализации своих функ-
ций; аппаратные - на разнообразных механичес-
ких, электрических, электромеханических, элект-
ронных, электронно-механических и других уст-
ройствах, которые используются автономно или
совместно с другой аппаратурой для выполнения
соответствующих функций; нетипичные - на та-
ких средствах, которые не относятся к аппарат-
ным или программным, например, взрывчатка, ра-
диоактивные материалы, кислоты, щелочи, насе-
комые, грызуны и т. п.
По наличию обратной связи с атакованным
ресурсом атаки бывают с обратной связью и без
обратной связи.
В процессе реализации атаки с обратной свя-
зью получают от атакованного ресурса ответ на
определенные действия, которые необходимы,
например, для дальнейшего продолжения указан-
ного процесса на более эффективном уровне, ко-
торый достигается благодаря анализу реакций
объекта атаки на определенные изменения. Атака
без обратной связи реализует свои действия неза-
висимо от реакции атакованного ресурса. Наибо-
лее ярким примером таких атак есть отказ в об-
служивании.
При реализации атак осуществляется наруше-
ние основных характеристик безопасности ресур-
сов компьютерной системы (конфиденциальнос-
ти, целостности и доступности). В этом контексте
по типу нарушения характеристик безопасности
атаки бывают К-действия (нарушение конфиден-
циальности ресурсов), Ц-действия (нарушение це-
лостности ресурсов), Д-действия (нарушение до-
ступности ресурсов).
Если в процессе атаки нарушаются разные ха-
рактеристики безопасности, то результирующий тип
будет скомбинирован из основных, например,
КЦД-действия - атака, которая нарушает конфиден-
циальность, целостность и доступность ресурсов.
По природе взаимодействия с ресурсами ком-
пьютерной системы атаки делятся на физические
и логические.
Для первых характерна физическая форма вза-
имодействия, которая проявляется в виде разного
рода прямых блокировок, повреждений, проник-
новений, краж и т.п., например, размыкания элек-
трических соединений, повреждение носителей
информации, разукомплектование, преодоление
физической границы защиты, подслушивание,
перехват побочных электромагнитных излучений
и наводок и т. п. Для вторых не присуще прямое
физическое взаимодействие с ресурсами и они
(в основном) связаны с логикой событий, напри-
мер, анализом протоколов, перегрузкой, подбо-
ром паролей, захватом сеансов и др.
По реляционным признакам источника атаки
и атакованного ресурса атаки делятся на мономо-
номные, полимономные, монополичные, полипо-
личные.
Мономономные атаки реализуются из одного
источника на один конкретный ресурс. Часто та-
кие атаки называют нераспределенными. Полимо-
номные атаки осуществляются одновременно из
нескольких источников (два и больше) на один
ресурс и нацелены на достижение одной конкрет-
ной цели. Такие атаки часто называют распреде-
ленными. Монополичные атаки реализуются из од-
ного источника одновременно на множество ре-
сурсов (два и больше) и направлены на достиже-
ние конкретной цели. Например, такого типа атаки
могут быть основаны на широковещательной пе-
редаче сообщения от источника на все компьюте-
ры сегмента, адреса которых находятся под одной
маской подсети. Полиполичные атаки объединяют
в себе полимономные и монополичные техноло-
гии, по которым множество источников осуще-
ствляет атаки на множество ресурсов с целью до-
стижения поставленной цели.
По специфике реализации атаки делятся на
фрагментированные, по умолчанию, скрытые, пи-
гибекинговые, маскарадные, косвенные, социотех-
нические, криптоаналитические, неспецифичные.
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
785
Фрагментированные атаки базируются на прин-
ципе декомпозиции и поэтапной реализации, на-
пример, на основе использования механизма раз-
бивки IP-пакетов (на множество более мелких) и
дальнейшей их передачи. Такой подход позволяет
обходить системы обнаружения атак, которые не
рассчитаны на противодействие декомпозицион-
ным технологиям. Атаки, которые реализуются без
использования значений по умолчанию (например,
программная закладка BackOrifice по умолчанию
использует порт 31 337, но это значение может
быть изменено, например, на 31 336), ориентиро-
ваны на преодоление систем обнаружения атак,
которые основываются на сигнатурных (шаблон-
ных) технологиях по аналогии с антивирусными
программами, предназначенными для защиты от
сигнатурных вирусов [31]. Скрытые атаки исполь-
зуют разнообразные средства (подмена конт-
рольных сумм, перехват разнообразных данных,
модификация ядра операционной системы, ис-
пользование стандартных или похожих на стан-
дартные имена и т. п.), которые позволяют оста-
ваться необнаруженными в локализованной обла-
сти атакованного ресурса. Технология скрытых
атак по своей идеологии подобна к технологии
стелс-вирусов [284]. Пигибекинговые [31] атаки ос-
нованы на несанкционированном получении до-
ступа к временно неконтролируемому ресурсу, на-
пример, путем проникновения к КС в результате
временного отсутствия или после некорректного
завершения сеанса работы легального пользова-
теля. В [519] приведены конкретные примеры та-
ких атак в варианте захвата сеанса и приложений.
Маскарадные [31] атаки основаны на формирова-
нии такого поведения нарушителя, которое раз-
решает ему выдать себя за легальный источник,
например, посредством обмана [31] (spoofing) ата-
ковать вычислительную сеть (с протоколом TCP/IP),
присваивая IP-адрес, с помощью которого можно
обходить систему защиты. Косвенные атаки осно-
ваны на том, что нападение осуществляется через
третье лицо (посредника), а истинный источник
нападения остается неизвестным, при этом часто
используются маскарадные [31] технологии. На-
пример, воспользовавшись вариантом нападения
с перенаправлением атаки [519], для исключения
возможности выявления реального источника,
нарушитель проводит или перенаправляет свой
трафик через чужой компьютер, который для ата-
кованного ресурса и будет исходным источником.
Социотехнические [31] (социальный инжиниринг)
атаки связаны с получением данных (например,
имен пользователей, паролей, телефонных номе-
ров удаленного доступа и т. п.) от атакованных
людей в процессе информационного обмена. Крип-
тоаналитические атаки основаны на использова-
нии широкого спектра криптоаналитических ме-
тодов [31] и средств для взлома ресурсов, защи-
щенных разными криптографическими средства-
ми. К неспецифичным категориям атак относятся
те, которые не имеют вышеупомянутых особен-
ностей реализации, при этом следует учитывать,
что технологии атак постоянно развиваются и дан-
ный признак может быть расширен.
По направленности результата атаки делятся
на расширяющие, искривляющие, распространя-
ющие, раскрадывающие, перегрузочные, инфор-
мационные, удерживающие, уничтожающие.
Расширяющие атаки ориентированы на получе-
ние больших полномочий на права доступа к ре-
сурсу, например, на вход в локальную вычисли-
тельную сеть с правами администратора, получе-
ние доступа на запись к полям баз данных, изме-
нение атрибутов файлов и т. п. Искривляющие атаки
связаны с осуществлением любых прямых изме-
нений в целевом ресурсе, например, подделка
полей баз данных, подмена информационных но-
сителей, изменение времени и даты и др. Распро-
страняющие атаки направлены на получение до-
ступа к ресурсу и его раскрытие без соответству-
ющих на это полномочий, например, несанкцио-
нированное получение файла данных с паролями
и их публикация на хакерских сайтах или рассыл-
ка среди абонентов вычислительной сети. Раскра-
дывающие атаки направлены на несанкциониро-
ванное использование ресурса без нанесения пря-
мого убытка, например, без снижения качества
обслуживания пользователей осуществить времен-
ное изъятие части памяти (для расширения воз-
можностей другой системы), загрузка телекомму-
никационных каналов, использование рабочей
станции или сетевого сервиса и др. Перегрузочные
атаки направлены на загрузку ресурса до такого
уровня, что он теряет свои функциональные свой-
ства относительно его использования. Результа-
том таких атак могут быть описанные в [283] «не-
возможность использования», «перегрузка», «пре-
пятствование использованию» (отказ в обслужи-
вании [31]) и т. п. Информационные атаки связаны
с собиранием необходимых данных (как правило
50 8-470
786
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
для реализации дальнейших действий) и не пред-
усматривают осуществления прямого НСД к
ресурсу, например, получения информации в ре-
зультате анализа публикаций, использование сис-
темных утилит для выявления активных рабочих
станций, сервисов и т. п. Удерживающие атаки
предназначены для временной задержки ресурса
с целью снижения его актуальности, например,
придерживание шифрограммы на промежуточном
узле при ее передаче телекоммуникационными
каналами общего пользования. Уничтожающие
атаки ориентированы на безвозвратную ликвида-
цию ресурса, например, удаление файла, дробле-
ние информационного носителя, низкоуровневое
форматирование жесткого диска с целью уничто-
жения данных и т. п.
По степени сложности атаки можно разделить
на простые, сложные, системные.
Простые атаки представляют собой несложные
в реализации последовательности действий, на-
правленные на выполнение отдельных процедур,
например, сканирование портов, анализ трафика,
поиск активных рабочих станций, удаленное уп-
равление и т. п.
Сложные атаки являются комбинацией простых,
предназначенных для реализации ряда необходи-
мых функций, например, обнаружение активной
рабочей станции и осуществление удаленного уп-
равления ею.
Системные атаки строятся на основе сфор-
мированного системного подхода с многошаго-
вой комбинацией действий и использованием
простых атак для эффективной реализации спе-
циально направленного комплекса функций, на-
пример, поиск активных рабочих станций, мо-
ниторинг трафика, сканирование, взлом опера-
ционной системы и рабочих приложений, не-
санкционированное копирование данных и
заметание следов.
По типу базового ресурса, на который ориен-
тированы атаки, последние делятся на атаки на:
узлы вычислительной сети, локальные вычисли-
тельные сети, информационные носители, опера-
ционные системы, протоколы взаимодействия,
персонал КС, рабочие приложения, сценарии ав-
томатизации, файлы данных) и др.
Если атаки ориентированы на другие типы ре-
сурсов, то при их классификации вводится соот-
ветствующее дополнительное сокращение, а в слу-
чае множественного действия тип определяется
комбинацией базовых ресурсов, например, атаки
на рабочие приложения и файлы данных.
Международная организация стандартизации
(ISO) предложила семиуровневую эталонную мо-
дель с целью разграничения функций различ-
ных протоколов в процессе передачи информа-
ции от одного абонента другому. Таких классов
функций выделено семь. Они получили назва-
ние уровней, каждый из которых выполняет оп-
ределенные задачи в процессе передачи блока
информации, причем соответствующий уровень
со стороны-приемника производит преобразо-
вания обратные тем, которые произведены на
том же уровне на передающей стороне (источ-
нике). В этой связи атаки по семиуровневой эта-
лонной модели можно определить на физичес-
ком уровне, кодируемом параметром К0(2) = 20;
канальном уровне, кодируемом параметром
К1(2) = 21; сетевом уровне, кодируемом пара-
метром К2(2) = 22; транспортном уровне, коди-
руемом параметром К3(2) — 23; сеансовом уров-
не, кодируемом параметром К4(2) = 24; уровне
представления данных, кодируемом параметром
К5(2) = 25; прикладном уровне, кодируемом
параметром К6(2) = 26.
На физическом уровне обеспечиваются необ-
ходимые механические, электрические, функцио-
нальные и процедурные характеристики для уста-
новления, поддержания и размыкания физического
соединения.
На канальном уровне обеспечиваются функци-
ональные и процедурные средства для установле-
ния, поддержания и освобождения линий переда-
чи данных между абонентами сети (например, тер-
миналами и узлами сети).
На сетевом уровне создаются условия для осу-
ществления функциональных и процедурных
средств для обмена служебной информацией между
двумя объектами транспортного уровня сети (т. е.
устройствами, которые поддерживают протоколы
на транспортном уровне посредством сетевого
соединения). Гарантируется независимость пове-
дения объектов транспортного уровня от схемы
маршрутизации и коммутации.
На транспортном уровне обеспечиваются оп-
тимизация коммутационного обслуживания
(поддерживаемого реализацией более низких
уровней связи) путем обеспечения прозрачных
передач данных между абонентами в рамках
сеанса.
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
787
На сеансовом уровне осуществляются обес-
печение на логическом уровне обслуживания
двух «связанных» на уровне представления дан-
ных объектов сети и управление введением диа-
лога между ними путем синхронизации сооб-
щений.
На уровне представления данных создаются
условия для осуществления совокупности служеб-
ных операций, которые можно выбрать на при-
кладном уровне для интерпретации передаваемых
и получаемых данных. Эти служебные операции
включают в себя управление информационным
обменом, отображение данных и управление струк-
турированными данными.
Служебные операции этого уровня представ-
ляют собой основу всей семиуровневой модели и
позволяют связывать воедино терминалы и сред-
ства вычислительной техники самых различных
типов.
На прикладном уровне гарантируются непос-
редственная поддержка прикладных процессов и
программ конечного пользователя и управление
взаимодействия этих программ с различными
объектами сети передачи данных. Определение
класса атаки поданному признаку следующее: 1SO-
К, где К= К(2)0 + К(2) 1 + К(2)2 + К(2)3 + К(2)4 +
+ К(2)5 + К(2)6 - двоичный код. Для удобства
К будем представлять в шестнадцатеричном коде
(К (16)). Например, если по этой классификации
атака записана как ISO-ЗА (где ЗА(2)= 0111010 =
= 25 + 24 +23 +21 = К5 + К4 + КЗ + К1), то она
интерпретирует реализацию на уровне канальном,
транспортном, сеансовом и представления данных,
а, например, запись ISO-00 означает, что класс
атак не поддерживается семиуровневой эталонной
моделью.
Заметим, что атаки, которые классифицируются
по признаковому принципу, могут в каждом кон-
кретном случае при определении общего класса
содержать не только одну, но и больше компо-
нент любого из признаков. Следует отметить, что
с появлением новых методов и средств реализа-
ции атак признаки предложенной классификации
могут быть расширены.
При практическом использовании классифи-
кации, например, такую атаку, как сканирование
портов, с помощью утилит ScanPort, Nmap или
Essential NetTools можно определить как автома-
тизированную, постполитизационную, удаленную,
свободную, пассивную, безусловную, программ-
ную, с обратной связью, К-действия, логическую,
мономономную, неспецифичную, информацион-
ную, простую, ориентированную на узлы вычис-
лительной сети, ISO-39.
С помощью данной классификации можно осу-
ществлять (соответствующую ей) формализацию
возможностей систем противодействия для повы-
шения эффективности их выбора и формирова-
ния требований при их разработке.
10.4.4. Требования к комплексной системе
защиты информации в авиационных
информационно-коммуникационных системах
Требования к архитектуре комплексной системы
защиты информации (КСЗИ). Принципы построе-
ния КСЗИ, исходя из архитектуры ИКС и тен-
денций его дальнейшего развития, должны учи-
тывать особенности архитектуры сети аэропорта
и базироваться на положениях, которые содержатся
в нормативных документах по технической защи-
те информации и в международных стандартах ISO
и МСЕ-Т. При построении КСЗИ необходимо
реализовать механизмы защиты информации на
разных уровнях базовой модели OSI. Следует обес-
печить реализацию таких принципов архитектуры
безопасности:
построение на основе штатных встроенных
механизмов зашиты информации базового про-
граммного обеспечения (ПО), операционной сис-
темы сетевого оснащения, серверов сетевых служб
и рабочих станций;
повышение уровня защищенности базового ПО
благодаря модульному построению КСЗИ, кото-
рое разрешает включать в ее состав дополнитель-
ные программно-аппаратные средства защиты,
поэтапно расширять и модернизировать систему
с обеспечением необходимого уровня защищен-
ности информационных ресурсов ИКС;
централизованное администрирование и управ-
ление средствами КСЗИ;
согласование архитектуры КСЗИ с архитекту-
рой и принципами построения ИКС.
КСЗИ ИКС должна строиться в виде относи-
тельно независимых логических модулей, которые
могут рассматриваться как КСЗИ отдельных фраг-
ментов и (или) узлов ИКС (ЛВС, ее доменов, тех-
нологий обработки информации и т. п.) на всех
этапах создания, т. е. может обеспечиваться воз-
788
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
можность независимого проектирования, внедре-
ния, экспертизы и введения в эксплуатацию этих
компонентов.
Распределение КСЗИ ИКС на отдельные ком-
поненты осуществляется для каждой составной
части ИКС, которая имеет только ей присущие
перечни конкретных угроз для информации, кри-
тические информационные ресурсы или серверы,
которые предоставляются абонентам, программ-
но-аппаратные средства обработки, отображения,
копирования и печати данных, особенности рас-
положения и характеристики среды пользовате-
лей и технологии обработки информации.
Каждый домен безопасности должен иметь свои
правила разграничения доступа и требования к
функциональному профилю защищенности ин-
формации.
Требования к реализации услуг безопасности
должны быть реализованы по единым принципам
и взаимодействовать между собой в рамках еди-
ной политики безопасности информационных ре-
сурсов ИКС.
Типовые компоненты КСЗИ в рамках всей
ИКС должны иметь однотипные и функциональ-
но одинаковые механизмы, мероприятия и сред-
ства защиты информации.
Исходные данные баз данных защиты (име-
на, идентификаторы ресурсов, атрибуты досту-
па пользователей и др.) в каждом домене фор-
мируются в отдельности. Эти данные уточня-
ются на этапе технического проектирования
КСЗИ.
КСЗИ ИКС должна проектироваться таким
образом, чтобы была возможность оценить (для
любых видов испытаний, в том числе и государ-
ственной экспертизы) проектные решения отно-
сительно каждого отдельного компонента КСЗИ.
При этом оценка корректности построения
КСЗИ ИКС в целом может включать опции из
проверки взаимодействия (администрирование,
управления, обмен данными базы данных зашиты
и т. п.) уже оцененных отдельных компонентов
КСЗИ.
КСЗИ ИКС необходимо рассматривать как
интегрированную систему, которая образована
совокупностью КСЗИ каждого из доменов без-
опасности.
Общие требования к КСЗИ. Она должна:
обеспечивать целостность информации, кото-
рая передается сетью, путем обеспечения доступа
к ней только санкционированных пользователей
и только в соответствии с установленными прави-
лами размежевания доступа, а также путем вне-
дрения механизмов и процедур выявления фактов
нарушения целостности указанной информации,
ее удаления или копирования;
вести учет и осуществлять регистрацию собы-
тий, которые связаны с непосредственным досту-
пом (попытками доступа) к информации, осуще-
ствлять беспрерывный контроль за такими собы-
тиями и обеспечивать защиту регистрационной
информации от несанкционированной модифика-
ции, разрушения или уничтожения. Объем регис-
трационной информации должен быть доста-
точным для установления причин и источника
возникновения зарегистрированного события; а
услуги ИКС - предоставляться только зарегист-
рированным пользователям при условии их дос-
товерного распознавания;
иметь возможность контролировать целостность
собственного состава и отдельных программно-
технических компонентов ИКС;
обеспечивать возможность однозначного уста-
новления принадлежности информации, которая
передается ИКС, определенному пользователю, и
установления факта передачи или получения
пользователем определенной информации;
исключать со стороны пользователей несанк-
ционированное или неконтролируемое использо-
вание ресурсов ИКС;
контролировать и (или) резервировать крити-
ческие с точки зрения безопасности компоненты
с тем, чтобы их отказ не приводил к прерыванию
процесса предоставления услуг. В случае возник-
новения отказов, которые нарушают функциони-
рование КСЗИ, порядок предоставления услуг
пользователям или абонентам определяется дан-
ными требованиями;
поддерживать безопасную информационную
технологию, в рамках которой доступ к разным
видам информационных ресурсов, требующих за-
щиты, организуется таким образом, что только
уполномоченным пользователям или процессам
предоставляется возможность работы с этой ин-
формацией и гарантируется целостность и доступ-
ность информации при ее транспортировании ка-
налами ИКС.
В случае отказа КСЗИ (или отдельного ее мо-
дуля) должен предполагаться режим аварийного
блокирования доступа пользователей к сети (или
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
789
отдельного ее модуля). Порядок действий пользо-
вателей и обслуживающего персонала в этих слу-
чаях определяется Планом защиты информации в
корпоративной компьютерной сети (ККС), утвер-
жденным Администрацией.
ИКС - это система, которая предусматривает
возможность разработки и внедрения в ее составе
новых подсистем (как функциональных, так и си-
стем обеспечения). Принципы и подходы, поло-
женные в основу создания КСЗИ, должны обес-
печить возможность увеличения количества вы-
полняемых функций ИКС или сервисов, которые
предоставляются абонентам, и при этом дают воз-
можность реализовать защиту информации в но-
вых подсистемах с необходимым уровнем эффек-
тивности и гарантий.
Дополнительные (закупочные) технические,
аппаратно-программные и программные средства
зашиты информации от НСД, которые вводятся в
состав комплекса средств защиты (КСЗ), должны
иметь сертификаты или экспертные выводы от-
носительно их соответствия требованиям норма-
тивной документации ТЗИ.
Основные требования к реализации политики
безопасности. Политика безопасности рассматри-
вает информацию, технологии ее обработки и
пользователей, использующие эти технологии; ос-
новные угрозы для информации и потенциальных
нарушителей, которые эти угрозы могут создать;
формулирует модели угроз и нарушителей; опре-
деляет информационные ресурсы, требующие за-
щиты, и требования к защите информации.
КСЗИ должна поддерживать корректно опре-
деленную политику безопасности - множество
правил, которые при заданной классификации
субъектов доступа и объектов зашиты использу-
ются для определения возможности предоставле-
ния разрешения на доступ конкретного субъекта
к конкретному объекту, предоставления и изме-
нения полномочий, мониторинга всех событий,
влияющие на безопасность, и их регистрацию.
В основу политики безопасности ИКС должен
быть положен административный принцип разгра-
ничения доступа, в соответствии с принципом
минимума полномочий, а именно, право доступа
может быть предоставлено лишь фактом служеб-
ной необходимости. Для воплощения принципа
минимума полномочий разрабатывают соответ-
ствующие организационно-распорядительные до-
кументы аэропорта, инструкции, другие докумен-
ты, регламентирующие деятельность работников
аэропорта в сфере защиты информации.
Объектами защиты в ИКС являются структур-
ные и программно-информационные компонен-
ты каждого из телекоммуникационных узлов, в
которых находится или может находиться инфор-
мация, подлежащая защите, и информация в ка-
налах транспорта данных в границах контролиру-
емой зоны.
Все узлы нижнего уровня - однотипные, со-
стоят из локальной вычислительной сети и локаль-
ного маршрутизатора. Они образовывают локаль-
ный домен безопасности.
К программно-информационным компонен-
там, подлежащим защите, относят:
совокупность данных, которые имеют структу-
ры, отвечающие технологиям их обработки и со-
хранения в ЛВС каждого из узлов ИКС или в от-
дельных ее структурных компонентах;
программное обеспечение, реализуемое этими
технологиями;
потоки данных (дейтаграмы), маршрутизацию
которых за границы сети передачи данных (СПД)
осуществляет локальный маршрутизатор.
К объектам защиты относятся:
потоки дейтаграм, которые передаются кана-
лами передачи данных к/от других пользователей
или к процессам, принадлежащим этим пользо-
вателям;
информация администраторов и пользовате-
лей - субъектов доступа - и процессы, которые
функционируют от их имени;
объекты файловой системы - логические дис-
ки, каталоги, подкаталоги, файлы на дискетах и
жестких дисках серверов и рабочих станций, со-
держащих информацию, подлежащую защите;
таблицы баз данных, записи, поля баз данных,
которые содержат информацию, подлежащую за-
щите;
информация управления КСЗИ (данные отно-
сительно персональных идентификаторов и паро-
лей пользователей, их полномочий и прав досту-
па к объектам, установленных рабочих парамет-
ров отдельных механизмов или средств защиты,
другая информация баз данных защиты, инфор-
мация журналов регистрации действий пользова-
телей и т. п.);
информационные объекты, содержащие общедо-
ступную информацию (сайта, справочную, и т. п.);
активное сетевое и серверное оборудование Л ВС;
790
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
системное и функциональное программное
обеспечение, используемое для обработки инфор-
мации, подлежащей защите, для обеспечения фун-
кций комплекса средств защиты;
средства администрирования оборудования те-
лекоммуникационного узла (ТУз) и технологиче-
ская информация, которая при этом используется;
отдельные периферийные устройства, задей-
ствованные в технологическом процессе обработ-
ки информации, подлежащие защите (печати, на-
копители информации, введения данных в ЛВС);
информация, сохраняемая на сменных носи-
телях информации средств вычислительной тех-
ники ЛВС ТУз;
вычислительные ресурсы (например, дисковое
пространство, продолжительность сеанса работы
пользователя со средствами обработки информа-
ции, время использования центрального процес-
сора и т. д.), бесконтрольное использование или
захват которых отдельным пользователем может
привести к блокированию работы других пользо-
вателей, компонентов ЛВС ТУз, ЛВС ТУз в це-
лом, или магистрального маршрутизатора;
физические и логические соединения;
специализированное программное обеспечение
для обработки статистической информации из
учета времени предоставления услуг и объемов
трафика пользователей.
Классификация объектов защиты. Каждый
объект (ресурс системы), который контролирует-
ся КСЗ, должен быть классифицирован по следу-
ющим реквизитам:
уникальный идентификатор - однозначно иден-
тифицирует объект среди других объектов, дол-
жен генерироваться при регистрации объекта,
может изменяться на протяжении времени суще-
ствования объекта;
тип объекта - необходимый для определения
КСЗ способа защиты объекта управления (напри-
мер, каталог, файл, база данных, таблица базы
данных, запись базы данных и т. п.);
идентификатор связанного с ним иерархичес-
ки высшего объекта - указывает положение объекта
в иерархической структуре ИКС (компонент
ИКС). Указывается при регистрации объекта, мо-
жет изменяться на протяжении существования
объекта при модификации его положения в иерар-
хической структуре;
имя объекта - определяет последовательность
букв, которая идентифицирует объект, понятного
для администратора безопасности содержания.
Указывается при регистрации объекта и не может
изменяться на протяжении его существования;
уровень доступа к объекту - указывает пере-
чень режимов, за которыми может осуществлять-
ся доступ к объекту (модификация, изъятие, со-
здание, чтение). Конкретный перечень определя-
ется типом объекта;
информация управления доступом - определя-
ет общие параметры управления доступом для
объектов, а также параметры доступа к объектам,
параметры администрирования объекта (связанная
с объектом информация базы данных защиты).
Дополнительно для сетевых объектов могут
определяться реквизиты:
уникальный адрес в сети в числовой, домен-
ной или бездоменной форме;
уникальный номер процесса по данному сете-
вому адресу (номер порта). Информация управле-
ния доступом должна указываться при регистра-
ции объекта и может изменяться на протяжении
времени его существования. Внесение информа-
ции об объектах в базу данных защиты КСЗ долж-
но осуществляться администратором безопаснос-
ти в соответствии с правилами, установленными
распорядительными документами, которые регла-
ментируют эксплуатацию КСЗИ.
Классификация субъектов. Каждый субъект, ко-
торый может иметь доступ к объектам (ресурсам)
ИКС, должен классифицироваться следующими
реквизитами:
уникальный идентификатор - должен однознач-
но идентифицировать субъект среди других субъек-
тов, генерироваться при регистрации субъекта и
не изменяться на протяжении его существования;
тип субъекта - может иметь такие значения:
«субъект» - при описании отдельного субъекта;
«группа субъектов» - при описании группы субъек-
тов с одинаковыми полномочиями; «субъект -
процесс» - когда описывается процесс, который
активизирует другие процессы и относится к внеш-
ним пользователям, администраторам любой ка-
тегории и т. д.;
идентификатор иерархически высшей груп-
пы - должен указывать положение субъекта в
иерархической структуре ИКС. Этот идентифи-
катор определяет отношения смежности иерар-
хически высшего субъекта по отношению к дан-
ному. Указывается при регистрации субъекта, мо-
жет изменяться на протяжении существования
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
791
субъекта при изменении его положения в иерар-
хической структуре;
имя - определяет последовательность букв,
которая идентифицирует объект. Указывается при
регистрации объекта и может изменяться на про-
тяжении его профессиональной деятельности;
уровень полномочий - предназначен для реа-
лизации механизмов управления доступом. Дол-
жен вместе с уровнем доступа к объекту исполь-
зоваться в процессе принятия решений о санкци-
онировании или блокировании доступа в соответ-
ствии с административным принципом;
информация управления доступом - определя-
ет обшие параметры управления доступом для
субъектов, а также параметры доступа к объектам.
Информация управления доступом должна указы-
ваться при регистрации субъекта (группы субъек-
тов) и может изменяться на протяжении времени
его деятельности в соответствии с модификацией
его полномочий. Внесение информации про
субъекты в базу данных защиты ИКС должно
осуществляться администратором соответствующе-
го уровня в соответствии с установленными пра-
вилами.
Реквизиты субъектов и объектов ИКС в соот-
ветствии с приведенной классификацией состав-
ляют содержание базы данных защиты и образо-
вывают основу формализованной модели разме-
жевания доступа ИКС. База данных зашиты КСЗ.
информация управления КСЗИ, конфигурацион-
ные файлы активного сетевого оснащения, серве-
ров сетевых служб, таблицы маршрутизации (ком-
мутации) активного сетевого оснащения; базы дан-
ных сетевых служб аутентификации отдаленных
Remote Access Dial-In User Service (RADIUS) и
протокола контроля доступа пользователей Ter-
minal Access Controller Access Control System
(Tacacs+) образовывают служебную информацию
КСЗИ.
Структура служебной информации и компонен-
ты, которые ее образуют, определяются разработ-
чиком на этапе технического проектирования, а
также комплексом средств вычислительной тех-
ники, которые образуют ЛВС ТУз, и программ-
ными средствами соответствия к приведенным
критериям.
Конкретная структура реквизитов объектов и
субъектов и их множество, которое разрешает ха-
рактеризовать объект и субъект способом, кото-
рый обеспечит реализацию прав размежевания
доступа в соответствии с политикой безопасности
и формирование базы защиты, устанавливается
разработчиком на этапе подготовки технического
проекта.
Правила размежевания доступа пользователей
к ресурсам ИТС определяются в отдельности для
каждого из компонентов (ЛВС узла ИКС и маги-
стрального маршрутизатора), относительно кото-
рых выдвигаются требования относительно реа-
лизации политики безопасности.
Требования к средствам защиты от несанкцио-
нированного доступа. Общие требования и основные
функции. Каждая подсеть ЛВС должна быть струк-
турирована по своим функциям на отдельные сег-
менты. Принципы реализации, основные требо-
вания и состав функциональных услуг безопасно-
сти для сегментов должны быть одинаковыми. Их
отличие может состоять лишь в составе выполня-
емых ими функций, задействованных информа-
ционных ресурсов, списка пользователей и пра-
вил разграничения доступа.
Политика безопасности должна базироваться
на административном принципе размежевания
доступа.
Организация работ сопровождения КСЗИ,
включая управление средствами защиты инфор-
мации, контроль за соблюдением положений по-
литики безопасности осуществляется службой за-
щиты информации. Организационные и правовые
основы функционирования службы защиты ин-
формации определяются ответственными должно-
стными лицами аэропорта в установленном по-
рядке.
Политика безопасности информации должна
распространяться на объекты, которые непосред-
ственно или косвенно влияют на безопасность
информации.
Правила разграничения доступа и предоставле-
ния атрибутов доступа. Разграничения доступа
разных категорий пользователей к разным типам
ресурсов узла доступа устанавливаются в грани-
цах задач, решаемых подразделениями аэропорта,
исходя из следующих правил:
администратор безопасности имеет доступ к
информационным объектам, которые содержат
общедоступную информацию, к служебной инфор-
мации КСЗИ, к средствам защиты информации,
операционных систем и прикладного ПО, к тех-
ническим средствам, задействованных в техноло-
гическом процессе управления КСЗИ, к другим
792
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
объектам с правами доступа другого администра-
тора (для резервирования этих функций);
администратор активного сетевого оборудова-
ния имеет доступ к информационным объектам,
которые содержат общедоступную информацию,
к активному сетевому оснащению ЛВС и магист-
рального маршрутизатора (или их совокупности),
к системному и функциональному ПО, использу-
емому для администрирования и управления ЛВС
и магистральным маршрутизатором, к служебной
информации, которая при этом используется, к
отдельным периферийным устройствам, задейство-
ванным в технологическом процессе управления
ЛВС и магистральным маршрутизатором;
администратор сетевых служб имеет доступ к
информационным объектам, которые содержат
общедоступную информацию, к объектам файло-
вых систем и баз данных с технологической ин-
формацией узла, к данным для аутентификации
других узлов ИКС, к системному и функциональ-
ному ПО, используемому для обеспечения соот-
ветствующих функций КСЗ, к логической структу-
ре файловой системы, к отдельным периферийным
устройствам, задействованным в технологическом
процессе соответствующей задачи, к вычислитель-
ным ресурсам соответствующей задачи;
администратор электронной почты имеет дос-
туп к информационным объектам, которые содер-
жат общедоступную информацию, к объектам
файловой системы и базы данных с технологичес-
кой информацией сервера электронной почты, к
системному и функциональному ПО, используе-
мому для обеспечения соответствующих функций
КСЗ, к логической структуре файловой системы,
к отдельным периферийным устройствам, задей-
ствованным в технологическом процессе соответ-
ствующей задачи, к вычислительным ресурсам со-
ответствующей задачи;
абонент сети имеет доступ к задачам, которые
решаются в границах домена, к информационным
объектам, содержащим общедоступную информа-
цию, к объектам файловой системы и баз данных,
которые касаются его пребывания в ИКС, к необ-
ходимому для этого системному и функциональ-
ному ПО, к техническим средствам, задействован-
ным в технологическом процессе соответствую-
щей задачи, к вычислительным ресурсам соответ-
ствующей задачи;
технический обслуживающий персонал имеет
доступ к информационным объектам, которые
содержат общедоступную информацию, к инфор-
мационным объектам, содержащим техническую,
проектную, эксплуатационную документацию, к
соответствующим техническим средствам ТУз и
ПО для проведения работ по их обслуживанию.
Взаимодействие указанных объектов, полномо-
чия и права абонентов и правила размежевания
доступа для этого типа пользователей устанавли-
ваются и регламентируются положениями поли-
тики безопасности.
Предоставления пользователю определенной
роли, атрибутов доступа к определенному ресурсу
и его правам доступа осуществляется только при
выполнении таких условий:
категория пользователя отвечает типу объекта
защиты, как это определено в общих правилах
размежевания доступа;
доступ к данному объекту защиты определен
служебными обязанностями пользователя;
вид взаимодействия пользователя с объектом
защиты установлен спецификациями услуг безо-
пасности как разрешенное;
вид взаимодействия пользователя с объектом
защиты определен служебными обязанностями
пользователя.
Требования к комплексу средств защиты. Комп-
лекс средств зашиты (КСЗ) должен состоять из
идентифицированных и оцененных программных
модулей, совокупность которых обеспечивает не-
обходимый уровень защищенности информации.
Требования к КСЗ ЛВС и к КСЗ центрального и
промежуточных узлов ИКС различаются.
Комплекс средств защиты должен:
включать совокупность всех программно-аппа-
ратных средств, задействованных для реализации
политики безопасности;
гарантировать пользователям стойкость ИКС
к отказам и возможность проведения замены от-
дельных ее компонентов с одновременным сохра-
нением доступности к другим компонентам ИКС;
обеспечивать во время хранения, обработки и
передачи информации регистрацию действий або-
нентов и пользователей сети (идентификатор
пользователя; пароль; Ip-адрес; Масс-адрес; но-
мер телефона, если доступ получен через комму-
тируемые каналы телефонной сети общего пользо-
вания; адреса, к которым пользователь получал
доступ; время действия и т. п.) способом, разре-
шающим однозначно идентифицировать пользо-
вателя, адрес рабочего места (место, из которого
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
793
пользователь получал доступ к ИКС), из которого
осуществлен доступ к ресурсам (WEB, FTP, e-mail
и т. п.) и время, на протяжении которого осуще-
ствлялся доступ. Реквизиты пользователей, под-
лежащих регистрации с помощью КСЗ, опреде-
ляются на этапе технического проектирования;
обеспечить идентификацию пользователя с
определением точки его входа в ИКС, однознач-
но аутентифицировать его и зарегистрировать ре-
зультат (успешный или неуспешный) этих собы-
тий в системном журнале. В случае выявления
неавторизованного пользователя должна блокиро-
ваться возможность его работы в ИКС;
обеспечивать необходимый уровень целостно-
сти информации относительно действий пользо-
вателей и персонала в журналах регистрации ком-
понентов ЛВС узлов доступа ИКС с возможным
выделением одного или нескольких серверов
аудиту. Статистика работы пользователей долж-
на быть наблюдаемой и доступной для админис-
тратора безопасности, а по структуре и объему
отвечать централизованной модели управления
ИКС. Журналы регистрации событий могут иметь
защиту от несанкционированного доступа, моди-
фикации или разрушения. В ИКС или в отдель-
ных ее компонентах должна существовать воз-
можность с использованием средств админист-
рирования формировать рабочие группы (груп-
пы обслуживающего персонала, пользователей),
имеющие дополнительные возможности относи-
тельно получения отдельных услуг: по призна-
кам принадлежности к тому или другому сегмен-
ту ЛВС (домену) ТУз ИКС; по функциям, кото-
рые необходимо выполнять конкретному пользо-
вателю или группе пользователей. При этом КСЗ
узла ИКС обеспечивает контроль за возможнос-
тями установления, просмотра, модификации
стратегий управления (например, реализация
управления виртуальными сетями), а также га-
рантировать обеспечение контроля за целостно-
стью средств администрирования ККС:
реализовывать возможность выявления фактов
несанкционированного доступа к объектам и (или)
процессам, которые могут привести к возникно-
вению угроз для системы «Модели угроз в ИКС»,
и обеспечивать фиксацию в журнале системы име-
ни пользователя, объекта и (или) процесса, к ко-
торому была попытка доступа, места и времени,
когда возникла угроза (допускается фиксация до-
полнительной информации, разрешающая одно-
значно идентифицировать процессы, создающие
угрозу), а также обеспечивать блокирование рабо-
ты рабочих станций, каналов, адресов, из кото-
рых была создана угроза информации;
начинать свое функционирование одновремен-
но с загрузкой ядра операционной системы, кон-
тролировать загрузку ОС, предупреждать об опас-
ных действиях с устройствами сохранения инфор-
мации;
работать непрерывно в течение всего времени
функционирования ТУз ИКС;
обеспечивать возможность установления не
менее 16 уровней ограничения доступа к ресур-
сам и не менее 8 ролей администраторов и 8 ро-
лей обычных пользователей;
классифицировать действия пользователей,
выявлять попытки несанкционированных действий
и блокировать их, регистрировать события, кото-
рые могут привести к нарушению политики безо-
пасности;
регистрировать события, связанные с исполь-
зованием механизмов идентификации и аутенти-
фикации, взаимодействием с ЛВС другого ТУз
ИКС, выполнением команд на определенных се-
тевых устройствах;
обеспечивать взаимодействие с КСЗ ЛВС дру-
гого ТУз ИКС;
автоматически передавать предупреждение за-
данных типов на консоль администратора безо-
пасности (других администраторов);
обеспечивать равные полномочия для доступа к
ресурсам ИКС: администратора безопасности узла
доступа ИКС; администратора активного сетевого ос-
нащения узла ИКС; администратора сетевых служб
(для осуществления управления сервисами узла,
которые предоставляются (могут предоставляться)
абонентам) узла ИКС; технического обслуживающе-
го персонала узла ИКС; пользователей ИКС.
10.4.5. Логико-лингвистический подход
при решении задач оценки
состояния безопасности
в информационно-коммуникационных системах
Определение уровня безопасности информации
в ИКС, его сопоставление с заданным является
сложной научной задачей, которая относится к
тяжелоструктурированным и формализованным,
что требует для своего решения глубоких пред-
794
10. БЕЗО ПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
метных знаний, большого практического опыта и
даже интуиции. Решение этой задачи, как прави-
ло, основывается на знаниях экспертов и связано
с высокой трудоемкостью процедур анализа и за-
висимостью конечного результата от субъектив-
ных факторов. Итак, для эффективного определе-
ния состояния безопасности информации необ-
ходимо использовать специальные интеллектуаль-
ные средства.
Отметим, что во время решения этой задачи
возникает потребность в анализе и обработке ис-
ходных данных, представленных в качественной
форме. При этом есть необходимость поиска за-
висимостей, которые связывают нечетко заданные
входные и выходные данные.
Применение традиционных математических
методов для оценивания уровня безопасности ин-
формации не всегда возможно, поскольку они не
позволяют обрабатывать нечисловую и нечеткую
информацию, а также устанавливать причинно-
следственные связи между лингвистическими па-
раметрами.
Как уже отмечалось, для решения таких задач
наиболее пригодными являются методы, основан-
ные на нечетких множествах, лингвистических
переменных, неформальном оценивании и поис-
ке оптимальных решений.
Для формализации лингвистических данных,
характеризующих состояние безопасности инфор-
мации в системе, воспользуемся понятиями не-
четкой и лингвистической переменной, введенных
в работе [283].
Сначала лингвистические переменные были
предложены как средство моделирования нечет-
кости естественного человеческого языка, в кото-
ром границы между отдельными понятиями очень
часто оказываются размытыми.
Теперь лингвистические переменные - удоб-
ный способ для описания сложных систем, со-
держащих параметры, представленные не только
в количественном, но и в качественном виде. При
этом лингвистические переменные позволяют по-
ставить в соответствие качественным значениям
определенную количественную интерпретацию и
таким образом формализовать их.
В основе понятия лингвистической перемен-
ной лежит термин «нечеткая переменная», озна-
чающая нечеткое множество, которому присвое-
но некоторое название. Пусть нечеткая перемен-
ная [284] определена кортежем <А, X, А>, где
А - ее идентификатор; Х = {х} - область ее опре-
деления; .4 = иих/х; - нечеткое множество на
хеХ
X, которое задает ограничения на наборы число-
вых значений нечеткой переменной А .
В этом случае лингвистическую переменную
[329] определяют как кортеж <А, Т, X, Q, W>, где
А - имя; Т- множество термов (значений), явля-
ющееся наименованиями нечеткой переменной
(множество Т часто называют базовым термом-
множеством лингвистической переменной); X -
множество, которое является областью определе-
ния нечеткой переменной (множество X называ-
ют универсальным множеством); Q - синтакси-
ческое правило, описывающее процесс образова-
ния из множества Т новых значений лингвисти-
ческой переменной (назначение синтаксического
правила - объединение первичных термов, напри-
мер, много и мало, с составными значениями, на-
пример, не очень много и не очень мало); W-
семантическая процедура, позволяющая каждое
новое значение, образованное процедурой Q, ото-
бразить в нечеткую переменную.
К названиям лингвистических переменных и
их термам особых требований не ставят. Их не-
посредственно определяет эксперт во время опи-
сания системы качественными или нечеткими
понятиями. К термам лингвистических перемен-
ных выдвигается требование упорядоченности:
7^ < Тг < ... < Г, но функции принадлежности не-
четкого множества универсального множества X,
которые определяют базовые термы лингвистичес-
кой переменной, должны удовлетворять таким
условиям [329]:
1) М-7; (Хцй,, ) — 1» Р-7н (Х|Пах ) — Е
2) \/i,i +1 = 1,л: 0 <тахЦ,п, ((х) < 1;
3) Vi=1,«:Hxg:X рг(х) = 1;
4) Vi = l,«:O< j (х)дх < °° ,
А
где п - количество базовых термов; xmin и хтах -
границы универсального множества X, на кото-
ром определена лингвистическая переменная. Если
X с R, то Х= [xmin, хтах].
Условие 1 предусматривает упорядоченность
термов и четкое обозначение области определе-
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
795
ния лингвистической переменной, т. е. значение
функции принадлежности ее термов на границах
универсального множества X должны быть еди-
ничными.
Условие 2 обусловливает полноту и согласо-
ванность термов. Так, по условию согласованнос-
ти, одна и та же точка множества X не может од-
новременно со степенью уверенности 1 принад-
лежать двум и больше термам, а соответственно
условию полноты каждое значение из области
определения лингвистической переменной может
описываться хотя бы одним термом.
По условию 3 каждое понятие в лингвистичес-
кой переменной должно иметь хотя бы один эта-
лонный или типичный объект, т. е. должна быть
точка, в которой функция принадлежности базо-
вого терма равняется единице.
Условие 4 ограничивает область определения
Xили конечным множеством точек (при дискрет-
ном характере области определения; тогда вместо
интеграла используется знак суммы), или некото-
рым отрезком или интервалом (при непрерывном
характере области X). Это условие констатирует
тот факт, что любое понятие, описываемое линг-
вистической переменной, имеет физические огра-
ничения на числовые значения параметров. Для
непрерывного универсального множества X допол-
нительно существует условие непрерывности функ-
ции принадлежности базовых термов.
В зависимости от характера универсального
множества X лингвистические переменные мо-
гут быть числовыми и нечисловыми. Числовой
называют лингвистическую переменную, у ко-
торой область определения - интервал соответ-
ствующей действительности оси R, а нечеткими
переменными, отвечающими значениям число-
вой лингвистической переменной, называют
нечеткие числа.
Нечисловые лингвистические переменные, как
правило, применяют в случаях, когда переменной
невозможно дать любую количественную оценку,
но существуют некоторые эталоны, с которыми
ее можно сравнить. Примером нечисловой линг-
вистической переменной может быть, например,
«СЛОЖНОСТЬ» с термами низкая, средняя, по-
вышенная, высокая.
Процесс формирования лингвистической пе-
ременной содержит такие этапы [31]:
определение количества термов и их упорядо-
чение;
определение предельных значений лингвисти-
ческой переменной;
выяснение метода формирования функций при-
надлежности и проведение экспертного опраши-
вания;
построение функций принадлежности для лю-
бого терма лингвистической переменной.
Для формализации субъективного содержания
качественных показателей и построения функций
принадлежности используют следующие исходные
данные: __
название параметра х., i =1,п ;
диапазон | х,,х, ] изменения параметра х;
количество термов, которые применяются для
лингвистического описания параметра х;
название любого терма лингвистической пере-
менной.
Применим логико-лингвистический подход на
примере построения модели формирования нечет-
ких параметров, который можно использовать для
повышения эффективности технологий в систе-
мах выявления атак [413, 435].
Рассмотрим действия определенного наруши-
теля в компьютерной сети. Прежде всего, он вы-
бирает объект атаки и собирает о нем подробную
информацию, например, тип операционной сис-
темы, сервисы, конфигурацию и т.п. От эффек-
тивности работы нарушителя на этом этапе в даль-
нейшем зависит результативность атаки. Далее,
после получения начальных разведывательных
данных, он идентифицирует чувствительные мес-
та системы с целью их использования во время
проведения атаки, а определение каналов взаимо-
действия выбранной цели с другими узлами сети
позволит правильно выбрать ее тип, утилиту и ис-
точник реализации. После интегрирования всех
данных и конкретизации конечной цели наруши-
тель останавливается на атаке, которая дает наи-
лучший эффект. Например, для нарушения функ-
ционирования узла сети можно использовать ата-
ки SYN Flood или UDP Bomb, а для проникнове-
ния на узел и кражи информации - скрипт phf.
Далее, имея нужную информацию об объекте и
проведя всю подготовительную работу, наруши-
тель осуществляет следуюшие этапы реализуемой
атаки.
Следует сказать, что идентификация сервисов
(сканирование портов) - одна из важных процедур
на этапе собирания информации. Эту процеду-
ру, как правило, реализуют с помощью выявле-
796
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
ния открытых портов, которые, как правило, свя-
заны с сервисами, использующими, например,
протоколы TCP или UDP. Так, открытый 80-й порт
свидетельствует о наличии Web-сервера, 25-й
порт - почтового SMTP-сервера, 31 337-й - сер-
вера троянского коня BackOrifice, а 12 345 или
12 346 - сервера троянского коня NetBus и т. п.
Для идентификации сервисов и сканирования
портов используются разные программные сред-
ства, например, Nmap или Netcat, с помощью ко-
торых можно обнаружить на узле атакуемой ком-
пьютерной сети потенциальные уязвимости и су-
зить круг возможных атак. Программы сканиро-
вания портов используют разные механизмы,
например, Haktek (одна из простейших) осуще-
ствляет попытку обычного установления соедине-
ния с портом, начиная с первого и заканчивая за-
данным.
Обнаружить такую деятельность довольно лег-
ко с помощью простого фильтра TCPdump. Но
такие программы применяются не так часто и толь-
ко теми, кто не знает про более утонченные ути-
литы, использующие во время сканирования пор-
тов более сложные алгоритмы. К таким утилитам
можно отнести Nmap, которая функционирует под
управлением большинства клонов Unix и даже
Windows. Она реализует разные типы сканирова-
ния, включая и сканирование портов. Последнее
характеризуется тем, что выбор портов может осу-
ществляться случайным образом, а не обычным
увеличением на единицу, как это происходит в
простых программах. При этом для осложнения
процесса выявления средствами сетевой защиты
номера портов, которые сканируются, например,
не только увеличиваются и уменьшаются, но и
повторяются.
Существуют и другие способы сканирования,
не обнаруживающиеся традиционными средства-
ми сетевой безопасности. Это так называемое
скрытое сканирование (стелс-сканирование), ис-
пользующее особенности обработки сетевых па-
кетов, не отвечающие стандартам TCP/IP, напри-
мер, FIN-сканирование, Xmas-сканирование или
Null-сканирование.
Выявление факта того, что порты системы под-
даются сканированию, может основываться на
анализе сетевого трафика, для чего воспользуем-
ся отдельными его параметрами, которые в даль-
нейшем будут применены для определения набо-
ра нечетких величин. Для этого введем понятие
виртуального канала. Такой канал, например для
Интернет-протокола, рождается в момент полу-
чения адресатом (по конкретному порту) 1Р-па-
кета и после соединения существует некоторое
заданное время. Признаком того, что создан но-
вый виртуальный канал, служит поступление IP-
пакета на порт, для которого такой канал пока не
существовал. Число виртуальных каналов зависит
от аппаратных и программных возможностей КС
и имеет максимальное значение тахквк. Если оп-
ределенное количество возможных для доступа
портов в КС равняется 65 536, то таким будет и
значение тахквк.
Любой виртуальный канал будем характери-
зовать параметром «время жизни» (ВЖ), по ко-
торому определяется, сколько каналу остается су-
ществовать. Укажем, что в момент создания вир-
туального канала параметру ВЖ присваивается
значение ВЖ,,, которое, например, может опре-
деляться из диапазона ВЖ0 е [1,10] мин. После
окончания этого срока канал прекратит свое су-
ществование, а значение ВЖ = 0. При любом
очередном прохождении по этому каналу 1Р-па-
кета значение ВЖ увеличивается на ДВЖ (на-
пример, ДВЖ = 100 мс). Таким образом, если по
каналу осуществляется передача незначительно-
го количества пакетов, то ВЖ относительно ВЖ0
может уменьшаться очень медленно, а при ин-
тенсивном трафике постоянно расти, что разре-
шит каналу долго существовать. Если в опреде-
ленный момент времени обмен будет приоста-
новлен, то через ВЖт (ВЖт - текущее значение
ВЖ) виртуальный канал прекратит свое существо-
вание.
На рис. 10.28 показан пример характеристик
ВЖ (за 320 мин) отдельных виртуальных каналов
(Nbk - номер виртуального канала; /- время с ин-
тервалом сканирования 10 мин) одного из узлов
сети Интернет, которые используются для фор-
мирования нечетких параметров. Небольшие кря-
жи в виде горизонтальных цепочек и одиночные
возвышенности на всей плоскости (WB1!, t) харак-
теризуют аномалии в трафике узла.
Введем следующую важную характеристику -
возраст виртуального канала (ВВК), т. е. время,
которое прошло с момента его создания (рожде-
ния). Итак, исходя из свойств виртуального кана-
ла, чем интенсивнее трафик, тем живучее канал,
при этом значение ВВК постоянно увеличивает-
ся, а ВЖ»0. Далее введем лингвистические не-
798
10. БЕЗОПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
надлежности нечетких чисел всех термов Гквк для
узла вычислительной сети. В эмпирической таб-
лице (табл. 10.21) собрана статистика (за 24 ч
работы ) относительно виртуальных каналов (см.
рис. 10.28) для любого из заданных термов, где
Nl, N2, N3, N4 и N5 соответственно интервалы
[0; 2], [3, 8], [9; 16], [17; 64], [65; 256]. Зададим
max„n„ = 256.
Далее формируем матрицу подсказок [369, 389]
5 5
по формуле kj = (4, 4, 6, 7, 6), где Ы. -
j=i ;=i
элементы эмпирической таблицы. Преобразуем все
элементы матрицы по выражению C;j=bijkmlkj
(i, j = 1,5 ), где кт = 5 j=i J = 7:
5,25 1,75 ООО
1,75 3,5 1,17 0 0
с« = 0 1,75 3,5 0 0
0 0 2,33 4 1,4
0 0 0 3 7
Далее вычисляем функцию принадлежности по
__ 5 5
выражению ц,у = = ), где ст, = |J V О,=
7=1 <=1
= (5,25; 3,5; 3,5; 4; 7). Вычисленные значения фун-
кции принадлежности будут следующие:
1 0,33 0 0 0
0,5 1 0,5 0 0
й,7 = 0 0,33 1 0.67 0
0 0 0 1 0.75
0 0 0 0.2 1
Таблица 10.21. Данные для формирования Тквк
Значения лингвисти- ческой переменной Интервал
N1 N2 N3 N4 Л'5
ом 3 1 0 0 0
м 1 2 1 0 0
с 0 1 3 0 0
Б 0 0 2 4 1
ОБ 0 0 0 3 5
Вквк - максимально возможное значение, которое
характеризует текущие измерения) и получаем не-
четкие числа:
ОМ = (1/0,008; 0,33/0,031; 0/0,063; 0/0,25; 0/1);
М = (0,5/0,008; 1/0,031; 0,5/0,063; 0/0,25; 0/1);
С = (0/0,008; 0,33/0,031; 1/0,063; 0,67/0,25; 0/1);
Б= (0/0,008; 0/0,031; 0/0,063; 1/0,25; 0,75/1);
ОБ = (0/0,008; 0/0,031; 0/0,063; 0,2/0,25; 1/1).
Этап 3 - формирование нечетких эталонов. Для
формирования нечетких эталонов необходимо,
чтобы для V7KBK было справедливо отношение по-
рядка, например, при z = 1, VxOM : xOMj Да‘
лее полученные Тквк представляются в приведен-
ной форме г^вк , которые и будут использовать-
ся в качестве эталонных значений для КВК.
Приведенная форма для нечеткого числа
Х=(ц7*гИ»-/^?;---;Ц,/-Ч,) формируется по следую-
щим процедурам.
Процедура 1. Поглощение суппортом 0/xmin и
0/хтах соответственно всех других суппортов по
условиям хп1ш = у X и Х1шх = A X, где Z7, = Ух < х„ : ц = 0,
U2 = Ух > хи : ц = 0, а хм мода X .
5
Для |Jpy соответственно находим оценочные
1=1
отношения IjABj/S = (0,008; 0,031; 0,063; 0,25; 1)
1=1
(ДВ/В - отклонение параметра ДВквк е [Вквк], а
Процедура 2. Если после процедуры 13Х: (0/xinill) = 0,
(С -v™,i) = 0 , то дальше формирование осуществ-
/’
ляется соответственно по выражениям xniio = axi,
z=i
р
х1]ИХ = v х , где р - количество суппортов X .
/=1 ‘-*и
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
799
Рис. 10.29. Графическое изображение эталонных
нечетких чисел для КВК:
1- ОМе; 2- Ме; 3- Се; 4- Бе; 5- 06е
«««И
Соответственно определенным процедурам
приведения образуем все :
ОМе = (0/0,008; 1/0,008; 0,33/0.031; 0/0.063);
Nf = (0/0,008; 0,5/0,008; 1/0,031; 0,5/0,063; 0/0,25);
Се = (0/0,008; 0,33/0,031; 1/0,063; 0,67/0,25; 0/1);
Бе = (0/0.063; 1/0,25; 0,75/1; 0/1);
ОБе=(0/0,063; 0,2/0,25; 1/1; 0/1),
графическое изображение которых показано на
рис. 10.29.
Для ВВК этап 1 - формирование базового терм-
множества. Базовое терм-множество зададим
3
тремя нечеткими термами: Гввк =(JruUK = («моло-
1=1
дой» (М), «средний» (СР), «старый» (СТ)), кото-
рые отображаются на универсальное множество
Тг,цК 6 (0,тах|!|!К). Множество термов Тввк отобра-
жается нечеткими числами М, СР , СТ, для ко-
торых необходимо сформировать функцию при-
надлежности.
Таблица 10.22. Данные для формирования Тввк
Значения лингвистической переменной Интервал
м N2 N3
м 4 1 0
СР 2 5 1
ст 1 2 6
Этап 2 - формирование функции принадлеж-
ности. На основе метода лингвистических термов
с использованием статистических данных сфор-
мируем функции принадлежности нечетких чи-
сел всех термов Гввк для вышеуказанного узла
вычислительной сети. В эмпирической таблице
(табл. 10.22) собрана статистика (за 24 ч работы)
работы компьютера в сети, где Nl, N2, N3
соответственно временные интервалы (в мину-
тах) [0; 30], [30; 100], [100; 250]. Зададим тахввк =
= 250.
Далее формируем матрицу подсказок по фор-
3 3
муле = (7, 8, 7) и преобразуем все ее
М <=1
элементы по выражению q, =bijkmlkj (/, j = 1,3), где
km = V к, = 8;
/I 1
4,57 1 0
2,29 5 1,14
1,14 2 6,86
Находим функцию принадлежности = cijlcmi
(/,/ = □), где a4 =|JVc..= (4,57; 5; 6,86):
>=1
1 0,2 0
В9 = 3 Для U l1-) соотве 0,5 1 0,17 0,25 0,4 1 тственно опред 3 елим [JAB,/В = 1=1
= (0,12; 0,4; 1) (АВ/В отклонение параметра
ДВввк 6 [О, 5ВВк ], гае fiBBK _ максимальное отклоне-
800
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
ние в текущем измерении) и получаем нечеткие чис-
ла: М = (1/0,12; 0,5/0,4; 0,25/1); СР =
= (0,2/0,12; 1/0,4; 0,4/1); СТ = (0/0,12; 0,17/0,4; 1/1).
Этап 3 - формирование нечетких эталонов. При
условии выполнения отношения порядка V7’BBK
(например, при /= 1, :xMi <хМы ) полученные
Гввк представим в приведенной форме Гввк, кото-
рая для ВВК реализуется по процедуре 1 (как в
случае с КВК) и по процедуре 2: если после про-
цедуры 1 (0/xriir,) = 0 , (0/х1пах) = 0 , то соответствен-
но формируем маргинальные суппорты /0,
Следует подчеркнуть, что значения эталонных
лингвистических переменных должны переопре-
деляться для разных назначений КС, например,
рабочих станций, серверов приложений, Web-cep-
веров, почтовых серверов и др.
Далее на основе полученных КВК и ВВК с
эталонными термами сформируем для заданных
моментов времени Т = ВЖ/шахввк текущие зна-
чения КВК относительно ВВК, используя (по-
строенную на основе эталонных нечетких чисел
рис. 10.30) кусочно-линейную функцию:
/1, где и Рх - степени принадлежно-
пах пйп ,пах
сти соответственно при минимальном и макси-
мальном носителях.
Тогда соответственно этим процедурам полу-
чим все ТдВК:
Ме= (1/0; 1/0,12; 0,5/0,4; 0,25/1);
СРе= (0,2/0; 0,2/0,12; 1/0,4; 0,4/1);
СТе = (0/0,12; 0,17/0,4; 1/1),
графическое изображение которых показано на
рис. 10.30.
н(П=
1 приТе^Х^],^^;!];
(Нм2 ~BMi)(r~XMi)
entier —+ 10 Цм1+-
при Ге ]ХМ,,ХМСР],
entier —+10 J1CP1
ХМ2 Хм,
(М~СР2 M-ен )(7 ХСР|)
10'*
Рис. 10.30. Графическое изображение эталон-
ных нечетких чисел для ВВК:
/- Ме; 2-СРе ; 3~СТе
2
при Т е ]ХМСР, ХСР2 ],
entier -^ +10 ЦСР2 + -
при Т 6 ]ХСР2, ХСРСТ ],
entier -^+10 рсл2 +
при Ге ]ХСРСТ,ХСГЗ]
У — У
ЛСР2 ЛСР1
10ч
где
(йсРЗ ВсР2 )(^ ХСР2)
Хсрз ХСР2
10 1
(М-стз РспХ^ Хст2)
Хсгз Хст2
10'*
(10.32)
Х,ХМ1 Х2ХСР|+цСР| цм1 _ Р-м2 Р-mi
х,-к2 ' ХМ2-ХМ|’
д- __ М-СР2 М-СГ1
ХСР2 - ХСР1
K|XQP2 K22Q-p2jbllp-p2 lt£P2 _ Ц-срз Рср2
- К, ХСР, - ХСР2
х
R _ Всгз М-СТ2
ХСтз — ХСТ2
а
1
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
801
при этом интервалы ]0; >VMCp], ]>VMCP; A"cpcr], ] >Vcpcr; 1]
соответственно отображают текущие значения
нечетких чисел М, СР, СТ.
Далее соответственно ВЖ NBK (см. рис. 10.28)
по формуле (10.32) определим ц(/) и занесем в
таблицу степеней принадлежности, значение ко-
торых при некоторых фиксированных t показаны
в табл. 10.23.
На основе полных данных, часть которых ото-
бражена в табл. 10.23, определим частоты встре-
чаемости текущих значений ц(/) для формирова-
ния термов М, СР и СТ при конкретных фикси-
рованных ц и занесем значения этих частот в табл.
10.24), а поскольку для построения данной моде-
ли применяются величины терма М, то здесь ис-
пользуются только его данные.
Далее занесем в табл. 10.25 полные суммарные
данные частот встречаемости значений ц(/) при
фиксированных ц(г) для термов М, СР и СТ.
На основе этих данных и использования при-
веденной формы для КВК, аппроксимационных
условий [369, 389[, функций для формирования
лингвистических пременных [369, 389] и представ-
ления согласно оценочному соотношению АВ/В
(путем деления на тахквк) сформируем текущие
нечеткие числа по выражениям:
= {CON [й(цМ1/лМ1; ЦМ,ДМ2; р„3/хм,; рМ4/хМ4 )/тахквк ]} =
= {CON [й (0,7/10; 0,8/25; 0,9/31; 1,0/140)/тахквк ]} =
{CON [й (р.(л1 ^2 /-*СТ2 ’ Нсгз /Атз ’ 1\т4 /^74 )/тЭХ WJK ]}
= {CON[й((0.7/1; 0.8/3; 0,9/4; l.O/eJ/max^ )]} =
= (0/0,004; 0,49/0,004; 0,64/0,012; 0,81/0,016; 1,0/0,023; 0/0,023),
где q - оператор формирования нечетких чисел
на основе множества порядка и аппроксимации в
соответствии с условиям Q, или Q2 [289, 369]. На
рис. 10.31 показано текущее значение КВК (М)
относительно эталонных нечетких чисел для КВК
Полученное нечеткое число с помощью функ-
ции упорядочения нечетких подмножеств [289, 369]
сравниваем с эталонными QMe , Ме ; Се, Бе и
ОБе (см. рис. 10.29) для определения того, к ка-
кому из них оно ближе. Для использования функ-
ции упорядочения нечетких подмножеств этало-
ны и вышеупомянутое текущее нечеткое число
КВК (М) представим в а -уровневом виде, при
этом необходимо задать шаг дискретизации а
(например, к = 0,1) и по аналогии с (10.32) и ог-
раничением по опп1] аппроксимируем все Гквк до
значений, которые имеют минимальное количе-
ство точек пересечения.
Аппроксимацию будем осуществлять по фор-
муле
и
уМ( <
ц(х)/х
= (0/0,039; 0,49/0,039; 0,64/0,098; 0,8/0,121; 1,0/0,547; 0/0,547);
где
a,™ = «омм V с^ V Од V Овд, = 0,71 V 0,71 V 0.75 V 0,81=0,81;
= {CON[O(0.6/l; 0,7/10; 0,8/17; 0,9/11; 1,0/7)/maxKBk ]} =
= (0/0.004:0.36/0.004; 1.0/0.027;
0,81/0,043; 0,64/0,066; 0/0,066);
(X
'стзмм
= entier
1 jgl ^1Ирм2 ^2Йм2 + ЛМ2
2 [ К, - К 2
при К, = Л°мз Х(,м2 и К2=^—^2
ИрМЗ - Иом2 ИмЗ — Им2
51 8-470
802 10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Таблица 10.23. Степени принадлежности
t ц(/)для N№e(l,32)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
10 0,8 1,0 1.0 1,0
30 1,0 1,0 0,7 1,0 1,0 0,9 1,0 1,0 1,0
60 0,9 0,8 1,0 0,8 1,0 1,0
190 1,0 1,0 1,0 0,7 0,9 1,0
300 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 1,0 1,0 0.7
320 0,3 0,2
Примечание. Значения р (/) , отображенные полужирным, курсивом и обычным шрифтом соответственно, относятся к М, СР и СТ виртуальным каналам.
Таблица 10.24. Частоты встречаемости
В Частоты встречаемости
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
0,7 1 1 1 1 1
0,8 1 3 2 1 1 1 1 1
0,9 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 2 2 2
1,0 3 4 14 4 5 5 5 3 3 4 5 5 3 6 5 4 5
с/
^мс
= entier
iq! ^1Вм2 ^зйсз + -YC2 ЛМЗ
2 Kt-K2
при м4 Лмз и к2=ЛСЗ *С2
Вм4 — ВмЗ НсЗ — ВсЗ
ссСБ = entier
- + 10
2
^тНсЗ ^зНы *Б1 *СЗ
К, -К;
10 1
при К, = —-----— и К2
Нс4 — Нез
Ъ1
Мъ2 Мы
Таблица 10.25. Суммарные частоты встречаемости для М,
CPiCT
В Частоты Ц (Т )
М (ХМ) СР (ХСР) CT (ХСТ)
0,6 - 1 -
0,7 10 10 1
0,8 25 17 3
0,9 31 11 4
1,0 140 7 6
10 '
ссБ0Б = entier
i + io
2
^|Нб2 ^зВобЗ *1
к,-к2
10 '
при К,= *2 и “I
Ньз — Нбз Ноьз — Ноьз
С помощью этой процедуры, а также соответ-
ствующего набора эвристических правил, опреде-
ляем состояние системы относительно возможно-
го процесса сканирования. Если полученное те-
кущее нечеткое число ближе к Бе или ОБе, то,
исходя из свойств виртуального канала, можно сде-
лать вывод, что возможность сканирования пор-
тов высокая.
Сформируем набор нечетких эвристических
правил. При этом учтем, что Н соответственно
низкая возможность сканирования; БНВ - боль-
ше низкая, чем высокая; БВН - больше высокая,
чем низкая; В - высокая.
10.4. Обеспечение безопасности авиационных информационных коммуникационных систем
803
при t е (10, 30, 60, 190, 300, 320)
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
1,0 0,9
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
1,0 0,8 1,0
1,0 0.7 1,0 0,8
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9
0,2 0,1
) для терма М при заданных Ц
при фиксированных t G {10; 320}
180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320
1 1 1 1 1
2 1 1 2 1 1 1 1 2 2
1 1 1 1 2 1 1 2 1 1
5 6 3 4 3 2 3 3 4 4 4 2 12 1 1
Правило 1. Если КВК М ближе к ОМе . то воз-
можность сканирования Н.
Правило 2. Если КВК М ближе к Ме , то воз-
можность сканирования БНВ.
Правило 3. Если КВК М ближе к Се, то воз-
можность сканирования БВН.
Правило 4. Если КВК М ближе к Бе, то воз-
можность сканирования В.
Правило 5. Если КВК М ближе к ОБГ, то воз-
можность сканирования В.
Далее определим возможности сканирования
портов. Для этого, воспользовавшись полученны-
ми эталонными и текущими данными, а также
найденным ainin, проведем вычисления в соответ-
ствии со сформированными правилами и функ-
циями упорядочения нечетких подмножеств. Пред-
ставим нечеткие числа ОМе, Ме; Се, Бе, ОБе
и КВК (М ) в а -уровневом виде:
ОМе = (0,2/0,008; 0,4/0,008; 0,6/0,008;
0,8/0,008; 1/0.008: 0.8/0.015; 0,6/0,022; 0,4/0,029;
0,2/0,044);
Рис. 10.31. Графическое изображение текущих
КВК ( М ) и эталонных нечетких чисел для КВК:
1- ОМе;2- Ме;5- Се; 4- Бе;5~ ОБе;
6- КВК(М)
804
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Ме = (0,2/0,008; 0,4/0,008; 0,6/0,013; 0,8/0,022;
1/0,031; 0,8/0,044; 0,6/0,057; 0,4/0,1; 0,2/0,175);
Се = (0,2/0,022; 0,4/0,034; 0,6/0,044; 0,8/0,053;
1/0,063; 0,8/0,176; 0,6/0,328; 0,4/0,52; 0,2/0,776);
Бе = (0,2/0,1; 0,4/0,1; 0,6/0,175; 0,8/0,213; 1/0,25;
0,8/0,85; 0,6/1; 0,4/1; 0,2/1);
ОБе = (0,2/0,25; 0,4/0,438; 0,6/0,625; 0,8/0,813;
1/1; 0,8/1; 0,6/1; 0,4/1; 0,2/1);
КВК (М ) = (0,2/0,039; 0,4/0,039; 0,6/0,098;
0,8/0,121; 1/0,547; 0,8/0,547; 0,6/0,547; 0,4/0,547;
0,2/0,547)
и аппроксимируем их:
ОМеЛ = (0,8/0,008; 0,9/0,008; 1/0,008; 0,9/0,011;
0,8/0,015);
МеЛ = (0,8/0,022; 0,9/0,026; 1/0,031; 0,9/0,037;
0,8/0,044);
СеА = (0,8/0,053; 0,9/0,058; 1/0,063; 0,9/0,126;
0,8/0,188);
БеА = (0,8/0,212; 0,9/0,231; 1/0,25; 0,9/0,55;
0,8/0,85);
ОБ** = (0,8/0,812; 0,9/0,906; 1/1; 0,9/1; 0,8/1);
КВК (Мл) = (0,8/0,121; 0,9/0,334; 1/0,547;
1/0,547; 1/0,547).
Далее, учитывая а1пш, разобьем ОМ'*4 на уров-
невые множества: первый уровень -QM*f = (0,008;
0,008; 0,008; 0,011; 0,015) при 0 <а< 0,8; второй
уровень - ом*; = (0,008; 0,008; 0,011; 0,015) при
0,8 <а< 0,9; третий уровень - ОМ*3 = (0,008;
0,011; 0,015) при 0,9 <а< 1 и найдем средние зна-
чения на каждом уровне: М, = 0,0100; М2= 0,0105;
М3= 0,0113 и функцию упорядочения
К(ЖЭи(=гз,=/м(ом« )JcxIM>da+ jM'-da + JM3da =
0 0 0.8 0.9
= j 0,01004a+ J 0,01054a+ j 0,01134a= 0,0102.
0 0.8 0,9
Аналогичные операции выполним для М'л,
Сл , Б"*, ОБ‘Л, КВК( Мл) и соответственно полу-
чим такие значения функции упорядочения:
| 0.8 0,9
Г(Мл)(а=п.=|м(М^)4а = J 0,0264a + j 0,0034а+
О О 0-8
+ Jo,004da= 0,033;
0.9
F(C^)(a=rj. =JM(q?)4a= j 0,0784а + j 0,0114а +
О О 0.8
+ J 0,0134а= 0,102;
0.9
Г(Б'Да=П1=|м(Б^)</а= j 0,3354а + j 0,0474а +
О О 0.8
+ Jo,0554а= 0,437;
0.9
Т(ОБ‘Л)(1=-=jM(OE^)4a = j 0,7554а + J 0,0984а +
О О 0.8
I
+ J 0,1004а= 0,953;
0,9
I 0,8
Т(КВК(Мл))(а=-|=|м(КВК(М;,л))4а = J 0,3354а+
О о
0.9 1
+ J 0,0494а + J 0,0554а= 0,439;
0.8 0.9
По расчетам функции упорядочения нечетких
подмножеств [413, 435] видно, что Г( Б"*) <
< ДКВК(МЛ)) < /•(ОБ"'). Таким образом, теку-
щее КВК (МЛ ) лежит между Р'л и ОБ'Л, но, в
соответствии с расчетами, ближе к Б14. В резуль-
тате применения нечетких эвристических правил
следует, что возможность сканирования портов на
заданный момент времени высокая.
Как видим, логико-лингвистический подход
может эффективно использоваться в технологиях
построения систем идентификации атак.
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
805
10.5. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Переход от аналоговой к цифровой электрон-
ной технике как часть процесса внедрения инфор-
мационных технологий в системы различного рода
ставит принципиально новые задачи обеспечения
выполнения требований, связанных с основными
свойствами этих систем.
Функции в аналоговых электронных системах
реализуются средствами схемотехники и в этом
состоит их принципиальное отличие от цифровых
систем, где функции реализуются программными
средствами. И хотя ПО, в отличие от схемотехни-
ческих элементов, не изнашивается на протяже-
нии времени эксплуатации, тем не менее, оно
может иметь ошибки, которые обнаруживаются не
сразу, и приводят к отказам в функционировании
систем.
Современные авиационные бортовые электрон-
ные системы, включая и критические, в связи с
резким возрастанием сложности решаемых авиа-
цией задач почти все базируются на цифровой
вычислительной технике. Ее архитектура принци-
пиально отличается от аналоговой, сложность вы-
числительного процесса выросла на несколько по-
рядков, а межсистемные информационные связи
являются не просто цифровыми, а еще и программ-
но управляемыми. При таких условиях качество
ПО непосредственно влияет на безопасность экс-
плуатации ВС. Простой перечень наименований
систем электронного оборудования среднемагис-
трального самолета подтверждает важность их ПО:
система управления двигателями, комплекс топ-
лива и центрировки, система управления полетом,
электронный привод закрылков, система механи-
зации крыла, система самолетовождения, система
управления обшесамолетным оборудованием, си-
стема распределения потоков информации, экран-
ная система индикации, система посадки и т. д.
Получение гарантий качества ПО - сложная
проблема, поскольку ПО как составная часть тех-
нического объекта, содержащего в себе вычисли-
тельное устройство, не имеет достаточной откры-
тости, плохо поддается контролю, а потому явля-
ется наиболее уязвимой, а как носитель функции
наиболее ответственной частью.
Мировое сообщество в лице наиболее разви-
тых стран прилагает значительные усилия в поис-
ке эффективных мер гарантии качества и, прежде
всего, безопасности ПО. Такими мерами являют-
ся международные стандарты и требования к ПО.
В последние годы такие стандарты начали вне-
дряться в области авиации и в Украине.
10.5.1. Нормативные документы и стандарты.
Бортовое программное обеспечение
Основное назначение нормативных докумен-
тов и стандартов - изложение инструктивных ма-
териалов для использования в процессах созда-
ния ПО авиационных бортовых систем, которые
должны выполнять надлежащие функции с уров-
нем доверия к безопасности, удовлетворяющим
требованиям к летной годности ВС.
Среди международных нормативных докумен-
тов, содержащих требования к ПО АТ, важней-
шим является документ DO-178, впервые сфор-
мулированный в 1978 г. В настоящее время ис-
пользуются его усовершенствованные варианты:
DO-178A, действующий с 1985 г., и DO-178B, дей-
ствующий с 1993 г., в котором значительное вни-
мание отводится вопросу квалификации инстру-
ментального программного обеспечения.
В Украине действуют аналоги этих докумен-
тов: соответственно КТ-178А [294] с 1998 г. и
КТ-178В [295] с 2004 г. Дополнениями к этим ква-
лификационным требованиям служат документы
РМ-178А [474] и РМ-178В [475].
Среди стандартов серии ISO, действующих в
Украине и относящихся к ПО, главное место за-
нимают два: ДСТУ ISO 9000-3-98 [174] и ДСТУ
3918-1999 (ISO/IEC 12207:1995) [176]. Первый по-
священ организации и мероприятиям системы ка-
чества применительно к ПО, второй процессам
ЖЦ ПО. Требования стандартов ISO связаны не-
посредственно с процедурами сертификации ВС
и его компонентов, включая процедуры сертифи-
кации ПО.
Кроме этого, при сертификации предприятий
авиационной промышленности, в данном случае
производственных процессов создания и приме-
нения ПО, используется документ АРМАК «Ру-
ководство 21.2С» [492], а именно раздел «Эле-
806
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
мент 3. Гарантия качества программного обеспе-
чения», который подразделяется на две части:
«Часть А. Бортовое ПО» и «Часть Б. ПО для при-
емки изделий».
К бортовому ПО относится ПО тех электрон-
ных систем ВС, которые входят неотъемлемой
частью в сертификационный базис ВС определен-
ного типа и установлены на его борту с целью
выполнения необходимых для эксплуатации ВС
функций. ПО систем, предназначенных, напри-
мер, для проведения испытаний ВС, хоть и уста-
новлено на борту ВС, не является бортовым, а
относится к инструментам процессов создания АТ.
Так как функции бортовых цифровых систем
реализуются через ПО, то последнее служит объек-
том особого внимания сертифицирующего органа
по причине его непосредственного влияния на
безопасность эксплуатации ВС.
Критичность функциональных бортовых систем и
уровень программного обеспечения. Главная цель
процедур сертификации - это, прежде всего, полу-
чение определенных гарантий безопасности: пре-
дотвращение смерти, телесных повреждений, ухуд-
шения здоровья людей, потери собственности. На-
чалом работ по сертификации ПО любой сложной
технической системы является анализ возможных
последствий влияния потери (нарушения) функции
системы на безопасность ее работы или использо-
вания для человека и собственности. Причем не
имеет значения, чем вызвано нарушение функ-
ции - ошибкой пользователя, отказом аппаратуры
или ошибками проектирования ПО. Важными яв-
ляются глубина контроля системы, выявление и воз-
можность парирования отказов средствами самой
системы или системы более высокого уровня иерар-
хии, необходимость резервирования, реконфигура-
ции. К анализу следствий нарушения функции си-
стемы, как правило, приходится возвращаться не-
однократно после следующих этапов, так как от
правильного определения категории критичности
системы зависит жесткость требований к ПО.
Документ КТ-178В определяет пять категорий
критичности функциональных систем и соответ-
ственно пять уровней ПО. Несмотря на то, что по
определению категории критичности системы и
уровни ПО жестко связаны, процедура установ-
ления уровней допускает отклонения как в одну,
так и в другую сторону.
Классификация уровней программного обес-
печения по категориям критичности следующая:
ПО уровня А - ПО такой функциональной си-
стемы, отказное состояние которой, возникшее из-
за ошибки в ПО, может привести к катастрофи-
ческой ситуации для ВС, когда практически не-
возможно предотвратить гибель ВС и людей. Ве-
роятность возникновения такой ситуации на один
час полета должна быть практически невероятной,
т. е. меньше чем 109;
ПО уровня В - ПО такой функциональной си-
стемы, отказное состояние которой, возникшее из-
за ошибки в ПО, может привести к аварийной
ситуации для ВС. Аварийная ситуация характери-
зуется значительным ухудшением характеристик
ВС или превышением его предельных ограниче-
ний, а также таким физическим напряжением лет-
ного экипажа, при котором он не может точно и
полностью выполнить свои функции. Аварийная
ситуация может привести к значительным повреж-
дениям ВС, травмам людей или отдельным жерт-
вам. Вероятность возникновения такой ситуации
на один час полета должна быть крайне малове-
роятной, т. е. быть в диапазоне 10 7109;
ПО уровня С - ПО такой функциональной сис-
темы, отказное состояние которой, возникшее из-
за ошибки в ПО, может привести к сложной ситу-
ации для ВС. Сложная ситуация характеризуется
заметным ухудшением характеристик ВС, выходом
одного или больше параметров за эксплуатацион-
ные ограничения, но без достижения предельных
ограничений, а также уменьшением способности
экипажа справится с этой ситуацией из-за увели-
чения рабочей нагрузки и по причине появления
неблагоприятных условий, которые снижают эф-
фективность действий экипажа. Сложная ситуация
может вызвать дискомфорт пассажиров, включая,
возможно, травмы. Вероятность возникновения
сложной ситуации на один час полета должна быть
маловероятной, т. е. быть в диапазоне 105—10-7;
ПО уровня D - ПО такой функциональной
системы, отказное состояние которой, возникшее
из-за ошибки в ПО, может привести к усложне-
нию условий полета для ВС. Такая ситуация ха-
рактеризуется незначительным ухудшением харак-
теристик ВС или небольшим увеличением рабо-
чей нагрузки на экипаж. Такую ситуацию можно
предотвратить, например, путем изменения плана
полета, а для пассажиров она должна приводить
не более, чем к некоторым неудобствам;
ПО уровня Е - ПО такой функциональной си-
стемы, отказное состояние которой, возникшее из-
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
807
за ошибки в ПО, не влияет на эксплуатационные
возможности ВС и не увеличивает нагрузки на
экипаж. Получение от сертификационного орга-
на подтверждения того, что данное ПО принадле-
жит к уровню Е, означает, что к нему не приме-
няются положения документа КТ-178В.
Документ КТ-178А определяет три категории
критичности функций бортовых авиационных
систем:
существенную, если особая ситуация, которая
может возникнуть при нарушении выполнения
хотя бы одной из функций системы ВС, характе-
ризуется как катастрофическая или аварийная;
важную, если особая ситуация, которая может
возникнуть при нарушении выполнения хотя бы
одной из функций системы ВС, относится к слож-
ной;
несущественная, если особая ситуация, кото-
рая может возникнуть при нарушении выполне-
ния хотя бы одной из функций системы ВС, от-
носится к усложнению условий полета или не
имеет последствий.
Соответственно существуют три уровня про-
граммного обеспечения:
уровень 1 для категории «критическая» с наи-
более высокими требованиями к ПО и максималь-
ным объемом работ, выполнение которых необ-
ходимо для доказательства соответствия сертифи-
кационным требованиям, и максимальным коли-
чеством сопроводительной документации;
уровень 2 - для категории «существенная» с
более низкими требованиями;
уровень 3 - для категории «несущественная» с
минимальными требованиями.
Уровень ПО зависит не только от категории
критичности функции. Немалую роль играют ар-
хитектура системы и структура ее программного
обеспечения. Например, анализируемая система
может иметь резервный аналоговый канал, кото-
рый целиком дублирует функции цифрового ка-
нала. В определенных условиях этого может быть
достаточно для снижения уровня ПО. И, наобо-
рот, в случае, когда на одном ВС анализируемая
система используется таким образом, что ее отказ
отвечает одной категории критичности, а на дру-
гом ВС отказ этой же системы приводит к более
критическим условиям эксплуатации, разработчик
системы может определить более высокий уровень
ПО. Важное влияние на определение уровня ПО
имеют также методы его проектирования. Напри-
мер, метод обособления или контроля как метод
защиты от конкретных отказных состояний путем
непрерывной проверки правильности выполнения
функции, или многоверсионный метод, реализа-
ция которого предусматривает создание двух или
больше компонентов ПО, выполняющих одну
функцию разными способами и разным ПО, дает
возможность отделить функционально независи-
мые компоненты ПО с целью изоляции отказов.
Упомянутые выше количественные значения
вероятности возникновения особых ситуаций не
касаются вероятности невыявленных ошибок в ПО.
К ПО невозможно применить развитый матема-
тический аппарат теории статистики, который дает
возможность рассчитывать вероятность событий,
так как нет прямой связи между вероятностью
возникновения особых ситуаций и вероятностью
невыявления ошибок в ПО. Таким образом, уров-
ни ПО или показатели его надежности, основы-
вающиеся на уровнях ПО, не могут быть исполь-
зованы в процессе оценки безопасности системы
например, так, как используется интенсивность
отказов аппаратного обеспечения.
Тем не менее, нормативные документы реко-
мендуют применять те или другие количествен-
ные критерии оценки качества ПО или достиже-
ния определенного уровня качества с учетом того
факта, что индустрия программных средств нако-
пила большую коллекцию моделей и метрик, ко-
торые позволяют оценивать разные характеристики
ПО. Больше того, во время разработки и верифи-
кации ПО настоятельно рекомендуется вести учет
выявленных ошибок и недостатков ПО, а также
принятых мер по их устранению.
10.5.2. Процессы разработки, верификации
и аттестации программного обеспечения
Главным этапом при создании любого техни-
ческого продукта является его разработка, вклю-
чая изготовление опытного образца, его испыта-
ния для подтверждения соответствия требовани-
ям и, в конце концов, официальное утверждение
его эксплуатационной пригодности. Создание про-
граммного продукта полностью соответствует этим
процессам.
На рис. 10.32 приведены процессы создания
программного продукта, интересные с точки зре-
ния получения определенных гарантий безопас-
808
10. БЕЗОПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
ности. Здесь каждое мероприятие, связанное с
разработкой (Р) имеет соответствующее верифи-
кационное мероприятие (В). И те, и другие по-
рождают соответствующие документы (Д).
Исходным материалом для инициации процес-
сов создания ПО являются заявленные требова-
ния к системе, которые должны быть оформле-
ны в виде соответствующего документа (ДФ
<«ноль»>), и которые необходимо преобразовать
в требования к ПО (Д1), именно в связи с тем,
что реализация функций цифровых электрон-
ных систем, как уже отмечалось, осуществляется
программными средствами. Процесс разработки
требований к ПО (Р1) - это и есть процесс транс-
формации требований к системе в требования
к ПО.
Для облегчения понимания процедуры транс-
формации, как во время разработки, так и ее ве-
рификации, рекомендуется поделить процедуру
как минимум на две части: разработку требова-
ний высокого уровня и последующую разработку
требований низкого уровня.
Требования высокого уровня непосредственно
вытекают из анализа требований к системе с уче-
том особенностей ее построения. При этом необ-
ходимо соблюдение следующих условий: каждое
требование к системе должно переноситься на одно
или более требований к ПО высокого уровня, и
наоборот, каждое требование к ПО высокого уров-
ня - на одно или больше требований к системе, за
исключением производных требований, которые
непосредственно не возникают из требований к
системе (например, требование обработки преры-
ваний, зависящей от особенностей выбранного це-
левого вычислителя). Производные требования вы-
сокого уровня должны быть переданы в процесс
оценки безопасности системы. К требованиям вы-
сокого уровня относятся функциональные и тех-
нические требования, требования к взаимодей-
ствию и требования к безопасности.
Требования низкого уровня формулируются в
терминах инженерии ПО и их получают путем
анализа и детализации требований высокого уров-
ня. Требования низкого уровня относятся непос-
редственно к процедурам кодирования и комп-
лексирования ПО, т. е. это требования к приме-
няемым языкам программирования, компилято-
рам, к архитектуре и связям ПО, к структуре его
компонентов, к классификации программных
объектов, к операторному базису, к среде разра-
ботки и верификации, а также к стилю програм-
мирования.
Сопутствующими документами являются стан-
дарты и другие нормативные документы (Д2) на
технические задания, на проектирование, на ко-
дирование, сопровождение. Верификационное
мероприятие (В 1), завершающее первый этап раз-
работки, - это сопоставление требований к ПО с
требованиями к системе с целью проверки совме-
стимости распределения функций между аппарат-
ными и программными средствами и интерфей-
сами, полноты и адекватности требований к ПО.
Рекомендуемая форма документирования - таб-
лица перекрестных ссылок, которая может быть
оформлена как отдельный верификационный до-
кумент, или быть частью общего документа (Д13),
описывающего процедуры верификации всех эта-
пов, их результаты, а также возникающие пробле-
мы и меры по их устранению.
Следующие этапы разработки - планирование
процессов создания ПО (Р2) и управления его ка-
чеством (РЗ). Основная цель планирования - оп-
ределение ресурсов и последовательности дей-
ствий, обеспечивающих достижение поставленных
целей. Тут еще определяется организация (взаи-
мосвязь) процессов. В результате должны быть
оформлены пять документов (допускается обосно-
ванное совмещение): план сертификации ПО (ДЗ),
план разработки ПО (Д4), план верификации (Д5),
а также планы управления конфигурацией ПО (Д6)
и гарантии его качества (Д7). Верификационные
мероприятия (В2, ВЗ) относятся, в основном, к
процедурам согласования планов на этапе утвер-
ждения, а также к их коррекции по замечаниям,
возникшим на более поздних этапах создания и
даже эксплуатации ПО. Содержание документов
рассматривается дальше.
Продолжением процесса разработки является
процесс проектирования ПО (Р4). Здесь требова-
ния к ПО высокого уровня уточняются на протя-
жении нескольких итераций процесса проектиро-
вания для формирования архитектуры ПО алго-
ритмов функционирования, с учетом требований
низкого уровня до такой степени, чтобы по ним
можно было составить исходный код. Для удов-
летворения требований безопасности следует пре-
дусмотреть контроль потоков управления и дан-
ных, например, предусмотреть сторожевой таймер,
проверку на непротиворечивость и перекрестное
сравнение потоков, естественно с соответствую-
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
809
Процессы разработки Документы Процессы верификации
и управления процессов и аттестации
Рис. 10.32. Процессы создания программного продукта
щей реакцией на «отказные» состояния. Результа-
ты проектирования фиксируются в документе,
описывающем проект ПО (Д8).
Верификационное мероприятие В4 - провер-
ка проекта ПО на соответствие требованиям к ПО
и стандартам на проектирование, включая про-
верку алгоритмов функционирования системы
(рис. 10.33). Главной целью верификации проекта
является обеспечение его «проверяемости». При
этом должны быть учтены, по крайней мере, та-
кие факторы: последовательность выполнения про-
граммы, потоки данных и возможное их искаже-
ние, потенциальное влияние аппаратных средств
на обособление и целостность функций. В вери-
фикационном документе Д13 должна быть пред-
ставлена таблица соответствия проекта ПО требо-
ваниям к ПО в виде перекрестного анализа. От-
ступления от стандартов и требований должны
быть отмечены и обоснованы.
Все рассмотренные до сих пор этапы, даже этап
проектирования ПО, можно охарактеризовать как
подготовительные. Только в результате процессов
программирования (Р5), комплексирования про-
граммных компонентов (Р6) и интеграции ПО с
аппаратными средствами (Р7) появляется собствен-
но программный продукт в окончательном виде.
Первым результатом процесса, реализующим
требования низкого уровня, всегда является ис-
ходный код (Д9), который должен трансформи-
роваться в проект ПО. Учет архитектуры ПО в
процессе проектирования реализуется в процеду-
рах комплексирования компонентов ПО, а интег-
810
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
рация ПО в целевой вычислитель даст в конце
концов, исполняемый объектный код (ДЮ) и со-
ответствующий каталог комплектации ПО (ДП).
Неправильные или недостаточные входные дан-
ные, выявленные в этих процессах, следует воз-
вратить в предыдущие процессы для внесения ис-
правлений или ясности. Кроме этого, среда со-
здания ПО (она же, чаще всего, и среда его со-
провождения) должна быть четко и детально
определена и зафиксирована (Д12).
Само собой разумеется, на данном этапе раз-
работки осуществляются наиболее объемные, наи-
более сложные по содержанию и наиболее важ-
ные верификационные мероприятия (В5, В6, В7)
под общим названием - тестирование (испытания)
ПО с целью выявления содержащихся в ПО оши-
бок. Проблема здесь в том, что выявленные ошиб-
ки, как правило, устраняются, а невыявленные не
могут быть даже спрогнозированы.
Содержание всех трех верификационных ме-
роприятий (В5, В6, В7) показано на рис. 10.33.
Процесс этот состоит из многих итераций и
включает все указанные позиции (1, 2, 3, 4) в каж-
дой итерации и в каждом мероприятии. Результа-
ты процесса фиксируются в документе Д13.
Рассмотрение процессов создания ПО будет
неполным, если не упомянуть о планах УКПО и
ГКПО. которые должны быть реализованы путем
внешних и внутренних аудиторских проверок (В8,
см. рис. 10.32) состояния конфигурации, а также
соответствующих организационных и технологи-
ческих процедур, и отражены в протоколах Д14
и Д15.
Реализация плана сертификации ПО фиксиру-
ется документом Д16.
Цикл создания ПО завершается испытания-
ми подтверждения эксплуатационной пригодно-
сти бортовой цифровой функциональной систе-
мы (В9). Эти испытания проводятся как часть
общего официального удостоверения (аттеста-
ции) того, что система на данном ВС в заявлен-
ных эксплуатационных условиях функциониру-
ет правильно.
Документация для сертификации программного
обеспечения. В США с 1987 г. официально суще-
ствует методика института SEI (Software Engineering
Institute), позволяющая определить уровень тех-
нологической зрелости предприятий, разрабаты-
вающих ПО и совершенствовать процессы разра-
ботки. Первоначально это Capability Maturity
Model (СММ) [639], а позднее - Capability Maturity
Model Integration (CMMI) [28]. В соответствии с
моделью высший («оптимизирующий») уровень
технологической зрелости - пятый - отвечает це-
ликом автоматизированному процессу производ-
ства ПО на базе математической модели с приме-
нением методов параметрической и структурной
оптимизации, и организация сосредотачивается на
совершенствовании процессов. Одним из призна-
ков низшего первого («первоначального») уровня
является зависимость организации от отдельных
программистов, а одним из условий перехода со
второго («повторяемого») уровня на третий («оп-
ределенный») - документирование процессов под
управлением соответствующей службы во главе с
ответственным лицом из состава высшего руко-
водства организации.
Все фазы ЖЦ ПО имеют начало и конец. До-
кументация же может существовать вечно. По-
этому сформулировать требования к документа-
ции - значит сформулировать требования ко всем
вышеописанным процессам создания программ-
ного обеспечения. Документация и есть тот са-
мый материальный фактор, по которому серти-
фицируется ПО. Документация также является
основным элементом, тщательно анализируемым
при расследовании катастроф или предпосылок
аварийных ситуаций.
Очень важны форма и содержание документа,
включение в него количественных и качествен-
ных характеристик изделия, глубины его конт-
роля и анализа, наличие возможности учета и
хранения, уровень ответственности лиц, подпи-
сывающих документ. Наиболее слабое звено до-
кументации - полнота учета заявленных к ней
требований.
Конкретный перечень документации, необхо-
димой для сертификации ПО, зависит от уровня
ПО (от критичности системы) и определяется в
процессе согласования плана сертификации с сер-
тификационным органом. Ниже кратко показана
суть приведенных на рис. 10.32 и уже упомянутых
документов.
Д1 «Требования к ПО» - содержит описание
трансформации требований к системе в требова-
ния к ПО с выделением требований высокого и
низкого уровней и с особым вниманием к вопро-
сам безопасности и возможным отказным состоя-
ниям. Должны быть определены критерии выпол-
нения функций и возможные ограничения, напри-
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
811
Рис. 10.33. Верификационные мероприятия
мер: по памяти, по времени, по частоте, по взаи-
модействию. Особое внимание отводится обособ-
лению компонентов ПО.
Д2 - «Стандарты создания ПО» - множествен-
ный перечень. Как минимум - это перечень офи-
циально действующих стандартов разработки тре-
бований, проектирования, кодирования, испыта-
ний ПО. Вместе со стандартами - это несколько
документов.
Их содержание - методы создания, правила
структурирования, ограничения на проект (напри-
мер, исключение рекурсии, динамических объек-
тов, альтернативных обозначений данных), огра-
ничения по сложности (например, вложенность
вызовов, использование переходов), по языку и
компиляторам, среде и инструментам.
ДЗ - «План сертификации ПО» подается на
утверждение в государственный сертификацион-
ный орган, определяет порядок действий, методы
доказательства соответствия продукта требовани-
ям к нему, к системе, к ВС и необходимую для
этого документацию.
Д4 - «План разработки ПО» - определяет ЖЦ
создания ПО, взаимодействие исполнителей и
среду разработки.
Д5 - «План верификации ПО» - определяет
этапы (позиции процесса разработки и критерии
перехода к процедурам верификации), методы,
процедуры, среду и инструменты верификации,
включая инструментальные программные средства,
инструкции относительно достижения необходи-
мых показателей качества (безопасности) и указа-
ния относительно повторных проверок и испыта-
ний после внесения изменений в ПО, которые
гарантируют устранение выявленных ошибок.
Д6 - «План управления конфигурацией ПО» -
устанавливает правила идентификации единиц ПО
и комплектации, базовые версии и их трассируе-
мость на производные версии, правила управле-
ния изменениями, правила порядка и учета со-
стояния конфигурации, архивирования, контроля
и зашиты данных, обращения единиц ПО.
Д7 - «План гарантии качества ПО» - устанав-
ливает сферу действия, распределение ответствен-
812
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
ности и полномочий инспекций и аудита, других
мероприятий, связанных с процессами получения
гарантий, включая сообщения о проблемах, их
отслеживание и корректирующие действия.
Д8 - «Описание проекта ПО» - содержит под-
робное описание того, каким образом ПО удов-
летворяет предъявляемым к нему требованиям
высокого уровня, включая алгоритмы, структу-
ры данных, и как требования к ПО распределя-
ются по задачам и процессам. Кроме этого, при-
водится описание архитектуры ПО, библиотек,
входов/ выходов, потоков данных и управления,
распределения ресурсов и связанных с этим
ограничений, процедур диспетчеризации, схем
междупроцессного и межзадачного обмена, пре-
рывания, компонентов ПО, методов их обособ-
ления.
Д9 «Исходный код» - содержит исходный код,
инструкции компилятора для генерации объект-
ного кода, данные для редактирования связей и
загрузки.
ДЮ - «Объектный исполняемый код» - содер-
жит код, пригодный для непосредственного вы-
полнения процессором целевого вычислителя,
т. е. такой, который загружается в аппаратуру си-
стемы авионики.
ДИ - «Каталог комплектации ПО» - определя-
ет конфигурацию продукта как поставляемой еди-
ницы. Он должен идентифицировать программный
продукт в целом, каждый компонент, соответству-
ющие документы и их носители.
Д12 - «Каталог среды ПО» - содержит описа-
ние среды ЖЦ ПО, начиная с этапа специфици-
рования требований и заканчивая этапом списа-
ния продукта из эксплуатации. В каталоге иден-
тифицируются инструменты разработки, верифи-
кации, сопровождения программных средств,
приводятся данные относительно квалификации
инструментария.
Д13 - «Процедуры и результаты верифика-
ции» допускается делить на два-три документа,
в которых должны быть описаны процедуры рас-
смотрения, анализа, испытаний на всех этапах раз-
работки, примененные тестовые примеры и ре-
зультаты проведенных процедур с идентифициро-
ванными компонентами ПО. Все проблемы и вы-
полненные корректирующие действия должны
быть подробно описаны.
Д14 - «Протоколы УКПО».
Д15 - «Протоколы ГКПО».
Д16 - «Итоговое заключение о ПО» - это ос-
новной документ, фиксирующий выполнение
«Плана сертификации ПО» и степень соответствия
«Требованиям к ПО». Он должен содержать крат-
кие описания системы и ПО, сертификационные
условия (договоренности), характеристики, иден-
тификацию и состояние ПО, перечень докумен-
тации на ПО и заявление о степени выполнения
требований к ПО.
10.5.3. Инструментальное
программное обеспечение
Качество любой технической продукции непос-
редственно зависит от инструмента, с помощью
которого она создается и который сегодня также
сертифицируется во всех сферах человеческой де-
ятельности. Сложные технические продукты еще
и сопровождаются специальным инструментари-
ем поддержки их ЖЦ.
Современный инструментарий и его функциональ-
ность. В связи с массовым внедрением информа-
ционных технологий главным инструментом в
авиапромышленности становятся компьютерные
программы. А поскольку безопасность эксплуата-
ции ВС является определяющей частью понятия
«качество ВС», то инструментальное ПО объект
внимания и контроля со стороны полномочных
государственных и межгосударственных органи-
заций: в США - FAA, в Европе -JAA, в Украине -
АР МАК и Укравиатранс.
С инструментальным ПО в области авиации
связаны практически все сферы деятельности по
созданию и эксплуатации современной авиацион-
ной техники и ее компонентов. Поэтому понятно,
какой должна быть степень внимания к соответ-
ствующим продуктам. Если, допустим, в пакете
прикладных программ, используемых для расчета
прочности конструкции ВС, содержится невыяв-
ленная ошибка, то совсем не обязательно, что она
проявится во время статических испытаний кон-
струкции не только из-за функциональной огра-
ниченности испытаний, или например, из-за спе-
цифики статических нагрузок. Ошибка может про-
явиться намного позднее, уже на стадии эксплуа-
тации ВС, в очень узких динамических условиях.
И последствия такого проявления могут быть
очень серьезные. Следует отметить, что при ста-
тических испытаниях на прочность для обработ-
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
813
ки их результатов также применяется вычисли-
тельная техника, а поэтому и соответствующее
инструментальное ПО. И в нем также могут со-
держаться ошибки. Это же касается ПО, которое
предназначено для аэродинамических расчетов,
для обработки материалов продувок моделей в
аэродинамических трубах, для проектирования
конкретных конструктивных агрегатов воздушных
суден - того же крыла или хвостового оперения,
для изготовления деталей элементов конструкции
на станках с числовым программным управлени-
ем, для записи и обработки результатов летных
испытаний.
Характерным примером для осмысления раз-
личия между аналоговыми и цифровыми инстру-
ментальными системами может служить этап об-
работки результатов испытаний ВС и его компо-
нентов. Именно на этом этапе в наибольшей сте-
пени используются разные средства измерительной
техники, как универсального применения, так и
специально разработанные для проверки конкрет-
ной системы (КИА). Основная цель их использо-
вания - получить количественные оценки техни-
ческих характеристик ВС и подтвердить выполне-
ние заявленных требований, и наконец, получить
сертификат соответствия на ВС.
Правильность измерений должна быть гаран-
тирована. Мировой опыт выработал форму полу-
чения такой гарантии для аналоговой измеритель-
ной техники в виде специальной организации и
проведения соответствующих мероприятий, т. е.
за все приборы и инструменты (отметим - те, что
не являются средствами вычислительной техни-
ки), с помощью которых контролируется и в даль-
нейшем сертифицируется та или другая функция
авиационной системы, несет ответственность служ-
ба Главного метролога, которая ведет учет, регу-
лярно проверяет и аттестует эти приборы. К тому
моменту, как на борту ВС появилось цифровое
электронное оборудование, приборы службы Глав-
ного метролога были основным инструментом
доказательства правильности функционирования
бортовой системы.
Теперь бортовая электроника цифровая и, с
одной стороны, разработчики бортовых систем
отказываются от специализированной КИА в
пользу средств вычислительной техники общего
назначения, с другой - обычными приборами ста-
ло невозможно проверить бортовую функцию. Это
можно сделать только с помощью средств вычис-
лительной техники, снабженных соответствующим
специализированным инструментальным ПО.
ПО в современных средствах измерительной
аппаратуры, основанное на вычислительной тех-
нике, непосредственно выполняет функции пре-
образования физических величин, их обработку,
визуализацию. Поэтому оно становится полноцен-
ным метрологически значимым компонентом про-
цесса измерения и необходимо вводить в практи-
ку обязательные и подотчетные процедуры про-
верки, количественной оценки и гарантии пра-
вильности функционирования такого ПО. При
этом инструментальное ПО как самостоятельный
объект метрологии должно документироваться, ре-
гистрироваться, испытываться на правильность
функционирования, получать официальное одоб-
рение на применение и, конечно же, надлежащим
образом быть защищенным от ошибок, взлома или
утери.
Кроме ПО, используемого в измерительной ап-
паратуре, построенной на основе вычислительной
техники, сейчас имеет место измерительное (ин-
струментальное) ПО, которое предназначено для
выполнения измерений в ПО f506, 838]. К такому
ПО можно отнести все сказанное относительно
ПО измерительной аппаратуры на основе вычис-
лительной техники.
Несмотря на широкое применение вычисли-
тельной техники как измерительных средств в про-
цессах испытаний современного ВС, его агрега-
тов и систем и отсутствие альтернативы этому, без
решения вопросов аттестации инструментального
ПО нельзя официально ссылаться на такие сред-
ства измерения как средства доказательства соот-
ветствия требованиям. Поэтому в списке инстру-
ментов для проведения разных проверок, измере-
ний и испытаний агрегатов и компонентов ВС в
западных нормативных документах [284, 543, 816]
рядом с обычными микрометрами, термопарами,
вольтметрами, осциллографами есть и компьютер-
ные программы. На них распространяются все тре-
бования, каким должны отвечать инструменталь-
ные средства контроля, а также к ПО выдвигают-
ся требования как к специфическому виду про-
дукции независимо от его конкретного назначения.
В частности FAA создала несколько инструкций
по управлению качеством и сертификации инст-
рументального ПО [816]. Главное требование - ПО,
которое используется как инструмент, должно
пройти квалификацию перед использованием.
814 10. БЕЗО ПА СНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Итак, можно утверждать следующее:
функциональность инструментального ПО ох-
ватывает все фазы ЖЦ ВС, а именно: проектные,
расчетные и конструкторские работы, эксперимен-
тальные исследования, опытное производство,
отработку, испытания, сертификацию ВС, его аг-
регатов и систем (включая бортовое ПО), серий-
ное производство, сопровождение ВС, а также
организационно-управленческую деятельность
предприятий и организаций, которые принимают
участие в этих процессах;
важность инструментального ПО, его влияние
на безопасность эксплуатации ВС и степень от-
ветственности за правильность его функциониро-
вания, не ниже целевого ПО (прикладного, функ-
ционального, и в частности бортового), поэтому к
программным инструментам, которые подлежат
квалификации, должны быть предъявлены те же
требования, что и для бортового ПО.
Особенности программного инструментария и его
применения. Специфичность продукта инженерии
ПО принципиально изменяет не только процессы
создания цифровых систем в отличие от аналого-
вых, подходы к ним, но и взгляды на использова-
ние инструментария.
С точки зрения безопасности ВС выделим че-
тыре особенности, которые совсем не присущи
образцам аналоговой техники, но характерны для
цифровой: инструментарий как источникошибок,
явление «зависания» системы, условия ^функци-
онирования, многоверсионность функции.
Ограничивая ПО систем авионики, программ-
ные инструменты обычно разделяют на два типа:
инструменты процессов разработки бортового ПО
и инструменты процессов его верификации [295,
830]. Поскольку результат применения первых -
это продукт в виде собственно бортового ПО, то
инструменты разработки могут быть источника-
ми ошибок, точнее, такие инструменты непо-
средственно могут вносить ошибки в бортовое ПО,
т. е. - в функцию системы, и это очень суще-
ственная особенность. Инструменты верифика-
ции не вносят ошибок в испытываемый продукт,
хотя могут не обнаружить их, и здесь вроде бы
проявляется совпадение с аналоговыми испыта-
тельными приборами. Тем не менее, ошибка, до-
пущенная на этапе разработки аналоговой тех-
ники, позднее - на этапе ее испытаний, может
быть не обнаружена только в случае незафикси-
рованной неисправности испытательного обору-
дования при условии выполнения всех соответ-
ствующих технологических операций и инструк-
ций. Цифровая же техника имеет противополож-
ную особенность.
Кроме этого, расхождения между програм-
мными инструментами разработки ПО и инст-
рументами его верификации сейчас формально
определяют разные категории контроля таких
инструментов. Последнее положение спорное,
так как:
во-первых, инструменты разработки и верифи-
кации ПО на практике оказываются взаимопо-
крываемыми (комбинированными), т. е. продемон-
стрировать полное обособление примененного
программного инструментария между функциями
разработки и верификации, как правило, почти
невозможно. Отсюда вытекает необходимость еди-
ной и более высокой категории контроля инстру-
ментария, на что обращается внимание в доку-
менте КТ-178В;
во-вторых, и это главное с точки зрения гаран-
тий безопасности ВС, не имеет значения, кем или
чем внесена ошибка, которая привела в итоге к
возникновению особой ситуации, как и то, что
эта же ситуация может возникнуть не из-за ошиб-
ки в ПО, а из-за отказа аппаратуры. Больше того,
в тех случаях, когда инструментальное ПО явля-
ется инструментом создания (включая все виды
испытаний) целевого ПО, связь их и на этом бо-
лее высоком уровне оказывается настолько тес-
ной, что даже очень тщательная проверка целево-
го ПО, казалось бы главного, из-за недостаточно-
го внимания к инструментальному ПО, может
оказаться совсем неэффективной.
Яркий пример - это ошибка написания точки
вместо запятой лишь в одном операторе из сотен
тысяч, которые содержались в программе управ-
ления полетом первого космического аппарата на
Венеру. Эта ошибка привела к потере нескольких
сотен миллионов долларов и хотя была допущена
программистом, но из-за особенностей применен-
ного инструментария (в данном случае - компи-
лятора) не была выявлена в процедурах верифи-
кации [284].
Наиболее эффективными мерами для сниже-
ния риска внесения ошибок пока остаются раз-
ные ограничения на применяемый инструмента-
рий - от выбора системы поддержки программи-
рования до используемых типов данных и опера-
торов.
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
815
Следующая, характерная именно для ПО, осо-
бенность, проявляющаяся только во время рабо-
ты системы, - явление «зависания» или зацикли-
вания, когда по техническим данным система ос-
тается исправной и работоспособной (вычисле-
ния осуществляются), но ожидаемый результат
вычислений пользователь не получает в преду-
смотренное время, что надо квалифицировать
как нарушение функционирования и отказ сис-
темы. Это явление довольно сложное с точки зре-
ния обнаружения, а потому распространенное и
опасное.
Проблема состоит в том, что традиционные
испытания системы на функционирование гаран-
тируют ее нормальную работу лишь в заданных
техническими требованиями условиях. При этом
определение границ возможных условий затруд-
нено как логической сложностью ПО, которое,
как известно, даже в относительно небольших
программах превышает границу доступного чело-
веку анализа, так и тем, что эти условия могут
быть следствием не только ошибок программиро-
вания, но и непредвиденных действий членов эки-
пажа или другого персонала и сбоев (отказов) ап-
паратуры. Критические системы реального време-
ни в отличие, например, от систем автоматизиро-
ванного проектирования, должны непрерывно
работать, несмотря ни на внешние, ни на внут-
ренние нарушения, или включаться в таких слу-
чаях в заранее определенный режим, из которого
есть безопасный выход.
При таких обстоятельствах для продукта пред-
полагаются специальные испытания логики, ког-
да разрабатываются и применяются программные
инструменты, направленные на вычисление гра-
ниц цикличности, выходящих за пределы задан-
ных условий. При этом подразумевается то, что в
исследуемом продукте предусмотрены механизмы
защиты выхода за границы цикличности или за
пределы установленного времени длительности
цикла.
Еще одна особенность программного обеспе-
чения состоит в условиях нефункционирования си-
стемы. Суть ее в следующем.
Испытания аналоговой аппаратуры, где схемо-
техническая реализация функций практически га-
рантирует неработоспособность исследуемой ап-
паратуры за пределами заданных для функциони-
рования условий, как правило, проводятся имен-
но в этих заданных техническими требованиями
пределах и считаются вполне достаточными. Для
цифровой аппаратуры, точнее, для ее ПО, кроме
аналогичных тестов на функционирование, допол-
нительно должны быть предусмотрены робастные
тесты, т. е. тесты для запредельных условий, в том
числе и для входных данных. Цель робастных ис-
пытаний - продемонстрировать способность ПО
совершенно определенно реагировать на ненор-
мальные входные данные и условия. Причем, не-
типичными могут быть вполне типичные предус-
мотренные данные, но, например, градиент изме-
нения которых в реальных условиях эксплуатации
невозможен.
Рекомендации для робастных тестовых приме-
ров включают: проверки инициализации системы
в непредусмотренных условиях, проверки с ис-
пользованием недопустимых классов эквивалент-
ности для переменных, проверки со сдвигом раз-
рядности данных. Сюда же следует отнести ис-
следования условий арифметического переполне-
ния динамических звеньев, таких как фильтры,
интегрирующие цепочки и запаздывания.
Многоверсионность реализации функции так-
же является типичной особенностью программ-
ного обеспечения критических систем. Чтобы по-
лучить более надежный продукт в наиболее стро-
гих случаях создания ПО, сознательно разрабаты-
ваю! несколько версий ПО для одних и тех же
функций системы. Трудно вообразить аналогич-
ную ситуацию для аналоговой системы, где в та-
ких случаях просто дублируют вариант исходной
системы для ее резервирования (особо ответствен-
ные системы резервируют дважды).
Множество разнородных версий ПО создается
комбинацией таких методов: разработка проекта
ПО и исходного кода разными группами разра-
ботчиков; использование разных языков програм-
мирования; генерация объектного кода разными
компиляторами; редактирование и загрузка объект-
ного кода разными редакторами связей и загруз-
чиками; выполнение объектного кода на разных
процессорах; верификация версий в разных сре-
дах испытаний.
Методы верификации многоверсионного ПО
существенным образом отличаются от методов
верификации одноверсионного ПО из-за зависи-
мости процесса функционирования ПО от его ар-
хитектуры и от архитектуры объединенных аппа-
ратных средств, т. е. акценты тестирования сме-
щаются на верификационные мероприятия комп-
816
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
лексирования и интегрирования ПО. Поэтому
хотя и дополнительной, но основной по важности
целью верификации многоверсионного ПО ста-
новится удовлетворение требований к совмести-
мости версий как при правильной, так и при
неправильной работе (см. рис. 10.33). Тщательно
му исследованию подвергаются переходные
процессы.
Таким образом, главной, принципиальной и
интегрирующей особенностью инструментально-
го ПО и его применения является его направлен-
ность не на доказательство правильности работы
исследуемой системы так, как в аналоговых ис-
пытательных процессах (хотя в этом также необ-
ходимо убедиться), а на поиск условий, в которых
ПО не работает или может работать неправильно.
Только таким путем можно минимизировать и
возможности инициации дефектов ПО на этапе
его разработки, и следствия невыявленных дефек-
тов на следующих этапах его ЖЦ.
В этом смысле формализация исследовательс-
ких приемов как процессов создания ПО, так и
собственно продуктов, может оказаться единствен
но надежным выходом в сложившейся ситуации.
10.5.4. Инженерия программного обеспечения
Инженерная область характеризуется деятель-
ностью, направленной на создание: только эффек-
тивных решений, получаемых заданными ре-
сурсами и отвечающих заданным требованиям;
практических решений, имеющих конкретных за-
казчиков; решений на основе знаний фундамен-
тальных наук; решений на основе накопленного
опыта, использование которого исключает разра-
ботку «с нуля»; «ощутимых» решений, которые
можно применять и разрушать, поддающихся ис-
следованию с помощью эмпирических методов по-
знания; решений, которые обязательно в процес-
се эксплуатации сопровождаются.
С развитием человечества появилось много
инженерных областей, прошедших в своем ста-
новлении три фазы «созревания». Эти фазы ха-
рактеризуются исполнителями, ресурсами, мето-
дами реализации и использованием продуктов
работы (табл. 10.26).
Для первой фазы: исполнители - это виртуо-
зы и талантливые одиночки; ресурсы - это инту-
иция и грубая сила; методы - это случайная
передача опыта, экстравагантное применение
материалов; использование - это производство
для себя.
Для второй фазы: исполнители - это произво-
дители-мастера; ресурсы - это отдельные инстру-
менты; методы - это механический тренинг (на-
пример, «делай, как я»), учет экономических фак-
торов в выборе материалов; использование - это
производство для продажи, создание рынка.
Для третьей фазы: исполнители - это опыт-
ные профессионалы; ресурсы - это машины и
комплексы; методы - теоретические и эмпири-
ческие, передача знаний путем дифференциро-
ванного обучения; использование это сегмен-
тация рынка.
Сначала инженерия программного обеспече-
ниея (НПО) была определена как практическое
применение научных знаний для проектирования,
разработки, использования и сопровождения про-
грамм и создание связанной с этими процессами
документации. Сейчас ИПО - это систематизиро-
ванный, регламентированный и квантифицирован-
ный подход к решению задач разработки, эксплу-
атации и сопровождения ПО |504]. Важно, чтобы
процессы и ПО отвечали заданным техническим,
экономическим, социальным и правовым требо-
ваниям.
Основной концепцией ИПО является ЖЦ и его
три составляющие: продукты, процессы, ресурсы.
ЖЦ состоит из фаз и в данное время существует
значительное количество способов (моделей) реа-
лизации ЖЦ ПО. От выбора одного из них для
реализации также зависит безопасность ПО.
Выполнение ЖЦ ПО может осуществляться в
прямом направлении, для создания ПО или в об-
ратном направлении, с целью восстановления
информации о ПО. В связи с этим различают пря-
мую и реверсивную инженерию программного
обеспечения [504]. Продукты, процессы и ресур-
сы обеих инженерий могут сосуществовать в фа-
зах сопровождения и ликвидации.
Для решения задач ИПО также разработаны
|517]: принципы; модели ЖЦ; экономика разра-
ботки и сопровождения; методы маркетинга и
менеджмента; методологии анализа, проектирова-
ния и программирования ПО; методы и средства
выполнения доменного анализа, специфицирова-
ния требований, архитектурного и детального про-
ектирования, кодирования, верификации и тес-
тирования, утилизации ПО.
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
817
Таблица 10.26. Характеристики фаз для программного обеспечения
Характеристика Фаза (начало)
I (1960 г.) II (1970 г.) III (1980 г.)
Особенности программирования Программирование «как- иибудь» Программирование «в ма- лом» Программирование «в боль- шом»
Подготовка кадров Практически отсутствует Прикладная математика Компьютерные науки
Ресурсы Ассемблеры, машинные дампы Трансляторы, линкеры, загрузчики, системы про- граммирования Среды разработки программ
Технологии Отсутствуют HIPO, формализованных технических заданий P-технология, PSL/PSA, SREM, SADT
Экономика Отсутствует Интуитивная PRICE-S, SCEP, SLIM
Рынок Отсутствует, заказное программное обеспечение Производство для продажи Сегментация рынка
Для понимания и использования принципов,
методологий, методов и средств ИПО необходи-
мы знания из разных дисциплин компьютерных
наук, экономики, психологии, менеджмента и
маркетинга прикладных систем. Они составляют
знания ИПО [671].
Для решения задач ИПО необходимы инжене-
ры-профессионалы, которые имеют соответству-
ющие знания и могут использовать соответствую-
щие технологии, деятельность которых направ-
лена на создание полезных программных про-
дуктов. Подготовка профессионалов с ИПО
осуществляется в условиях, которые характеризу-
ются переходом от программирования «в малом»
к программированию «в большом», от разработки
«с нуля» к разработке готовых архитектурных ре-
шений и компонентов; от индивидуальной дея-
тельности к групповой; от разработки к сопро-
вождению; от игнорирования стандартов к их
обязательному использованию; от недокументи-
рованной разработки к документированной; от
недоказательных действий к доказательным; от
случайных действий к запланированным; от спе-
циалистов по компьютерным наукам к лицензи-
рованным специалистам-инженерам.
С учетом новых требований к профессионалам
разрабатываются модели учебных планов и про-
грамм, ориентированных на подготовку специа-
листов с ИПО [671].
Инженерные методы в программном обеспечении
авиационных систем. Создание проектов ПО - это
комплекс продолжительных процессов, которые
реализуются путем использования соответствую-
щих ресурсов с учетом требований заказчика в
жестких временных, стоимостных и качественных
рамках. Эффективное решение проблемы созда-
ния проектов ПО невозможно без знания харак-
теристик объектов и процессов ПО, поэтому ис-
пользование в ПО эмпирических методов - один
из путей, направленных на приобретение знаний
и решение следующих задач: получение необхо-
димых параметров объектов и процессов ПО; по-
вышение эффективности разработки и сопровож-
дения ПО; повышение эффективности менеджмен-
та ПО.
Применение инженерных методов основыва-
ется на использовании структурного программи-
рования, модуляризации программ, стилей про-
граммирования.
Структурное программирование - это метод
программирования с использованием при напи-
сании программ только структурных операторов,
соединенных последовательно. Операторы в по-
следовательности можно перенумеровать и вход
первого структурного оператора последователь-
ности будет входом программы, а выход послед-
него - выходом программы. Программа, напи-
санная в соответствии с методом структурного
программирования, называется структурной. Как
части операторов используются лексемы и вы-
ражения, а интерфейс (оболочка оператора) име-
ет организационное ограничение (запрет) про-
извольного доступа к инструкциям внутри опе-
ратора (например, ограничение на применение
оператора go to) и произвольного выхода из опе-
ратора (например, ограничение на применение
52 8-470
818
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
операторов break, exit или continuous), хотя тех-
нически это возможно. Структурные операторы
служат основой операторного базиса языков про-
граммирования. Предполагается три типа струк-
турных операторов, которые следует использо-
вать для создания любых программ: преобразу-
ющий оператор (на основе оператора присваи-
вания), оператор выбора и оператор повторения.
В рамках структурного программирования ис-
пользуются три типа преобразования программ,
которые могут выполняться вручную или авто-
матически:
преобразования, позволяющие получить любую
структурную программу из единого преобразую-
щего блока спецификации. Этот тип преобразо-
вания используется для построения структурных
программ и называется нисходящей разработкой
программы (сверху-вниз), или нисходящим про-
граммированием;
преобразования, позволяющие привести любую
структурную программу к единому преобразую-
щему блоку (действие). Этот тип преобразования
используется при понимании программ и доказа-
тельстве их правильности;
преобразования, позволяющие привести лю-
бую неструктурную программу к структурному
виду. Этот тип преобразования используется для
реструктуризации программ (как часть реинже-
нерии), которую время от времени приходится
выполнять в процессе сопровождения програм-
много обеспечения. Существующая практика вне-
сения изменений непосредственно в исходный
код и недостаточное распространение CASE-тех-
нологий приводит к тому, что исходный код про-
граммы, которая сопровождается, с течением
времени становится неструктурным, тогда ис-
пользуют данный тип структурного преобразо-
вания. Кроме того, этот тип преобразования ис-
пользуют на этапе изучения программирования,
ведущего к развитию у программиста структур-
ного мышления.
Модуляризация программ базируется на абст-
рактном типе данных, определяемом типе, кото-
рый требует описания не только множества зна-
чений, но и множества операций. За основу абст-
рактных типов данных берут структуры данных.
Реализация структур данных может быть как век-
торная, так, и связанная (динамическая). Абстракт-
ный тип данных как любой тип языка использу-
ется для описания объектов программы. Все опе-
рации над значениями объектов, описанных абст-
рактными типами данных, делятся на:
конструкторы, изменяющие состояние объекта
(например, записать в стек, прочитать из стека);
селекторы, оценивающие значение объекта (пу-
стое значение, полное, какая длина значения, ка-
кое в голове значение, что в его вершине);
итераторы, рассматривающие (исследующие)
значения объекта, например, все компоненты зна-
чения последовательно одно за одним.
Кроме этого, во время выполнения операций
над значениями абстрактных типов данных могут
возникать программные ситуации, которые назы-
ваются исключениями (например, исключение
«стек пустой», которое возникает, при попытке
выполнить конструктор «читать», а значение
объекта пустое).
Относительно стилистики программирования
в аспекте безопасности, например, нужно избе-
гать потенциально способствующих появлению
ошибок конструкций языков программирования.
Они даже могут быть запрещены стандартом раз-
работки критических систем, а в некоторых слу-
чаях можно разработать требования, чтобы про-
граммы писались на подмножестве языка, из ко-
торого исключены ненадежные конструкции. Та-
кие подмножества называются стилями языка
программирования, и они были разработаны для
языков Pascal, Modula-2, Ada [503, 839].
В процесс разработки бортового программно-
го обеспечения, критического относительно гаран-
тирования безопасности, могут включаться дуб-
лирующие действия. Эти действия можно приме-
нять на разных этапах разработки бортового ПО,
но наиболее распространенными они являются на
этапах архитектурного проектирования и кодиро-
вания. К таким действиям относятся, например,
следующие [517]:
использование во время архитектурного и де-
тального проектирования разных методов;
применение для кодирования ПО разных язы-
ков программирования;
применение разных инструментальных средств
или сред разработки;
использование разных версий спецификаций
требований [632].
Реализация указанных действий предполагает
наличие нескольких коллективов разработчиков,
которые одновременно участвуют в реализации
ПО.
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
819
Эмпирические методы в программном обеспече-
нии. Общенаучные методы познания делятся на
эмпирические и теоретические. В ПО до послед-
него времени широко применялись теоретические
методы: абстрагирование, формализация, обобще-
ние и емпирико-теоретические - анализ и синтез,
индукция и дедукция, моделирование. Эти мето-
ды дают возможность получить знания о ПО пу-
тем исследования формальных свойств абстракт-
ных объектов и отношений между ними, а также
составляют основу методов проектирования и ре-
ализации ПО. Однако знаний только формальных
свойств и отношений недостаточно для повыше-
ния эффективности программных процессов, ка-
чества продуктов, управления исследованиями и
испытаниями ПО. Теперь появляются предпосыл-
ки для применения в ПО эмпирических методов:
измерение, контроль, идентификация, научный
эксперимент.
При применении эмпирических методов, на-
пример измерения в ПО, возможно следующее:
определение объектов ПО, их свойств и нахож-
дение отношения между свойствами;
определение отображения свойств и отноше-
ний объектов в множество свойств и отношений
формальных объектов;
исследование множества обусловленных
свойств и предоставления их отображения на от-
ношение эквивалентности, порядка и аддитивно-
сти;
предоставление характеристик эмпирических
исследовательских приемов ПО - наблюдение,
контроль, счет, измерение, идентификация, на-
учный эксперимент;
предоставление в контексте ПО интерпретации
физической величины;
указание среди множества свойств тех, кото-
рые являются физическими величинами, и значе-
ний, которые могут быть получены в результате
принятых измерений;
предоставление в контексте ПО интерпретации
измерительного преобразования, сравнения, меры,
масштабного преобразования;
предоставление классификации измерений,
методов и алгоритмов измерений ПО;
разработка принципов построения информаци-
онно-программных средств (элементарных средств),
которые реализуют в контексте ПО измеритель-
ное преобразование, сравнение, меру, масштаб-
ное преобразование;
разработка информационно-программных
средств, которые обеспечивают применение эм-
пирических методов;
изучение и разработка средств обработки ре-
зультатов применения эмпирических методов ПО;
указание сферы эффективного применения
эмпирических методов в ПО.
Рассмотрим подход к оценке безопасности ПО
путем применения одного из эмпирических мето-
дов - измерения на примере двух типов состав-
ных ЖП ПО (продукт и процесс) и для трех фаз
ЖЦ ПО (специфицирование требований, архи-
тектурное проектирование и сопровождение)
(рис. 10.34).
Безопасность ПО - это фактор моделей каче-
ства ПО. Разработка требований, которые гаран-
тируют безопасность, и их реализация - это со-
ставная безопасного ЖЦ ПО, которая предложе-
на стандартом управления безопасностью IEC6150
[682]. Одним из общих показателей безопаснос-
ти ПО в аспекте требований является их стабиль-
ность, поэтому целесообразно применить метри-
ку «стабильность требований», которая имеет та-
кой вид:
RS = BS/AS ,
где BS - первичное количество требований; AS -
общее количество требований.
В проектировании архитектуры ПО один из
главных критериев - закрытость [647]. Для оцен-
ки закрытости, учитывая то, что чаше всего ис-
пользуется объектно-ориентированная архитектура
ПО, выберем три метрики [632]:
фактор закрытости метода
ТС
MHF=^.-------,
Еч(с;)
1=1
где ТС - количество классов в архитектуре;
Л/(С.) - количество видимых методов в классе С;
Л/,(С) общее количество методов в классе С (на-
следуемые методы не учитываются);
поведенческая закрытость информации
BIH = WEOC/W1EOC ,
где WEOC - взвешенные внешние операции на
класс; WIEOC взвешенные внешние и внутрен-
ние операции на класс;
820
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
фактор закрытости свойства
ТС
£a,(Q
AHF=-f±-----
1=1
где Ап(С) - количество видимых свойств в классе
С.; Ad(С.) - общее количество свойств в классе С
(видимых и скрытых).
Другим критерием, влияющим на безопасность
ПО со стороны архитектуры, является ее’просто-
та. Для оценки безопасности по этому критерию,
учитывая наиболее распространенный объектно-
ориентированный подход, используемый в архи-
тектуре, выберем, например, такие метрики [535,
838]:
количество скриптов сценариев NSS, которое
прямо пропорционально количеству классов, не-
обходимых для реализации требований (не менее
одного скрипта на протокол подсистемы);
количество ключевых классов NKC, зависящее
от сложности домена и занимающее до 40 % об-
щего количества классов; если NKC < 20 %, то
необходимо дополнительно исследовать домен;
количество подсистем NSUB, которое должно
быть больше трех и связано, с одной стороны, с
типом ЖЦ, а с другой - с общими затратами на
интеграцию ПО.
Стандарт IEC615O [619] уделяет значительное
внимание фазе сопровождения, так как многие
проблемы, которые связаны с безопасностью, воз-
никают из-за плохого обслуживания ПО. Одним
из типов сопровождения, связанных с предыду-
щими фазами ЖЦ, является корректирующее со-
провождение [504], поэтому сопровождение как
процесс в аспекте безопасности представим дву-
мя критериями корректирующего сопровождения:
корректностью и эффективностью.
Корректность, например, будем оценивать мет-
рикой «плотность ошибок»
DE = Д/5 ,
где А количество известных ошибок; 5 размер
продукта, а эффективность - метрикой «эффек-
тивность устранения ошибок»
£D = lOof/, kef),
Рис. 10.34. Модель безопасности ПО
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
821
Рис. 10.35. Схема CAESE
где f. - общее количество ошибок; cf количество
ошибок в программном коде.
Обычно модель безопасности ПО устанавлива-
ет только качественную связь между критериями и
метриками. Для получения количественных оце-
нок необходимы соответствующие средства и на-
учные эксперименты с привлечением экспертов.
Средства инженерии программного обеспечения
для применения эмпирических методов. В ПО клю-
чевым является понятие ЖЦ. В его рамках опре-
деляются три класса объектов [504], к исследова-
нию которых следует применять эмпирические
методы:
процессы - действия, которые обусловлены ЖЦ
ПО (специфицирование требований, проектиро-
вание, реализация, сопровождение и ликвидация);
продукты - любые результаты процессов (спе-
цификация требований, проектные решения, коды
программ, тесты, документация, компоненты и
архитектуры, которые повторно используются);
ресурсы - средства, необходимые для выпол-
нения процессов (анализаторы, преобразователи,
абстракторы, экстракторы, трансляторы, загрузчи-
ки, отладчики, ИПС, СУБД, среды программиро-
вания, CASE, CARE).
Объекты ПО и их свойства, которые характе-
ризуются через атрибуты, являются предметами
исследований эмпирических методов. Для иссле-
дования свойств программных объектов с помо-
щью эмпирических методов необходимы соответ-
ствующие средства. Работы по решению отдель-
ных задач, которые связаны с применением эм-
пирических методов в ПО, ведутся давно [806].
Теперь эти работы объединяются в рамках средств,
которые называются Computer Aided Empirical
Software EnvironMent (CAESE) |856] (рис. 10.35).
Цель применения этих средств - приобрете-
ние знаний о ПО, которые дают возможность ре-
шить определенную проблему, проверить ги-
потезу или ответить на поставленные вопросы.
Результат использования средств - знания, необ-
ходимые для понимания, разработки или сопро-
вождения ПО. Знания приобретаются путем
обработки данных результатов применения эм-
пирических методов. Получение этих данных осу-
ществляется с помощью инструментов, пользо-
вателями которых выступают экспериментаторы.
Составной частью CAESE может быть средство,
позволяющее исследовать множество свойств
объекта и дать их отображение на отношение эк-
вивалентности, порядка и аддитивности. Это фак-
тически отображение состояния свойства объекта
одним из независимых значений. Определить это
значение можно на основе идентификации состо-
яния объекта программы.
Для реализации этой операции предлагается
программно реализованное средство (измеритель),
схема которого показана на рис. 10.36 [536]. Рас-
смотрим назначение элементов измерителя.
Сканер последовательно считывает символы
программы. На информационном выходе сканера
также последовательно появляются символы тек-
ста; управляющие линии (обозначенные пункти-
ром) предназначены для обмена «старт-стопны-
ми» сигналами с управляющей программой.
Анализатор предназначен для выделения про-
граммных конструкций, содержащихся на соот-
ветствующем уровне рассмотрения текста програм-
мы (лексический, синтаксический, процедурный,
классный, модульный [505]). Выходом анализато-
ра является поток пометок программных конст-
рукций на заданных уровнях рассмотрения.
Управляющие линии используют для конфигура-
ции анализатора.
Идентификатор предназначен для идентифи-
кации объектов на основе использования задан-
822
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Рис. 10.36. Схема измерителя
ных сигнатур шаблонов. С появлением на входе
идентификатора соответствующего объекта на его
выходе формируются единичный сигнал «найден»
и значения, которые отвечают сигнатуре. Управ-
ляющая программа настраивает идентификатор в
режим идентификации заданных объектов путем
выбора соответствующего шаблона.
Набор шаблонов содержит описание объекта,
необходимое для идентификации соответствующе-
го объекта в тексте программы, и значения, кото-
рые отвечают ему. Например, для определения
количества методов (см. Л/(С) в факторе MHF)
как объектов, которые идентифицируются и ис-
пользуют подпрограммы, которые отвечают мето-
дам. При этом уровень рассмотрения текста про-
граммы - подпрограммный, а описание - соот-
ветствующая грамматика.
10.5.5. Качество программного обеспечения
До сих пор рассматривались, в основном, тех-
нические аспекты проблемы влияния качества
продуктов ИПО на безопасность эксплуатации ВС,
которые применяются в процессах создания ВС,
в частности, авионики. Сегодня в связи с разви-
тием и активным внедрением систем качества во
всех видах человеческой деятельности, концент-
рированным выражением которых стали стандар-
ты серии ISO, акценты ставятся не на обеспече-
ние качества продукта (это должно быть результа-
том), а на процессы управления качеством, кото-
рое гарантирует достижение установленного
уровня безопасности продукта [28].
Основные аспекты системы качества в жизнен-
ном цикле программного обеспечения. Организация
системы качества любого производства должна
предусматривать ответственность за ее создание и
функционирование, при этом уровень ответствен-
ности поднимается на высшую ступень иерархии
организации, т. е. ответственность несет предста-
витель высшего руководства.
Для предприятий авиационной промышленно-
сти ПО не является непосредственным продук-
том их производственной деятельности. Но, во-
первых, ПО - это часть продукта, а именно - авиа-
ционных бортовых электронных систем ВС, и
очень важная, почти определяющая часть, посколь-
ку ПО является носителем функций ВС в целом и
его компонентов в частности. Во-вторых, частью
продукта есть ПО автоматизированной системы
технического обслуживания ВС и ПО электрон-
ной эксплуатационной документации, которые
поставляются вместе с ВС. В-третьих, инструмен-
тальное ПО охватывает все без исключения сфе-
ры деятельности создания ВС.
С другой стороны, разработка ПО по своей сути
настолько специфична, что, как правило, выделя-
ется из других сторон деятельности организации
в отдельное направление, так как требует соответ-
ствующей квалификации и руководителя, и заня-
того персонала. С учетом этого международные
стандарты качества рекомендуют иметь в системе
качества два отдельных направления: первое - по
управлению качеством ПО и второе - по управле-
нию качеством остальной части производства и
продукции. Тогда и ответственность за создание и
функционирование системы качества в сфере ПО
в авиапромышленности также желательно возла-
гать на отдельного представителя высшего руко-
водства организации. Соответствующая рекомен-
дация действует в авиапромышленности США
[816].
В соответствии с нормативами [176, 543] дол-
жна быть создана служба для оперативного управ-
ления выполнением работ и проведения прове-
рок, включающая необходимые организационные
и технические ресурсы и специально обученный
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
823
персонал, ответственность и полномочия которо-
го должны быть определены и документально
оформлены. Это полностью отвечает модели
CMMI, определяющей для предприятий выше вто-
рого уровня технологической зрелости наличие
Главного специалиста и соответствующего подраз-
деления, организующих процессы разработки нор-
мативов, документирования, верификации, аттес-
тации, учета, хранения, защиты и сопровождения
ПО. С учетом требований независимости такого
персонала от руководителей, отвечающих за кон-
тролируемый вид деятельности, эта служба стано-
вится подобной по функциям службе Главного мет-
ролога, но которая контролирует и сопровождает
программные средства, вследствие чего решаются
ранее отмеченные проблемы, по крайней мере,
организационно.
Кстати, FAA особо отмечает соблюдение тре-
бования независимости такой службы. Хорошее
объяснение дает Г. Майерс [330] при рассмотре-
нии вопросов тестирования ПО в широком аспек-
те - от проверок и анализа до сложных испыта-
ний - называя тестирование разрушительным про-
цессом, когда объясняет его цель следующим:
имеются глубокие психологические причины,
по которым автор не может относиться к своей
собственной программе как разрушитель;
дополнительное давление, например, жесткие
сроки проекта, мешают проектировщику выпол-
нить адекватное тестирование;
если программа содержит дефекты вследствие
каких-то ошибок интерпретации требований тех-
нического задания, то проектировщик при подго-
товке тестов допустит те же ошибки.
И если из первых двух замечаний вытекает толь-
ко возможность проведения недостаточно глубо-
ких проверок, то последнее, в принципе, может
перечеркнуть результаты тестирования.
Все, о чем говорилось выше, касается не толь-
ко систем авионики, но и любых автоматизиро-
ванных систем, которые используются в процес-
сах создания ВС, т. е. всех сторон деятельности
авиапромышленного предприятия, хотя и в раз-
ной мере. Даже если разработчик субъективно уве-
рен в правильности работы, например, ПО расче-
та прочности конструкции или аэродинамики аг-
регата, то этого мало, так как в соответствии с
нормативами системы качества необходимо объек-
тивно засвидетельствовать достигнутое состояние,
т. е., как минимум, ПО должно быть документи-
ровано, испытано, аттестовано, зарегистрировано,
положено в архив и защищено. И только после
этого разрешается таким ПО пользоваться.
Итак, независимо от того, является ли ПО ча-
стью продукции, в данном случае - ВС, или инст-
рументом его создания, отношение к ПО должно
определяться отношением к ВС. Тогда, несмотря
на новизну и специфичность, ПО впишется в при-
вычные и отработанные схемы создания АТ на всех
этапах ее ЖЦ. При этом стандарты [174, 176, 830],
обозначая основные этапы и процессы ЖЦ ПО,
допускают некоторую определенную свободу в вы-
боре модели ЖЦ.
Таким способом трансформация вопросов бе-
зопасности ВС на ПО начинает осуществляться с
первых шагов создания ВС, а именно с анализа
контракта и формирования спецификации требо-
ваний заказчика. И все последующие действия
(планирование разработки ПО, планирование его
качества, проектирование и реализация проекта,
испытания и утверждение, сдача и прием, тира-
жирование и учет, поставка и наладка и, наконец,
сопровождение), как видно из простого перечис-
ления, естественным образом попадают в такие
же этапы ЖЦ ВС. Главное, чтобы ПО на всех этих
этапах не «растворилось» среди остальной проек-
тно-конструкторской и эксплуатационной доку-
ментации, а было представлено в явном виде.
В качестве примера можно взять два противопо-
ложных этапа ЖЦ - начало разработки ВС и его
эксплуатацию. В контракте или в требованиях за-
казчика ВС следует зафиксировать характеристи-
ки (вплоть до алгоритмов) инструментального ПО,
которое будет применяться для обслуживания ВС
во время эксплуатации.
Рассмотрим только один момент, вытекающий
из логической сложности ПО, которая делает не-
возможным абсолютно точно и полно проследить
все возможные взаимосвязи разных частей ПО для
всех возможных данных. Мероприятиями ЖЦ
предусмотрены обязательная фиксация и сохра-
нение на протяжении всего ЖЦ базовой версии
ПО. т. е. первой версии, удовлетворяющей требо-
ваниям к ПО. Все последующие изменения на
любом этапе ЖЦ, независимо от их предполагае-
мой значимости и от причины, их вызвавшей, дол-
жны быть задокументированы, включая причину,
а документы - сохранены.
Управление конфигурацией и гарантия качества
программного обеспечения. Многоверсионность ПО
824
10. БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
в сочетании с легкостью получения версий, как
одна из его характерных особенностей, вызывает
повышенные требования к процессам УКПО.
Процесс УКПО осуществляется в соответствии
с определениями процесса планирования созда-
ния ПО, указанными в «Плане УКПО» (Д6, см.
рис. 10.32), а его результаты заносятся в «Прото-
кол УКПО» (Д14, см. рис. 10.32). Цели процесса
УКПО состоят в том, чтобы [176, 543, 830]:
гарантировать четко определенную, однознач-
ную и управляемую конфигурацию ПО на протя-
жении всего ЖЦ;
ввести пункты для оценки состояний, управ-
ления изменениями посредством контроля еди-
ниц конфигурации;
обеспечить контроль входных и выходных дан-
ных процесса на протяжении ЖЦ ПО, гарантиру-
ющий согласованность и повторяемость выпол-
няемых мероприятий;
создать возможность тиражирования исполня-
емого кода ПО при его производстве или воспро-
изведении (реинженеринг) для исследования или
внесения изменений;
организовать мероприятия, гарантирующие
документированное внимание к проблемам, а так-
же регистрацию, утверждение и реализацию из-
менений;
способствовать оценке соответствия продукта
требованиям и обеспечить доказательство его одоб-
рения;
гарантировать, что для единиц конфигурации
установлены надежные архивирование, восстанов-
ление и контроль.
Важнейшим звеном в процессе УКПО являет-
ся идентификация ПО, и в первую очередь, долж-
ны быть однозначно описаны и ограничены по-
нятия единиц ПО, подлежащих идентификации,
таких как модуль, элемент, компонент, комплекс,
изделие ПО, а также принятая система идентифи-
кации. Единицы конфигурации следует иденти-
фицировать в составе конфигурации до начала
управления изменениями и регистрации данных,
до загрузки и применения ПО, до ссылок на них
и до их использования в других процессах ЖЦ.
Ранее отмечалась обязательность фиксации и
сохранения базовой версии ПО, поэтому управле-
ние изменениями должно обеспечивать невозмож-
ность нарушения целостности единиц конфигура-
ции и базовых версий посредством специальной за-
щиты их от изменений. Если же изменение вызвано
требованиями, то управление должно гарантировать
соответствующее изменение идентификации едини-
цы конфигурации с последующими процедурами
утверждения, регистрации и учета. Раннее введение
управления изменениями улучшает контроль и
управление в части мероприятий ЖЦ ПО.
Изменения ПО прослеживаются до их источ-
ников, а процессы ЖЦ ПО повторяются, начиная
с того пункта, в котором изменение начинает вли-
ять на результаты процессов. Например, ошибка,
выявленная при интеграции аппаратуры и ПО и
оказавшаяся ошибкой проектирования, потребу-
ет коррекции проекта и кода, а также повторения
соответствующих мероприятий интегральных про-
цессов.
Мероприятия по рассмотрению изменений
призваны гарантировать оценку проблем и изме-
нений, их утверждение и реализацию или откло-
нение, а также обратную связь с затронутыми про-
цессами через сообщения о проблемах и управ-
ление изменениями. Такие мероприятия, как
правило, кроме подтверждений о контроле иден-
тификации и решений о предпринимаемых дей-
ствиях, включают оценку влияния изменений на
требования к безопасности ВС и возвращение к
процессу анализа безопасности соответствующей
системы.
Среди процедур УКПО отмечается и учет со-
стояния конфигурации, заключающийся в том,
чтобы на любом этапе ЖЦ для любого програм-
много продукта имелась постоянная возможность
получения информации о текущем состоянии
любой единицы конфигурации, об идентифика-
ции ее базовой версии, о перечне и содержании
сообщений о проблемах, о хронологии и сути при-
нятых изменений, о перечне сохраненных доку-
ментов и их состоянии.
Хранение, воспроизведение и выпуск ПО от-
носятся к архивным мероприятиям УКПО и име-
ют целью гарантировать сохранность программ-
ных продуктов для их воспроизведения в случае
необходимости тиражирования, повторной гене-
рации в случае повреждения, модификации ПО
или дополнительных испытаний его, а также ис-
пользования лишь учтенных и разрешенных про-
дуктов. При этом должны быть введены ограни-
чения доступа к архивам, обеспечены гарантии
невозможности внесения несанкционированных
изменений как хранимых данных, так и в про-
цедурах копирования, гарантии применения кон-
10.5. Безопасность программного обеспечения авиационных систем
825
кретизированного типа носителя информации,
возможности проведения проверки сохраннос-
ти архивных данных с периодичностью соглас-
но сроку службы носителей и хранения дубли-
катов в отдельных территориально удаленных
архивах.
Для ПО, загружаемого в целевой вычислитель,
дополнительно вводится контроль соответствую-
щих процедур с идентификацией системных ком-
понентов-носителей конфигурации программно-
го обеспечения.
До сих пор не уточнялось, на какое конкретно
ПО распространяются мероприятия УКПО, по-
скольку ранее утверждалось, что в вопросах без-
опасности цели инструментального и целевого
(бортового) ПО совпадают. Предусмотрен также
контроль за состоянием среды ЖЦ ПО. Здесь мож-
но в качестве примера сослаться на руководство
АР МАК по сертификации АТ [492], а конкретно
на элемент № 3 «Гарантия качества программно-
го обеспечения», который подразделяется на две
части: «Часть А. Бортовое ПО» и «Часть Б. ПО
для приемки изделий», причем под изделием по-
нимаются ВС и его компоненты. Анализ частей
свидетельствует об их практически полной иден-
тичности.
Процесс ГКПО направлен на получение уве-
ренности в том, что цели достижения заданного
уровня качества ПО удовлетворены, недостатки
выявлены, оценены, прослежены и устранены, а
программный продукт и документация на него
удовлетворяют сертификационным требованиям.
Процесс ГКПО выполняется согласно процессу
планирования создания ПО, изложенному в «Пла-
не ГКПО» (Д7, см. рис. 10.32), а результаты его
заносятся в «Протокол ГКПО» (Д15, см. рис. 10.32).
Основным методом ГКПО является внешние
и внутренние аудиторские проверки с целью по-
лучения документальных свидетельств того, что
работы по созданию ПО ведутся в соответствии
с планами, все отклонения от планов и стандар-
тов выявляются, регистрируются, оцениваются
и относительно них принимаются решения, а
данные, полученные на текущей стадии оценки
безопасности системы, учитываются в процес-
сах ЖЦ ПО.
Протоколы с результатами аудиторских прове-
рок должны также включать в себя подтвержде-
ния завершения рассмотрения соответствия ПО
требованиям для каждого программного продук-
та, представленного как часть сертификационной
заявки.
Итак, можно сделать такие выводы:
в структуре процессов анализа и оценки без-
опасности сложных технических объектов и, в
частности, объектов АТ, появилась новая состав-
ная - ПО, причем одна часть его - компонент
ВС, которая входит в состав бортовых систем ави-
оники, а вторая часть - инструмент его создания
и эксплуатации;
бортовое ПО современного ВС является непо-
средственным носителем его функциональности
и потому должно подлежать тщательному анализу
и исследованию в аспекте безопасности ВС, что
подтверждается определенным вниманием к нему
со стороны государственных сертификационных
органов. Тем не менее, наблюдается некоторое
отставание процедур сертификации от темпов раз-
вития бортовой авионики;
инструментальное ПО также в значительной
мере влияет на безопасность ВС, однако сегодня
оно еще не стало обособленным и самостоятель-
ным предметом обязательного рассмотрения в
практике сертификации объектов АТ;
в данное время отсутствуют нормативные, об-
щепринятые количественные оценки качества
программного продукта. Эффективными могут
быть эмпирические методы в ИПО;
методы, которые используются сейчас в прак-
тике внедрения систем качества, направлены на
управление конфигурацией продуктов, включа-
ющее структурирование, идентификацию, прави-
ла учета, обращения и зашиты, а также на полу-
чение определенных гарантий качества путем ре-
гулярного аудита и проверок функционирования
систем качества с документированием их резуль-
татов.
Высокие технологии требуют высокой ответ-
ственности руководства и высокой дисциплины
персонала предприятий и организаций. Для ре-
ализации этой ответственности и дисциплины
необходимо создание цепочки жесткого государ-
ственного регулирования и контроля, начиная с
определения главной научно-практической орга-
низации по проблеме и государственных цент-
ров сертификации ПО по отраслям и заканчи-
вая рабочим местом на промышленных предпри-
ятиях.
Глава 11
РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
В процессе функционирования авиационно-
транспортной системы возможны отказы разного
характера. Наиболее опасными являются отказы
элементов системы «экипаж - воздушное судно».
Вследствие таких отказов возникают особые
ситуации в полете, а иногда и авиационные про-
исшествия (АП), которые наносят материальный
и моральный ущерб государству, приводят иногда
к гибели людей. Поэтому большое значение име-
ет расследование авиационных происшествий с
целью предотвращения их в будущем.
Основной задачей расследования авиационных
происшествий является выявление скрытых и
явных системных факторов, которые стали при-
чиной этого события, а также выявление других
опасностей или недостатков авиационно-транспорт-
ной системы, непосредственно не связанных с
причинами данного происшествия. В результате
расследования АП должны быть разработаны ре-
комендации относительно предупреждения и ис-
ключения указанных факторов и предупрежде-
ния таких происшествий.
ИЛ. НОРМАТИВНАЯ БАЗА
Согласно Воздушному Кодексу Украины [435]
(ст. 7), расследование АП должно осуществляться
по авиационным правилам, т.е. по нормативно-
правовым актам, которые устанавливают общие
правовые и технические нормы и процедуры, оп-
ределяющие и регулирующие деятельность авиа-
ционно-транспортной системы с целью обеспече-
ния безопасности авиации и рассчитанные на не-
ограниченный круг субъектов и многоразовое при-
менение. При расследовании АП в Украине следует
руководствоваться «Правилами расследования
авиационных происшествий с гражданскими воз-
душными судами в Украине», разработанными
Национальным авиационным университетом и
Государственным департаментом авиационного
транспорта Украины [446].
Этот документ разработан на основании стан-
дартов и рекомендованной практики Междуна-
родной организации гражданской авиации (ICAO)
и законодательствами Европейского Союза (ЕС)
и Украины. При его создании были использова-
ны такие нормативные документы: Воздушный
Кодекс Украины [435], Правила поиска и спасения
в гражданской авиации Украины (ППСГА-99) от
16.08.1999 г. № 404 [445], Положение о служебном
расследовании авиационных происшествий на тер-
ритории Украины (ПРАП-95) [437], Приложение
13 к Конвенции о международной гражданской
авиации «Расследование авиационных происше-
ствий и инцидентов» (издание 9, июль 2001 г.)
[468], Директива Совета Евросоюза № 94/56 от
21.11.1994 г. «Разработка фундаментальных прин-
ципов расследования авиационных происшествий
в гражданской авиации» [477], Документ ICAO
(Doc. 9756-AN/965) «Руководство по расследова-
нию авиационных происшествий и инцидентов»
[491], Документ ICAO (Doc. 9156-AN/900) «Ру-
ководство по представлению авиационных про-
исшествий и инцидентов» [486], Документ ICAO
(Doc. 9422) «Руководство по предотвращению
авиационных происшествий» [484], Документ
ICAO (Doc. 9683, Circular 240-AN/144) «Руко-
водство по человеческому фактору [495], Доку-
мент (Doc. 8335-AN/879) «Руководство по про-
цедурам эксплуатационной инспекции, сертифи-
кации и постоянного надзора» [488], Резолюция
33-й сессии Ассамблеи ICAO от 05.10.2001 г. «Не-
разглашение некоторых записей и данных, име-
ющих отношение к авиационному происшествию
или инциденту» [386].
11.2. Организация расследования авиационных происшествий
827
Правила определяют задания, права и обязан-
ности авиационного персонала относительно рас-
следования АП с гражданскими воздушными суда-
ми Украины и гражданскими воздушными судами
иностранных государств на территории Украины.
Правила разработаны с целью адаптации норма-
тивно-правовых актов Украины, регулирующих де-
ятельность гражданской авиации, соответствующих
требованиям стандартов Европейского Союза и Меж-
дународной организации гражданской авиации.
11.2. ОРГАНИЗАЦИЯ РАССЛЕДОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИИ
Согласно требованиям [468], все авиационные
происшествия с ВС Украины или иностранных
государств на территории Украины подлежат обя-
зательному расследованию. Приложение 13 к Чи-
кагской конвенции определяет, что единственной
целью расследования АП является предотвраще-
ние авиационных происшествий в будущем. Це-
лью этой деятельности не может быть установле-
ние чьей-либо вины или ответственности. Какое-
либо юридическое, административное, страховое
или криминальное расследование, направленное
на установление доли чьей-то вины или ответствен-
ности, согласно Приложению 13, проводится от-
дельно от служебного расследования.
Таким образом, акценты при расследовании АП
должны быть сделаны на выявлении причин АП
и разработке профилактических мероприятий.
Процесс расследования АП охватывает сбор и
анализ информации, проведение необходимых ис-
следований, выявление причины АП, подготовку
отчета и выводов, разработку рекомендаций и пред-
ложений по расследованию. Процесс расследова-
ния АП не предполагает отстаивания или зашиты
интересов сторон, принимавших в нем участие.
11.2.1. Порядок оповещения
об авиационном происшествии
Порядок оповещения об АП зависит от того,
на чьей территории произошло АП или серьез-
ный инцидент с ВС Украины или иностранного
государства.
От своевременного оповещения об АП зависит
оперативность и эффективность поисково-спаса-
тельных работ.
В зависимости от времени, прошедшего с мо-
мента авиационного происшествия, готовится та-
кая информация: первичное сообщение; первич-
ное донесение; последующие донесения.
Остановимся на порядке подготовки информа-
ции об авиационном происшествии, случившем-
ся с украинским ВС на территории Украины. Пер-
вичная информация с места происшествия может
поступить [446] от: командира ВС, членов эки-
пажа, пассажиров; службы обслуживания воздуш-
ного движения; администрации аэропорта; насе-
ления; местных органов исполнительной власти,
руководителей других ведомств и служб.
Информация об АП может также поступить
из Центра координации Международной косми-
ческой системы поиска и спасения воздушных
судов (КОСПАС-CAPCAT).
Первичное сообщение об АП в какой-либо фор-
ме должно отображать вид. место и время проис-
шествия, а также тип и государственный регист-
рационный номер ВС.
Целью первичного сообщения является: сво-
евременное проведение поисковых и авиаспаса-
тельных работ; оперативное оповещение должно-
стных лиц ГА; формирование комиссии по рас-
следованию и ее оперативное прибытие на место
происшествия.
Информация передается через наиболее простые
и эффективные средства связи (государственные теле-
фонные и компьютерные системы, сети авиацион-
ной фиксированной электросвязи (AFTN) и др.).
Первичная информация направляется в бли-
жайший от места происшествия аэропорт ГА или
в органы местной исполнительной власти.
Руководитель местного авиационного предпри-
ятия (местных органов исполнительной власти),
используя доступные средства связи, немедленно
передает сообщение в центральную диспетчер-
скую службу (ЦДС), Госавиаслужбу, Украинский
центр планирования использования воздушного
пространства и регулирования воздушного дви-
жения Украины (Украэроцентр) и координаци-
онный центр поиска и спасения гражданской авиа-
ции (КЦПС ГА).
828
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Руководитель авиапредприятия в срок, не пре-
вышающий два часа, собирает оперативную ин-
формацию (включая и эксплуатанта ВС) и на ее
базе готовит первичное донесение, которое, согласно
Правилам расследования [446], должно уточнять
обстоятельства АП и содержать следующую ин-
формацию: вид происшествия, тип ВС, его го-
сударственный регистрационный знак, заводской
номер и принадлежность к ведомству; сведения о
владельце (эксплуатанте) ВС; фамилию, имя и
отчество командира ВС; дату, время (местное или
UTC) и место происшествия; характер задания на
полет, номер рейса с указанием начального и пос-
леднего пунктов вылета, а также пункта назначе-
ния; место расположения ВС относительно како-
го-либо легко определяемого географического пунк-
та (широта, долгота); количество членов экипажа
и пассажиров на борту ВС, в том числе количество
травмированных и погибших, а также количество
травмированных и погибших, не пребывавших
на борту ВС в момент происшествия; описание
АП или серьезного инцидента на базе достовер-
ной информации к моменту подачи донесения;
метеорологические условия в момент происше-
ствия; физико-географическую характеристику
местности происшествия, а также информацию о
трудностях доступа к ВС или особые требования,
которые касаются прибытия комиссии на место
происшествия; наличие и характер опасных гру-
зов на борту; информацию об организации и про-
ведении поисковых и аварийно-спасательных ра-
бот; другие достоверные сведения об АП или се-
рьезном инциденте, известные на момент подачи
донесения.
Руководители авиапредприятия места происше-
ствия и эксплуатант отвечают за достоверность и
своевременность подачи первичного донесения.
Отсутствие каких-либо из указанных сведений не
должно задерживать передачу первичного доне-
сения, в нем не должно быть предположений об
обстоятельствах и причинах АП.
Первичное донесение передается руководите-
лям авиапредприятия в ЦДС, Госавиаслужбу, глав
ную инспекцию по безопасности полетов (ГИБП)
Госавиаслужбы, руководителю органа исполни-
тельной власти, на территории которого случи-
лось происшествие, местные транспортные и тер-
риториальные органы МВД.
После получения первичного сообшения об АП
или серьезном инциденте с гражданским ВС Гос-
авиаслужба передает сообщение в Министерство
транспорта и связи Украины не позднее 3 ч с
момента происшествия и об инцидентах - не поз-
днее 24 ч после происшествия.
Прибыв на место происшествия, комиссия по
расследованию собирает материалы для форми-
рования последующего донесения, целью которого
является уточнение информации об АП, а имен-
но: состояние внешней среды в момент происше-
ствия, техническое состояние ВС и его систем до
момента происшествия; состав экипажа и его про-
фессиональные характеристики; факты об АП,
установленные в процессе расследования, и пред-
ложения относительно проведения срочных про-
филактических мероприятий.
В течение трех суток с момента прибытия на
место происшествия председатель комиссии по
расследованию направляет последующее донесение
по адресу руководителя, назначившего комиссию.
Последующее донесение по возможности дол-
жно содержать такую информацию: дату, время
(местное или UTC), место, вид происшествия, тип
ВС, его государственный и регистрационный знак,
принадлежность ВС, сведения о владельце (экс-
плуатанте), заводские номера двигателей ВС, их
наработку с начала эксплуатации, количество ре-
монтов, дату и место последнего ремонта и нара-
ботку после него: метеорологические условия в
период времени, близкий к моменту АП, состоя-
ние погоды, скорость и направление ветра возле
земли, количество, форма и высота облаков, ви-
димость, наличие опасных явлений); фамилию,
имя, отчество командира ВС (инспектора) и его
должность, класс, минимум по его допуску, об-
щий налет, в том числе на ВС данного типа (из
него командиром ВС), состав экипажа (граж-
данство, должность, фамилия, имя и отчество);
характер задания на полет, маршрут полета с ука-
занием последнего аэропорта (пункта) вылета и
пункт (аэропорт) назначения; количество пасса-
жиров на борту ВС, их гражданство; последствия
происшествия (количество погибших, их граж
данство, количество лиц. получивших серьезные
телесные повреждения, количество лиц, которые
не пострадали); характер и массу груза; короткое
описание обстоятельств происшествия, степень по-
вреждения ВС; факты, установленные в ходе рас-
следования и представляющие интерес; предло-
жения относительно необходимости проведения
срочных профилактических мероприятий.
Первичное сообщение
Условное обозначение вида
происшествия;
ACCID - авиационное происшествие;
INCID- инцидент
Наименование производителя,
тип, принадлежность,
^регистрационные знаки и
серийный номер ВС
Наименование владельца,
^эксплуатанта и арендатора ВС
Фамилия командира ВС,
-^гражданство членов экипажа и
пассажиров
^Дата и время (местное или UTC)
происшествия
^.Последний пункт отправки и
пункт назначения ВС
Положение ВС относительно
-^географического пункта (широта
и долгота)
Количество членов экипажа и
пассажиров на борту ВС, в том
числе погибших и
-^-травмированных, а также
погибших и травмированных
посторонних лиц, пребывавших на
борту ВС
Представитель
организации ГА Украины
на территории
иностранного государства
Первичное
сообщение
________________________
Госавиаслужба
* Государстеу эксплуатанта ВС Министерству труда и социальной политики Украины (при несчастных случаях, бесследных исчезновениях членов экипажа или пассажиров, случаях со смертельными последствиями)
Государстеу производителя ВС Министерству транспорта и связи Украины (Государственный департамент безопасности транспорта и технической политики) <
Письмо
> Государстеу разработчика ВС Государстеу места происшествия <-
Письмо Министерства
транспорта и связи Украины
^Подтверждение о получении
сообщения
Ответ на запрос государства
-►о составе летного экипажа ВС
Ответ относительно опасных грузов
на борту ВС
Решение о назначении
уполномоченного представителя,
советников, ожидаемой дате их
прибытия на место происшествия
штаб-квартиру уполномоченного
центра расследования АП)
^Описание АП и степень
повреждения ВС
Указание, будет ли государство места
^происшествия проводить расследование
и в каком объеме оно имеет намерение
передавать его другому государству
Физико-географическая характеристика
района происшествия, а также
^информация о трудностях доступа к нему
или особых требованиях, касающихся
прибытия на место происшествия
^Наличие и описание опасных грузов на
борту ВС
Рис. 11.1. Порядок оповещения об авиационном происшествии с воздуш-
ным судном Украины на территории иностранного государства
830
//. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Рис. 11.2. Порядок оповещения об авиационном происшествии с воздушным судном иностранного государства
на территории Украины
Сообщение о происшествии ВС с максималь-
ной взлетной массой более 2250 кг Госавиаслужба
обязана направить в ICAO.
Порядок и содержание сообщения об АП, слу-
чившегося с воздушным судном Украины на тер-
ритории иностранного государства, приведены на
рис. 11.1, а с воздушным судном иностранного
государства на территории Украины - на рис. 11.2.
Из рисунков видно, что сообщения об АП посту-
пают государствам регистрации ВС, эксплуатанта
ВС, разработчика ВС, производителя ВС. Соглас-
но полученной информации, эти государства обя-
заны подать государству, где случилось АП, соот-
ветствующую информацию о воздушном судне.
Так, государства разработчики и производите-
ли ВС подают государству места происшествия
такую информацию: в случае АП или серьезного
инцидента с ВС, масса которого больше 100 000 кг,
фамилию, имя и отчество уполномоченного пред-
ставителя и время его прибытия на место проис-
шествия; в случае АП или серьезного инцидента
с ВС, масса которого меньше 100 000 кг, фами-
лию, имя и отчество и время прибытия на место
происшествия уполномоченного представителя,
если он будет назначен; а также незатребованная
информация об ВС.
Государство эксплуатант или государство регис-
трации ВС как можно быстрее направляют госу-
дарству места происшествия данные об экипаже ВС,
с которым случилось АП, и сообщает будет ли деле-
гирован уполномоченный представитель для учас-
тия в расследовании АП и время его прибытия.
11.2.2. Первичные действия должностных лиц
в случае авиационного происшествия
Во время планирования расследования АП рас-
сматриваются действия должностных лиц до при-
бытия комиссии по расследованию на место про-
исшествия и после ее прибытия.
До прибытия комиссии действия должност-
ных лиц должны быть направлены на спасение и
оказание своевременной помощи лицам, остав-
шимся живыми, а также на охрану имущества и
обломков ВС. Первоочередные действия на месте
происшествия обеспечиваются местными органа-
ми исполнительной власти, на территории кото-
рых совершил посадку (приводнился) ВС, руко-
водителями поисково-спасательной команды и ре-
гионального КЦПС ГА.
С момента АП аварийно-спасательные рабо-
ты организовывает руководитель аэропорта ГА,
в пределах района ответственности которого слу-
чилось происшествие. Администрация аэропор-
та должна иметь инструкцию и план мероприя-
тий на случай происшествия с ВС с учетом Пра-
вил расследований авиационных происшествий
с гражданскими воздушными судами в Украине
[446] и Правил поиска и спасения в граждан-
ской авиации Украины [445], где предусматрива-
ется планирование действий, обязанности и от-
ветственность конкретных должностных лиц при
происшествии.
Каждый эксплуатант разрабатывает инструкцию
о мероприятиях в соответстветствии с Правилами
11.2. Организация расследования авиационных происшествий
831
расследования и Правилами поиска и спасения в
гражданской авиации Украины при АП или воз-
никновении инцидента с собственными ВС. Со-
гласно этой инструкции, действия должностных
лиц до прибытия комиссии направлены на орга-
низацию поисково-спасательных работ; организа-
цию охраны места происшествия с ВС (совместно
с органами МВД и Министерства обороны Украи-
ны); уборку останков погибших (при условии со-
ставления схемы их взаимного расположения и
фотографирования); нахождение свидетелей АП,
сбор объяснительных записок (экипажа и других
должностных лиц); организацию методического
контроля экипажа и диспетчеров ОВД; спасение и
сохранение бортовых документов, записей борто-
вых регистраторов, диспетчерских магнитофонов;
поиск частей ВС и сохранение их на месте проис-
шествия; сбор информации о бортах ВС, которые
находились в районе места происшествия, и изъя-
тие у них для сохранения записей бортовых реги-
страторов; составление внеочередного акта о ме-
теоусловиях на момент АП; фиксирование нали-
чия льда или копоти на поверхности ВС; переме-
щение ВС (с ВПП, магистрали, железнодорожного
полотна) после фотографирования; опечатывание
емкостей с ГСМ, из которых заправляется ВС; фик-
сирование следов движения ВС и составление пред-
варительных шагов (схемы) АП.
В случае вынужденной посадки за границами
аэродрома командир вместе с членами экипажа до
прибытия аварийно-спасательной команды (АСК)
совершает эвакуацию пассажиров соответственно
требованиям Руководства по летной эксплуатации
ВС (РЛЭ) и, если возможно, командир ВС должен
обеспечить: неприкосновенность пультов управле-
ния в кабине экипажа, бортовых регистраторов,
носителей информации (бортовых журналов, рас-
четов и т.п.), груза, почты и других ценностей на
борту ВС; недопустимость слива ГСМ и других
жидкостей; закрытие и опломбирование дверей,
люков, капотов; охрану ВС и места происшествия.
Командир должен принять все возможные меры
для того, чтобы как можно быстрее сообщить о
происшествии на ближайшее авиационное пред-
приятие или в местный орган власти.
Если командир ВС по состоянию здоровья не
может исполнять свои обязанности, то второй
пилот или другие члены экипажа обязаны дей-
ствовать соответственно требованиям, которые
должен выполнять командир ВС.
С момента прибытия комиссии на место про-
исшествия ответственность за все действия по рас-
следованию возлагается на председателя комис-
сии. Прибыв на место происшествия, комиссия
по расследованию должна проверить меры отно-
сительно охраны обломков ВС. Эти меры пред-
принимаются для того, чтобы защитить населе-
ние от опасности, которая может возникнуть при
контакте с обломками ВС, не допустить переме-
щения обломков (включая тела погибших, грузы
и оборудование), обеспечить охрану имущества,
санкционированный допуск лиц к месту проис-
шествия, защиту и сохранение всех следов, ос-
тавленных ВС на земле.
Если известно об опасных грузах на борту ВС,
то необходимо придерживаться особенной осто-
рожности и размещать охрану на безопасном рас-
стоянии от обломков. Потенциально опасную зону
необходимо обозначить и сохранять знаки до тех
пор, пока эксперты не дадут соответствующую
оценку опасности.
11.2.3. Порядок создания комиссии
по расследованию авиационных происшествий
Согласно ст. 26 Чикагской конвенции ICAO,
страна, имеющая гражданскую авиацию, должна
иметь полномочный орган по расследованию АП.
Приложение 13 к Конвенции ICAO (параграф 5.4)
указывает, что «полномочному органу по рассле-
дованию авиационных происшествий предостав-
ляется независимость в проведении расследова-
ния и неограниченные полномочия по его прове-
дению» [468].
Полномочный орган по расследованию АП
должен быть объективным и исключительно спра-
ведливым. Он не может стать предметом полити-
ческого или другого влияния или давления. Не-
которые государства достигли этого путем созда-
ния полномочного органа по расследованию АП
как независимого высшего органа. Другие госу-
дарства основали организации по расследованию
АП отдельно от администраций гражданской авиа-
ции. К такой структуре должны стремиться все
государства.
Для полномочного органа по расследованию
АП все документы относительно дела должны быть
доступными без предварительного согласия юри-
дических органов или государственных структур.
832
//. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
На процедуры расследования АП не могут вли-
ять никакие юридические процессы. Целью рас-
следования происшествий является их предупреж-
дение в будущем, и полномочный орган по рас-
следованию АП не должен выявлять виновных.
В Украине, согласно законодателктву [4351, рас-
следования АП с ВС Украины и ВС иностранных
государств на территории Украины организовывает
и проводит Госавиаслужба при участии эксплуа-
тантов и других причастных организаций Украи-
ны. Соответственно этому, Госавиаслужба форми-
рует и назначает комиссию по расследованию АП.
Министерство транспорта и связи Украины в
отдельных случаях может назначать комиссию по
расследованию АП своим указом или обратиться
к Кабинету Министров с просьбой назначить пра-
вительственную комиссию по расследованию АП.
В случае столкновения ВС гражданской авиа-
ции с ВС другого ведомства комиссия по рассле-
дованию назначается решением Кабинета Мини-
стров Украины. Столкновение (опасное сближе-
ние) двух или нескольких ВС расследуется как
одно АП, а классифицируется и зачитывается от-
дельно для каждого ВС независимо от послед-
ствий. По результатам расследования оформляет-
ся окончательный отчет.
Комиссия проводит расследование АП с при-
влечением специалистов, руководствуясь Прави-
лами [446] и законодательством Украины.
Расследовать АП должны квалифицированные
и опытные специалисты. Многие государства не
имеют личного состава, единой обязанностью
которого является расследование происшествия.
В таких случаях персонал заранее должен пройти
подготовку по технике расследования. Во время
расследования АП такой персонал освобождается
от своих повседневных обязанностей.
Расследование должно проводиться в сжатые
сроки, но не более 45 сут с момента АП (90 сут
для расследования АП с иностранными ВС). Если
для установления причин АП необходимо прове-
дение специальных исследований, то срок рас-
следований может быть продлен.
В состав комиссии входит председатель ко-
миссии и ее члены. Назначенный Госавиаслуж-
бой председатель комиссии является ответствен-
ным должностным лицом, распоряжения и ука-
зания которого подлежат обязательному выпол-
нению всеми должностными лицами, связанными
с расследованием.
В зависимости от объема расследования созда-
ются подкомиссии (летная, инженерно-техничес-
кая, административная). В случае необходимос-
ти, по решению председателя комиссии, могут
создаваться рабочие группы. На рис. 11.3 приве-
дена типичная структурная схема состава комис-
сии по расследованию АП с ВС, взлетная масса
которых больше 2250 кг. Порядок организации
работы участников расследования в комиссиях,
их права и обязанности определены приложени-
ями 2-9 Правил [446].
Для участия в расследовании по заявке пред-
седателя комиссии могут привлекаться работни-
ки органа, который назначил комиссию по рас-
следованию, уполномоченные представители
заинтересованных министерств и ведомств, орга-
нов исполнительной власти, работники научно-
исследовательских и исследовательско-конструк-
торских организаций, организаций разработчиков,
производителей и эксплуатантов, авиакомпаний,
авиаремонтных организаций, авиационно-техни-
ческих баз и центров, учебных заведений, орга-
низаций, обслуживающих воздушное движение,
организации гидрометеорологии и мониторинга
окружающей среды, медицинских учреждений.
Специалисты, принимающие участие в работе
комиссий по расследованию, должны иметь соот-
ветствующую квалификацию и государственный
(международный) сертификат и практический
опыт работы в области авиации.
Согласно Правилам председатель комиссии,
члены комиссии и специалисты рабочих групп, а
также эксперты не имеют права представлять ин-
тересы заинтересованных организации (эксплуа-
тантов ВС, страховых компаний и т.п.).
Во время расследования АП и инцидентов на
территории Украины с ВС, которые внесены в
реестр иностранного государства, участниками
расследования могут быть уполномоченные пред-
ставители: государства регистрации; государства
эксплуатанта; государства производителя; государ-
ства, граждане которого погибли или получили
серьезные телесные повреждения (на запрос); го-
сударства, обеспечивающие техническую или дру-
гую помощь в расследовании.
Для оказания уполномоченным представителям
необходимой помощи этими государствами могут
назначаться советники.
Полномочия представителей государств и их
советников определяются Приложением 13 к Кон-
11.2. Организация расследования авиационных происшествий
833
Рис. 11.3. Состав комиссии по расследованию авиационных происшествий
венции о международной гражданской авиации
и дают им право (по согласованию с председате-
лем комиссии и под его контролем) посещать
место АП и инцидентов, осматривать ВС и его
части, получать информацию, содержащую по-
казания свидетелей, и предлагать тематику их
опроса; иметь доступ к доказательствам и полу-
чать документы, которые касаются расследова-
ния АП и инцидентов; принимать участие в де-
кодировке полетной информации, а также в ме-
роприятиях относительно расследования за пре-
делами места АП и инцидентов, таких как осмотр
и исследование агрегатов, технические консуль-
тации, участие в испытании и моделировании с
целью расследования АП и инцидентов; прини-
мать участие в совещаниях, касающихся рассле-
дования АП и инцидентов; делать заявления в
комиссию относительно разнообразных аспектов
расследования АП и инцидентов.
Уполномоченный представитель и его совет-
ники предоставляют государству, которое прово-
дит расследование, всю имеющуюся у них соот-
ветствующую информацию и не имеют права рас-
пространять информацию о ходе и результатах
расследования без согласия государства, проводя-
щего расследование АП и инцидентов.
Если от государств регистрации, разработчика
или производителя поступает просьба относитель-
но неприкосновенности ВС до осмотра его упол-
номоченным представителем, то принимаются
необходимые меры для выполнения такой
просьбы, насколько это практически возможно и
отвечает Правилам [446].
В случае мотивированной просьбы государства,
граждане которого погибли при АП, об участии в
расследовании ему может быть разрешено назначить
своего эксперта, которому предоставляется, соглас-
но Приложению 13 к Конвенции о международной
гражданской авиации, право: посещать место АП;
знакомиться с соответствующей фактической инфор-
мацией; содействовать идентификации погибших,
предоставляя соответствующую информацию.
53 8-470
834
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Если необходимо получить дополнительные
данные, ограничить или привлечь экспертов, Гос-
авиаслужба направляет соответствующий запрос
какому-либо государству через его органы рассле-
дования АП с просьбой предоставить такие дан-
ные, оборудование или направить экспертов для
обеспечения расследования АП.
Государство, которое предоставляет по запро-
су данные, оборудование или направляет экспер-
тов, может назначить своего уполномоченного
представителя для участия в расследовании АП.
Уполномоченный представитель или эксперт та-
кого государства ограничивается решением тех
вопросов, по которым они привлекаются к рас-
следованию. Объемы и форма участия представи-
телей определяются в каждом отдельном случае
председателем комиссии.
Уполномоченные представители иностранных
государств, их советники и эксперты в состав ко-
миссии не входят.
Координация действий комиссии и уполномочен-
ных представителей иностранных государств и при-
нятие соответствующих решений по всем вопросам,
возникающим в связи с проведением расследова-
ния, полагаются на председателя комиссии.
Для обеспечения эффективной работы комис-
сии по расследованию АП на месте происшествия
органы исполнительной власти, органы местного
самоуправления, командование военных частей,
юридические лица независимо от форм собствен-
ности обязаны всесторонне оказывать содействие
комиссии. Они должны выделить в ее распоря-
жение необходимые силы и средства, принять
меры по охране места АП, создать безопасные
условия для работы, обеспечить транспортирова-
ние и проведение необходимых работ и исследо-
ваний компонентов ВС, обеспечить людей соот-
ветствующей одеждой, обувью, средствами ин-
дивидуальной защиты, необходимым снаряжени-
ем, жильем и питанием.
11.2.4. Работа комиссии по расследованию
авиационных происшествий
По прибытии на место происшествия предсе-
датель комиссии по расследованию информирует
об этом руководителя органа исполнительной вла-
сти Украины или органа местного самоуправле-
ния, проводит организационное заседание, на ко-
тором зачитывает приказ о назначении комис-
сии, заслушивает должностных лиц, осуществив-
ших первичные действия на месте АП и инци-
дента, сообщает об обстоятельствах АП и инцидента
и выполненной работе, создает рабочие органы ко-
миссии и назначает их руководителей, определя-
ет основные направления работ на начальном этапе
расследования, дает необходимые оперативные
указания. Председатель комиссии организовывает,
проводит и контролирует все этапы расследова-
ния АП, координирует действия всех участников
расследования. Указания председателя комиссии
по вопросам, связанных с расследованием АП,
являются обязательными для выполнения всеми
должностными лицами, которые принимают учас-
тие в расследовании АП и обеспечивают роботу
комиссии.
Работа комиссии по расследованию АП выпол-
няется по плану, проект которого к его утвержде-
нию председателем рассматривается на заседании
комиссии. План должен предусматривать основ-
ные направления деятельности комиссии, после-
довательность выполнения работ, исследований,
сроки их выполнения, а также назначение ответ-
ственных за проведение работ. План работы ко-
миссии детализируется в планах подкомиссий и
рабочих групп.
До утверждения плана работы комиссии за-
прещается выполнять любые работы на месте АП,
за исключением внешнего обзора, фиксации сле-
дов, которые могут исчезнуть (отложений льда,
копоти, следов следования ВС и т. п), эвакуации
раненых и погибших и изъятия бортовых регист-
раторов.
Планы работы комиссии и подкомиссий кор-
ректируются и дополняются в ходе расследования
в зависимости от полученных фактических данных.
Исследование обломков ВС, эксперименты на
месте АП проводятся по планам, утвержденным
председателем комиссии. Заседания комиссии
оформляются протоколами, в которых отобража-
ются рассмотренные вопросы, принятые решения,
указания председателя комиссии. В случае нали-
чия расхождений по обсуждаемым вопросам в про-
токоле фиксируются позиции сторон. Протоколы
подписывает председатель комиссии. Решение по
основным методическим и организационным во-
просам расследования принимаются комиссией,
при этом председатель комиссии имеет право на
окончательное решение.
11.2. Организация расследования авиационных происшествий
835
Член комиссии, который не согласен с приня-
тым решением, должен письменно изложить свое
личное мнение.
Действия членов комиссии, подкомиссий и
рабочих групп, направленные на сбор доказатель-
ных материалов (изъятие и передачу на сохране-
ние записей бортовых и наземных регистраторов
и пр.), а также связанные с погребением или кре-
мацией погибших, должны выполняться с ведо-
ма правоохранительного органа, который осуще-
ствляет предварительное следствие.
Все доказательные материалы, техническая до-
кументация ВС сохраняются до получения пись-
менного разрешения на их уничтожение от орга-
нов следствия и прокуратуры.
Для решения конкретных задач в специальных
областях науки и техники, кроме специалистов,
входящих в состав подкомиссии и рабочих групп,
к расследованию могут привлекаться эксперты.
Эксперт соответственно плану работы комис-
сии получает письменное задание от председателя
комиссии или подкомиссии с перечнем вопросов,
требующих решения. Результаты работы оформ-
ляются как выводы эксперта (экспертов), которые
обсуждаются на заседании комиссии (подкомис-
сии). В ходе обсуждения перед экспертом могут
быть поставлены дополнительные вопросы, отве-
ты на которые оформляются как дополнение к экс-
пертному выводу. Экспертный вывод является
официальным документом и прилагается к мате-
риалам расследования.
Результаты проведенных работ в подкомисси-
ях и рабочих группах оформляются отчетами, ко-
торые рассматриваются комиссией (подкомисси-
ей) и прилагаются к материалам расследования.
На протяжении 30 сут. после начала рассле-
дования АП комиссия по расследованию гото-
вит предварительный отчет. Он составляется в
произвольной форме и содержит краткое описа-
ние обстоятельств АП, включая наиболее суще-
ственную информацию, рекомендации относи-
тельно безопасности полетов и предложенные
профилактические мероприятия. Отчет направ-
ляется по тем же адресам, что и окончательный
отчет.
Итоговым документом работы комиссии по
расследованию АП является окончательный от-
чет по результатам расследования АП (далее -
окончательный отчет), в котором учитываются
материалы подкомиссий, рабочих групп, резуль-
татов исследований и экспертиз, а также дру-
гая имеющаяся в распоряжении комиссии ин-
формация.
Проект окончательного отчета по результа-
там расследования АП подается председателем
комиссии на обсуждение членам комиссии. В слу-
чае возникновения расхождений относительно
содержания отчет оформляется в редакции, пред-
ложенной председателем комиссии. Член комис-
сии, который не согласен с содержанием отче-
та, обязан подписать окончательный отчет с из-
ложением своего мнения в письменном виде,
где указываются конкретные мотивы несогла-
сия с их обоснованием, а также предложенные
формулировки. Отдельное мнение рассматрива-
ют члены комиссии и обязательно оформляют
протокол.
Окончательный отчет подписывается предсе-
дателем и всеми членами комиссии.
Если в результате рассмотрения отдельное мне-
ние не было зафиксировано в отчете, то член ко-
миссии, который ее изложил, подписывает отчет
с пометкой «С отдельным мнением».
Аналогичный порядок должен придерживать-
ся во время упорядочения и подписания отчетов
подкомиссий и рабочих групп.
В любом случае отдельное мнение остается как
приложение к отчету комиссии, подкомиссии,
рабочей группы.
Одновременно с окончательным отчетом по
расследованию председатель комиссии подписы-
вает перечень документов, которые прилагаются
к материалам расследования.
Председатель комиссии по расследованию АП
с украинским ВС на территории Украины подает
окончательный отчет на утверждение руководите-
лю органа, который назначил расследование АП,
не позднее 45 сут. с момента АП или в срок, оп-
ределенный этим руководителем в связи с про-
должением срока расследования.
Итоговым документом по результатам рассле-
дования АП с иностранным ВС является оконча-
тельный отчет, проект которого оформляется ко-
миссией и подписывается всеми ее членами.
Проект окончательного отчета комиссия на-
правляет всем государствам, принимавшим учас-
тие в расследовании, с предложением высказать
свои замечания к проекту документа.
Замечания, поступившие на протяжении 60 дней
с момента направления проекта окончательного
836
II. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
отчета, рассматривает комиссия по расследованию
авиационного происшествия. Замечания, внесе-
ние которых в текст отчета признаны нецелесо-
образными, прилагаются к окончательному отче-
ту как дополнения.
Материалы расследования АП (окончательный
отчет с материалами, которые прилагаются к нему)
в 10-дневный срок с момента утверждения отче-
та направляются в Министерство транспорта и
связи Украины, ГИБП Госавиаслужбы, эксплуа-
тантам ВС, владельцу ВС, разработчику ВС (в слу-
чае отказов функциональных систем ВС отече-
ственного производства и стран СНГ), террито-
риальные органы прокуратуры (оригинал), заин-
тересованным государствам и министерствам, а
также организациям, принимавшим участие в рас-
следовании.
Рассылка (публикация) утвержденных матери-
алов расследования осуществляется органом, про-
водившим расследования АП.
В случае катастроф и аварий с ВС, максималь-
ная масса которого больше 2250 кг, или серьезных
инцидентов с ВС, максимальная масса которого
свыше 5700 кг, Госавиаслужба направляет предва-
рительный и информационный отчеты в ICAO.
Если во время авиационного происшествия
произошли несчастные случаи со смертельным
исходом,'групповой несчастный случай с гражда-
нами Украины или их бесследное исчезновение,
то выводы и материалы окончательного отчета,
которые касаются пострадавших, направляются в
Госнадзорохрантруда и Фонд социального стра-
хования от несчастных случаев на производстве и
профессиональных заболеваний.
11.3. СРЕДСТВА НАКОПЛЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Установление истинной причины АП невоз-
можно без достоверной информации о парамет-
рах движения ВС, состоянии его систем и дей-
ствий экипажа при возникновении и развитии
особой ситуации в полете. Такая информация на-
капливается в процессе полета ВС с помощью
бортовых регистраторов полетных данных. Необ-
ходимость таких регистраторов на борту ВС обус-
ловлена требованиями [4] и документами ICAO
[602] (Приложение 6 к Конвенции о междуна-
родной гражданской авиации «Эксплуатация воз-
душных судов»).
Согласно этим документам, все ВС, сертифи-
цированные для пассажирских и транспортных
перевозок, должны быть оборудованы бортовыми
регистраторами, которые предусматривают функ-
ционирование двух независимых систем: регист-
ратора полетных данных (FDR) и регистратора
звуковой информации (CVR).
Бортовой регистратор полетных данных дол-
жен обеспечивать регистрацию служебных пара-
метров (время, бортовой номер ВС, дату полета)
и таких, которые характеризуют движение ВС,
положение органов управления, состояние сило-
вой установки, состояние систем ВС.
Регистратор звуковой информации осуществ
ляет запись следующей информации: двусторон-
нюю переговорную связь (осуществляется с ВС
по радио); разговоры между членами экипажа в
кабине; внутреннюю связь между членами эки-
пажа по СПУ; звуковые распознавательные сиг-
налы навигационного оснащения или оснащения
для обеспечения захода на посадку, которые по-
ступают в наушники или громкоговорители; пе-
реговорную связь между членами летного экипа-
жа через громкоговорящее устройство при нали-
чии такой системы.
Для самолетов, выполняющих международные
полеты, регистраторы полетных данных класси-
фицируются по типам: I, II и ПА в зависимости
от количества регистрируемых параметров и про-
должительности записи.
Регистратор полетных данных типа I разреша-
ет накапливать информацию о данном ВС в объе-
ме 32 параметров, необходимых для точного оп-
ределения траектории полета, скорости ВС, про-
странственного положения, тяги (мощности) дви-
гателей, конфигурации и режима полета ВС.
Регистраторы полетных данных типа II и ПА
регистрируют информацию по 15 параметрам,
которая разрешает определить траекторию поле-
та, скорость ВС, пространственное положение, тягу
(мощность) двигателей и конфигурацию несущих
элементов самолета.
Рекомендованный ICAO перечень параметров
для регистрации приведен в табл. 11.1 [602].
/1.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
837
Таблица II I. Параметры для регистраторов полетных данных
№ п/п Параметр Диапазон измерений Интервал записи, с Погрешность (входящие сигналы датчиков и данные FDR)
1 Время (координированное всемир- ное время UTC) О...24ч 4 ±0,125 % на каждый час
2 Барометрическая высота От -300 м (“1000 футов) до максимальной сертифицированной абсолютной высоты воздушного судна + 1500 м (5000 футов) 1 От ±30 до ±200 м (от ± 100 до ±700 футов)
3 Приборная скорость От 95 км/ч (50 уз) до максимальной от Vs до 1,2 Vo (прим. 1, 2) 1 ±5%...±3%
4 Курс (пеленг) 0...3600 1 ±2%
5 Нормальное ускорение От “3 до +6 g 0,125 ±1 % максимального диапа- зона, исключая ошибку в исходных данных ±5%
6 Угол тангажа ±75° 1 ±5%
7 Угол крена ±180° 1 ±2°
8 Манипуляция при радиопередаче Включеиие-выключеиие (одно отдель- ное положение) 1 -
9 Тяга (мощность) каждого двигателя (прим. 3) Весь диапазон изменения тяги двигателя 1 (на каж- дый двига- тель) ±2%
10 Положение закрылков или средств управления ими в кабине экипажа Весь диапазон или каждое отдельное положение 2 ±5 % или по прибору пилота
11 Положение предкрылков или средств управления ими в кабине пилота То же 2 То же
12 Положение рычага реверса тяги По каждому двигателю отдельно 1 (на каж- дый двига- тель) -
13 Положение внутренних интерцеп- торов в режиме торможения само- лета при пробеге Весь диапазон 1 ±2 % (если не нужна более высокая точность)
14 Температура наружного воздуха Диапазон датчика 2 ±2°С
15 Включение или выключение автопи- лота (автомата тяги) режима автомати- ческой системы управления Фиксирование отдельных действий членов экипажа 1 -
16 Продольное ускорение ±1 g 0,25 ±1,5 % максимального диа- пазона
17 Поперечное ускорение ±1 g 0,25 То же
18 Отклонение рычагов управления и (или) положение управляющих поверхностей ВС по каналам (тан- гажу. крену, рысканию) (прим. 4) Весь диапазон 1 ±2 % (если не нужна более высокая точность)
19 Положение триммера руля высоты То же 1 ±3 % (если не нужна более высокая точность)
20 Высота по радиовысотомеру От 6 до 750 м (от 20 до 2500 футов) 1 Для высоты 150 м (500 футов) ±0,6 м (±2 фута) или 3 % в зависимости от того, какое значение больше; для высоты свыше 150 м (500 футов) ±5 %
838
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Продолжение табл. 11.1
№ п/п Параметр Диапазон измерений Интервал записи, с Погрешность (входящие сигналы датчиков и данные FDR)
21 Отклонение от глиссады Диапазон сигналов 1 ±3%
22 Отклонение от курса То же 1 ±3%
23 Прохождение маркерных радиомаяков Каждый отдельно 1 -
24 Централизированные системы сиг- нализации Каждая отдельно 1 -
25 Выбор частоты l-ro или 2-го нави- гационных приборов (прим. 5) Весь диапазон 4 В зависимости от установки
26 Дальность по DME l-ro и 2-го при- боров (прим. 5 и 6) От 0 до 370 км 4 В зависимости от установки
27 Состояние (положение) переключате- ля датчика нагрузки главного шасси Каждое отдельно 1 -
28 GPWS (система предупреждения о приближении к земле) Каждое положение отдельно 1 -
29 Угол атаки Весь диапазон 0,5 В зависимости от установки
30 Каждая гидравлическая система (низкое давление) Каждая отдельно 2 -
31 Навигационные данные (широ- та/долгота, путевая скорость, угол сноса) (прим. 7) В зависимости от установки 1 В зависимости от установки
32 Положение шасси или рычага управ- ления шасси Каждое отдельно 4 В зависимости от установки
Примечания: 1. - скорость сваливания или минимальная скорость установившегося полета в посадочной конфигурации.
2. Ро - расчетная скорость пикирования.
3. Регистрируют достаточные входные данные для определения мощности.
4. Для ВС с обычными системами управления можно использовать слово «или», для ВС с немеханическими системами управления -
«и». Для самолетов с рулевыми поверхностями, которые состоят из отдельных секций, вместо регистрирования положения каждой
поверхности в отдельности приемлемо регистрирование общего положения поверхностей.
5. Если сигнал в цифровой форме.
6. Признано, что альтернативной является регистрация данных о широте и долготе, полученных от ИНС или другой нави-
гационной системы.
7. Если сигнал можно легко получить.
Там же приведены данные о диапазоне измене-
ний конкретного параметра, дискретности оп-
роса и требования к метрологическим характе-
ристикам датчиков.
Приведенные параметры должны регистри-
роваться в цифровом виде. Если ВС оборудо-
ван одной или более цифровыми бортовыми ши-
нами данных, то они согласовывают их с FDR
согласно требованиям стандарта ARING 717.
Приведенные в табл. 11.1 первые 15 парамет-
ров рекомендованы для регистраторов типа II
или ПА. Регистратор типа I содержит все 32 па-
раметра.
Регистраторы полетных данных типов I, II дол-
жны сохранять информацию, зарегисгрированую в
течение последних 25 ч эксплуатации ВС, а регис-
тратор типа ПА - в течение 30 мин полета ВС.
Согласно требованиям ICAO, на все ВС в зави-
симости от сертифицированной максимальной
взлетной массы устанавливают следующие регис-
траторы полетных данных: при массе больше
27 000 кг - регистратор I типа, от 5700 кг до
11.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
839
27 000 кг - регистратор типа II, меньше 5700 -
регистратор типа ПА.
Наиболее активное участие в создании но-
вых систем регистрации полетных данных при-
нимает Федеральная авиационная администра-
ция США (FAA).
Так, по инициативе FAA был разработан тех-
нический стандарт (TSO), в котором отображе-
ны требования к отдельным материалам и сис-
темам, используемым в конструкции граждан-
ских ВС. Координацию и надзор за их исполь-
зованием возложено на региональные комитеты
по безопасности на транспорте: Национальный
комитет безопасности перевозок США (NTSB);
Канадский комитет по безопасности на транс-
порте (TSB); Европейскую организацию по авиа-
ционному оснащению гражданской авиации
(EUROCAE).
С целью повышения безопасности полетов
гражданских ВС США FAA в конце 1997 г. при-
няла новые правила относительно полетных ре-
гистраторов. Согласно этим правилам, усили-
ваются требования к качеству регистрации па-
раметров полета (метрологические характерис-
тики) и их количеству. Текст новых правил
содержит 88 эксплуатационных параметров, ко-
торые должны быть зарегистрированы с помо-
щью цифрового регистратора полетных данных
(табл. 11.2). По мнению специалистов FAA, до-
полнительная информация после того, как про-
изойдет АП или инцидент с гражданским ВС,
будет содействовать более внимательному рас-
следованию, а также поможет авиапромышлен-
ности обнаружить недостатки и произвести не-
обходимые доработки для предотвращения про-
исшествий в будущем.
NTS В разработал перечень рекомендаций для
FAA по обеспечению безопасности полетов ВС
нового поколения. Согласно этим рекомендаци-
ям, все ВС, изготовленные после 1 января 2003 г.,
должны быть оборудованы двумя комбинирован-
ными регистрационными системами (CVR/
DFDR), одна из которых расположена возле ка-
бины пилотов, а вторая - в хвостовой части фю-
зеляжа. Обе системы должны регистрировать
параметры (см. табл. 11.2) в течение 25 ч, а также
все аудиозаписи в кабине экипажа и сообщения
по системе CPDL (линия связи диспетчер-пи-
лот) в течение двух последних часов эксплуата-
ции ВС.
Система, расположенная вблизи кабины пило-
тов, должна иметь автономную систему питания,
что дает ей возможность работать в течение 10 мин
после исчезновения питания в основной системе
ВС. Причем разработанные системы должны от-
вечать требованиям стандарта TSO-C123a.
С использованием на ВС последнего поко-
ления цифровых дисплеев возникла необходи-
мость внедрения бортовых видеорегистраторов
(CVDR). Такие системы необходимы как для
расследования АП, так и при обучении и тре-
нировке пилотов. При создании CVDR были
учтены такие требования: предельная возмож-
ность системы и объем накопленной информа-
ции должны быть достаточными, чтобы фик-
сировать все действия членов экипажа в каби-
не и информацию на дисплеях; возможность
фиксирования эпизодических явлений, напри-
мер, положения колес шасси ВС, режим рабо-
ты автопилота и пр.
Таким образом, на борту современного ВС дол-
жны быть установлены как минимум три системы
регистрации: две комбинированные CVR/DFDR
и видеорегистратор CVDR. Информация, получен-
ная от этих систем, используется для расследова-
ния АП. Для сохранения информации после АП
применяется защищенный бортовой накопитель.
Конструктивно защищенные бортовые накопи-
тели должны быть стойкими против пожара, воды,
ударов и т. п. Если АП случилось на суше или
море, должна быть обеспечена возможность во-
зобновления зарегистрированной информации в
состоянии, необходимом для оценивания.
С этой целью разработаны соответствующие
стандарты для защищенных бортовых накопите-
лей, выполнение которых гарантирует сохране-
ние после АП зарегистрированной информации.
Поскольку стандарты разрабатывались в разных
странах мира независимо, то и их требования раз-
личны (табл. 11.3).
Анализ табл. 11.3 показывает, что в разных стра-
нах мира требования к конструкции защищенных
бортовых накопителей разные. Наиболее жестки-
ми являются требования EUROCAE. Поэтому
необходимы решения проблемы стандартизации
и унификации требований и условий, в которые
попадает такой накопитель при АП, что даст воз-
можность создать универсальный защищенный
бортовой накопитель для регистраторов полетной
информации.
840
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Таблица 11.2. Требования федеральных авиационных правил США к параметрам, регистрируемым бортовыми накопителями
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за I с) Разрешающая способность датчика Примечания
1 Время или относи- тельные отсчеты вре- мени О...24ч ±0,125 % 4 1 с Приращение единичных им- пульсов каждые 4 с фикси- рующей системы
2 Высота полета От 1000 футов ло мак- симальной баромстри- чсски-сертифициро- ванной высоты само- лета +5000 футов ±100...±700 футов (в зависимости от возможностей вычислителя) 1 5...35 футов Данные должны быть получе- ны с вычислителя воздушных сигналов, когда это возможно
3 Приборная скорость или индикаторная воздушная скорость От 50 уз. индикатор- ной скорости или ми- нимальное значение до максимальной до- пустимой скорости для данного типа ВС ±3...5% 1 1 уз. То же
4 Курс (главный ори- ентир экипажа са- молета) 0...3600 и отдельно истинный или маг- нитный курс ±2 1 0,5° Когда истинный или маг- нитный курс выбран как главный ориентир курса, отдельно следует отмстить, какой курс выбран
5 Нормальное уско- рение (вертикаль- ное) -3...6 g ±1 % макси- мального диапа- зона, исключая погрешности отсчета ±5 % 8 0,004 g -
6 Положение по тан- гажу ±75° ±2° 4 0.5° Рекомендованная частота квантирования 0,25
7 Положение по крену ±180° ±2° 2 0,5° Рекомендована частота кван- тирования 0,5
8 Управление радио- передатчиком и со- гласование между собой CVR/DFDR Дискретно - «Вклю- чено» - «Выключе- но» — 1 — Управление возможно каж- дым членом экипажа
9 Тяга/мощность каждого двигателя (с дисплея рабо- чего места пило- тов) Диапазон изменения прямой тяги ±2 % 1 (на каж- дый двига- тель) 0,3 % полного диапазона Наиболее важные парамет- ры (например, обороты N1 или вращательный момент NP) соответственно для конкретного двигателя для определения мощности пря- мой и обратной тяги
10 Состояние автопи- лота «Включено» или «Выключено» - 1 - -
11 Продольное уско- рение ±1 g ±1,5 % макси- мальною диапа- зона 8 0,004 g -
12а Положение орга- нов управления по тангажу (механи- ческая проводка управления) Полный диапазон ±2° (если нс нужна более высокая точ- ность) 4 0,2 % полного диапазона Для самолетов, оснащенных независимыми системами уп- равления, которые дают воз- можность независимо управ- лять самолетом каждому пи- лоту, записываются оба сиг- нала управления
11.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
841
Продолжение табл. 11.2
№ и/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
126 Положение органов управления по тан- гажу (электронная система управления) Полный диапазон ±2° (если нс нуж- на более высокая точность) 4 0,2% полного диапазона —
13а Положение органов управления креном самолета (механи- ческая проводка управления) То же То же 4 То же Для самолетов, оснащенных независимыми системами управления, которые дают возможность независимо управлять самолетом каж- дому пилоту, записываются оба сигнала управления
136 Положение органов управления креном самолета (электрон- ная система управ- ления) » » 4 »
14а Положение органов управления рыска- нием самолета (ме- ханическая проводка управления) » » 2 0,3% полного диапазона Для самолетов, оснащенных независимыми системами управления, которые дают возможность независимо управлять самолетом каж- дому пилоту, записываются оба сигнала управления
146 Положение органов управления рыска- нием самолета (элек- тронная проводка уп- равления) » » 2 0,2 % полного диапазона
15 Положение рулевых поверхностей управ- ления тангажом » » 4 0,3 % полного диапазона Для самолетов, оснащенных комбинированной системой управления, которая дает возможность управлять каж- дой поверхностью независи- мо, регистрируется переме- щение каждой поверхности
16 Положение рулевых поверхностей управ- ления креном » » 4 То же Соответствующая комбина- ция расположения сенсоров, которые фиксируют переме- щение рулевых поверхностей, даст возможность регистри- ровать перемещение каждой поверхности
17 Положение рулевых поверхностей управ- ления рысканием ВС » » 2 0,2% полного диапазона Для самолетов, оснащенных комбинированной системой управления, которая даст возможность управлять каж- дой поверхноегью независи- мо, регистрируется переме- щение каждой поверхности
18 Поперечное ускоре- ние ±1 g ±1,5 % макси- мальною диапа- зона. включая ПОфСШНОСТЬ отсчета ±5 % 4 0.004 g
842
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Продолжение табл. 11.2
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
19 Положение поверх- ностей балансиров- ки в канале тангажа Полный диапазон ±3° (если не нужна более высокая точ- ность) 1 0,6% полного диапазона —
20 Отображение поло- жения закрылков на панели приборов Полный диапазон отклонения каждого закрылка ±3° или показа- тель на индика- торе у пилота 2 0,5% полного диапазона Положение закрылка и ры- чага управления закрылком регистрируется каждые 4 с и отображается на панели приборов каждые 2 с
21 Отображение поло- жения носка за- крылка на панели приборов То же ±3° или с по- грешностью отображения на индикаторе у пилота(поло- жение каждого закрылка) 2 То же Контроль симметрии вы- пуска (уборки) выполняет- ся отдельно для левого и правого закрылка, регист- рируется каждые 4 с и ото- бражается на панели при- боров каждые 2 с
22 Положение задвижек реактивного сопла (или угол установки винта) Базовый, промежуточный и реверсный (от- дельно) — 1 (на каж- дый двига- тель) » Для ТРД 2 позиции дают возможность определить 3 состояния, для ТВД - 1 состояние
23 Положение интер- цепторов в посадоч- ном режиме и в режиме торможения Полный диапазон или положение каж- дого (отдельно) ±3° (если не нужна более высокая точ- ность) 2 » —
24 Температура внеш- него воздуха или температура пол- ного торможения От -50 °C до +90 °C ±2 °C 1 0,3 °C —
25 Режимы работы автопилота Возможна комбина- ция в зависимости от комплектации 1 В зависимости от комплекта- ции должны бьггь отобра- жены режимы работы авто- пилота управления траекто- рией и скоростью самолета
26 Высота по радиовы- сотомеру 20....2500 футов Для высоты до 500 футов (±2 фута или ±3 %) в зависи- мости оттого, какое значение меньше; для высоты более 500 футов ±5 % 1 1 фут; для высоты более 500 фу- тов+5 % При автоматическом заходе на посадку по 3-й категории 1САО. Информация каждой системы должна бьггь запи- сана, но показатели хотя бы одной из них должны фик- сироваться каждую секунду
27 Линейное отклоне- ние, азимут микро- волновой системы захода на посадку (MSL), боковое от- клонение по GPS ±400 мкА или дос- тупный диапазон датчика ±3 % 1 0,3% полного диапазона При автоматическом заходе на посадку по 3-й категории ICAO. Информация каждой системы должна быть записана, но показатели хотя бы одной из них должны фиксироваться каждую секунду. Необязатель- но одновременно записывать параметры ILS и MLS. Обяза- тельной является запись об использовании средств обеспе- чения захода на посадку
11.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
843
Продолжение табл. 11.2
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
28 Отклонение от гли- ссады, угол наклона микроволновой сис- темы захода на по- садку (MLS) или вер- тикальное отклонение noGPS ±400 мкА ±3% 1 3 % пол- ного диа- пазона То же
29 Прохождение мар- керного радиомаяка «Включено» или «Выключено» - 1 - Достаточно записи одного сигнала для всех маркер- ных приводов
30 Система предупреждения об опасности Отдельный сигнал 1 Запись информации этой системы и запись каждого «красного» сигнала преду- преждения, который ие может быть определен другими па- раметрами или речевым са- мописцем в кабине экипажа
31 Датчик воздух/земля (основная система самолета, фиксиру- ющая положение главных или носовых стоек шасси) «Воздух» или «Зем- ля» Выпущены шасси или убраны 1(4 реко- мендовано)
32 Угол атаки (если непосредственно измеряется) Как установлено Как установлено 2 0,3% ПОЛНОГО диапазона Если присутствуют левый и правый датчики, показа- ния каждого из них могут быть записаны с интерва- лом 1 с, если необходимо, то с интервалом 2 или 0,5 с
33 Показатель низкого давления в каждой гидросистеме «Низкий» или «Нор- мальный» либо доступ- ный диапазон датчика ±5 % 2 0,5 % полного диапазона —
34 Скорость ВС отно- сительно земли Как установлено Самая точная из установлен- ных систем 1 То же —
35 Система предупреж- дения опасного сбли- жения с землей «Включено» или «Выключено» 1 Удобная комбинация этих сигналов или разрешается единый сигнал для всех ре- жимов в случае ограниченной вместимости накопителя
36 Положение шасси (или положение рычага управления шасси в кабине пилотов) Отдельный сигнал — 4 — Уюбная комбинация сигна- лов должна быть записана
37 Угол скольжения Как установлено Как установлено 4 0,1 % -
38 Скорость и направ- ление ветра Как установлено Как установлено 4 1 уз. и 1,0° -
39 Широта и долгота Как установлено Как установлено 4 0,002° или как уста- новлено Обеспечивается Главным навигационным комплек- сом. Если вместимость накопителя позволяет, то- гда разрешающая способ- ность по широтс/долготс должна быть 0,0002°
844
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Продолжение табл. 11.2
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
40 Вибратор или толка- тель штурвала «Включено» или «Выключено» — 1 — Удобная комбинация сиг- налов должна быть записа- на для определения момен- тов активации системы
41 Индикатор сдвига ветра То же 1 - -
42 Положение дрос- сельного рычага или рычага управления двигателем Полный диапазон ±2 % 1 иа рычаг 2% полного диапазона Для самолетов с дистанци- онной системой управле- ния двигателем
43 Дополнительные параметры двигателя Как установлено Как установле- но 1 (каждый двигатель ежесекунд- но) То же Если вместимость накопите- лей позволяет, предпочтение отдается таким параметрам: зафиксированному уровню вибрации, оборотам каскада высокого давления, расходам топлива, положению крана перекрытия топлива (если производитель двигателя не рекомендует другие пара- метры)
44 Система предупреж- дения столкновения Отдельные звуковые сигналы То же 1 Удобная комбинация сиг- налов должна быть записа- на для определения состоя- ния системы объединенно- го управления, вертикаль- ного управления, управле- ния набором и снижением
45 Измерения дально- меров 1-го и 2-го 0...200 км » 4 1 км -
46 Заданные значения частот индикаторов 1-й и 2-й навигаци- онной установки Полный диапазон » 4 — Достаточно для определе- ния выбранной частоты
47 Заданное значение барометрического давления для высо- томеров То же ±5 % 1 0.2% полного диапазона
48 Заданное значение высоты » ±5 % 1 100 футов -
49 Заданное значение скорости » ±5 % 1 1 уз.
50 Заданное число Маха » ±5 % 1 0,01
51 Заданное значение вертикальной скорос- ти » ±5 % 1 100 футов/мин
52 Заданный пеленг » ±5 % 1 1°
53 Заданная траектория полета » ±5 % 1 1° -
54 Заданное значение высоты принятия решения » ±5 % 4 1 фут -
11.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
845
Продолжение табл. 11.2
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
55 Формат индикаторов электронной навига- ционной системы Отдельные сигналы — 4 Сигналы должны отобра- зить состояние дисплея (включен, выключен, нор- мальное положение, неис- правен и т. п.)
56 Многофункциональ- ный датчик из дис- плея контроля опас- ных режимов работы двигателя То же 4 Сигналы должны отобразить состояние дисплея (напри- мер, включен, выключен, нормальное положение, не- исправен и обозначить дан- ные дисплея об опасных процедурах, управлении)
57 Значение тяги двига- теля Полный диапазон ±2 % 2 2% полного диапазона -
58 Рассчитанное значе- ние тяги двигателя То же ±2 % 4 То же -
59 Количество жидко- сти в баках для балансировки центра масс ВС » ±5 % — 1 % полного диапазона —
60 Данные основной навигационной системы Сигналы по систе- мам GPS, INS, Omega, Localizer Glideslope — 4 - Удобная комбинация сигна- лов должна обеспечить ин- формацию о работе основной навигационной системы
61 Детектор обледене- ния «Да» или «Нет» - 4 -
62 Система предупреж- дения о вибрации каждого двигателя То же - 1 -
63 Система предупреж- дения о превышении температуры в каж- дом двигателе » - 1 —
64 Система предупреж- дения о падении давления масла в каждом двигателе » — — 1 —
65 Система предупреж- дения о превышении частоты вращения каждого двигателя » — — 1 —
66 Положение поверх- ностей триммера в канале рыскания Полный диапазон ±3 % (если не требуется боль- шая точность) 2 0,3 % полного диапазона --
67 Положение поверх- ностей триммера в канале крена То же Тоже 2 То же —
68 Давление в левой и правой тормозных системах Как установлено ±5 % 1 — Определение тормозною эф- фекта от действий пилота или от системы автоматического торможения
846
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Продолжение табл. 11.2
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
69 Отклонение педали торможения (левой и правой) «Да» или «Нет» ±5 % (аналог) - - Определение тормозного эф- фекта от действий пилота
70 Угол рыскания нли скольжения Полный диапазон ±3 % (если не требуется большая точ- ность) 2 0,5° —
71 Положение задвиж- ки отбора воздуха от двигателя «Открыто» или «За- крыто» - 4 —
72 Состояния системы удаления льда «Включено» или «Выключено» - 4 - -
73 Вычисление поло- жения центра масс ВС Полный диапазон ±5% 1 1 % полного диапазона -
74 Состояние шины электрической сис- темы переменного тока «Включено» или «Выключено» — 4 — Каждая шина
75 Состояние шины электрической сис- темы постоянного тока То же — 4 — То же
76 Положение крана отбора воздуха от дополнительной силовой установки «Открыто» или «За- крыто» — 4 — -
77 Давление в каждой гидросистеме Полный диапазон ±5 % 2 100 Па --
78 Потеря давления воздуха в кабине пилотов «Отказ» или «Норма» 1 - -
79 Отказ компьютера (критические режи- мы полета и систем управления двигате- лями) То же 4 — —
80 Устройство отобра- жения информации на лобовом стекле (когда установлен источник информа- ции) «Включено» или «Выключено» 4
81 Паравизуальиое устройство (когда установлен источник информации) То же - 1 - —
82 Управление тримме- ром нз кабины пило- та в канале тангажа Полный диапазон ±5 % 1 0,2% полного диапазона В случае отсутствия меха- нического управления по тангажу должна быть запи- сана информация с дисплея пилота
11.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
847
Продолжение табл. 11.2
№ п/п Параметр Диапазон Точность датчика Частота оп- рашивания (раз за 1 с) Разрешающая способность датчика Примечания
83 Управление тримме- ром из кабины пило- та в канале крена Полный диапазон ±5 % 1 0,7% полного диапазона В случае отсутствия меха- нического управления по крену должна быть записа- на информация с дисплея пилота
84 Управление тримме- ром из кабины пило- та в канале рыскания То же ±5 % 1 0,3% полного диапазона В случае отсутствия меха- нического управления по рысканию должна быть записана информация с дисплея пилота
85 Положения задней кромки закрылка и рычагов управления закрылками в кабине пилота » ±5 % 1 0,5 % полного диапазона Положения задней кромки закрылка и рычагов управ- ления закрылками в кабине пилота могут быть записа- ны с интервалами 4 с
86 Положения передней кромки закрылка и рычагов управления закрылками в кабине пилота Полный диапазон или дискретный сигнал ±5 % 1 То же
87 Положение интер- цепторов при дви- жении самолета по земле То же ±5 % 0,5 0,3% полного диапазона —
88 Усилия на всех рычагах управления самолетом в кабине пилотов (иа рулевом колесе штурвальной колонки, штурваль- ной колонке и педа- ли руля направле- ния) Полный диапазон рулевого колеса ±70 футов, рулевой ко- лонки ±85 футов, на педалях ±165 футов ±5 % 1 То же Для самолетов с электрон- ной системой управления, где положение управляю- щей поверхности зависит только от перемещения входящего управляющего устройства, нет необходи- мости записывать переме- щение управляющей по- верхности. Для самолетов с системой управления, которая дает возможность каждому пи- лоту управлять самолетом независимо друг от друга, необходимо записывать оба управляющих сигнала. Эти сигналы могут быть представлены один раз в течение 2 с
В качестве носителя информации в этих нако-
пителях используется магнитная пленка или чип
на твердотелых панелях. На рис. 11.4 представле-
ны защищенные бортовые накопители (ЗБН), экс-
плуатируемые на воздушных судах Украины. На-
копитель на твердотелых панелях отличается сво-
им внешним видом и размером. Испытания пока-
зали, что он более стойкий к воздействию пере-
грузок и других факторов, возникающих при авиа-
ционных происшествиях, например, способен вы-
держивать температуру 1100° С в течение 1 ч при
100-й % охваченности пожаром площади [376].
Предельная перегрузка, которую выдержал такой
накопитель, составляла 3400 g. Таким образом, ха-
848
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Таблица 11.3. Требования к конструкции защищенных бортовых накопителен
Действующие фак юры Значение действующих факторов по стандартам
ОСТ TSO-CSla Рекомендации EUROCAE
Количество ударов вдоль ортогональных осей: 1 3 -
форма удара - полусинус -
величина перегрузки, g 1000 1000 3400
продолжительность действия удара, мс 5 5 -
Бомбардировка стальным брусом:
количество - 1 -
масса, кг - 226 226
высота сбрасывания, м - 3 -
площадь контакта, см2 - 0,32 -
Раздавливание:
количество 3 3 -
сила, кН 22,6 22,6 -
время действия, мин 5 5 -
Пожар:
температура, °C 1100 1100 1100
время действия, мин 30 30 30
площадь охвата пожаром, % 50 50 50
Время действия морской воды, сут. 1,5 1,5 30
Время действия агрессивных жидкостей, ч 0,08 36 -
Рис. 11.4. Бортовые системы регистрации, эксплуатируемые на ВС Украины:
1 - модуль МСРП-64: 2- твердотелый ЗБН ЕБН-12; 3-эксплуатационный накопитель МСРП-64; 4- ЗБН ТЕСТЕР-М; 5- система
регистрации звуковой инс]к>рмации МС-61; 6- система регистрации КЗ-63; 7- эксплуатационная кассета ТЕСТЕР; 8- ЗБН МСРП-64;
9- ЗБН ТЕСТЕР
11.3. Средства накопления и сохранения полетной информации
849
Таблица 11.4. Воздушные суда и регистраторы
параметрической и звуковой информации
Воздушные суда Регистраторы информации
Класс Тип параметрической звуковой
Магистраль- ные пассажирские Ил-62 МСРП-64-2 МАРС-БМ
Ту-154 МСРП-64-2 МАРС-БМ
Ту-134 МСРП-64-2 МАРС-БМ
Як-42 МСРП-64-2 МАРС-БМ
Б737-300 DFDR CVR
Для средних воздушных линий Ан-24 МСРП-12-96
Як-40 МСРП-12-96 МС-61Б
Ан-140 БУР-92 ОПАЛ
Для местных воздушных линий Л-410 САРП-12 -
Ан-2 АД-2 -
Як-18 САРП-12 -
Ми-4 АД-2 -
Ми-6 МСРП-12-96 МС-61Б
Мн-8 САРП-12 МС-61Б
Ми-10 МСРП-12-96 МС-61Б
Транспортные (грузовые) Ан-124 ТЕСТЕР-М П507
Ан-26, Ан-30 МСРП-12-96 МС-61Б
Ан-70 ТЕСТЕР-М ОПАЛ
Ан-225 ТЕСТЕР-М П-507
Ил-76 МСРП-64-2 МАРС-БМ
рактеристики ЗБН на твердотелых панелях имеют
преимущества в удовлетворении требований стан-
дартов, приведенных в табл. 11.3.
Согласно авиационным правилам, каждый кон-
тейнер регистратора окрашивают в оранжевый цвет.
На поверхности или на боковых стенках должны
быть надпись на русском языке «Аварийный са-
мописец» и английском - «FLIGHT RECORDER»
(согласно требованиям ICAO).
Традиционно на ВС, которые разработаны в
странах СНГ, эксплуатируются разные системы па-
раметрической и звуковой информации.
Перечень параметров и метрологические харак-
теристики датчиков отличаются в зависимости от
типа ВС, поэтому для снятия информации с защи-
щенных бортовых накопителей применяют разные
технические и программные средства (табл. 11.4).
Технические возможности регистраторов раз-
личны. Для накопления информации в защищен-
ных бортовых накопителях используются такие
носители: масштабная бумага (АД-2); фотопленка
(САРП-12); магнитная пленка (МСРП-12-96,
МСРП-64, ТЕСТЕР-М); твердотелый накопитель
(БУР-92, DFDR). Исходя из этого применяются
разные принципы записей информации:
аналоговая непрерывная (регистраторы АД-2,
САРП-12, МСРП-12-96);
цифровая дискретная (регистраторы МСРП-64,
БУР-92, DFDR).
Системы также отличаются количеством регист-
рируемых параметров (табл. 11.5).
Таблица 11.5. Технические характеристики систем регистрации параметрической информации
Показатель Тип регистратора
МСРП БУР Тестер САРП 12 В-737 (300/400/1500) КЗ-63
12-96 64-2 1 3 4Т 92 А У-3 сер. 2 м
Скорость записи измерений, с 14 128 64 128 128 64 32 128 256 256 256 Непрерыв- ная запись 256 Непрерыв- ная запись
Длительность записи, ч 1,3 25/17 5 25 12,5 25 50 50 25 3 3,5 2,5 25/17 До 30
Количество аналоговых параметров 12 48 25 25-50 До 32 До 32 До 32 До 128 До 256 128 116 6 163(43 аналоговых параметра, 120 цифровых) 3
Количество бинарных параметров 12-24 32 120 240 До 32 До 32 До 32 До 256 До 800 8 131 9 330 -
54 8-470
850
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Продолжение табл. 11.5
Показатель Тип регистратора
МСРП БУР Тестер САРП 12 В-737 (300/400/1500) КЗ-63
12-96 64-2 1 3 4Т 92 А У-3 сер. 2 М
Частота опрашивания, Гц 12 2-8 Програм- мированная 1, 2, 4, 8, 16, 32 1, 2, 4, 8, 16 1, 2, 4, 8 1, 2. 4, 8, 16 1, 2, 4, 8, 16, 32 1-10 1-8 Непрерывная запись Программи- рованная Непрерыв- ная запись
Носитель информации Магнитная лента Твердотелый ЭП-298 Фотопленка Твердотелый Лента с эмульсион- ным слоем
Масса, кг 30 42 18 18 5,8 5,8 5,8 24 24 21,6 19,2 6,1 13 5,6
Тип регистратора по классификации ICAO Не отве- чает клас- сификации ICAO Тнп I Тип IV Тип IV Тип II Тип I Тип I Тип IA Тип IA Тип III Тип I Не отвечает классификации ICAO Тнп IA Не отвечает клас- сификации ICAO
Таблица 11.6. Технические характеристики систем регистрации звуковой информации
Показатель Тнп регистратора
МАРС-БМ П-507-ЗДС МС-61 (Б) П-503 (Б,В,С,БЗ)
Звуконоситель Фотомагннтная пленка И-4404-12-21 шириной 12,7 мм Магнитная пленка И- 5450-6 шириной 6,25 мм Магнитная проволока типа 5,4 диаметром 0,05 мм Магнитная проволока типа 5,4 диаметром 0,05 мм
Время непрерывной записи 30 мин 2 ч 20 мин Не менее 5,5 ч Не менее 9 ч
Количество каналов записи 4 (3 - речевая информация, 1 - сигнал синхроимпульса) 4 (3 - речевая информация, 1 - сигнал синхроимпульса) 1 (речевая информация) 1 (речевая информация)
Напряжение энергопоставки 27 В ±10 % 27 В±10 % 27 В ±10 % 27 В ±10 %
Мощность, Вт 20 30 20 20
Масса, кг, не более 40 18 4 4
Назначеный ресурс: летных часов лет 25 000 20 15 000 20 10 000 5 20 000 30
Оборудование наземной обработки МАРС-Н П-507-ЗНВ МН-61, П-504Н П-504Н
Перечень регистраторов звуковой информации
и их технические характеристики приведены в
табл. 11.6. Анализ технических характеристик ре-
гистраторов показывает, что международным
стандартам наиболее полно отвечает регистратор
П-507. Соответствие метрологических характери-
стик международным требованиям (см. табл. 11.2)
для самолетов, изготовленных в странах СНГ, не-
обходимо оценивать для каждого типа ВС от-
дельно, так как перечень параметров и номенкла-
тура установленных датчиков на этих самолетах
существенно отличаются.
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
851
11.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА
ПРИ РАССЛЕДОВАНИИ АВИАЦИОННОГО ПРОИСШЕСТВИЯ
Записи параметрической, звуковой и видео-
информации, полученные с помощью бортовых
регистраторов и сохраненные защитными бор-
товыми накопителями, являются важным источ-
ником информации при расследовании АП. По-
этому необходимо принять все возможные меры
для ее сохранности и соответствующей обработ-
ки. Даную задачу решает летная подкомиссия и
расчетная группа, которые создаются при рас-
следовании АП. Основная задача расчетной груп-
пы - построение и исследование траектории по-
лета ВС.
Расчетная группа не может и не должна выяв-
лять причину АП. В ее функции входит только
определение последовательности событий на ос-
нове всей информации для того, чтобы дать ответ
на вопрос, как развивались события, которые при-
вели к АП. Установить причины происшествия
должна комиссия по расследованию АП.
Построение траектории - это построение ли-
нии движения в пространстве, по которой дви-
жется центр масс самолета, причем самолет счи-
тается материальной точкой. Если необходимо
исследовать особенности маневренности самоле-
та, его устойчивость и управляемость, то самолет
рассматривается как материальное тело.
Для того чтобы построить траекторию дви-
жения ВС, необходимо переписать параметри-
ческую информацию из защищенного бортового
накопителя и обработать ее. Для переписывания
используются наземные комплексы «Луч-84»,
«Монстр», «Славутич», «Лайнер». Эти комплек-
сы были разработаны для решения следующих
задач на базе полетной информации: расследо-
вание авиационных происшествий; экспресс-
анализ техники пилотирования конкретного типа
ВС; техническая диагностика состояния двига-
телей и соответствующих систем ВС; оценка ин-
дивидуальных особенностей экземпляра ВС че-
рез контроль изменений летно-технических ха-
рактеристик.
Поскольку на территории СНГ эксплуатирует-
ся несколько систем накопления параметрической
информации (см. подразд. 11.3) и существует боль-
шое количество аналоговых параметров, которые
различаются по номенклатуре и метрологическим
возможностям, то и математическое обеспечение
для определения перечисленных задач отличается
в зависимости от типа ВС. Но существуют и оди-
наковые процедуры, присущие перечисленным за-
дачам, в частности, введение градуированных ха-
рактеристик для пересчета кодовых значений па-
раметров в физические: изъятие из результатов
записи аномальных данных, случайных и систем-
ных погрешностей; согласование параметров на базе
известных аналитических зависимостей; интерпо-
ляция значений параметров, записанных с разны-
ми частотами опрашивания, на базовую частоту.
11.4.1. Методы повышения достоверности
параметрической информации
Информация, полученная после дешифровки
записей, имеет случайные, систематические по-
грешности и сбои. Их появление обусловлено осо-
бенностями функционирования первичных изме-
рительных преобразователей (датчиков), а также
аналого-цифровых преобразователей, которые при-
меняются при кодировании напряжения, харак-
теризующего конкретный физический процесс.
Случайные составляющие погрешностей изме-
ряемых параметров обусловлены действием слу-
чайных факторов в процессе измерений. Их пове-
дение характеризуется отсутствием какого-либо
сглаживания и регулярности. Такие погрешности
невозможно предусмотреть, но их можно опи-
сать статистическими характеристиками.
Систематические составляющие погрешностей
характеризуются тем, что сохраняют свои значе-
ния в течение всего измерения или регулярно
изменяются по определенному закону. При этом
в разные периоды измерения они могут оста-
ваться постоянными. Систематические составля-
ющие погрешностей имеют достаточно сложную
структуру и являются функциями времени, из-
меняющимися медленно. Частично эти состав-
ляющие погрешностей проявляются при калиб-
ровании измерительной системы и учитываются
в процессе статистической обработки.
Грубые ошибки (сбои) возникают в результа-
те случайного изменения условий проведения экс-
852
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
перимента, например, сбоя работы аппаратуры,
ошибки оператора и т.д. Измерения с такими
ошибками часто отличаются от других результа-
тов, поэтому они легко выявляются в процессе
экспресс-анализа и исключаются или заменяются
вероятными на этапе первичной обработки. Для
повышения достоверности данных, полученных при
использовании полетной информации, необходи-
мо применять специальные алгоритмы обработки
дискретных данных, что дает возможность сни-
зить уровень погрешностей в зарегистрирован-
ной информации. В результате использования
этих алгоритмов рассчитываются физические зна-
чения параметров, приводятся значения рассчи-
танных параметров к единому отсчету времени,
устраняются аномальные значения конкретного
параметра, сглаживаются случайные погрешнос-
ти, рассчитываются необходимые поправки для
коррекции систематических погрешностей, пре-
образовываются параметры (интегрирование или
дифференцирование).
Методы, используемые в процессе первичной
обработки полетной информации, существенно
влияют на достоверность конечных результатов.
Изъятие аномальных измерений. При обработке
полетной информации возможно появление зна-
чительных погрешностей в исходных данных,
которые вызваны сбоем в работе оборудования,
влиянием неконтролированных факторов на про-
цесс записи и т.д. Эти погрешности существен-
но снижают достоверность информации при ис-
пользовании классических статистических мето-
дов построения математических моделей процес-
сов. На практике желательно иметь возможность
распознавать большую погрешность (выброс) с
тем, чтобы потом надостаточном основании изы-
мать ее из выборки. Но это не всегда возможно,
причем влияние оставленного аномального из-
мерения на результаты оценивания намного боль-
ше, чем изъятого. Часто к разряду аномального
измерения относят кондиционное измерение
только из-за того, что неправильно выбрано мо-
дель процесса.
Если заменить модель (перейти к модели с рас-
пределением, которое имеет удлиненные «хвос-
ты», или к модели с большим числом парамет-
ров), то обнаружится, что влияние «выброса» на
предварительные оценки параметров существен-
но уменьшится, т. е. если невозможно изменить
модель, то это измерение необходимо изъять.
Как правило, изымают сбои в наблюдениях для
большинства каналов записи перед расшифровкой
кодовых значений параметра. Один из возмож-
ных алгоритмов, основанный на использовании
априорной информации о допустимых прираще-
ниях параметра за промежуток времени Д/ между
соседними измерениями, дает возможность после-
довательно изымать единичные, двойные и трой-
ные сбои в измерениях, которые идут подряд один
за другим |62]. Тем не менее, непосредственное
использование алгоритма для изъятия сбоев из па-
раметров, характеристики которых заранее не из-
вестны, утруднено. Кроме того, при некоторых зна-
чениях заведомо заданных приращений параметра
могут изыматься его «кондиционные» значения.
Это может вызвать смещение оценок параметров
моделей, описывающих данный процесс.
В то же время существуют робастные методы
нахождения аномальных значений параметра.
Простой метод изъятия аномальных значений
разработал Дж. В. Тьюки. Метод построен на
робастной медиане (процедура «Тьюки 53Х») [70].
В нем используется тот факт, что медиана явля-
ется робастной оценкой среднего. Этот метод на-
шел широкое применение в обработке летных ис-
пытаний ВС, а также при расследовании АП. Воз-
можности этого метода по удалению аномальных
значений параметра представлены на рис. 11.5.
Изъятие случайных погрешностей из парамет-
рической информации. Расшифрованные данные
содержат полезную информацию об объекте и
случайных погрешностях, обусловленных влия-
нием разных возмущений, препятствий и т. д.
[245|. Случайные погрешности (ошибки) суще-
ственно влияют на результаты оценок характе-
ристик ВС, особенно при анализе неустановив-
шихся режимов полета. Но влияние случайной
составляющей погрешности измерения можно
уменьшить за счет предварительного сглажива-
ния результатов измерения.
Анализ законов распределения случайных по-
грешностей параметров, регистрируемых на са-
молетах стран СНГ, показывает, что эти по-
грешности не коррелированны, имеют нулевые
средние значения и дисперсию [237]. Парамет-
ры. характеризующие состояние объекта, мож-
но представить гладкими функциями в том по-
нимании, что их можно легко приблизить в пос-
ледовательных интервалах времени полиномами.
Предположение о гладкости функции является
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
853
tac. 11.5. Удаление и замена аномальных значений выбро-
сов из записи боковой перегрузки самолета:
- исходный процесс; / - аномальные значения; 2- изменен-
ные аномальные значения
вокальным свойством, которое дает возможность
использовать ее для оценки тренда только вбли-
зи данной точки наблюдения. Полиномы, ко-
торые аппроксимируют функцию, не должны
эыть одинаковыми на разных интервалах. Наи-
более часто в качестве аппроксимирующих по-
линомов используются степенные полиномы:
f (z) - со + У.с/’ t = -т.т. (11.1)
Коэффициенты с0, ...,с(/ оцениваются мето-
дом наименьших квадратов на базовом интервале
\[t0-l»n ,t0+hm ].
Согласно принятой модели, оценка сглажен-
ного значения параметра или его производной
определяется в средней точке базового интерва-
ла по выражению:
I т
£ b^x(t + hj), (Н.2)
j=-m
где y<n(z) - оценка преобразованного процесса;
весовые коэффициенты; х(г + /у) - исходный про-
цесс, который подлежит соответствующему преоб-
разованию; h - временной интервал между измере-
ниями; /- индекс операции (/ = 0- сглаживание,
/ = 1 - расчет оценок первой производной).
В работах [15, 423] приведены выражения для
расчета коэффициентов в зависимости от сте-
пени аппроксимирующего полинома.
Дисперсия сглаженного (продифференцирован-
ного) значения процесса оценивается по формуле:
»И 1
j=-m
(11.3)
где о^х _ дисперсия исходного процесса.
Систематическая ошибка сглаживания (диффе-
ренцирования) определяется по формуле:
Rc.
2/i" I (<)| w
</ + / + 1 J ।
(11.4)
где М,1+1+1 - максимальное значение модуля q+l + \
производной рассматриваемого процесса.
В процессе проектирования алгоритмов сглажи-
вания (дифференцирования) необходимо также
контролировать полосу пропускания этого алгорит-
ма. Она должна отвечать частотному диапазону
обрабатываемого процесса. Полоса пропускания
алгоритма определяется интервалом частот от W=
= 0 до Wo, при котором выполняется условие:
W(Wo)<O,7O7//_.
(П.5)
Для получения оценок частотной характерис
тики алгоритмов сглаживания (дифференцирова-
ния) к выражению (11.2) применяется преобразо-
вание Фурье, что разрешает получить соотноше-
ние для частотной характеристики
7=-Ш
Таким образом, задача проектирования опти-
мальных алгоритмов сглаживания (дифференци-
рования) сводится к поиску весовых коэффици-
ентов полинома соответствующего порядка
q на базовом интервале т, что минимизирует
ошибку от случайной и систематической состав-
ляющих погрешностей в рабочем диапазоне час-
тот процесса. Дополнительно для этого необхо-
дима априорная информация о характеристиках
самого процесса: частотный диапазон, диспер-
сия, максимальное значение производных про-
цесса и частота его дискретизации. Так как ве-
совые коэффициенты ^'однозначно определя-
ются параметрами q и т, то в дальнейшем про-
цесс оптимизации будет сводиться к поиску таких
значений q и т, которые удовлетворят соответ-
ствующим критериям.
854
77. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Рис. 11.6. Зависимости среднеквадратического отклонения, систематической ошибки
обобщенного критерия от величины базового интервала и степени аппроксимиру-
ющего полинома при сглаживании tov:
7 - для q = 2 - для q = 2...3; 3 - для q = 4—5
Исходя из необходимости минимизации ошиб-
ки от случайной (11.3) и систематической (11.4)
составляющих погрешности процесса и принятой
гипотезы про некоррелирование случайной состав
ной ошибки, а также учитывая закон ее распре-
деления, целесообразно выбрать критерий следу-
ющего вида [236]:
где Q' j — функция, минимум которой необходимо
найти, Q!.j - ; пФ. — среднеквадра-
тическое отклонение сглаженного (/ = 0) или про-
дифференцированного (/= 1) процесса; R — систе-
J
магическая составляющая погрешности сглаженно-
го или продифференцированного процесса; WOr. . —
частота полинома, при котором выполняется ус-
ловие (11.5); Wv — частота, определяющая частот-
ный диапазон параметра х; г — дополнительный
коэффициент, который задает эффективность
штрафной функции (при расчетах г = 0,01); i —
индекс степени полинома (7 = 1, 3, 5); j — полу-
размах базового интервала (/ = 1, ..., 15). Введе-
ние в функционал (11.6) штрафной функции дало
возможность задавать частотный диапазон по-
линома, который равняется частотному диапазо-
ну параметра, над которым проводится преобра-
зование.
Для минимизации этого критерия использу-
ется метод Давидона — Флетчера — Пауэлла. Гра-
ницы в методе заданы в виде штрафных функ-
ций [44]. Для получения априорной информации
о характеристиках рассматриваемых процессов, к
которым применяются операции сглаживания
(дифференцирования), используются результаты
заводских и государственных испытаний конк-
ретного типа ВС.
Применение быстрого преобразования Фурье
к рассматриваемым процессам, дает возможность
получить оценки спектральных характеристик этих
процессов. Частотный диапазон соответствующе-
го процесса определяется частотой Wo, начиная с
которой выборочные оценки спектра не превы-
шали 5 % уровня от максимального значения.
Известно, что максимальное значение произ-
водных процесса имеет место на больших часто-
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
855
тах. Если применить обратное преобразование
Фурье к спектру соответствующего процесса, оп-
ределятся характеристики гармоничной составля-
ющей процесса с максимальной частотой.
Разработанный метод нашел широкое приме-
нение в системе диагностики летно-технических
характеристик самолета Ил-86 [235] в процессе
эксплуатации. Полученные значения параметров
со и q для процедур сглаживания и дифференци-
рования использовались при расследовании АП с
самолетом Ил-86. В качестве примера работоспо-
собности рассмотренного метода можно привести
результаты расчета оптимальной структуры по-
линома для процедуры сглаживания угловой ско-
рости рыскания со,. самолета Ил-86.
Для этого самолета частотный диапазон пара-
метра со составлял О...О,6 Гц. В результате расче-
тов были получены такие значения для парамет-
ров полинома q = 4...5, т = 6, которые использу-
ются для сглаживания процесса.
Из графиков (рис. 11.6) видно, что для поли-
нома степени q = 4...5 минимальное значение
результирующей погрешности получается на ин-
тервале размером т = 6. Для контроля частотно-
го диапазона полученного полинома были рассчи-
таны амплитудно-частотные характеристики по-
линомов для процедуры сглаживания с парамет-
рами q = 0...5; т — 6.
Графики, характеризующие амплитудно-частот-
ные характеристики полиномов т = 6 при раз-
ных значениях: qt = 2...3; q3 = 4...5 (рис. 11.7),
подтверждают, что полином с q3 = 4...5 и т = 6
пропускает полезный сигнал с частотой 0,62 Гц,
что отвечает требованиям частотного диапазона
положительного параметра.
Изъятие систематических погрешностей из па-
раметрической информации. Традиционно
математические методы коррекции систематичес-
ких погрешностей были основаны на использо-
вании избыточности измеряемой информации,
если физический исследуемый процесс измеряет-
ся одновременно многими однотипными или раз-
нотипными датчиками, любой из которых имеет
свою собственную систематическую погрешность
0,000 1,256
2.512 3.768
5,024
6.280
со, с'
Рис. 11.7. Амплитудно-частотные характеристики полиномов для сглаживания скорости
рыскания:
/ - для q = 0...1; 2- для q = 2...3; 3 - для q = 4...5
856
II. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
[329]. Методы такого типа разрешают скорректи-
ровать систематические погрешности к некоторо-
му среднему значению, которое определяется из
совокупности систематических реализованных по-
грешностей.
Существуют также методы коррекции систе-
матических погрешностей, которые базируются
на использовании априорной или дополнитель-
ной информации о поведении исследуемого про-
цесса [636]. В качестве априорной информации
предлагается использовать разного рода соотно-
шения (связи), которым может удовлетворять из-
мерительный процесс. Природа таких соотноше-
ний разнообразная: геометрическая, интеграль-
ная, кинематическая и др. Соотношения могут
быть линейными, нелинейными, скалярными,
векторными.
Предположим, что результат измерения любо-
го параметра можно представить в следующем виде:
у,- (г) = (1+Z. )л; (г - т) + Ь: + ,
где у;(г) — измеряемое значение z-го параметра;
X. — мультипликативная составляющая погреш-
ности измерения; х,.(/-т;) — истинное значение
z-го параметра; т,- — временной сдвиг между ре-
гистрируемыми параметрами, вызванный работой
коммутатора системы регистрации; b,, Ъ, — соот-
ветственно аддитивная и случайная составляю-
щая погрешности измерения.
Такая модель дает возможность оценить харак-
теристики любой из составляющих погрешности.
Оценка параметров этой модели возможна, если
исходить из априорной информации об аналити-
ческих связях между измеренными переменными.
В таких связях используем кинематические урав-
нения вращательного движения ВС и кинемати-
ческие уравнения поступательного движения цен-
тра масс ВС в перегрузках [361]:
х(г) = Ал(/) + Bg +е ; (Н-7)
Q(/) = H0(/) + 8, (11.8)
где
0 Cl). -w„ 0
-coz 0 (1\ 0
ll)v С1\ 0 0
sin© COS© cos у -cos 6 sin у
nt -sin©
л - cos © cos у
и. cos Osin у
О О
Й(г) =
0(0 =
Y ’
ф
О sin у cosy
1 — tgOcosy tgOsiny
cosy sin у
cos 6 cost!
x(j) — вектор производных проекций скорости
на оси связанной системы координат и произ-
водной высоты полета ВС; x(t) - вектор проек-
ций скорости ВС и высоты полета; А — матрица
размером 4x4 коэффициентов уравнений в пере-
грузках; В — матрица размером 2x4 перегрузок
движения ВС; £2(/) — вектор производных вра-
щающегося движения ВС; ©(/) — вектор угло-
вых скоростей ВС; е. 8 — векторы случайного
процесса с нулевым математическим ожиданием;
g — ускорение свободного падения.
Согласно принятой модели измерения парамет-
ры, полученные в процессе регистрации, задают-
ся в виде:
V, =(1+Л, )5/к2 +v; +v; +bv;
а = (1 + Xa)arctg
© = (1 + Ле)« + 6е;
Ф = (1+\)ф+ьФ;
У = (1 + \)у + /,у;
Ч = (1 + \ )«. + bei;
Ч = (! + )со, + ; й. = (1 + Ли )щ. + Ьа ,(11.9)
где V,,. а, р, в, Y> Ф, со,., Л. - значения парамет-
ров состояния ВС, зарегистрированные сис-
темой регистрации; Vr. ос, р, О. Y, ф. ,
о. - скорректированные значения параметров ВС
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АЛ
857
Рис 11.8. Сравнение исходных и восстановленных параметров
вращательного движения ВС:
/ - исходные данные; 2 - эталон; 3 - согласованные данные
на систематические составляющие погрешностей;
Л,. Ла. Ле. \, Лю , _ мультиплика-
тивные составляющие погрешности измерения па-
раметров ВС; 1\ , Ьа, £>р. be. Л. bv. Ьа . Ьш , Ьы - ад-
дитивные составляющие погрешности измерения.
Уравнения (11.7) - (11.9) - это нелинейная
стохастическая система дифференциальных урав-
нений состояния ВС с нелинейными уравнения-
ми входных и выходных параметров, которые учи-
тывают погрешности измерения и обработки этой
системы. Рассмотрим возможные методы упро-
щения и решения задачи оценки неизвестных
параметров:
1) раздельная оценка неизвестных параметров
и вектора состояния |763, 764, 870]. Использует-
ся метод максимального правдоподобия или нели-
нейный метод наименьших квадратов. При оценке
вектора состояния система считается детерминиро-
ванной; таким образом, переменные состояния по-
лучены путем интегрирования уравнений модели;
2) непрерывная оценка состояния и неизвест-
ных параметров. Используется рекуррентный
фильтр Калмана или нелинейные сглаживающие
фильтры [765, 463].
Анализ методов показывает, что наиболее при-
емлемым является решение данной задачи с ис-
пользованием методов первой группы.
Уравнение состояния для заданной системы
может быть представлено в виде:
*0) = /[л (г)," (ОЛ ]+£(')’ Л'(О) = *о’
где х. и - векторы состояния входных и изме-
ренных параметров; 6, - вектор неизвестных ад-
дитивных и мультипликативных составляющих
погрешностей; g(t) - вектор шумовых составляю-
щих обработки и измерения; л0 - вектор неизве-
стных начальных условий.
Поиск оценок неизвестных параметров может
быть сформулирован как задача идентификации,
что дает возможность оценить неизвестные пара-
метры 6,, л0 и матрицу ковариаций ИЛю резуль-
татам измерений.
Так как присутствуют функциональные связи
между угловыми скоростями ВС и углами крена.
858
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
тангажа и рыскания, то выделение систематичес-
ких погрешностей одновременно с параметрами
угловых скоростей связано с трудностями изме-
рения. С целью преодоления этих трудностей было
предложенное поэтапное изъятие систематичес-
ких погрешностей.
Сначала решают уравнения Эйлера (11.8) и
(11.9) относительно угловых скоростей, находят
оценки составляющих мультипликативных и ад-
дитивных погрешностей. Затем корректируют зна-
чения угловых скоростей по соотношению
СО, =
1+Ау
(11.10)
На втором этапе используются скорректиро-
ванные параметры ок, cov, ок-, интегрируются урав-
нения Эйлера и уравнения в перегрузках с це-
лью расчета оценок составляющих погрешнос-
тей движения центра масс ВС на основе уравне-
ний (11.9).
Обозначим через векторы dt,d2u d3 с размер-
ностями mt, т2 и /п3 оценки аддитивных и муль-
типликативных составляющих погрешностей уг-
ловых скоростей, углов и положения ВС соответ-
ственно, через е,, е2 - векторы отклонений в урав-
нениях Эйлера (3.7), е3 - вектор отклонений в
уравнениях (11.7).
Поскольку решение уравнений допускается
отдельно, то составляются соответствующие квад-
ратичные критерии отклонений:
Ф1(с/1) = е^,е1;
(^2 ) = Е2 ^2Е2 ’
Ф3 (d3) е3 G3e3,
где Gt, G2, G3 - весовые матрицы, е[ 3 - транс-
портированные векторы отклонений. Оценку па-
раметров dt,d2 и d3 можно получить как реше-
ние оптимизационных задач:
di =argdi тшФ, (cQ; (11.11)
d2 = argA min02((/2); (H.12)
<7з =argdi ггйпФ3(с/3). (11.13)
Рис 11.9. Сравнение исходных и восстановленных параметров линейного движения ВС:
/ - исходные данные; 2 - эталон: 3 - согласованные данные
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
859
Исходя из критерия оптимальности по ми-
нимуму суммы квадратов отклонений для поис-
ка минимума функционалов вида (11.11)-(11.13)
используется градиентный метод Давидона-Флет-
чера-Пауэлла 144]. Выбор данного метода обус-
ловлен высокой эффективностью (в понимании
скорости сходимости и относительной погреш-
ности). Это довольно мощная оптимизационная
процедура, очень эффективная при оптимиза-
ции большинства функций независимо от того,
квадратичные они или нет.
По данной методике был реализован программ-
ный комплекс для оценки аддитивных и мульти-
пликативных составляющих погрешностей как уг-
лового, так и линейного положения ВС. На
рис. 11.8 в качестве примера приведены резуль-
таты восстановления параметров углового поло-
жения ВС с использованием программного комп-
лекса, описанного выше. В данном примере зна-
чения угловых параметров движения, полученные
в результате летных испытаний, предварительно
смещались введением аддитивных и мультипли-
кативных ошибок и случайной составляющей с
соответствующей дисперсией.
В примере, приведенном на рис. 11.9, показа-
ны результаты восстановления параметров линей-
ного движения ВС, полученные в том же режи-
ме, что и параметры углового положения при усло-
вии, что параметры перегрузки пх, пу, п_ не согла-
совываются.
Сопоставление параметров Н, Vnp, а , получен-
ных до и после восстановления, подтверждает, что
в процессе их обработки были изъяты как случай-
ные погрешности (высокочастотная составляю-
щая), так и систематические.
Таким образом, апробация на расчетных вы-
ходных данных предложенной методики подтвер-
дила возможность выделить как случайную состав-
ляющую, так и систематическую из параметров,
которые характеризуют состояние ВС.
11.4.2. Построение траектории полета
воздушного судна
Отправной точкой в расследовании АП явля-
ется траектория движения ВС. Полет ВС - это
движение по некоторой целиком определенной
траектории, а каждое АП - это отклонение от
этой траектории. При этом траектория понимает-
ся буквально и имеется в виду не только движе-
ние ВС в воздухе, но и движение его по земле.
Например, если ВС совершает пробег после при-
земления и не заканчивает его в нужной точке, а
выкатывается за границы ВПП, то это и есть от-
клонение от заданной траектории.
Отличия траекторий зависят от факторов, при-
ведших к данному АП. Установив законы, по ко-
торым двигалось ВС, можно определить силы и
моменты, обусловившие это движение, и про-
анализировать факторы, вызвавшие их появле-
ние, т. е. необходимо провести анализ динамики
движения ВС.
Для определения положения какого-либо тела
в пространстве необходимо задать число незави-
симых координат, которые называются степеня-
ми свободы, а также нужно знать все скорости.
Это даст возможность не только определить по-
ложение тела в данный момент, но и предусмот-
реть дальнейшее его движение. С математической
точки зрения это означает, что наличие всех не-
обходимых координат и скоростей в некоторый
момент времени дает возможность получить зна-
чения ускорений в этот момент времени.
Соотношения, связывающие ускорение с ко-
ординатами и скоростями, называются уравнени-
ями движения. Относительно координат - это
дифференциальные уравнения, интегрирование ко-
торых дает возможность определить координаты
в какой-либо момент времени, траектории дви-
жения тела.
В данном случае таким телом является ВС. Оно
представляет собою трехмерное упругое тело из-
меняемой массы с центром масс, которые обтека-
ются нестационарным потоком, а следовательно,
тело имеет шесть степеней свободы поступатель-
ного и вращательного (вокруг центра масс) дви-
жений и обладает числом степеней свободы упру-
гих колебаний конструкции. Таким образом, для
описания движения ВС необходимо решить сис-
тему из бесконечного числа дифференциальных
уравнений. Однако для большинства задач дина-
мики полета современных ВС удовлетворительная
точность решения получается, если предположить,
что ВС - это твердое тело, масса и моменты инер-
ции которого будут функциями времени. В этом
случае система исследуемых дифференциальных
уравнений существенно сокращается |550].
Движение твердого тела полностью описыва-
ется движением его центра масс и вращательным
860
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
движением тела относительно центра. Отсюда воз-
никают две группы уравнений движения.
Первая группа из трех уравнений представляет
собой уравнение сил и описывает движение цент-
ра масс самолета, который при этом может рас-
сматриваться как материальная точка с массой т
в выбранной системе отсчета.
Вторая группа - уравнения моментов, кото-
рые описывают угловую ориентацию ВС относи-
тельно выбранной системы отсчета.
Ориентацию можно установить, если рассмат-
ривать относительно выбранной системы отсче-
та положение какой-либо системы координат, свя-
занной с контуром ВС. Как правило, в качестве
такой системы рассматривают систему коорди-
нат, жестко связанную с контуром ВС. Она на-
зывается связанной системой координат. Это -
прямоугольная система координат, начало кото-
рой расположено в центре масс ВС, ось ОХ
совпадает с продольной осью ВС, ось OY пер-
пендикулярна к оси ОХ и лежит в вертикаль-
ной плоскости симметрии ВС, ось OZ перпен-
дикулярна к плоскости OXY и создает правую
систему координат.
Движение центра масс ВС в зависимости от
конкретной решаемой задачи может быть опи-
сано уравнениями в проекциях на оси разных
систем координат. Наиболее часто употребля-
ются земная и скоростная система координат.
При решении задач, связанных с исследовани-
ем траекторий ВС, пользуются главным обра-
зом скоростной системой координат, жестко свя-
занной с траекторией полета. Начало координат
такой системы расположено в центре масс ВС.
Ось ОХи направлена по вектору скорости поле-
та (7 , ось OYa - по перпендикуляру к оси ОХа,
которая лежит в местной системе координат.
Уравнения движения центра масс ВС как твер-
дого тела имеют такой вид [361]:
т(v, + V.w, - V,(£>.)= X;
'«(К +Vvw.-У(0,)=Г;
ш(Й+У,(0Л -Vvcov) = Z;
7,6, + (j. - +Jn ((0,0). -6), ) = М
(11.14)
J,o\ + (JT - J.)(bv(l). -Jn. (co,co. +6э,) = Л7,;
J.co. + (/,. - Jv)covco,. -Jtr (bt -co^) = M_,
где m - масса ВС; Jx,Jy,Jz - осевые моменты
dV dVx . dV.
инерции ВС; 'v =,;
K dt dt dt 1
Vv, V, - составляющие вектора скорости центра
масс ВС по осям выбранной системы координат;
dt£> . dt£>x . dti>.
сол =—cov =—со, = ——; со , со , со. - co-
de dt ' dt “
ставляющие вектора угловой скорости вращения
выбранной системы координат; X, Y, Z - внешние
и реактивные силы, которые действуют на ВС;
М„, М. - моменты внешних и реактивных сил
относительно соответствующих осей координат; J„-
центробежный момент инерции ВС.
Уравнения (11.14) записаны в проекциях на
оси принятой системы координат.
Система уравнений (11.14) - это система не-
линейных неоднородных уравнений, найти реше-
ние которой в общем виде невозможно. Для ее
решения используют численные методы, требу-
ющие больших затрат. Но в ряде случаев уравне-
ния могут быть существенно упрощены.
К задачам расследования АП в первую оче-
редь принадлежат те, которые являются только
траекторными. При расследовании АП такие за-
дачи необходимо решать, например, анализируя
случаи столкновения самолетов в воздухе, столк-
новения с препятствием из-за отклонения от мар-
шрута полета, по вине УВД или из-за допущен-
ных ошибок в управлении самолетом. Для ре-
шения этих задач, как правило, бывает доста-
точно исследование первых трех уравнений
системы (11.14).
В других случаях, если при расследовании су-
ществует предположение, что были отказы в сис-
теме управления ВС, необходимо проверить ха-
рактеристики устойчивости и управляемости ВС.
В таком случае в расчетах надо одновременно
учитывать как уравнение сил, так и уравнение
моментов. Следовательно, возникает необходи-
мость решения полной пространственной зада-
чи. Но как показывает практика ее решение не-
обходимо не во всех случаях. Возможность уп-
рощения алгоритма вычисления, выбор методов
и шага интегрирования зависят от конкретных
условий, характера и объема исходной инфор-
мации. При этом следует помнить, что такие
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
861
расчеты носят, в основном, приближенный ха-
рактер.
Рассмотрим метод, наиболее часто используе-
мый для расчета траектории ВС.
В нормальной системе координат OXg У Z^ [139]
траектория характеризуется проекциями на соот
ветствующие плоскости: вертикальную плоскость
ОХ У; горизонтальную плоскость OX Z; боко-
вую ОУ, Zg.
Проекцию положения самолета на соответству
ющие оси этой системы координат рассчитывают
по соотношениям:
/2
^=R + Xg0;
Z|
/|
t-,
zg=\vxg + zg0,
/|
(11.15)
где t2 - значения времени начала и конца тра
ектории движения самолета; Xg0. У,о. Eg0 - началь-
ные значения параметров положения самолета в
момент времени Гр И ._ проекции скоро-
сти движения центра масс самолета на оси нор-
мальной системы координат OX f Yg Zg.
В зависимости от того, какой набор парамет-
ров движения ВС регистрируется, возможны ва-
рианты расчетов скоростей Vlg, V,.g, И*.
Так, если регистрируется перегрузка самолета
по всем трем осям (связанная система координат),
а также параметры углового положения самолета
(у,б) и углы а,Р,то возможен расчет скоростей
по следующим соотношениям:
расчет перегрузок в скоростной системе коор-
динат [139]:
лш cosacosP-и, sinacosP + /i.sin|3;
п m = и t si n a + и v cos a;
n.a = nx cosasinP + /ivsinasinP + /i.cosP,
где nx, n., n - соответственно продольная, нор-
мальная и поперечная перегрузки; a - угол ата-
ки; Р - угол скольжения;
интегрирование системы уравнений для получе-
ния истинной скорости полета Ии угла пути у( [106|:
«mcosyr -«Msiny(. -cose);
6 = -(«,
>
Wr =—~—6’»«s'nYr +n-«cosYr)’
r Vcos6V ’
где и 0 - угол наклона траектории; Yr - угол кре-
на ВС. Соответствующие тригонометрические функ-
ции скоростного угла крена рассчитываются по
соотношениям [361].
cosy, = (cos6cosoccosy + sinOsina)sec6;
sinyr = (sin6cosasinP-cos6cosysinasinP+
+ cos 6 cos у sin P) sec 6;
расчет проекции скоростей на оси нормальной
системы координат
V = V cos 0 cos у, + W ;
Evg = Vsin6 + Wvg;
=-VcosOsin\|/(.+W.g,
где Wx, W, W - составляющие скорости ветра на
оси нормальной системы координат; рассчитывают-
ся по информации от метеорологических станций.
Интегрирование системы уравнений (11.15) дает
возможность получить траекторию полета ВС. В при-
веденных соотношениях необходимо выполнить две
операции интегрирования, что влияет на конечный
результат в случае неправильного задания начальных
условий интегрирования и наличия в измерениях
параметров систематической погрешности. Этот ме-
тод целесообразно использовать при благоприятных
метрологических характеристиках датчиков перегруз-
ки и углового положения ВС.
Если защищенный бортовой накопитель дает
возможность регистрировать приборную скорость
и угловое положение ВС, то рассчитать траекто-
рии можно, выполнив такие действия:
определить истинную скорость полета в ско-
ростной системе координат. Поскольку система
регистрации записывает приборную скорость в
скоростной системе координат, необходимо скор-
ректировать приборную скорость на поправки для
получения индикаторной скорости:
V = у +5V+6V +5V ,
где Ур - приборная скорость, зарегистрирован
ная бортовыми средствами; 8УИ - аэродинами-
862
//. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
ческая поправка (учитывает показание датчиков
при изменении условий полета); 8Уинстр- инстру-
ментальная поправка (учитывает особенности кон-
струкции и технологические недостатки конструк-
ции датчика); 8У11ОСТ - поправка на постоянство
среды. Перечисленные поправки можно найти в
Руководстве по летной эксплуатации конкретно-
го типа ВС. Как правило, они являются функци-
онально зависимыми от высоты и скорости поле-
та, а также конфигурации крыла самолета;
рассчитать истинную скорость по индикатор-
ной скорости:
где Д — отношение плотности воздуха на высоте
полета к плотности на уровне моря (Д = рн/рс).
Соответствующие значения плотности р0 и рн
рассчитываются согласно стандартной атмосфе-
ре [142|;
пересчитать скорость на оси связанной сис-
темы координат:
Уг = УИ1. cosacosP;
У,. = -Уис sincccosP;
К =Kcsin₽;
имея углы, которые характеризуют положение
ВС в пространстве ( ©,у, v ), расчитать проекции
скорости в нормальной системе координат (без
учета скорости ветра):
У' = У, cos©cosi|f-yv (sin©cosycos\|T-sinysiny) +
+У. (sin ©sin у cos \|г + cosy sin у);
У'е = Уу sin ©+У, cos ©cosy - У. cos ©sin у;
У.', = -УЛ cos ©sin у + Уу (cos ycos - sin ©sin у sin ig );
скорректировать полученные данные на ско-
рость ветра по траектории полета:
у = у' +IV ;
4S ' Xg "xg’
У =у' +W ;
УК УК УК’
v=v'+w.
*-б 'К
Интегрирование системы (11.15) с получен-
ными проекциями вектора скорости дает возмож-
ность получить проекции траектории полета на
соответствующие плоскости.
В качестве примера рассмотрена процедура
построения траектории полета маневренного са-
молета при выполнении фигур высшего пилота-
жа. В тренировочном полете были выполнены сле-
дующие фигуры: косая петля; бочка; косая петля
с поворотом; петля Нестерова; петля Нестерова с
поворотом; вираж; колокол; перевернутый полет -
бочка - перевернутый полет; поворот на 270°.
Бортовой системой зарегистрированы следую-
щие параметры: приборная скорость И ; высота
полета (радиовысотомер) — /7; угол атаки мест-
ный — ам; угол скольжения — р ; угол крена — У ;
угол тангажа — ©; угол траектории — V .
Рис. 11.10. Изменения приборной скорости и высоты полета при выполнении фигур
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
863
После дешифровки записей этих параметров
выполнена процедура приведения их к отсчету
относительно базового времени и дискретизации
с одинаковым шагом (Дг = 0,1с). Для этого ис-
пользовались методы кубической и линейной ин-
терполяции.
Так как записям параметров присущи погреш-
ности (случайные и систематические), выпол-
няется процедура согласования параметров. Она
построена на использовании аналитических со-
отношений между параметрами движения са-
молета. Это уравнения Эйлера (для углового
движения самолета) и кинематические уравне-
ния (для линейного движения). После выпол-
нения этой процедуры изменения параметров
движения самолета подготовлены для анализа
и последующего построения траектории.
На рис. 11.10 приведены параметры, которые
характеризуют скорость и высоту полета самолета.
Как видно из рисунка, комплекс фигур выс-
шего пилотажа пилот выполнял в течение 5,8 мин
(из них 25 с - разбег по ВПП для взлета), в диапа-
зоне скоростей от 200 до 650 км/ч, при этом
высота полета изменялась от 200 до 1800 м.
О качестве выполнения пилотом фигур выс-
шего пилотажа можно судить по характеру из-
менений перегрузок самолета по соответствую-
щим осям (рис. 11.11). Изменение угла атаки
а,„ и угла скольжения Р приведено на рис. 11.12.
Параметры, характеризующие угловое положе -
Рис. 11.11. Изменения перегрузок самолета при выполнении фигур
Рис. 11.12. Изменения углов атаки а и скольжения Р самолета при выполнении фигур
864
//. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
t, с
Рис. 11.14. Изменения угла тангажа самолета при выполнении фигур
ние самолета в пространстве, приведены на
рис. 11.13-11.15.
Данные параметры позволяют проанализировать
состояние безопасности полетов при выполнении
пилотом этих фигур. Гарантом заданного уровня
безопасности полетов являются эксплуатационные
ограничения самолета, которые приведены в Руко-
водстве по летной эксплуатации (РЛЭ). Так, со-
гласно РЛЭ, приборная скорость при выполнении
фигур не должна уменьшаться ниже 300 км/ч, угол
атаки - не превышать 16°, а нормальная перегруз-
ка в верхних точках фигур - находиться в диапазо-
не 4,5...5,5 ед. Исключением из этих ограничений
является фигура «колокол», технология выполне-
ния которой в РЛЭ не приведена. Эта фигура раз-
работана для демонстрационных полетов и выпол-
няется пилотами-испытателями.
Сравнение данных реального полета с требо-
ваниями РЛЭ показывает: вход в первую косую
петлю выполнен на высоте 30 м (на графической
модели это высота 200 м); нарушений скоростей
на траектории не выявлено; практически все фигу-
ры пилотажа петли выполнялись при уменьшен-
ном значении вертикальной перегрузки п ~1,8...4,1,
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
865
что обусловило увеличение пространственного ра-
диуса фигур; при выполнении косой петли с по-
воротом и петли Нестерова с поворотом в верх-
ней точке фигуры были нарушены рекомендо-
ванные углы атаки; за исключением входа в пер-
вую фигуру все фигуры выполнялись согласно
требованиям графической модели полета по вы-
соте полета.
Графическая модель полета - это график тра-
ектории движения самолета при выполнении со-
ответствующих фигур с обозначениями на нем
характерных точек и значений параметров дви-
жения самолета в этих точках. Модель разраба-
тывается в соответствии с полетным заданием
пилота и является основным документом для него.
Для объективной оценки качества выполненных
фигур была рассчитана траектория полета по со-
отношениям, приведенным ранее. Так, на рис. 11.16
показана проекция траектории движения самолета
на вертикальную плоскость.
Проекция движения самолета на горизонталь-
ную плоскость приведена на рис. 11.17.
Анализ максимальных значений высоты от-
дельных фигур на плоскости показывает, что они
совпадают с записями значений высоты полета
этих фигур.
Максимальная абсолютная погрешность состав-
ляет приблизительно 40 м по высоте полета, что
отвечает погрешности записи высоты полета. Это
подтверждает, что траектория рассчитывается вер-
55 8-470
Рис. 11.16. Проекция траектории движения самолета на вертикальную плоскость
866
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Рис. 11.17. Проекция траектории движения самолета на горизонтальную плоскость
но. На рис. 11.16 и 11.17 показаны также точки,
которыми фигуры отличаются одна от другой.
Это условное распределение, так как они частич-
но налегают на переходные участки движения са-
молета, т. е. на участки разгона и торможения.
Таким образом, обозначены следующие фигу-
ры: 1-5 - косая петля; 5-6 - бочка; 6-10 - косая
петля с переворотом; 10-14 - петля Нестерова;
14-19 - петля Нестерова с поворотом; 19-20 -
вираж; 20-22 - колокол; 22-23 - перевернутый
полет - бочка - перевернутый полет; 23-24 - по-
ворот на 270°.
Анализ графиков показывает, что для реализа-
ции комплекса из девяти указанных фигур проек-
ция траектории на вертикальную плоскость впи-
сывается в прямоугольник размерами 5500 х 1500 м.
Наибольшую длину имеет участок 23-24, что со-
ставляет приблизительно 3500 м.
Анализ проекции траектории полета самолета на
горизонтальную плоскость (OXZ) (см. рис. 11.17)
показал, что проекция траектории самолета на
горизонтальную плоскость описывается прямо-
угольником размерами 5500 х 3600 м. Причем
среди приведенных фигур на горизонтальной
плоскости максимальную площадь имеет фигура
поворот на 270°- 2500 х 2600 м.
Следовательно, тренировочный полет был вы-
полнен в зоне, размеры которой составляют, м:
Х = 5500; Н = 1500; Z= 3600.
Приведенный пример показывает, что парамет-
ры, зарегистрированные бортовой системой, поз-
воляют проанализировать технику пилотирования
самолета и выявить основные отклонения, влия-
ющие на безопасность полетов.
11.4.3. Методы определения массы
воздушного судна
При расследовании АП необходимо выявить
все возможные факторы, которые могли бы стать
его причиной. Одним из них может быть лиш-
няя масса самолета (перегрузка ВС коммерческим
грузом). Поэтому расчетная группа должна опре-
делить массу самолета в момент АП. Для опреде-
ления массы самолета по параметрической ин-
формации используют следующие методы расче-
тов: по темпу изменения характеристик разбега
по взлетно-скоростной эпюре; по параметрам дви-
жения самолета в момент отрыва его от взлетно-
посадочной полосы; по характеристикам движе-
ния самолета; по кривым потребных и располага-
емых тяг (мощностей) самолета (метод тяг Жу-
ковского).
Для расчетов при помощи этих методов необхо-
дима следующая априорная информация: атлас аэро-
динамических характеристик конкретного типа ВС;
высотно-скоростные и дроссельные характеристики
двигателя, установленного на ВС; данные о состоя-
нии взлетно-посадочной полосы и метеорологичес-
ких условиях на трассе полета, а также в аэропортах
взлета и посадки; результаты расшифровки парамет-
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
867
ров движения и параметров управления ВС, с кото-
рым случилось АП; Руководство полетной эксплуа-
тации конкретного типа ВС; метрологические харак-
теристики датчиков и системы регистрации, уста-
новленные на конкретном типе воздушного судна.
Рассмотрим детальнее алгоритмы, применяе-
мые в перечисленных методах.
Определение массы по темпу изменения харак-
теристик разбега воздушного судна. Метод базиру-
ется на сравнении зарегистрированного продоль-
ного ускорения (скорости) ВС с расчетным, по-
лученным с помощью математической модели ВС.
Если на ВС есть возможность регистрации про-
дольного ускорения, то рассматривается отрезок раз-
бега с момента старта до момента подъема колеса
шасси. В случае регистрации приборной скорости
длина отрезка изменяется. Рассматривается отрезок
от момента достижения значения 90-100 км/ч при-
борной скорости до момента подъема колеса шасси.
Выбор этого режима полета для расчетов обус-
ловлен такими преимуществами:
значение истинного угла атаки на этом отрезке
определяется из соотношения:
а =0 +ф ,
где Ос1 - угол тангажа ВС во время стоянки на
ВПП; <ркр - угол установки крыла на ВС. В про-
цессе движения угол атаки практически не изме-
няется. Если изменения происходят, то они бу-
дут зафиксированы изменением угла тангажа;
абсолютное значение аэродинамических сил в
процессе разбега ВС и их влияние на ускорение
самолета незначительно, так как скорости разбега
еще малы и мал угол атаки;
значение взлетной тяги двигателей задается
высотно-скоростными характеристиками двигате-
ля, полученными по результатам стендовых ис-
пытаний, с учетом соответствующих потерь на
отбор воздуха, необходимого для работы функ-
циональных систем самолета.
Расчет тяги по оборотам компрессора высоко-
го давления имеет большую погрешность по срав-
нению с предельными отклонениями при регули-
ровке двигателя (2 %).
Тогда модель движения самолета по ВПП мож-
но записать с помощью уравнений (скоростная
система координат):
'«Ё = Е picosar + х« ~ F ~ mS sin6В|1П ; (Ц.16)
£f>sinap + Ya + TV - wg cos 0ВПП =0; (11.17)
(=1
=«-<РкР+<РдВ;
pV2 pV2
L = Vcos6Bnn ; Xa = cm^-S-,Ya = cya F = Nf,
где V - продольное ускорение самолета в про-
цессе разбега; т - масса самолета на момент взле-
та; Р - изменение тяги z-го двигателя на взлет-
ном режиме в зависимости от скорости; Ха - сила
лобового сопротивления; У - подъемная сила; F-
сила трения-качения колес ВС по ВПП; N- нор-
мальная сила реакции колес от ВПП; 6ВПП - угол
наклона ВПП относительно горизонта; <рдв - угол
установки двигателя в горизонтальной плоско-
сти, п - количество двигателей; f - коэффициент,
характеризующей состояние ВПП; сха,суа - соот-
ветственно коэффициенты лобового сопротив-
ления и подъемной силы ВС в скоростной систе-
ме координат.
Аналитическое выражение для расчета изме-
нений ускорения в процессе разбега ВС по ВПП
получим из совместного решения уравнений
(11.16.), (11.17):
Ём =- Е^Гсо5(а-фкр+<рд,)+
L f=l L
+ /sin(a-(pKp +<рлв)]-
- (си, - /<а. )^у-s - /,js (f cos евпп sin евпп) I. (11.18)
Поиск оценки взлетной массы ВС проводится
с помощью процедуры минимизации критерия
следующего вида [245]:
= , (П.19)
где т - масса ВС; V(?0) - начальное ускорение
движения ВС; V(?) - изменение ускорения дви-
жения ВС, зарегистрированное параметричес-
ким накопителем; Ём (?) - изменение ускоре-
ния движения ВС, рассчитанное по математи-
ческой модели.
868
//. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
Рис. 11.18. Сравнение экспериментальных и расчетных ускорений самолета на этапе разгона:
1 - запись МСРП-256; 2 - модель
В результате оптимизации критерия (11.19) по-
лучим оценку взлетной массы ВС. Погрешность
этой оценки можно определить как погрешность
косвенного измерения. В качестве примера на
рис. 11.18 приведены графики изменения уско-
рения самолета Ил-86, зарегистрированные сис-
темой МСРП-256 и полученные с помощью рас-
смотренной модели. В процессе расчетов была по-
лучена оценка взлетной массы ВС, которая со-
ставляла 205,8 т. Условия взлета: 1 - температура
наружного воздуха, Гнв = 19 °C; Ри = 721 мм рт.ст.;
0КПП - уклон ВПП, 0Rnn = —0,37 %.
Определение массы по параметрам движения воз-
душного судна в момент отрыва от взлетно-посадочной
полосы. В автоматизированной системе обработки
параметрической информации момент отрыва само-
лета от ВПП определяется по характеру изменений
нормальной и боковой перегрузки (если они регист-
рируются). Существуют и другие методы определе-
ния этого момента: по выходу на постоянный режим
угла атаки, по срабатыванию датчиков нагрузки амор-
тизаторов основных колес шасси и пр.
Для получения оценки взлетной массы исполь-
зуется уравнение (11.17). В этом уравнении при-
нимается, что в момент отрыва самолета от ВПП
нормальная реакция отсутствует (У=0), тогда ре-
шение уравнения относительно т и дает выраже-
ние для расчета массы самолета:
Psinar+0,5c 5ркД
т =----------------------
gcosOBnrl
где сШ(лр - коэффициент подъемной силы в мо-
мент отрыва ВС от ВПП, рассчитывается из со-
отношения
с —с + Ас + Ас + Ас + Ас
су«отр Суаосн ' uty<jp.B ’ ^^улзем ти1,адст >
с значение коэффициента подъемной силы в
зависимости от угла атаки (без учета земли; органы
управления в нейтральном положении); Лсгарв - из-
менение коэффициента подъемной силы за счет от-
клонения руля высоты от нейтрального положения;
Лси,С1 - изменение коэффициента подъемной силы,
обусловленное отклонением стабилизатора; Дсшзем -
приращение коэффициента подъемной силы в зави-
симости от влияния земли; Дсташ - изменение коэф-
фициента подъемной силы за счет выпуска шасси;
Уотр- истинная скорость самолета в момент отрыва.
Оценка переменной массы самолета получена
косвенным методом, и потому она должна приво-
диться с указанием области ее изменений и веро-
ятности получения.
Определение массы по характеристикам движе-
ния воздушного судна по траектории. Используя па-
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
869
раметрическую информацию о движении само-
лета (угол атаки, углы крена и тангажа, угловых
скоростей, а также и скорости и высоты полета),
при помощи методов параметрической иденти-
фикации можно получить оценки полетной мас-
сы и центровки самолета.
Рассмотрим движение самолета в связанной
системе координат, которая дает возможность ис-
ключить из расчетов тягу двигателей, т.е. умень-
шить количество неизвестных.
Система уравнений в проекциях на оси свя-
занной системы координат, которая описывает
процесс, имеет вид:
т (у, + V,tov - Vv(0. ) = У Р, - (ctt. cos (а - <ркр) -
1=1
-суе sin (а - <ркр ))q„S- mg sin О;
m(Vy + VxtO. - VCto,) = (c„ sin (a -<PKp )+
+cwcos («-<PkP))<7aS - cos 19 cosy;
J (b_ - (ы2 - to,)+ (Л - Jx )to,to„ =
= ['?C + ф«сок(“-(Ркр)Сч -0,25)]<7„S^ -
4 n I/2
(Ц.20)
i=i
где m — масса ВС; У,,У,,У. - проекции скорос-
ти полета на оси связанной системы координат;
<ркр — угол установки крыла относительно продоль-
ной оси фюзеляжа; qh — скоростной напор на за-
данной высоте полета; со,.ох,со. — проекции уг-
ловой скорости ВС на оси связанной системы ко-
ординат; Р — тяга j -го двигателя; сп,. си — коэф-
фициенты соответственно подъемной силы и
лобового сопротивления в полусвязанной системе
координат; О, у — текущие значения соответствен-
но углов тангажа и крена на этапе рассматрива-
емого полета; Jt,J ,J. — моменты инерции ВС
относительно осей связанной системы координат;
J „ — момент инерции; х, — центровка ВС на ре-
жиме; у, — превышение оси i -го двигателя над
строительной осью фюзеляжа; 8,ЬЛ — соответствен-
но площадь и средняя аэродинамическая хорда
крыла; рн — плотность воздуха на заданной вы-
соте полета Н, V — истинная скорость полета.
Коэффициент продольного момента рассчиты-
вался из выражения:
+Д(/п? )/г +Дл/, +Ьт. +Дт. + &т. +Дш, ,
\ / ' *р.В ""ИНТ 'Р *’н
где "1-кн - основной коэффициент продольного мо-
мента жесткого ВС в рассматриваемой конфигура-
ции, с убранным шасси при центровке 25 % отно-
сительно средней аэродинамической хорды и ней-
тральном положении органов управления; (Д/л. )а=0 -
изменение основного коэффициента продольного
момента: при а=0 из-за влияния аэроупругости;
Д )а - изменение основного коэффициента про-
дольного момента из-за влияния аэроупругости на
наклон зависимости основного коэффициента (на
линейном участке); mz ~ изменение основно-
го коэффициента продольного момента, обусловлен-
tO.fe,, )
ное темпом изменения угла атаки; I - из-
менение основного коэффициента продольного мо-
мента в зависимости от темпов изменения скорости
тангажа; - изменение основного коэффи-
циента продольного момента, обусловленное нор-
мальной перегрузкой п,; ^т-с. , ,
Д»».п. - изменение основного коэффициента про-
дольного момента за счет отклонения стабилизатора,
руля высоты, секций интерцепторов, руля направле-
ния от нейтрального положения; Д/н.^ - изменение
основного коэффициента продольного момента, обус-
ловленное скольжением.
Для упрощения решения системы уравнений
(11.20) необходимо выбрать режим полета, в кото-
ром некоторые параметры равны нулю.
Это установившиеся режимы горизонтально-
го полета, где V, = V, = V, = to, = to, =0. Поэтому
при анализе параметрической информации необхо-
870
11. РАССЛЕДОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
димо выбирать горизонтальные участки полета, ко-
торые бы удовлетворяли указанному условию.
Процедура поиска полетной массы и центров-
ки ВС построена в виде последовательного ите-
рационного процесса, который включает одномер-
ную оптимизацию функционала на каждом шаге
с целью поиска заданной оценки.
На первой итерации проводилась оценка по-
летной массы ВС, полученная в результате реше-
ния оптимизационной задачи, т. е. для заданных
параметров полета (Н, V, Xj. а, 0),, и,., <рс|.
8С1, 8икг, 8Н), которые минимизируют функцио-
нал , было найдено удовлетворительное реше-
ние (/лпол):
-12
схе sin(a-<p )+cvf cos(a - tp ) - 8 cos flcos у
QhS J ’
(П.21)
где cxe, cyt - коэффициенты соответствено лобо-
вого сопротивления и подъемной силы полусвя-
занной системы координат; а - угол атаки.
После этого проводился поиск оценки цент-
ровки ВС Хр исходя из условия достижения ми-
нимума функционалом, который имеет следую-
щий вид:
JJ
Q„SbA
+С, c0S(«-<Pkp)(^ “0’25)]+±±77~
Qh^A
(11.22)
где JJ = Jja, -J„ (о* - левая
часть третьего уравнения системы (11.20). Мо-
менты инерции J., J х, Jу, ./„были рассчитаны на
этой итерации, исходя из полетной массы т1Ю:1;
ЬА - значение средней аэродинамической хорды
крыла; т,е- коэффициент продольного момента
ВС; Р. - тяга z-го двигателя ВС; у; - расстояние
от оси двигателя до продольной оси фюзеляжа.
В результате была получена оценка центровки хт.
Рис. 11.19. Зависимость потребных и располагаемых тяг от скорости движения и полетной
массы самолета Ил-76
11.4. Исследование динамики движения воздушного судна при расследовании АП
871
У„₽, км/ч
Рис. 11.20. Зависимость массы самолета от приборной
скорости
На второй итерации по полученной оценке цент-
ровки хт уточнялась оценка полетной массы ВС
тпоп, моментов инерции J., Jx, Jv, J„ и цент-
ровки хт. После этого строились показатели
е1 = - "«поя,-! | > е2 = I^Tf - *т,-| I и анализировал-
ся их модуль. Выход из итерационного процесса
происходил при достижении показателями следу-
ющих значений: е, <0,1 и е2< 0,0001.
Определение массы ВС с помощью кривых по-
требных и располагаемых тяг (мощностей). Основ-
ным условием использования метода тяг (мощнос-
тей) Жуковского для определения массы ВС явля-
ется наличие постоянного режима полета, где рас-
полагаемая и потребная тяги (мощности) равны.
Для выполнения этого условия по записям па-
раметрического регистратора определяют отрезок
постоянного режима полета ВС (постоянные ре-
жимы горизонтального полета, набора высоты,
поворота и др.). Потом выбирают ряд значений
скоростей и вычисляют соответственно этим ско-
ростям потребные тяги для разных масс самолета,
используя уравнение для сил, которые действуют
на самолет в установившемся движении:
(11.23)
где Ха - сила лобового сопротивления ВС; т -
масса ВС в данный момент времени; 0 - угол
наклона траектории.
Диапазон изменений приборной скорости для рас-
чета потребных тяг выбирался из условия
У11р = УЖ| ±50 км/ч, а диапазон изменений массы
самолета т1ЮЛ = шрасч ± 20 %. В этих соотношениях
V,p - приборная скорость, зарегистрированная на
рассмотренном режиме полета; /нпоя - априорное
значение массы самолета (полученное, например,
другими методами). В расчетах также использует-
ся априорная информация об аэродинамических
характеристиках данного типа ВС. Такая инфор-
мация может быть получена как в летных испыта-
ниях, так и в аэродинамических экспериментах.
Так, например, на рис. 11.19 приведены
графики потребных тяг Рцотр самолета в зависи-
мости от приборной скорости Vp в горизон-
тальном полете для различных масс.
На том же рисунке приведен график измене-
ний располагаемой тяги Т двигателей самолета.
Значение этой тяги рассчитывается согласно вы-
сотно-скоростным характеристикам двигателя
данного самолета с учетом затрат тяги на систе-
мы самолета.
Точка пересечения кривых располагаемых и
потребных тяг будет отвечать постоянным ре-
жимам полета при разных скоростях и массах
самолета. В этих точках (см. рис. 11.19) опреде-
ляют скорость полета (Ц, V,, У3,.„, 1<) для са-
молетов разных масс и строят график т1Ю:1 =
= /(У)(рис. 11.20).
Используя этот график по величине заданной
скорости () на выбранном отрезке полета рас-
считывают массу самолета (трасч).
При помощи вышеприведенных средств рас-
чета массы самолета в ряде расследований АП
были определены взлетные массы самолетов.
Таким образом, перечисленные методы дают
возможность найти оценки полетной массы ВС
на разных участках его движения.
Чтобы получить значение массы самолета на
момент АП, необходимо рассчитать затраты топ-
лива на соответствующий участок траектории по-
лета (на момент которого рассчитана масса) к
моменту АП. Такие расчеты возможны, так как
практически на всех гражданских ВС регистри-
руются мгновенные затраты топлива на работу
каждого двигателя или суммарный остаток топ-
лива в топливных баках самолета на протяже-
нии всего полета.
Глава 12
АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
12.1. ТЕРРОРИЗМ НА АВИАЦИОННОМ ТРАНСПОРТЕ
12.1.1. Понятие о терроризме, характеристика
и анализ угроз гражданской авиации
История терроризма. История современного
терроризма уходит своими корнями в глубь ве-
ков, однако вопросы, связанные с понятием тер-
роризма и его разновидностями, по сей день вы-
зывают дискуссии в научных кругах и пока не на-
шли окончательного ответа. История убедительно
подтверждает, что и представители власти, и кри-
минальные элементы в борьбе за свои интересы
постоянно обращались к террористическим мето-
дам. Предшественники нынешних террористов
заложили основы, начиная с которых терроризм
стал принимать свой современный вид. Нельзя
бороться с терроризмом, не имея даже малейшего
представления о нем, условиях и причинах его
возникновения, видах и современных трактовках.
Так, еще в I в. н. э. в Иудее действовала секта
сикариев (от лат. сика - кинжал или короткий меч),
уничтожавшая представителей еврейской знати, со-
трудничавших с римлянами. Фома Аквинский и
отцы христианской церкви не отвергали идею убий-
ства правителя, враждебного (по их мнению) наро-
ду. В средние века представители мусульманской
секты ассошафинов убивали префектов и калифов,
а некоторые тайные общества в Индии и Китае
практиковали политический террор. На территори-
ях современного Ирана, Афганистана и некоторых
других стран шокирующий страх на своих против-
ников из мусульманской суннитской знати и пра-
вителей наводила тайная могущественная секта ис-
маилитов, использовавшая в своей борьбе искус-
ные способы физического устранения людей [450].
Немецкий радикал Карл Гейнцген [450] в 1848 г.
доказывал, что убийство применимо в политичес-
кой борьбе и что физическая ликвидация сотен и
тысяч людей может быть оправдана исходя из «выс-
ших интересов человечества». Будучи (в какой-
то мере) основоположником теории современного
терроризма, он считал, что силе и дисциплине ре-
акционных войск нужно противопоставить такое
оружие, с помощью которого небольшая группа лю-
дей может создать максимально возможный хаос.
При этом Гейнцген надеялся на отравляющий газ,
ракеты и другие средства уничтожения. Такая кон-
цепция и есть так называемая «философия бомбы»,
появившаяся в XIX в., хотя ее корни уходят в гре-
ческую историю к оправданию тираноубийства.
«Философия бомбы» получила дальнейшее раз-
витие в бакунинской «теории разрушения», в ра-
ботах которого просматривается тенденция о при-
знании только одного действия - разрушающего,
а в качестве средств борьбы предлагается яд, нож
и веревка. Бакунин считал, что революционеры
должны быть глухи к мучениям обреченных и не
идти на какие-либо компромиссы, а русская поч-
ва должна быть очишена мечом и огнем.
В 1970-е годы анархистами бьыа выдвинута док-
трина «пропаганды действием», основывающаяся на
позиции того, что не слова, а только террористичес-
кие действия могут инициировать народ осуществ-
лять давление на правительство. Та же позиция бььта
у П. А. Кропоткина, при определении анархизма
как «постоянного возбуждения с помощью слова ус-
тного и письменного, ножа, винтовки и динамита».
В конце XIX в. Иоганну Мосту принадлежит
особая роль в пропаганде терроризма в Европе и
США, проповедовавшему «варварские средства
борьбы с варварской системой».
Со второй половины XIX в. терроризм стано-
вится постоянным фактором общественной жизни,
а его представителями стали русские народники, ра-
дикальные националисты в Ирландии, Македонии,
Сербии, анархисты во Франции, националисты и
анархисты Италии и Испании, а также расисты США.
До начала первой мировой войны терроризм
считался орудием левых, но к нему приходили и
индивидуалисты без политических платформ, и
националисты различных ориентаций, а по окон-
чании войны терроризм на свое вооружение взяли
правые национал-сепаратисты, фашистские дви-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
873
жения (Германия, Франция, Венгрия) и «железная
гвардия» (Румыния). Крупнейшими террористи-
ческими актами того времени были политические
убийства К. Либкнехта и Р. Люксембург в 1919 г.,
югославского короля Александра и французского
премьер-министра Барту в 1934 г. Основу этих дви-
жений составляют различные идеологические плат-
формы, но те и другие приверженцы концепции
«философии бомбы» и «пропаганды действием».
Спектр мотивов для использования методов тер-
рора существенно расширился в XX в. Для русских
народников, «первомартовцев» и эсеров терроризм
стал самопожертвованием на благо общества, но уже,
например, для «Красных Бригад» - это способ и
средство самоутверждения. Далее терроризм уверен-
но перенесся на государственный уровень, чего ра-
нее не было. Если государство воздействовало на
своих граждан беззаконием внутри страны, то эти
тенденции переносились и за пределы ее границ,
например, фашистская Германия, осуществившая на-
падение на Польшу и давшая «хороший урок» всему
миру, а после развала СССР соответствующие зерна
были брошены и стали прорастать на постсоветской
почве. Сегодня миру уже грозят ядерным террориз-
мом, терроризмом с применением отравляющих ве-
ществ. Похищение людей в целях шантажа или по-
лучения выкупа приобрело характер эпидемии, а
кибертерроризм (информационный терроризм) уже
испытали на себе многие люди.
Современный международный терроризм ха-
рактеризуется:
широким размахом и отсутствием четких госу-
дарственных границ;
связями и взаимодействием с международными
террористическими центрами и организациями;
строгой организационной структурой (инте-
грирующую руководящую и оперативную дея-
тельность. разведку и контрразведку, материаль-
но-техническое обеспечение, боевые группы, при-
крытие и др.);
жесткой конспирацией и тщательным отбором
кадров;
агентурной сетью, охватывающей правоохрани-
тельные и государственные органы;
отличным техническим оснащением;
наличием разветвленной сети конспиративных
укрытий, учебных баз и полигонов.
Очевидно, что имея современные средства ве-
дения информационной войны, международный
терроризм навязывает людям свои идеи, решает
мобилизационные задачи, привлекая как моло-
дежь, так и профессиональных наемников.
Сегодня терроризм - это уже не только дивер-
санты-одиночки, угонщики самолетов и убийцы-
камикадзе, а мощные структуры с соответствую-
щим масштабам их деятельности оснащением. При-
меры Афганистана, Таджикистана, Косова, Чечни
и стоящие за ними мощные покровители и доноры
показывают, что современный терроризм способен
вести диверсионно-террористическую войну, а так-
же участвовать в масштабных вооруженных кон-
фликтах. Терроризм сегодня превратился в при-
быльный бизнес глобального масштаба со своим
рынком труда (наемники, тыловики и др.) и вло-
жениями капитала (поставки оружия, наркоторгов-
ля и др.). Например, в ходе войны на территории
бывшей Югославии ежегодно хорватским, мусуль-
манским и албанским силам осуществлялись поставки
оружия и военной техники на миллиардные суммы.
Терроризм - толкование термина. Многие ис-
следователи отождествляют терроризм с насили-
ем, хотя трактуют его довольно ограниченно (как
угрозу или использование силы для причинения
физического ущерба лицу либо группе лиц), не
охватывая широкого толкования в смысле лише-
ния свободы и нарушения прав человека.
В русском языке «террор» определяется как уст-
рашение противника путем физического насилия,
вплоть до уничтожения, а терроризм есть ни что
иное как практика террора [14]. В толковом словаре
В.И. Даля подчеркивается нацеленность террориз-
ма - устрашать смертью, насилием. Часто в литера-
туре террор трактуется как политика устрашения,
насилия и расправы с политическим противником,
вплоть до физического его уничтожения. Польский
ученый А. Бернгард определяет терроризм как на-
силие и устрашение, используемое более слабым в
отношении более сильного. Различные авторы, оп
ределяющие понятие «терроризм», акцентируют
внимание на том, что террористическая акция, при-
чиняющая непосредственный ущерб жертве, также
рассчитывается на получение психологического эф
фекта. направленного, например, вызвать обще-
ственный резонанс, который создает в обществе
ощущение безнаказанности и всемогущества терро-
ристов, беззащитности людей и бессилия властей.
Большинство специалистов соглашается с такой
трактовкой терроризма, как использование силы в
политических целях, как специфическая форма на-
силия, что позволяет отделить терроризм от обыч-
874
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ного уголовного преступления. В этой связи необ-
ходимо отметить, что в последнее время появился
такой термин, как «уголовный терроризм», направ-
ленный на совершение террористических акций уго-
ловными элементами, например мафией, с целью
шантажа, а также запугивания властей и населения,
вымогательства и т. д.
Существуют отдельные подходы, связанные с на-
хождением различия по характеру действий, т. е.
считается, что террор - это открытые, демонстра-
тивные действия, а терроризм проявляется в конс-
пиративных, нелегальных действиях. Некоторые
авторы отстаивают свою правоту, считая, что терро-
ризм - это преступление, а т еррор - способ действия
любого субъекта (государства, организации, физи-
ческого лица) с использованием силы, угрозы, уме-
нием вызывать чувство страха, но все же часто эти
понятия отождествляются. Существует сравнение тер-
рора с такими понятиями, как агрессия, геноцид,
при этом считают, что это массовое насилие, при-
меняемое субъектами власти, в связи с чем рассмат-
риваются такие понятия, как белый, красный, су-
дебный и административный террор [404].
С учетом черт и тенденций развития современ-
ного терроризма, можно отнести его к числу транс-
национальных преступлений [404|, для чего необ-
ходим единообразный подход к его толкованию и
выработке международно-правовых позиций для
согласованных оценок и антитеррористических дей-
ствий. В международных правовых источниках пред-
лагаются различные подходы к построению модели
и созданию юридических признаков терроризма,
отражающих его концептуальные и понятийные ас-
пекты. Исходя из этого при определении террориз-
ма предлагается связать его со способами самого
насилия посредством использования оружия, взры-
вов, поджогов и т. д., а также включить такие поня-
тия как использование силы; вовлечение случай-
ных людей; ни в чем не повинные жертвы преступ-
лений; любые несанкционированные законом дей-
ствия, вызывающие страх и ужас в широких слоях
населения; насилие, связанное с действиями оппо-
зиции к власти по политическим мотивам и др.
Классификация терроризма. Как следствие ис-
ключительной сложности, многообразия форм,
подходов к толкованию и политических противо-
речий в оценках, на сегодня не сформулированы
единые позиции к классификации терроризма.
Известные специалисты в области философии,
политологии, истории, психологии, государства и
права предла!ают различные классификации терро-
ризма, основываясь на различных специфических
критериях, что, несомненно, отражает всю сложность
и полиморфность этого явления. Существующее мно-
гообразие и даже несовместимость подходов при ис-
следовании этой проблемы дает возможность ученым
и практикам в области права наиболее обоснованно
выявлять общественную опасность терроризма. Наи-
более значимы в уголовно-правовом аспекте те его
признаки, которые позволяют определить юриди-
ческий характер состава преступления.
Рассматривая различные подходы к классифи-
кации терроризма, можно сказать, что наиболее
распространенными являются следующие триад-
ные формы терроризма, основанные на различ-
ных признаках.
1. Социальный; политический; идеологический.
2. Угнетенных этнических меньшинств; осво-
бодительных движений; индивидов и групп по
политическим мотивам с целью изменения поли-
тической системы.
3. Национальный (например, серия убийств в
Германии (в начале 1920-х годов) политиков, выс-
тупавших за сотрудничество с Западом, что рассмат-
ривалось как национальное предательство); идео-
логический (например, серия убийств русскими
эмигрантами советских дипломатов Т. Нетте в Лат-
вии (1926 г.), П. Воейкова в Варшаве (1927 г.) и др.
с главной целью обострения отношений СССР с
Западом, при этом основным стимулом была нена-
висть к коммунистам); геополитический (сочетает-
ся с национальным и идеологическим, но в основе
концепции лежит расширение «жизненно важного
пространства», что, например, стало средством осу-
ществления политики нацистской Германией ) [538].
4. Внутренний (действия граждан против сво-
его государства на своей территории); транснаци-
ональный (действия граждан одного государства
против своих соотечественников на территории
другого); международный (международные, меж-
национальные группы террористов, действующих
против другого (других) государства).
5. Революционный-контрреволюционный; го-
сударственный внутренний; государственный
международный.
Известны и более простые виды терроризма, на-
пример, государственный и оппозиционный.
Российские специалисты разделяют терроризм
на: революционный; контрреволюционный; субвер-
сивный (ориентированный на дестабилизацию сис-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
875
темы); репрессивный (направленный на подавле-
ние); физический; духовный; селективный (свя
занный с индивидуальными террористическими ак-
тами); слепой (направленный против неопределен-
ного круга лиц); провокационный (характерный для
международного терроризма); превентивный (реа-
лизуемый спецслужбами государств); военный (слу-
чай, когда в военной стратегии предусматривается
бесчеловечность, беспощадность и жестокость во-
енных операций, затрагивающих мирное населе-
ние, детей, военнопленных и т. д.); криминальный
(связанный с ростом преступности до уровня вы-
хода из-под контроля правоохранительных органов).
Существующий в современном российском об-
ществе терроризм классифицируют по следующим
видам: политический; уголовный; национальный и
религиозный; государственный; стихийный и орга-
низованный; воздушный; международный.
Разные позиции относительно критериев клас-
сификации терроризма вызывают определенные
дискуссии в научных кругах, например, с точки
зрения правового регулирования и правовых
средств борьбы являются сомнительными такие
разновидности, как внешний и внутренний госу-
дарственный терроризм, поскольку в разрезе меж-
дународной политики, и в какой-то мере, между-
народного права, довольно сложно добиться со-
гласованных оценок относительно того, какое го-
сударство и какую государственную политику
можно отнести к терроризму. А вот свойственный
тоталитарным режимам внутренний государствен-
ный терроризм, проводимый против своих граж-
дан, не может оцениваться в рамках действующе-
го в государстве права, поскольку оно является
его инструментом. Поэтому акцентируется внима-
ние на том, что выделение такого класса террориз-
ма, как государственный, будет некорректным.
Сейчас уже видно, что терроризм рассматрива-
ется как один из результативных способов реализа-
ции внешнеполитических задач и его активно на-
чали использовать государственные структуры. На
этой волне активное развитие получил спецтерро
ризм - интегрирующий сотрудничество спецслужб
с террористами, что в конечном итоге приведет к
размыванию границ между ними и развалу госу-
дарственности. В этой связи наиболее ярким явля-
ется колумбийский пример, когда с помощью чрез-
вычайных международных мер государство было
освобождено от практически полного контроля нар
комафии. Еще один пример - Ангола, где во время
войны спецслужбы всех втянутых в конфликт го-
сударств руководили племенными бандами и др.
Если рассматривать терроризм в аспекте его
приложения к точечным акциям, которые реали-
зуются политическими, этническими или религи-
озными меньшинствами, то его можно разделить
на: идеологический; этнический; религиозный;
криминальный; индивидуальный.
Идеологический терроризм направлен со сторо-
ны носителей политических идеологий, которые по
различным причинам оказались за границами офи-
циальной (легитимной) политики. Такие идеологии
вариативны в различных обществах и то, что в одном
государстве относится к подпольному и маргиналь-
ному, в другом может свободно существовать даже в
парламентском выражении. Но не все антизаконные
идеологии приводят к террору. Как правило, это след-
ствие безысходности при влиянии на социально-по-
литическую реальность и только те идеологии ведут
к террору, в основу которых положена фундамен-
тальная и догматизированная концепция по отноше-
нию к абсолютной нелегитимности существующего
строя, в котором находятся представители какой-либо
альтернативной политической силы.
Этнический терроризм основан на националь-
ной платформе, носителем которого являются эт-
нические меньшинства, включенные в состав ма-
жоритарной группы, отказывающей им в опреде-
ленных правах, например, в этнополитическом
самоопределении. В этом случае этнические мень-
шинства допускают использование терроризма как
единственного инструмента, дающего возможность
заявить о своих правах при невозможности пол-
ноправного политического участия в определении
своей судьбы. В отдельных случаях этнический
терроризм может носить расовый характер. При-
мерами такого терроризма может служить деятель-
ность организации басков, сицилийских сепара-
тистов, ирландцев, курдов и др.
Религиозный терроризм связан с соответствую-
щими действиями религиозных меньшинств или
актива главенствующей религии, подпавшей под
враждебное влияние марионеточных властей. В этом
случае терроризм приобретает теологическую окрас-
ку, связанную с принижением неверных или ино-
верцев; в неортодоксальных религиях, например,
члены секты отождествляются с избранными, спа-
сенными, а остальные - с проклятыми, поэтому оп-
равданность насилия в глазах сектантов становится
само собой разумеющейся. Ярким примером может
876
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
быть сионистский терроризм в Палестине, совре-
менный исламский терроризм, суицидальное сектан-
тство «Храма Народов» пастора Джима Джонса и др.
Криминальный терроризм - явление редкое, обыч-
но служащее инструментом более общей идеологи-
ческой цели и в отличие от банального бандитизма
выдвигает более глобальные требования, нежели про-
стая нажива. Как правило, этот тип терроризма со-
провождается требованиями полуполитического ха-
рактера, связанными с получением транспорта для
выезда из определенной зоны, освобождением зак-
люченных и др. Криминальный террор (по анало-
гии с другими видами) направлен бросить вызов
всей социально-политической и юридической сис-
теме, а не просто получить материальную выгоду,
поэтому он будет таковым лишь тогда, когда пре-
ступная организация будет достаточно идеологизи-
рованной и структурированной общностью с харак-
терными элементами, которые свойственны другим
вышеперечисленным типам, т.е. криминальный тер-
роризм реален, если преступная группировка носит
идеологический, этнический или религиозный ха-
рактер. Тогда даже обычные материальные требова-
ния, выдвигаемые властям, имеют прагматический
характер и составляют одно звено в цепи подрыв-
ных действий.
Примерами такого терроризма могут быть дей-
ствия большевистских и анархистских налетчиков
и грабителей, этнические мафии США (еврейс-
кая, сицилийская, китайская и др.), отдельные
ограбления банков левыми экстремистами и т.д.
Индивидуальный террор - особое явление, глав-
ным носителем которого выступает не общность,
а отдельная личность, действия которой коренятся
в ее сугубо личностном, субъективном состоянии
и не зависят от ее идеологической ориентации,
что сразу следует отграничить от действий одино-
чек-революционеров, националистов, религиозных
фанатиков или преступников, свойственных дру-
гим вышеперечисленным типам.
Под этим терроризмом понимается насилие ин-
дивида над другими членами общества, как выра-
жение своего экзистенциалического протеста и лич-
ного восстания против общества (не обоснованного
в рационально-идеологическом аспекте). Этот вид
терроризма обычно связан с психической травмой,
которая или предшествует, или происходит в мо-
мент террористического акта . Это достаточно ши-
роко описал известный писатель и философ, близ-
кий к экзистенциализму, - Альбер Камю в повести
«Посторонний» (1944 г.), тема которой - «абсурд-
ность» жизни. Подразумевается такое состояние че-
ловека, в котором присутствует глубинное ощуще-
ние собственной противоречивости и принципи-
альной несовместимости с окружающим миром и
обществом, а его бытие альтернативно собственно-
му окружению (т.е. «или он, или общество»). Реак-
ция на такое социальное состояние трансформиру-
ется в припадок агрессии и спонтанный (продуман-
ный) терористический акт, несущий ту же смысло-
вую нагрузку, что и другие типы, т.е. невозможность
законными средствами заставить общество считаться
с конкретной личностью и ее бытием.
Как показывает практика, индивидуальный тер-
роризм свойственен либеральному обществу, ког-
да коллективное противостояние системе в нем
почти невозможно. Индивидуальный и немотиви-
рованный терроризм находит свое отражение и в
разновидностях террора, так как влечение к тако-
му типу самореализации даже в более идеологи-
зированных и организованных подрывных струк-
турах говорит об особой структуризации личнос-
ти, склонной к повышенной возбудимости, резко
и болезненно ощущающей свою обособленность.
В последнее время над человечеством нависла
угроза радиоактивного (ядерного), химического и
биологического терроризма. Эти виды опасного
воздействия на живых существ и природу по сво-
им масштабам и последствиям превосходят обыч-
ные (известные) средства. Относительно неболь-
шая стоимость и простота применения этих
средств порождают интерес у террористов.
Ядерный терроризм предусматривает воздействие
радиоактивных веществ и источников излучения.
Например, в целях убийства или нанесения ущерба
здоровью конкретного лица, один или несколько
источников гамма- или нейтронного излучения мо-
жет быть заложено в мебель или другие предметы,
окружающие жертву. Также мошный источник гам-
ма-излучения может быть установлен в местах скоп-
ления или пребывания большого количества людей.
Такие вещества, как соединения полония, трансура-
новые элементы, талий и другие могут наноситься
на предметы, с которыми соприкасаются жертвы.
Возможно загрязнение радиоактивными вещества-
ми больших площадей в местах проживания и скоп-
ления населения, на транспортных магистралях, ис-
точников водоснабжения, пищевых продуктов и ши-
роко используемых в быту предметов. В этом случае
должно использоваться значительное количество ра-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
877
зиоактивных веществ в жидкой или порошкообраз-
ной форме, которыми могут быть и промышленные
эастворы элементов деления, и жидкие или порош-
кообразные радиоактавные препараты.
Использование радиоактивных материалов (це-
^ия-137, плутония, кобальта-60 и т.д.) в широкомас-
штабных террористических актах подразумевает их
распыление в виде аэрозолей или растворение в водо-
источниках. Ликвидация последствий подобной ак-
ии потребует значительных усилий. Однако в
большинстве сценариев террористических атак (ра-
створение плутония в водоеме или обычное его
аэрозольное распыление, подрыв контейнера с цези-
ем-137) радиоактивное заражение останется локаль-
ным и не приведет к катастрофическому ущербу.
В большинстве случаев последствия поврежде-
ния установок исследовательских центров или пред-
приятий топливного цикла будут носить локальный
характер. Глобальная катастрофа возможна при ди-
версии на реакторе АЭС, отличающемся от других
ядерных установок содержанием больших количеств
радиоактивных материалов и высоким внутренним
энерговыгоранием. При попытке захвата АЭС тех-
нически грамотный противник скорее всего будет
стремиться к повреждению его систем жизнеобес-
печения с целью расплавления реакторной зоны.
Одним из наихудших возможных результатов
террористической акции является повторение Чер-
нобыльской трагедии, повлекшей за собой ущерб
здоровью тысяч людей, вывод из оборота сельско-
хозяйственных угодий, потерю энергоисточника
и затраты на ликвидацию последствий аварии.
Даже в условиях предотвращения значительного
выброса радиоактивности долговременная останов-
ка энергоблока способна вызвать большие эконо-
мические и социально-политические потери.
Химический терроризм связан с соответствую-
щим применением химических веществ в помеще-
ниях и на открытой местности, и, как правило, со-
провождаться соответствующим газовым облаком,
способным поражать и распространяться на боль-
шие расстояния в лесах, полях, населенных пунктах
и других больших массивах. Наличие активного хи-
мического вещества, как правило, очевидно. Круп-
номасштабная катастрофа, например, может быть
вызвана разрушением хранилища токсичных и взры-
во/пожароопасных химических реагентов, таких как
этил бромида, двуокись хлора, нефтепродукты и т. д.
Применение отравляющих веществ религиозной
сектой Аум Синрике (март 1995 г.) в Токийском
метро указывает на реальность использования тер-
рористами такого оружия массового поражения.
Биологический терроризм связан с фактом при-
менения соответствующих средств поражения и
сопровождается биологическим заражением, кото-
рое во многих случаях, аналогично ядерным сред-
ствам, трудно определимо. Однако по состоянию
окружающей среды можно судить о присутствии
биологических поражающих факторов, при этом
заражению подвергаются люди, животные, насе-
комые, растения, вода, воздух и т .д.
Корпи и психология терроризма. Рассвет терро-
ризма наблюдается в те периоды развития общества,
когда оно переживает глубокий кризис, и особенно,
кризис идеологии и государственно-правовой сис-
темы, сопровождающийся появлением различных
оппозиционных групп (политических, социальных,
национальных, религиозных), для которых стано-
вится сомнительной легитимность существующей
власти, и если они придут к выводу, что не могут
добиться поставленных целей легитимным путем,
то неминуема попытка достичь результата посред-
ством терроризма. На ранних стадиях развития тер-
роризма объектами непосредственных акций были
политические лидеры или представители властей, у
которых в последнее время заметно усиливалась
охрана и шансы для самих террористов добиться
цели стали невелики; такие акции на сегодня ха-
рактеризуются малой эффективностью 15381-
Террористы быстро сориентировались в воз-
можности использования для достижения своих
целей особенностей нашего времени:
власть сильно зависит от выборов и, как след-
ствие, от общественного мнения;
существуют мощные СМИ, падкие на сенсации
террористического характера и способные мгновен-
но формировать массовое общественное мнение;
население в большинстве стран уже отвыкло
от политического насилия и боится его.
В связи с этим, на сегодня самые ходовые и
эффективные методы террора - это не насилие в
отношении политических лидеров и представите-
лей властей, а насилие против мирных, беззащит-
ных и не имеющих отношения к виновнику терро-
ра людей. При этом процесс сопровождается обя-
зательной демонстрацией катастрофических резуль-
татов террора (через СМ И) общественному мнению,
и далее только через него лидерам стран. Сразу же,
по той же цепочке, предъявляются мотивы террора
и условия его прекращения. Успех таких акций глав-
878
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ним образом зависит от бурной реакции СМИ, ко-
торые перенесли поле боя на телеэкран, и поэтому
первое требование террористов - не выкуп, а при-
сутствие тележурналистов с целью воздействия на
общество, которое впоследствии предъявит ульти-
матум своим лидерам. Как видно, у современного
терроризма появляется совершенно новый инстру-
мент - СМИ, выполняющий очень важную роль
специального передаточного механизма между тер-
рористами и виновниками.
Идеологическая база терроризма. Для осуще-
ствления индивидом террористических действий
необходимо внутреннее самооправдание. Поэтому
применяется стратегия вовлечения большой массы
людей, для которой цели террора настолько высо-
ки, что могут оправдать любые средства из дости-
жения, или которые настолько неразборчивы в сред-
ствах, что готовы творить любое беззаконие. Мо-
лодежь обычно вовлекают посредством возвышен-
ных мотивов, и поскольку она умственно и
морально недостаточно зрелая, легко попадает под
радикальные национальные, социальные или ре-
лигиозные идеи. Ее чаще всего вовлекают через
тоталитарные (подавляющие волю и подчиняющие
учителю) религиозные секты или идеологические
организации, например такие, как Аум Синрике
(Япония) или «Красные Бригады» (Италия) [338].
Продолжительное нахождение членов террорис-
тических групп в конспирации при интенсивной тер-
рористической тренировке, включающей и специ-
альные (зомбирующие) технологии психологичес-
кой обработки, приводит к появлению террористи-
ческой среды с особым типом сознания людей. Это
сознание, прежде всего, примитивное (черно-белое),
но с религиозно-фанатическим мировосприятием,
практически никогда не анализирующее конечные
цели и результаты террора. Оно дает ощущение сво-
его превосходства над простыми людьми, что суще-
ственно уменьшает разборчивость в выборе терро-
ристических средств. Это сознание сильно снижает
чувствительность в отношении личных и чужих стра-
даний, при высокой готовности убивать и умирать.
Террористическая среда, в отличие от простой уго-
ловной, объявит себя лидером понимания и защиты
неких высших (оппозиционных) идеалов, которые
обязуется воплотить в жизнь. Донесение этих идеа-
лов обществу осуществляется посредством специально
подготовленной группы, составляющей первичный
идеологический центр, вокруг которого объединяют-
ся боевые террористические формирования. Вместе
с этим находящимся в оппозиции дают понять, что
они должны взять на себя обязательство поддержки
террористов в обмен на выполнение ими взятых на
себя обязательств. Таким образом, возникает своего
рода круговая порука, позволяющая террористичес-
ким лидерам требовать финансирования, снабжения,
укрывательства, поставки наемников и т.п. Вслед-
ствие этого в террор прямо или косвенно уже втяги-
ваются большие массы населения, которые создают
социальную базу терроризма и затрудняют обще-
ственное сопротивление.
Инфраструктура и экономическая база террориз-
ма. В процессе наращивания своих сил и возмож-
ностей в терроросреде начинается формироваться
определенная инфраструктура, в которой первич-
ный идеологический центр, как правило, легализу-
ется в виде партийных блоков, а управление терро-
ром берет на себя боевой штаб. Например, Ирланд-
ская республиканская армия (ИРА) практически не-
зависима от партии Шинн Фейн, являющейся ее
политическим блоком. Отдаленность между легаль-
ным политическим и террористическим блоком орга-
низации позволяет расширить возможную ее соци-
альную базу, т.е. для тех, кому неприемлемо наси-
лие террористов, есть возможность состоять в «ми-
ролюбивом» политическом блоке. Но реальная
самостоятельность организации определяется толь-
ко после того, когда за счет первоначального фи-
нансирования сторонников и спонсоров создана
эффективная система базирования, тренировок и
самофинансирования, при этом самофинансирова-
ние главным образом основывается на криминаль-
ной деятельности. Наличие идеологических цент-
ров и штабов высокого интеллектуального уровня,
а также высокоорганизованной и оснащенной во-
енной силы обеспечивает террористической среде
доминирующее положение в любой области орга-
низованной преступности.
В конечном итоге террористическая среда по-
глощает (или вытесняет) организованную и неор-
ганизованную преступность, наращивая свою мощь
и захватывая под свой контроль ключевые сферы
криминального бизнеса. На сегодня основными ис-
точниками финансирования терроризма стал нар-
кобизнес, рэкет, проституция, торговля оружием и
людьми, игорный бизнес, незаконные сделки с дра-
гоценными камнями и т. д. Такого вида терроризм
способен к самостоятельной деятельности в различ-
ных странах, но ее дальнейшая эффективность воз-
можна лишь при наличии структур «отмывания»
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
879
денег, например контролируемые банки, концер-
ны, производственные предприятия и др., которые
в конечном итоге образуются как продукт террори-
стической деятельности.
Государственный департамент США ведет по-
стоянный учет наиболее мощных террористичес-
ких группировок мира и распространяет их спи-
сок. В обновленном варианте такого списка нет
организаций, действующих в странах бывшего
СССР, поскольку департамент не имеет данных о
их причастности к международной террористичес-
кой деятельности. На сегодня в списке насчиты-
вается 28 организаций и новая среди них одна -
группировка международного террориста Усамы
бен Ладена, с основными базами в Афганистане.
По закону о борьбе с терроризмом от 1996 г.
перечень иностранных террористических органи-
заций должен обновляться госдепартаментом раз
в два года. В предыдущем, первом по счету, спис-
ке значились 30 группировок. Таким образом, с
учетом одной добавившейся три теперь исключе-
ны. Камбоджийские Красные Кхмеры, по мнению
США, просто прекратили существование как «жиз-
неспособная террористическая организация», а
чилийский Патриотический фронт имени Мануэ-
ля Родригеса и Демократический фронт освобож-
дения Палестины в соответствующий период не
были уличены в террористической деятельности.
Около половины организаций списка представ-
ляют различные течения исламистского экстре-
мизма, но вместе с тем он в очередной раз под-
твердил, что международный терроризм не имеет
религиозной принадлежности и не признает гра
ниц. В нем значатся группировки из Израиля и
Японии, Колумбии и Перу, Шри-Ланки и Фи-
липпин, а также Испании, Греции и Турции.
В списке нет ИРА, поскольку она взяла на
себя безоговорочные обязательства по прекраще-
нию огня в рамках процесса мирного урегулиро-
вания в Ольстере. Движение «Талибан» не под-
падает под традиционное определение террорис-
тической группировки, но и законной властью в
Афганистане Вашингтон ее не признает. В этой
связи против движения оформлен отдельный Ис-
полнительный указ президента США, положения
которого во многом совпадают с санкциями про-
тив режимов, поддерживающих терроризм.
Приводим основные террористические органи-
зации, занесенные в соответствии с англоязычной
транскрипцией в список |436]:
1. Организация Абу Нидаля (она же - «Черный
сентябрь» и др. названия). Откололась от ООП в
1974 г. Силы - несколько сот человек плюс своя
«милиция» в Ливане. Базы - в долине Бекаа в Лива-
не, в лагерях палестинских беженцев в этой стране.
Присутствие - в Ираке, Судане и Сирии. Поддерж-
ка со стороны Ирака, Ливии и до 1987 г. - Сирии.
2. Группа Абу Сайяфа - самая маленькая и
радикальная из исламистских сепаратистских груп-
пировок на юге Филиппин. Откололась от Фрон-
та национального освобождения моро на юге Фи-
липпин. Силы, по оценкам - до 200 человек. Под-
держка со стороны исламистов на Ближнем Вос-
токе и в Южной Азии.
3. Вооруженная исламская группа. Начала дей-
ствовать в Алжире в 1992 г. после аннулирования
победы на выборах Исламского фронта спасения.
Силы оцениваются в сотни или тысячи человек.
Поддержка - алжирская диаспора за рубежом,
прежде всего, в Европе. Власти обвиняют также
в поддержке экстремистов Иран и Судан.
4. Аум Синрике. Японский культ, созданный в
1987 г. Сиоко Асахарой. В марте 1995 г. совершил
газовую атаку в токийском метро. Тогда число
приверженцев достигало 9 тыс. чел. в Японии и
до 40 тыс. по всему миру. Присутствие в Австра-
лии. Российской Федерации, Украине, Германии,
на Тайване, в Шри-Ланке, бывшей Югославии и
США. Нынешняя численность неизвестна. Под-
держки извне не имеет.
5. Ассоциация борцов за свободу страны Бас-
ков (ЭТА) (она же - Эускадита Аскатасуна). Ос-
нована в 1959 г. на марксистских принципах. Ис-
пания, юго-запад Франции. До нескольких сот чле-
нов плюс сторонники. Поддержка в прошлом со
стороны Ливии, Ливана, Никарагуа, Кубы (там
якобы укрывались боевики). Предполагаемые свя-
зи с ИРА. 17 сентября 1998 г. объявила «односто-
роннее и бессрочное» прекращение огня.
6. Аль-Гамаа аль-Исламия («Исламские ассо-
циации»), Крупнейшая экстремистская организа-
ция в Египте, действующая с конца 1970-х го-
дов. Несколько тысяч фанатиков и тысячи сто-
ронников. Взяла на себя ответственность за по-
кушение на президента Хосни Мубарака в июне
1995 г. в Аддис-Абебе. Опора на юге Египта, а
также в городах. Присутствие в Великобритании,
Афганистане, Австрии. Власти подозревают в ее
поддержке иранские, суданские и афганские эк-
стремистские группировки.
880
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
7. ХАМАС (Движение исламского сопротивле-
ния). Основано в конце 1987 г. как палестинское
ответвление «Братьев-мусульман». Число членов
неизвестно, десятки тысяч сторонников. Поддерж-
ка палестинской диаспоры, Ирана, отдельных спон-
соров из Саудовской Аравии и других арабских стран.
8. Харакат-уль-Муджахедин (бывшая «Харакат
уль-Ансар»), В список ИТО включена с октября
1997 г. Базируется в Пакистане, действует в основ-
ном в Кашмире. Имеет лагеря подготовки на вос-
токе Афганистана. Несколько тысяч вооруженных
боевиков в Пакистане, Кашмире и прилегающих
районах Индии. Поддержка Пакистана, части на-
селения Кашмира, сбор пожертвований в Саудов-
ской Аравии и других мусульманских странах.
9. Хезболла (Исламский джихад). Радикаль-
ная шиитская группировка в Ливане. Тесно свя-
зана с Ираном. Несколько тысяч членов. Ячейки
по всему миру. Поддержка Ирана и Сирии.
10. Японская красная армия. Международная тер-
рористическая группировка, отколовшаяся около
1970 г. от одной из радикальных коммунистических
организаций. До 8 тыс. фанатиков плюс сторонни-
ки. Базы скорее всего в контролируемых Сирией
районах Ливана. Данных о внешней поддержке нет.
11. Аль-джихад (Новая священная война). Дей-
ствует с конца 1970-х годов. Насколько известно,
сейчас разделена на две части, одну из которых
возглавляет ближайший сподвижник бен Ладена
Айманаз-Завахри. До нескольких тысяч фанати-
ков, тысячи приверженцев. Присутствие в Аф-
ганистане, Пакистане, Великобритании, Судане.
В поддержке власти Египта обвиняют Иран, Су-
дан и экстремистов, включая бен Ладена.
12-13. Ках и Кахане Чаи. В марте 1994 г.
объявлены террористическими организациями ре-
шением израильского правительства по закону о
терроризме. Данных о численности нет. Поддержка
сочувствующих в США и Западной Европе.
14. Курдская рабочая партия. Основана в 1974 г.
на марксистских принципах в основном турецкими
курдами, 10-15 тыс. членов, тысячи сочувствующих
в Турции и Европе. «Скромная поддержка» Ирака,
Ирана и - якобы до октября 1998 г. - Сирии.
15. Тигры освобождения Тамил-Элама - силь-
нейшая тамильская группировка на Шри-Ланке,
основанная в 1976 г. С 1983 г. ведет антиправи-
тельственную деятельность. От 3 до 6 тыс. подго-
товленных боевиков, всего около 10 тыс. человек
под ружьем. Контролирует большую часть север-
ных и восточных прибрежных районов Шри-Лан-
ки. Лоббирует в иностранных государствах и меж-
дународных организациях. Поддержка крупной та-
мильской диаспоры в Северной Америке, Европе
и Азии. Причастность к контрабанде наркотиков.
16. Моджахеддин е-Хальке. Иранская диссидент-
ская группировка, основанная в 1960-х годах на
принципах марксизма и ислама. Несколько тысяч
боевиков в Иране, обширные структуры поддержки
за рубежом. В 1980-е годы лидеры эмигрировали
во Францию, в 1987 г. большинство перебралось в
Ирак. Поддержка Ирака и иранской диаспоры.
17. Национальная армия освобождения. Ко-
лумбийская повстанческая группировка прокубин-
ской ориентации, 3-5 тыс. вооруженных бойцов
плюс активные сторонники. Действует в Колум-
бии и приграничных районах Венесуэлы. Внеш-
ней поддержки не имеет.
18. Исламский джихад Палестины, фракция Ша-
каки. Основана в 1970-е годы. Численность неизве-
стна. Большая часть базируется в Сирии. Финансо-
вая поддержка Ирана, некоторая поддержка Сирии.
19. Палестинский фронт освобождения - фрак-
ция Абуля Аббаса. Откололась от более крупной
группировки в середине 1970-х годов. По меньшей
мере 50 человек. Базировалась в Тунисе, потом в
Ираке. Поддержка Ирака и в прошлом - Ливии.
20. Народный фронт освобождения Палестины
(НФОП). Основан в 1967 г. Жоржем Хабашем на
марксистско-ленинских принципах. До 800 человек.
Действует в Сирии, Ливане, Израиле и на оккупи-
рованных территориях. Поддержка Сирии и Ливии.
21. Народный фронт освобождения Палести-
ны (главное командование). Откололся от НФОП
в 1968 г. Несколько сот человек. Штаб - в Да-
маске, базы - в Ливане, ячейки - в Европе. Во-
енная поддержка Сирии, финансовая - Ирана.
22. Аль-Кайда (она же Исламская армия, «Все-
мирный исламский фронт для Джихада против ев-
реев и крестоносцев), Исламская армия освобожде-
ния святынь, Сеть Усамы бен Ладена, Фонд ислам-
ского спасения, Группа сохранения святынь. Цель -
«восстановить мусульманское государство» по всему
миру. Силы - от нескольких сот до нескольких
тысяч боевиков. Связи с другими суннитскими
экстремистскими группировками. Финансовая
поддержка бен Ладена, чье состояние оценивается
в 300 млн долларов США. Сбор пожертвований.
Нелегальное отвлечение средств, собираемых мусуль-
манскими благотворительными организациями.
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
881
23. Революционные вооруженные силы Ко-
лумбии - крупнейшая, лучше всех подготовлен-
ная и оснащенная повстанческая организация в
стране. Создана в 1964 г. как «просоветская парти-
занская армия». Организована по военному об-
разцу, включает несколько «городских фронтов».
Согласилась в 1998 г. вступить в мирные перего-
воры с правительством.
24. Революционная организация 17 ноября. Гре-
ческая леворадикальная группировка, созданная в
1975 г. и названная в память о студенческом антивоен-
ном выступлении в ноябре 1973 г. Предположительно
малочисленна. Данных о поддержке извне нет.
25. Турецкая организация Дев-Сол (она же -
Революционная народная освободительная партия).
Основана в 1978 г. после раскола Партии/Фронта
освобождения турецкого народа. Численность не-
известна. Данных о поддержке извне нет.
26. Революционная народная борьба. Левора-
дикальная греческая группировка, созданная в
1971 г. для противодействия военной хунте. Чис-
ленность неизвестна. Выявленных иностранных
спонсоров не имеет.
27. Сендеро Люминосо (Светлый путь). Более
крупное из двух перуанских повстанческих дви-
жений. Основано в конце 1960-х годов универ-
ситетским профессором Абимаэлем Гусманом,
1500-2500 вооруженных бойцов, большое число
сторонников, особенно в сельских районах. Внеш-
ней поддержки не имеет.
28. Революционное движение Тупак Амару.
Перуанское революционное движение, основан-
ное в 1983 г. на марксистско-ленинских принци-
пах. Остаточная численность оценивается менее
чем в 100 человек. Внешней поддержки не имеет.
Учитывая международный опыт и практичес-
кую сторону осуществления актов незаконного
вмешательства в деятельность ГА, можно выде-
лить такие категории угроз [55]:
диверсии против ВС и аэропортов;
акты и попытки захвата ВС;
использование ВС как оружия;
нападения на ВС в полете;
нападения на сооружения и средства аэропорта;
другие акты, направленные против безопасно-
сти ГА (угрозы, которые не входят в предыдущие
категории).
Первыми угрозами безопасности ГА были похи-
щения ВС, или, в соответствии с терминологией
ICAO, акты незаконного вмешательства (АНВ), под
которыми понимаются акты или попытки соверше-
ния актов, создающие угрозу безопасности ГА и воз-
душному транспорту, а именно: незаконный захват
ВС в полете или на земле; захват заложников на
борту ВС или на аэродромах; насильственное про-
никновение на борт ВС, в аэропорт или в располо-
жение аэронавигационного средства или службы;
помещение на борту ВС или в аэропорту оружия,
опасного устройства или материалов, предназначен-
ных для преступных целей; сообщение ложной ин-
формации, ставящей под угрозу безопасность ВС в
полете и на земле, пассажиров, членов экипажа, на-
земного персонала или общественности, в аэропорту
или в расположении средства или службы ГА.
Приведем статистические данные, по которым
можно увидеть определенные тенденции в облас-
ти безопасности ГА. Вообще до 2000 г. произош-
ло 577 инцидентов, вследствие которых погибло
3110 и ранено 2274 человека. Диверсионных ак-
тов было 180, а инцидентов с полным разруше-
нием ВС во время полета - 14; количество по-
гибших - 1486 человек.
Впервые акт незаконного вмешательства за-
регистрирован в 1931 г. Инцидент был связан с
похищением в Перу легкого ВС с целью распро-
странения антиправительственных листовок с воз-
духа. Второй инцидент состоялся в 1947 г., когда
группа румынских политических диссидентов в
поиске политического убежища на захваченном
самолете вылетела в Турцию.
На протяжении следующих двадцати лет про-
изошли относительно незначительные инциден-
ты, общее количество которых составило 61. После
коммунистического съезда 1967 г. на Кубе, когда
всех делегатов от коммунистических партий близ-
лежащего региона призвали к свержению своих
правительств, начался рост количества угонов ВС
и их пик приходится на 1969 г. (рис. 12.1).
После того, как в 1970 г. в США ввели систе-
му превентивных мер (профильную систему), а в
1973 г. - стопроцентный досмотр пассажиров пе-
ред посадкой, количество АНВ снизилось (см.
рис. 12.1). В 1980 г. случаи угонов ВС на Кубу
возобновились после переправы в 1979 г. групп
кубинцев на лодках из порта Мариэль в США.
В течение 1980-1985 гг. инциденты с угонами
ВС происходили в каждом регионе мира, при этом
увеличилось количество диверсий и число жертв.
В 1986 г. превентивные меры были усовер-
шенствованы в глобальном масштабе, но в от-
56 8-470
882
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
дельных регионах наблюдалась активность уго-
нов. В частности, в 1990 г. произошло 17 нападе-
ний в бывшем СССР (в Российской Федерации),
а в 1993 г. их количество еще увеличилось.
На рис. 12.2 приведены статистические дан-
ные относительно смертельных случаев, кото-
рые произошли вследствие АНВ. Как видим,
низкий уровень смертельных случаев зафикси-
рован в 1969 г., хотя на этот год пришелся пик
захватов ВС (т. е. преступники еще не проявля-
ли насилия); с 1973 по 1976 г. количество смер-
тельных случаев увеличилось (т.е. значительно
возросло насилие относительно людей), несмот-
ря на довольно небольшое число регулярно осу-
ществляемых инцидентов; в 1976-1984 гг. про-
слеживается общая тенденция к снижению ко-
личества жертв.
Приведем примеры наиболее типичных инци-
дентов мирового масштаба:
1 января 1976 г. взрывным устройством унич-
тожен в полете самолет авиакомпании «Мидл Ист
Эрлайнс»; 81 человек, находившиеся на борту,
погибли;
4 декабря 1977 г. во время похищения ВС авиа-
компании «Малейжн Эрлайнс» убиты оба пилота;
самолет потерпел катастрофу; все, кто находился
на борту, погибли;
в сентябре 1978 г. и в феврале 1979 г. два само-
лета авиакомпании «Эр Родезия» сбиты зенитны-
ми ракетами SAM-7; люди, находившиеся на борту
обоих ВС, погибли;
23 июня 1985 г. вследствие инцидента с само-
летом авиакомпании «Эр Индия» в аэропорту «На-
рита» погибли все пассажиры и члены экипажа от
мощного взрыва во время загрузки багажа на борт;
21 декабря 1988 г. вследствие инцидента с рей-
сом 103 авиакомпании «Пан-Ам» погибло 259 че-
ловек, находившиеся на борту, а также 11 чело-
век, которые были на земле в г. Локерби;
19 сентября 1989 г. после вылета из Нджаме-
ны произошел инцидент с ВС авиакомпании
«Юнион де Транспор Аэрьен»; погибли 171 чело-
век, находившиеся на борту;
11 мая 1990 г. произошел взрыв на ВС авиа-
компании «Филипин Эрлайнс» во время его букси-
рования от места стоянки в аэропорту г. Манилы;
2 октября 1990 г. похищен самолет авиакомпа-
нии «Знамен Эрлайнс»; во время посадки ВС ут-
ратило управление (возможно, преступник напал
на пилота) и столкнулось с другим самолетом,
вследствие чего погибло 127 и ранено 53 человека;
26 августа 1992 г. в аэропорту Алжира был
осуществлен взрыв бомбы; погибло 9 и ранено
123 человека.
Несмотря на сокращение числа АНВ, количес-
тво смертельных случаев, связанных с ними, остается
большим. Террористы принимают самые радикаль-
ные меры для привлечения внимания обществен-
ности, и события 11 сентября 2001 г. (США) слу-
жат явным примером этой тенденции. В этот день
19 преступников из организации Аль-Каида похи-
тили два самолета компании «Юнайтед Эрлайнс» и
два самолета компании «Америкен Эрлайнс». Заправ-
ленные самолеты вылетели с восточного побережья
в направлении Калифорнии. Похитители раздели-
лись на четыре команды; по меньшей мере один из
членов команды был подготовленным пилотом. За-
хваченные ВС превратились в летающие бомбы для
уничтожения зданий. Вследствие этого инцидента
погибло 4978 человек.
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
883
Кроме того, что одна из целей терроризма -
это захват ВС, известно много случаев атак на
аэропорты:
в аэропорту г. Тель-Авив (1972 г.) вследствие
террористического акта погибло 30 человек, убит
один член Народного фронта освобождения Па-
лестины и три члена Японской красной армии;
в аэропорту Парижа (1978 г.) возле подхода к
стойке регистрации полиция заметила трех воо-
руженных автоматами террористов арабской на-
ружности и обезвредила их;
в Анкаре (1982 г.) два члена организации Армян-
ской секретной армии освобождения Армении со-
вершили в ресторане аэропорта террористичес-
кий акт, вследствие чего было убито 15 человек;
в аэропорту Манилы (1983 г.) убит полити-
ческий деятель Бениньо Акино;
одновременные террористические акты про-
изошли в аэропортах Рима и Вены (1985 г.);
в аэропорту Сеула (1986 г.) вследствие взрыва
бомбы убито 6 и ранено 30 человек; цель террак-
та - сорвать Олимпийские игры;
в аэропорту и возле касс продажи авиабилетов
вне аэропорта Алжира (1992 г.) взорвались бом-
бы, которые привели к 9 смертям и 123 ранениям.
Описанные случаи захвата ВС и атак на аэро-
порты охватывают все вышеуказанные категории
АНВ. Необходимо отметить, что во время сен-
тябрьских событий (США, 2001 г.) была реализо-
вана новая (ранее не используемая в террористи-
ческой практике) угроза, основанная на использо-
вании гражданских ВС в качестве оружия уничто-
жения. Этот чудовищный акт терроризма привел
к гибели многих ни в чем не повинных людей из
70 государств. В связи с этим ICAO обратилось к
Договаривающимся государствам (резолюции 33-й
§3500
| 3000
со
° 2500
О
В 2000
CD
11500
£
1000
500
0
Ассамблеи) активизировать свои усилия по реали-
зации и соблюдению в полной мере конвенций.
Стандартов и Рекомендуемой практики и Правил
ICAO в области АБ.
С учетом разнообразия подходов к классифи-
кации терроризма, приведенной статистики, опи-
сания конкретных примеров нападения и исходя
из международного практического опыта в обла-
сти АБ преступники (угонщики ВС и диверсан-
ты), осуществляющие акты нападения на авиа-
ционные объекты и вмешательство в деятельность
ГА, делятся на лиц, действующих в одиночку,
или небольшими группами.
К лицам, действующим в одиночку, как пра-
вило, относятся уголовные преступники, бежен-
цы или психически больные люди. Их мотивами
являются обогащение или получение политичес-
кого убежища; психически больные, как прави-
ло, имеют личные мотивы, которые не всегда
можно точно установить, и поэтому их действия
могут быть непредсказуемыми.
В отличие от одиночек, в распоряжении групп
имеются значительные ресурсы в виде денег,
авиабилетов, оружия, взрывчатых веществ, кон-
сультантов из авиационной отрасли, а в некото-
рых случаях и правительственная поддержка.
Группы, как правило, состоят из двух-пяти че-
ловек, имеют большой технический опыт и спе-
циальную подготовку.
Цели групп, совершающих нападения на авиа-
цию, всегда имеют общую направленность, а имен-
но: рекламирование своего существования; запу-
гивание общественности и принуждение ее под-
держать их цель; подрыв авторитета и дискреди-
тирование органов власти, выступающих против
их цели; провоцирование репрессивных мер и др.
Рис. 12.2. Динамика смертельных случаев вследствие АНВ на протяжении 1969-2002 гг.
884
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Выдвигаемые ими требования могут быть раз-
ными, начиная от простого изменения маршрута
и перелета в определенный пункт для перегово-
ров и заканчивая требованиями об освобождении
заключенных или выкуп.
Для угона ВС, например находящегося в поле-
те, преступник должен принудить экипаж с помо-
щью оружия, взрывных устройств или других
средств выполнить его условия. Для этого угон-
щик использует разные способы:
тайно проносит оружие (или другие необходи-
мые средства) на борт ВС в ручной клади или на
себе (существует множество примеров осуществ-
ления этого - маскирование в детских игрушках,
книгах, фальшивых протезах и т. п.);
состоит в сговоре с персоналом аэропорта или
авиакомпании (для похищения ВС из бывшего
СССР именно так проносилось оружие и другие
необходимые средства на борт ВС);
осуществляет нападение с использованием со-
ответствующих средств.
Типы используемого при этом оружия и дру-
гих средств различны: револьверы, пистолеты-
пулеметы. взрывные устройства, шпаги, ножи,
воспламеняющиеся материалы (новая волна уго-
нов ВС на Кубу в 1980 г.) и даже их муляжи.
Большинство угонов происходят после взлета са-
молета, так как это дает возможность преступ-
нику эффективно влиять на ситуацию, опреде-
лять маршрут и пункт назначения ВС. При этом
участники группового нападения берут под кон-
троль кабину экипажа, указывая ему направле-
ние полета самолета и того, с кем он может под-
держивать связь. Другие члены группы держат
под контролем остальных членов экипажа и пас-
сажиров, запугивая их.
Лица, действующие в одиночку, менее органи-
зованы. Иногда они даже остаются на своих местах,
не приближаясь к кабине экипажа. Некоторые из
них, в особенности психически больные, могут нео-
жиданно разозлиться и стать агрессивными. Пре-
ступники этой группы сами принимают решение
относительно дальнейшего плана своих действий,
поэтому часто их поведение тяжело предсказать.
Кроме таких АНВ, как угон ВС, значительную
угрозу авиационному транспорту составляют ди-
версии, представляющие собой намеренные фи-
зические разрушения или повреждения любого
объекта - самолета, сооружения, радионавигаци-
онного средства и др.
Большинство устройств, используемых ддя со-
вершения диверсий против ВС, являются взрыв-
ными, зажигательными или комбинированными,
содержащими оба первых элемента. В момент сра-
батывания такого устройства диверсанта на объек-
те атаки нет, поскольку диверсионные средства, на-
правленные против авиации, оборудованы спуско-
вым механизмом, который приводится в действие
от определенных типов датчиков цели, основан-
ных, например, на фиксации времени, давления
или их комбинаций. Такие комбинированные дат-
чики были применены на рейсе авиакомпании
«Пан-Ам» в 1982 г., когда от взрыва устройства,
размещенного под креслом, погиб мальчик.
Диверсанту необходим доступ к ВС, чтобы раз-
местить устройство вместе с багажом, грузом, борт-
питанием или материалами, которые загружают-
ся на борт. Наиболее распространенными спосо-
бами размещения на борту ВС диверсионных уст-
ройств являются передача их с багажом (например,
рейс 103 авиакомпании «Пан-Ам»), сговор с со-
трудниками аэропорта или авиакомпании (взры-
вы ВС авиакомпании «Авьянка» в 1989 г.), исполь-
зование ничего не подозреваемой жертвы обмана
из числа пассажиров (например, в случае с рей-
сом авиакомпании «Эль-Аль» в апреле 1986 г.).
Осуществить диверсию в аэропорту намного
сложнее, поскольку он больше и менее подвержен
нападению по сравнению с ВС. Важнейшими для
обеспечения бесперебойной работы аэропорта яв-
ляется взлетно-посадочная полоса, здания пассажир-
ских аэровокзалов, навигационные средства, систе-
мы энергообеспечения, система управления воздуш-
ным движением (в особенности связь «земля-воз-
дух»), хранилища горюче-смазочных материалов,
службы спасения и борьбы с пожарами и др.
Зарегистрирован ряд инцидентов, когда аэропор-
ты закрывались в связи с нападениями на их сооруже-
ния и оборудование. В 1994 г. временно был закрыт
аэропорт «Хитроу» (Лондон) из-за ракетного напа-
дения Ирландской республиканской армии на взлет-
но-посадочную полосу и здания аэровокзала. В 1978 г.
задержано открытие аэропорта «Нарита» (Токио) в
связи с диверсией против аэродромного диспетчерс-
кого пункта. Нападение членов Армии националь-
ного освобождения Колумбии на навигационные
средства привело к временному закрытию аэропор-
тов «Меделин» и «Баранкилья».
Известны случаи, когда закрытие аэропорта
происходило из-за отвлечения средств служб спасе-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
885
ния и борьбы с пожарами для урегулирования
внутреннего инцидента.
В аэропортах имели место и другие виды напа-
дений, которые можно классифицировать как тер-
рористические. Такие акты объединяет общая цель,
которая состоит в том, чтобы среди пассажиров и
сотрудников аэропортов иметь по возможности
большее количество жертв и создать драматичес-
кий и шокирующий эффект, который приобрел
бы мировой резонанс, обусловливающий сниже-
ние доверия к государственному аппарату, против
которого направлены эти действия. В таких актах
для уничтожения людей, как правило, применяют
взрывные устройства (гранаты) и автоматическое
оружие с большой скорострельностью.
Для достижения максимальной уязвимости напа-
дения осуществляют в общественных местах, где на-
ходится большое количество людей и куда можно без
всякой проверки пронести оружие или взрывное ус-
тройство. Такие вмешательства в деятельность ГА клас-
сифицируют как террористические акты, которые очень
тщательно планируются и осуществляются.
12.1.2. Средства,
применяемые для осуществления
актов незаконного вмешательства
Основу современных средств, используемых для
совершения АНВ, составляют оружие, опасные
предметы, взрывные и зажигательные устройства,
опасные вещества.
Оружие, как общее название устройств и средств,
применяемых для уничтожения живой силы про-
тивника, его техники и сооружений, разделяют на
ядерное, химическое, бактериологическое, огне-
стрельное (артиллерийское, стрелковое и др.), реак-
тивное, ракетное, минное, торпедное и холодное.
Оружие также можно классифицировать по
масштабам поражающего действия, мобильности,
целям использования субъектами и др.
По последнему признаку его можно разделить
на гражданское (спортивное, охотничье, сигналь-
ное, холодное, для самообороны); служебное (ог-
нестрельное гладкоствольное и длинноствольное,
огнестрельное короткоствольное гладкоствольное,
огнестрельное нарезное); боевое.
В разных государствах подобные описания и клас-
сификации могут варьироваться и зависеть от со-
ответствующих национальных нормативных актов.
Основное назначение оружия при осуществ-
лении АНВ состоит в нанесении поражения жи-
вым и другим целям, а также подаче сигналов.
Наибольшее распространение при осуществле-
нии вмешательств в деятельность на ГА получи-
ло огнестрельное и холодное оружие.
Первое предназначено для поражения цели на
расстоянии. Его действие основано на выбрасыва-
нии снаряда (мины, пули) из канала ствола за счет
использования энергии взрывчатых веществ. В клас-
сическом понимании огнестрельное оружие клас-
сифицируют на артиллерийское (гаубицы, пушки
и минометы) и стрелковое (револьверы, пистоле-
ты, карабины, автоматы, пулеметы и ружья).
Начиная с XVI в. ружья стали классифициро-
вать на гладкоствольные и с винтовыми нарезами
в канале ствола (винтовки), которые придают пуле
вращательное движение, обеспечивающее устойчи-
вый полет. Огнестрельное оружие может быть бес-
ствольным со специальными патронами травмати-
ческого, газового и светозвукового действия. Ра-
кетницы также относятся к данному виду оружия.
Холодное оружие предназначено для достиже-
ния цели посредством мускульной силы человека
при контакте с объектом поражения. В общепри-
нятом понимании к нему относятся рубящее, ко-
лющее, режушее, ударно-дробящее оружие, на-
пример топор, ятаган, меч, шпага, шашка, тесак,
копье, кортик, стилет, кинжал, штык, различные
типы ножей с предельной длиной лезвия (напри-
мер. больше 10 см), булава, нунчаки, кастеты, на-
ручные цепи, молоты и др.
Исходя из поражающих свойств оружие также
может быть:
метательное (для поражения цели на расстоя-
нии снарядом, получившем направленное движе-
ние при помощи мускульной силы человека или
механического устройства; к нему относятся ар-
балеты, луки, гарпунные и духовые ружья, дроти-
ки, томагавки, бумеранги, иглы, метательные сюр-
рикены и др.);
пневматическое (для поражения цели на рас-
стоянии снарядом, получившим направленное
движение за счет энергии сжатого, сжиженного
или отвержденного газа; к нему относятся писто-
леты. ружья и др.);
электрошоковое (для поражения цели путем
импульсного воздействия на нее электрического
разряда тока высокого напряжения через контакт-
ные электроды; к нему относятся ручные элект-
886
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
рошокеры, искровые разрядники, электрошокер-
ные дротикометы с лазерным прицелом и др.);
газовое (для поражения живой цели путем при-
менения слезоточивых, раздражающих, нервно-па-
ралитических, отравляющих и других веществ; к нему
относятся газовые пистолеты и револьверы, аэро-
зольные баллоны, механические распылители и др.).
При этом, с целью усложнения обнаружения,
оружие может быть разобрано на части, а также
замаскировано под различные предметы, например
авторучки, заколки, запонки, зонты, трости, ремни,
курительные трубки, ключи, пряжки, губную по-
маду, мобильные телефоны и др.
Опасные предметы используются для осуществ-
ления АНВ и определяются как предметы, которые
не входят в категорию оружия и могут быть исполь-
зованы для угрозы безопасности пассажиров, эки-
пажа и ВС. Они также могут применяться для осу-
ществления АНВ и запрещены для перевозки пас-
сажирами в салоне или в ручной клади. Ассорти-
мент таких предметов довольно разнообразен. Он
включает стартовые и игрушечные пистолеты (ко-
торые выглядят как настоящие); сувенирное ору-
жие, муляжи гранат, перочинные ножи с недоста-
точно коротким лезвием (например, от 4 до 10 см),
ножницы, острые ножи для колки льда, открыва-
ния писем и резки бумаги, плоскогубцы, дрели,
пилы, монтировки, молотки, большие отвертки, га-
ечные ключи, стамески, вязальные спицы, остроги,
дубинки, бейсбольные биты, лыжные палки, раз-
личные кии, ледорубы, хоккейные клюшки и др.
Взрывные устройства представляют собой из-
делия, специально подготовленные для взрыва в
определенных условиях [253].
Взрыв - это освобождение большого количе-
ства энергии из ограниченного пространства за
короткий промежуток времени, приводящее к об-
разованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень
высоким давлением, который при расширении
оказывает механическое воздействие (давление,
разрушение) на окружающие тела. В твердой сре-
де сопровождается ее разрушением и дроблением.
Взрыв происходит за счет освобождения энер-
гии химической (главным образом взрывчатых
веществ); внутриядерной (ядерные взрывы);
электромагнитной (искровой разряд, лазерная
искра и др.); механической (при падении ме-
теоритов на поверхность Земли, извержении вул-
канов и др.) и всегда сопровождается мощной
взрывной волной.
Основу взрывных устройств составляют взрыв-
чатые вещества, представляющие собой химичес-
кие соединения или их смеси.
В термодинамическом смысле взрывчатые ве-
щества являются относительно неустойчивыми сис-
темами, способными под воздействием внешнего
импульса (удара, тепла и т. д.) к самораспростра-
няющейся с большой скоростью (километры за
секунду) химической реакции (химический взрыв)
с образованием газообразных (парообразных) про-
дуктов (объем которых во много раз превосходит
исходный состав), а также выделением тепла и
лучистой энергии. Химическая реакция, сопро-
вождаемая взрывом, называется взрывным преоб-
разованием.
Газообразные продукты, благодаря очень боль-
шой скорости экзотермических превращений,
практически в первый момент занимают объем
непосредственного взрывчатого вещества и, как
правило, находятся в сильно сжатом состоянии,
что приводит к молниеносному повышению дав-
ления в точке взрыва. Если свойства окружаю-
щей оболочки оказываются недостаточными для
сохранения газа (находящегося под давлением) в
начальном объеме, то осуществляется физичес-
кий взрыв, сопровождающийся переходом потен-
циальной энергии сжатого газа в кинетическую.
Способность химических систем к взрывча-
тым превращениям характеризуется экзотермич-
ностью процесса; высокой скоростью его распро-
странения; существенным выбросом газообразных
продуктов [292].
Указанные характеристики для различных ви-
дов взрывчатых веществ имеют различные значе-
ния, которые в совокупности определяют свой-
ства взрыва. Рассмотрим эти характеристики.
Экзотермичность реакции (выделение тепла)
является необходимым условием возникновения
взрывного процесса. Известно, что энергия и теп-
ло, выделяемые в процессе реакции, находятся в
прямой зависимости между собой, поэтому коли-
чество выделенной при взрыве теплоты есть важ-
ной энергетической характеристикой взрывчато-
го вещества. В процессе взрывчатого превраще-
ния взрывчатые вещества выделяют от 900 до
1800 ккал/кг. Чем больше выделено теплоты, тем
выше температура нагрева продуктов взрыва. Без
этого фактора самопроизвольное развитие реак-
ции не производится и самораспространение взры-
ва исключается. В процессе реакции за счет выде-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
887
ляемой тепловой энергии происходит разогрев га-
зообразных продуктов (до температуры в несколько
тысяч градусов) с их последующим расширением.
Следует отметить, что чем больше тепловой по-
казатель и скорость распространения реакции, тем
больше разрушающее действие взрыва. Теплота
взрыва зависит от химического состава взрывчатого
вещества. Она может рассчитываться теоретически
по закону Гесса (основной закон термохимии) или
определяться экспериментально, с помощью спе-
циальных толстостенных калориметрических «бомб»
по количеству тепла, которое поглощается массой
«бомбы» при взрыве внутри ее определенного коли-
чества взрывчатого вещества.
Быстротечность процесса является наиболее ха-
рактерным признаком взрыва и сильно отличает его
от обычных химических реакций, при этом образо-
вание конечных продуктов взрыва происходит за
Ю ’-Ю^с. Высокая скорость выделения энергии оп-
ределяет существенное преимущество взрывчатых
веществ над горючими, но по общему запасу энер-
гии, отнесенной к равным весовым количествам,
даже наиболее мощные взрывчатые вещества не
превосходят горючие системы, однако при взрыве
достигается гораздо более высокая объемная кон-
центрация или плотность энергии. Горение горю-
чих веществ осуществляется сравнительно медлен-
но, что приводит к значи'ельному расширению про-
дуктов реакции и существенному рассеиванию вы-
деляемой энергии через теплопроводность и
излучения. Поэтому в продуктах горения достигает-
ся только относительно низкая объемная плотность
энергии. В отличие от горения взрывные процессы
протекают настолько быстро, что практически вся
энергия выделяеться в объеме, занятом взрывчатым
веществом, что приводит к высоким концентраци-
ям энергии, недостижимых в обычных условиях
протекания химических реакций.
Высокое давление, возникающее при взрыве, и
связанный с ним разрушительный эффект сопро-
вождаются образованием в процессе химической ре-
акции большого количества газообразных продуктов,
находящихся в момент взрыва в сильно сжатом со-
стоянии, и в процессе расширения которых осуще-
ствляется очень быстрый переход потенциальной
энергии взрывчатого вещества в механическую рабо-
ту или кинетическую энергию движущихся газов,
вызывающих дробление и сильные деформации пред-
метов в окружающей среде. Как правило, при взрыве
одного литра обычных взрывчатых веществ образу-
ется около 1000 л газообразных продуктов, а макси-
мальное давление достигает сотен тысяч атмосфер,
что не может быть осуществлено в условиях обыч-
ных химических реакций. Следует сказать, что газо-
образные продукты взрыва, соприкасаясь с возду-
хом, нередко воспламеняются и вызывают пожар, а
также создаются токсичные соединения, выступаю-
щие дополнительным поражающим фактором.
Горение, как процесс взрывчатого превращения,
протекает сравнительно медленно (в пределах от
нескольких миллиметров до нескольких метров в
секунду), а его скорость значительно возрастает при
повышении давления. В обычной среде этот про-
цесс происходит медленно, без значительных зву-
ковых эффектов, но в ограниченном объеме ско-
рость и давление быстро нарастает, а газообразные
продукты горения способны производить работу ме-
тания (как при выстреле). Горение характерно для
порохов и ракетного топлива. В контексте сказан-
ного часто применяется термин «дефлаграция» (от
лат. deflagratio — сгорание дотла) - свойство выго-
рания взрывчатых веществ.
Со взрывами тесно связана детонация (от фр.
detoner - взрываться), представляющая собой про-
цесс химического превращения взрывчатого веще-
ства, происходящий в очень тонком слое, распрост-
раняющийся с максимально возможной для него и
данных условий скоростью (превышающей звуко-
вую скорость в данном веществе - до 9 км/с) и
сопровождающийся детонационной волной. Харак-
теризуется выделением потенциальной энергии
взрывчатого вещества, которая поддерживает высо-
кое давление в ударной волне, распространяющейся
по взрывчатому веществу со сверхзвуковой скорос-
тью и сопровождающейся экзотермической хими-
ческой реакцией. Давление, которое создается при
распространении детонационной волны, - десятки
атмосфер (газообразные взрывчатые смеси) и сотни
тысяч атмосфер (жидкие и твердые взрывчатые ве-
щества). Детонация вызывается механическим или
тепловым воздействием (удар, искра и т. п.) и не
отличается по характеру и сущности явления от взры-
ва. Скорость детонации при стационарных условиях
для каждого взрывчатого вещества является одной
из важнейших его характеристик и определяется кон-
стантой. От нее зависит скорость процесса взрывча-
того превращения и время, на протяжении которого
выделяется вся энергия, помещаемая во взрывчатом
веществе. Это вместе с количеством тепла, выделяе-
мым при взрыве, характеризует его мощность. Ско-
888
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
рость детонации взрывчатого вещества различна и
зависит от его химического состава, структуры мо-
лекулы, молекулярной массы, плотности и др.
Взрыв характеризуется поражающими действия-
ми (бризантным и термическим), осколочным воз-
действием, ударной волной, а также фугасностью, зна-
чительное изменяющими окружающую обстановку.
Бризантное действие обусловлено свойством
бризантности (от фр. brisant - дробящий) взрыв-
чатого вещества, т. е. его способностью произво-
дить при взрыве местное дробление (до 3-4 ради-
усов заряда) непосредственно прилегающей к за-
ряду твердой среды. Разрушение происходит под
воздействием ударной волны и продуктов детона-
ции посредством высоких динамических напря-
жений, превышающих пределы прочности мате-
риалов. Такое действие характерно для взрывча-
тых веществ с высокой скоростью детонации и
достаточно большой плотности. Наиболее распро-
страненные промышленные взрывчатые вещества
имеют бризантность 7-30 мм.
Термическое действие в зависимости от исполь-
зуемого взрывчатого вещества различается по ин-
тенсивности и длительности воздействия на окру-
жающие предметы и материалы. Как правило,
взрыв пороха вызывает более длительное зажига-
тельное действие, чем взрыв бризантных взрыв-
чатых веществ, но они создают более высокую
температуру. Термическое действие происходит за
доли секунды, а его воздействие носит локальный
характер и по дальности не превышает 20-60 ра-
диусов объема заряда взрывчатого вещества. Объек-
ты, предметы и материалы, находящиеся в непос-
редственной близости к месту взрыва, могут го-
реть, покрыться копотью либо оплавиться.
Осколочное воздействие проявляется при ини-
циализации взрывчатого вещества, размещенного в
оболочке, которая разрывается на осколки под дей-
ствием быстро расширяющихся газов. Осколки кор-
пуса заряда взрывчатого вещества называются пер-
вичными (например, осколки гранат, мин, самодель-
ных взрывных устройств в металлической оболочке
и др.). Осколки, образованные при разрушении пред-
метов, находящихся в пределах 4-40 радиусов объема
взрывчатого вещества, называются вторичными (на-
пример, осколки стекла или фюзеляжа при взрыве
в кухонном отсеке самолета).
В зависимости от взрывчатого вещества и его
веса скорость движения осколков может доходить
до 2000 м/с, которые в процессе полета разрушают
окружающие предметы, рикошетируют и могут вы-
зывать воспламенение горючих материалов. Осколки
нагреваются при детонации, а также в процессе тре-
ния при взаимодействии с преградой, например при
пробое топливного бака в крыле ВС. Взрывы мощ-
ных бризантных взрывчатых веществ сопровожда-
ются образованием осколков, представляющих со-
бой мелкие фракции оболочек, а маломощных и
пороха - крупные осколки без существенного струк-
турного изменения материала оболочки.
Ударная волна. При взрыве заряда взрывчатого
вещества практически мгновенно (за тысячные доли
секунды) образуются газы высокой температуры (до
50 000 °C), создающие в атмосфере локализирован-
ное давление порядка 200 тыс. атм., в результате
чего происходит их быстрое расширение, от несколь-
ких сот до тысяч метров за секунду, вызывая сжатие
окружающей атмосферы. В результате этого возни-
кает сферическая волна расширяющихся газов, ока-
зывающая разрушительное и метательное действие
на предметы и объекты, встречающиеся на ее пути.
Фронт ударной волны по мере удаления от центра
взрыва постепенно теряет скорость распространения,
давление и ударная волна переходит в звуковую.
Ударная волна характеризуется фазами положитель-
ного и отрицательного давления.
Во время взрыва возникает давление его продук-
тов, вызывающее сжатие окружающего воздуха. Слой
продуктов взрыва и сжатого воздуха образуют быст-
ро распространяющийся круг, условно называющийся
фронтом ударной волны и формирующий фазу по-
ложительного давления, длящуюся доли секунды.
В ходе распространения ударной волны происходит
сжатие и вытеснение воздуха, находящегося до взры-
ва вокруг заряда взрывчатого вещества, в результате
чего образуется локализированная область достаточ-
но разреженного пространства, которая после пол-
ного затухания ударной волны будет стремиться к
заполнению вытесненным сжатым воздухом, двига-
ющимся в обратную сторону. Это и есть фаза отри-
цательного давления (давления всасывания). Двига-
ющийся в сторону взрыва воздух ниже скорости удар-
ной волны, но все же способен осуществлять допол-
нительные разрушения и перемещения.
Фугасностъ (работоспособность) взрыва непос-
редственно связана с действием энергии газа и
ударной волны. Проявляется в форме выброса
грунта из воронок и выемок, образованием полос-
тей в грунтах, скальных породах, различных по-
верхностях и их разрыхления.
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
889
Взрывчатые вещества классифицируют по раз-
личным признакам. По режиму преобразования
(горение или детонация) и условий возбуждения
их разделяют на инициирующие (первичные), бри-
зантные (вторичные) и метательные (пороха).
Инициирующие взрывчатые вещества исполь-
зуются для возбуждения детонации бризантных, а
также зажигания метательных взрывчатых веществ.
Они легко активизируются при незначительном
тепловом или механическом воздействии. Из них
наиболее распространенные:
гремучая ртуть (фульминат ртути). Мелкокристал-
лическое вещество белого или серого цвета, отравля-
ющее, плохо растворимое в воде. Наиболее чувстви-
тельное к удару, трению, накалу и тепловому влия-
нию. При увлажнении чувствительность заметно
снижается. Применяется для снаряжения капсюлей-
детонаторов к медным или латунным гильзам;
азид свинца. Мелкокристаллическое вещество от
белого до светло-розового цвета, слаборастворимое в
воде. К удару, трению, влиянию огня менее чувст-
вительное, чем гремучая ртуть, но имеет большую
инициирующую способность и не теряет своих
свойств при увлажнении. Применяется для снаряже-
ния капсюлей-детонаторов к алюминиевым гильзам;
тринитрорезорцинат свинца (ТНРС). Мелкокри-
сталлическое несыпучее вещество темно-желтого
цвета, плохо растворимое в воде. Под действием пря-
мых солнечных лучей темнеет и разлагается. По чув-
ствительности является средним между гремучей рту-
тью и азидом свинца. Используется для обеспечения
безотказности инициирования азида свинца;
тетразен. Мелкокристаллическое вещество, не-
взаимодействующее с металлами, плохо раство-
римое в воде.
К инициирующим взрывным веществам при-
надлежат также однородные воспламеняющиеся
смеси, скорость горения которых замедляют и ре-
гулируют специальными примесями (флегматиза-
торами). Предназначены для получения при горе-
нии лучевого пламени, служащего для зажигания
порохового заряда, замедлителей в дистанцион-
ных трубках и взрывателях и др.
Бризантные взрывные вещества характеризуют-
ся взрывчатым превращением, которое протекает в
форме детонации (для чего применяются иниции-
рующие взрывные вещества). Используются, глав-
ным образом, для снаряжения боеприпасов и кап-
сюлей-детонаторов (в качестве вторичного взрыв-
чатого вещества), а также и при взрывных работах.
По химической природе бризантные взрыв-
ные вещества делятся на три класса |253]:
Класс 1. Азотнокислые эфиры, нитраты спир-
тов или углеводов (нитроэфиры), к которым при-
надлежат:
азотнокислые эфиры углеводов. Главными пред-
ставителями являются нитраты целлюлозы (нитро
целлюлоза), которые, в зависимости от содержимо-
го азота, делятся на пироксилины и колоксилины;
азотнокислые эфиры спиртов. Характерными
их представителями есть глицеринтринитрат (нит-
роглицерин), диэтилендигликольдинитрат (нит-
рогликоль), пентаэритетранитрат (ТЕН, тетранит-
ропентаэритрит, пентрит). Белое кристаллическое
вещество, негигроскопическое и нерастворимое в
воде. Наиболее чувствительное из класса бризант-
ных взрывчатых веществ. Применяется для изго-
товления детонирующих шнуров и снаряжения
капсюлей-детонаторов. Флегматизированное
взрывчатое вещество подкрашивается в розовый
или оранжевый цвет. Применяется для изготов-
ления детонаторов.
Класс 2. Нитросоединения, к которым при-
надлежат:
тринитротолуол (тротил). Кристаллическое ве-
щество от светло-желтого до светло-коричневого
цвета, негигроскопичное, плохо растворимое в
воде. Изготовляется чешуевидным или в виде гра-
нул, бывает прессованным или литым. При про-
стреливании пулей не взрывается; прессованный
детонирует от капсюлей-детонаторов;
тринитроксилол (ксилил);
тринитрофенол (пикриновая кислота). Ярко-
желтый порошок, растворимый в воде, кислотах,
спирте, бензоле и взаимодействующий с металла-
ми. Особую чувствительность имеют пикраты же-
леза и свинца. Применяется для снаряжения кап-
сюлей-детонаторов;
трипитрофинилметилнитрамин (тетрил). Кри-
сталлическое вещество ярко-желтого цвета, негиг-
роскопичное и нерастворимое в воде, чувствитель-
ное. Применяется для изготовления капсюлей-де-
тонаторов и дополнительных детонаторов;
циклотриметилентриптроамин (гексоген). Мел-
кокристаллическое вещество белого цвета, негиг-
роскопичное, нерастворимое в воде. При попада-
нии пули может взорваться. В чистом виде приме-
няется для изготовления капсюлей-детонаторов, а
для основного заряда флегматизируется или исполь-
зуется в виде ТГ - смеси тротила и гексогена;
890
/2 АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
циклотетраметилентетранитроамин (октаген).
Мелкокристаллическое вещество, нерастворимое
в воде. При создании основного заряда осуществ-
ляется флегматизация.
Наиболее часто используются сплавы нитросое-
динений (например, тротила с дитронафталином, гек-
согеном или ксилилом) и механические смеси неко-
торых нитросоединений или их сплавов с другими
веществами или порошкоподобным алюминием.
Класс 3. Нитронитраты, представляющие со-
бой взрывные смеси с окислителями, т.е. смесь
окислителя с взрывчатым веществом или горю-
чим, к которым принадлежат:
аммиачно-селитровые взрывчатые вещества,
содержащие в качестве окислителя аммиачную
селитру (аммотолы, аммониты и др.);
взрывчатые смеси на основе жидких азотно-
кислых эфиров (нитроглицериновые взрывчатые
вещества), например динамит;
хлоратные или перхлоратные взрывчатые ве-
щества, содержащие в качестве окислителей соли
хлорноватой или хлорной кислоты (хлораты и пер-
хлораты);
взрывчатые вещества на основе жидких окис-
лителей, к которым принадлежат оксиликвиты и
смеси двуокисного азота или концентрированной
азотной кислоты;
пиротехнические смеси, предназначенные для
создания светового, дымового или звукового эф
фекта и представляющие собой механические сме-
си окислителя, горючего и связующего вещества.
Метательные взрывчатые вещества (пороха)
представляют собой соединения или смеси, спо-
собные устойчиво (без перехода в детонацию) по-
слойно гореть даже при высоком давлении, раз-
вивающемся в условиях выстрела. Пороха в ос-
новном применяются для придания движения пуле
(снаряду) в канале ствола оружия или ракетным
снарядам. К ним относятся:
нитроцеллюлозные или бездымные пороха. По-
лучают из нитроцеллюлозы. Представляют собой
густую массу (от желтого до коричневого цвета),
напоминающую пластмассу. Чувствительны к пла-
мени, теплу, искре, на воздухе сгорают без взры-
ва, а для вызова детонации необходимо примене-
ние достаточно мощного детонатора из бризант-
ных взрывчатых веществ. Используется как мета
тельный заряд в стрелковом оружии и пушках;
твердые смеси и пиротехническое (ракетное)
топливо;
дымные пороха. Как правило, представляют со-
бой механическую смесь селитры (обычно - кали-
евой), древесного угля (ольха, крушина и др.) и
серы. Цвета от черного к серо-черному, чувстви-
тельны к трению, искре. Наиболее широко при-
меняются для изготовления взрывателей и огне-
проводных (бикфордовых) шнуров.
Известны и другие различные классификации
взрывных устройств, отличающиеся степенью де-
тализации и спецификой применения, например
бризантные взрывчатые вещества можно класси-
фицировать по мощности:
повышенной (гексоген, ТЭН, октоген, тетрил,
сплавы тротила с гексогеном);
нормальной (тротил, пироксилин, динамиты,
сплавы тротила с ксилитом);
пониженной (амиачная селитра и ее смеси с
горючими или взрывчатыми веществами и др.)
С точки зрения практики АБ (поиска и обезвре-
живания таких устройств) важными признаками бу-
дут способы установки, маскировки и управления, а
также характеристики взрывателя и боевой части.
Взрывные устройства и их элементы могут
быть как промышленными, так и самодельными.
Устройства промышленного изготовления произ-
водятся в заводских условиях согласно норматив-
но-технической документации, а самодельным ус-
тройством считается то, в котором хотя бы один
из элементов изготовлен самодельным способом
или определена его непромышленная или нерег-
ламентированная сборка или снаряжение, т. е.
конструкция, в достаточной степени подготовлен-
ного к взрыву устройства, не согласуется с тре-
бованиями технических условий на его изготов-
ление (монтаж).
Большинство самодельных устройств изготав-
ливается с использованием элементов взрывных ус-
тройств промышленного изготовления. Основны-
ми элементами взрывных устройств (изделий) яв-
ляются заряд взрывчатого вещества и средства взры-
вания. В качестве заряда могут использоваться
различные (обычно бризантные) взрывчатые вещест-
ва, которые по физическому состоянию чаще всего
бывают газообразными, твердыми (конденсирован-
ными) и жидкими (редко пенообразными, гелеподоб-
ными и др.), представляя собой консистенции дос-
таточно широкой цветовой гаммы и прочности.
Исходя из практики АБ наиболее чаще встречаются:
прессованные и литые (тротиловые шашки жел-
того либо светло-коричневого цвета, обычно упа-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
891
кованные в парафинированную бумагу; содержат
гнездо для детонатора);
пластические (тестообразные маслянистые ве-
щества, принимающие любую форму и имеющие
белый, желтый, коричневый, черный и серый цвет.
Обычно изготавливается из смеси других взрыв-
чатых веществ с добавлением пластификаторов.
При упаковке в обычную бумагу или ткань могут
проявляться маслянистые пятна);
эластические (резиноподобные гибкие листы
и ленты белого, желтого, серого, зеленого, серо-
зеленого и буро-красного цвета, толщиной от 0,5
до 16 мм);
сыпучие (порошок или гранулы белого или
желтого цвета, в отдельных случаях похожи на
кристаллический сахар, каустическую соду и др.);
жидкие (по своему состоянию представляют
собой густые маслянистые бесцветные или свет-
ло-желтые жидкости, которые могут окрашивать-
ся и разбавляться различными составами и жидко-
стями. Не имеют характерных отличий и трудно
идентифицируемы).
К средствам взрывания относятся средства ини-
циирования (средства воспламенения, детониро-
вания, передачи огневого и детонирующего им-
пульса) и взрыватели, в совокупности определяю-
щие функциональную схему, режим срабатывания
и тип взрывного устройства (промышленного или
самодельного).
Средства воспламенения применяются для пре-
образования различных видов воздействия на них
(удар, накол, трение и другие) в луч огня, искру,
нагрев или для усиления и передачи огневого им-
пульса (огнепроводный шнур, тлеющий фитиль).
Средства детонирования предназначены для
преобразования начального импульса (не взрыв-
ного) во взрывной и подразделяются на:
капсюли-детонаторы, преобразующие тепловой
(луч огня) или механический (накол, удар, тре-
ние) импульс во взрывной;
электродетонаторы, состоящие из электровос-
пламенителя и капсюля-детонатора, преобразую-
щие электроэнергию во взрывной импульс;
запалы, состоящие из капсюля-детонатора и
капсюля-воспламенителя, преобразующие механи-
ческую энергию во взрывной импульс. Также мо-
гут обеспечивать задержку взрыва за счет времени
горения замедлительного состава, находящегося
между капсюлем-воспламенителем и капсюлем-
детонатором;
промежуточные детонаторы, представляющие со-
бой заряд высокобризантного взрывчатого вещества
и предназначенные для надежной передачи и усиле-
ния начального взрывного импульса от капсюля-де-
тонатора к основному заряду взрывчатого вещества.
Для управления состоянием взрывного устрой-
ства его оснащают взрывателем, который может
содержать датчик (нажимной, обрывной и др.);
счетчик цели; механизмы дальнего взведения, само-
ликвидации, неизвлекаемости, а также дистанци-
онного управления; источники тока [292].
Во взрывателе в техническом смысле заложен
алгоритм работы взрывного устройства, начиная
с его установки, снятия ступеней предохранения,
переводе в боевое положение, селектирования це-
лей (объектов), обеспечения неизвлекаемости и,
в отдельных случаях, самоликвидации. Взрыватель
формирует и передает команду на подрыв боевой
части взрывного устройства. Он часто имеет про-
стейшую схему, содержащую электродетонатор,
источник тока и включатель; капсюль-детонатор,
ударник и механизм (боевая пружина) его спуска.
Эти схемы могут усложняться, например, иметь
специальные механизмы защиты от несанкциони-
рованного снятия или инициализации в необхо-
димый момент и др.
Взрыватели оснащены предохранительно-испол-
нительными механизмами для сообщения началь-
ного взрывного импульса заряду взрывчатого веще-
ства. По принципу действия они подразделяются на:
механические (освобождающийся ударник на-
калывает своим жалом капсюль-воспламенитель
или капсюль-детонатор);
электрические (обеспечивающие замыкание
электрической цепи электродетонатора или элек-
тровоспламенителя);
электромеханические (замыкающие электри-
ческую цепь механическим воздействием на вклю-
чатель, обеспечивающий поступление электричес-
кого тока к электродетонатору);
химические или электрохимические (срабаты-
вают по истечении времени химического либо
электрохимического растворения, например про-
волоки, которая разрываясь освобождает ударник,
воздействующий на капсюль-воспламенитель (кап-
сюль-детонатор) или замыкает электрическую цепь
на электродетонатор).
Управляемые взрыватели ориентированы на
дистанционное (за счет радио- или оптического
канала, проводных линий, механического спосо-
892
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ба) изменение состояния взрывного устройства в
любой момент времени независимо от режима
работы взрывателя с помощью следующих команд:
перевод взрывного устройства в боевое поло-
жение (включение датчика цели, запуск часового
механизма и т.д.);
немедленная инициализация взрыва независи
мо от заложенной схемы функционирования;
перевод взрывного устройства в безопасный
режим;
нейтрализация взрывного устройства (его раз-
рушение без взрыва основного заряда).
Датчик цели реализует качественную сторону
взрывного устройства, ожидающего определенного
воздействия с помощью, например, нажимного датчи-
ка цели, рассчитанного на нагрузку не более 50 кг,
при этом время воздействия не менее 2 с. Датчик
цели предназначен для фиксации: момента воздей-
ствия цели на определенные предметы или объекты
(например, открывание люка, изменение наклона
кресла, включение света и др.); начала движения или
остановки цели; перемещения цели через определен-
ный участок; истечения заданного времени; измене-
ний уровня освещенности, акустики, давления и т. д.;
других изменений объективной обстановки в задан-
ном месте или времени, а также их комбинирования.
По принципу действия датчики цели класси-
фицируют на механические, электромеханичес-
кие, электронные и химические, а по способу ре-
гистрации воздействия цели бывают следующие:
нажимной, рассчитан на механическое воздей-
ствие с определенной силой (например, человека
или автомашины) и временем;
разгрузочный, срабатывает при снятии груза
(например, поднятии чемодана, под которым ус-
тановлено взрывное устройство);
натяжной, рассчитан на воздействие через рас-
тяжку (нить, струну), натянутую, например в
коридоре;
обрывной датчик цели аналогичен по функции
натяжному, с той разницей, что срабатывание осу-
ществляется при разрыве;
инерционный, срабатывает при перемещении его
в любом направлении или наклоне в любой плоско-
сти. Может основываться на ртутном замыкателе;
ветровой, рассчитан на воздействие перемеща-
ющейся массы воздуха (например, при посадке
вертолета);
сейсмический, фиксирует движение (с помо-
щью геофонов) людей, животных и техники за счет
обработки сейсмических сигналов в грунте и до-
рожном покрытии;
магнитный, реагирует на появление около него
металла, обладающего магнитными свойствами
(например, проезд автомашины над датчиком, ус-
тановленным на проезжей части, или пронос над
датчиком металлодетектора);
акустический, воспринимает звуковые волны в за-
данном диапазоне частот и уровней сигналов, напри-
мер звук работающего двигателя или голос человека:
электромагнитный, реагирует на изделия или
объекты, в которых используются электрические
цепи, источники тока;
оптический датчик содержит светодиоды или фо-
тореле, реагирующие на изменение освещенности
(например, при открывании сейфа) в широком диа-
пазоне излучений, в том числе и в невидимой зоне;
температурный и барометрический датчики
фиксируют соответственно изменение температу-
ры и давления, подобно датчикам, установленным
в двигателях.
К электрозамыкателям можно отнести самые
разнообразные конструкции - от бытового вык-
лючателя до сложных многоэлементных изделий.
Использование во взрывном устройстве толь-
ко датчиков цели не позволяет создать полноцен-
ный взрыватель, поскольку в его конструкцию
часто необходимо включать дополнительные ме-
ханизмы, например дальнего взведения, замедле-
ния, неизвлекаемости, самоликвидации, а также
счетчика целей, источника тока и др.
Механизм дальнего взведения предназначен для
задержки времени перевода взрывного устройства
в боевое положение после последней команды или
действия человека, что дает ему возможность отой-
ти на безопасное расстояние. Он перекрывает ис-
полнительный механизм детонатора или сам де-
тонатор, размыкая тем самым последнее звено в
цепи команд срабатывания.
Механизм замедления (часовой механизм) служит
для включения датчика цели в расчетное время.
Механизм неизвлекаемости предназначен для
приведения взрывного устройства к взрыву при
попытке его обезвреживания или снятия, для чего
могут использоваться различные датчики (инер-
ционный, обрывной, оптический и т.д.).
Механизм самоликвидации нужен для ликви-
дации взрывного устройства (взрыв или разруше-
ние без взрыва) по истечении определенного вре-
мени или разряда источника питания.
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
893
Счетчик цели инициализирует сигнал взрыва
при считывании определенного количества целей,
например сколько раз раскрываются двери.
К источникам тока обычно относятся аккуму-
ляторы, батареи, электросети и специальные под-
рывные электромашины.
В различных образцах взрывателей некоторые
из вышеперечисленных компонентов могут отсут
ствовать или, наоборот, дублироваться.
Составной частью взрывного устройства явля-
ется корпус (оболочка), выполняющий ряд функ-
ций, а именно: создание замкнутого объема для
обеспечения физического взрыва; обеспечение
поражающего осколочного действия; придание
определенной формы заряду; компоновка и со-
единение частей; защита взрывчатого вещества от
внешних воздействий; маскировка; удобство транс-
портировки и крепления на объекте.
Взрывное устройство может иметь несколько
оболочек, каждая из которых способна выполнять
одну или несколько перечисленных функций.
Зажигательные устройства основываются на
применении зажигательных жидкостей и веществ,
история применения которых уходит в глубокую
древность. Существуют упоминания о «греческом
огне» (вероятно, состоящем из смолы, серы, се-
литры, горючих масел и других веществ), пламя
которого не гасилось водой.
Исторические факты подтверждают примене-
ние такого огня греками, которые получили сек-
рет его изготовления от арабов, владевших пиро-
техническими средствами того времени, а арабы,
в свою очередь, заимствовали его у китайцев (по-
добные смеси были распространены на Востоке).
Греческий огонь эффективно использовался в
морских войнах. Для поджигания деревянных ко-
раблей на носу и бортах судов устанавливались
медные трубы, с помощью которых выбрасывали
зажигательную смесь (прообраз современных ар-
тиллерийских орудий). Таким способом в 673 г.
при осаде Константинополя в битве при Казике
был уничтожен арабский флот. В Лаврентьевской
летописи упоминается о метании огня трубами во
время похода князя Игоря на Царьград в 941 г.
Греческий огонь применялся в военных действи-
ях до XIV в. Позднее широко применялись бран-
деры - суда, нагруженные зажигательными, го-
рючими и взрывчатыми веществами, которые под-
жигали и пускали по ветру или течению на не-
приятельские корабли.
Широкое распространение получили зажига-
тельные вещества во время мировых войн, когда
ими снаряжали авиабомбы, артиллерийские сна-
ряды, мины, огнеметы и т.д., а первая эшелони-
рованная бомбардировка (зажигательными сред-
ствами) была проведена самолетами русской авиа-
ции в ноябре 1914 г. при осаде австрийской кре-
пости Перемышль.
В феврале 1945 г. американские бомбардиров-
щики сбросили 3,4 кт зажигательных бомб на
Дрезден, создавая шквал огня, от которого по
приблизительным подсчетам погибло от 50 000 до
100 000 людей. В 1967 г. напалм, а также бутылки
с зажигательными смесями, применялись Израи-
лем в арабо-израильском конфликте.
В настоящее время зажигательные жидкости и
вещества подразделяют на самовоспламеняющиеся
зажигательные вещества; легковоспламеняющие-
ся жидкости; металлизированные зажигательные
вещества. В основе самовоспламеняющихся за-
жигательных веществ лежат пирофорные материа-
лы (например, белый фосфор, раствор фосфора в
сероуглероде и др).
Белый фосфор применяется в качестве дымо-
образующего и зажигательного вещества, которое
активно окисляется на воздухе и самовоспламе-
няется при соприкосновении с ним. При горении
образуется фосфорный ангидрит, который с вла-
гой в воздухе образует белый дым из мельчайших
капелек фосфорных кислот.
При разбрызгивании раствора, состоящего из
20 весовых частей фосфора и одной весовой час-
ти сероуглерода, который быстро испаряется, ос-
тающийся в мелкораздробленном состоянии фос-
фор загорается и поджигает все горючие предме-
ты, на которые он попал. Белый фосфор исполь-
зуется в артиллерийских снарядах, бомбах или
смесях; при горении его температура лежит в пре-
делах 100 °C.
Легковоспламеняющиеся жидкости в основном
известны в виде «коктейлей» и напалмов. Основу
этих жидкостей составляют керосин, бензин, масло
и другие нефтепродукты. Наиболее ярким приме-
ром является легендарный «Коктейль Молотова»,
который наводил во время мировой войны ужас на
немецкие танки. Под этим общим названием под-
разумевается целая группа зажигательных жидко-
стей на основе бензина. Для увеличения темпера-
туры и длительности горения «коктейлей» к бензи-
ну добавляют другие, более тяжелые фракции неф-
894
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ти. В классическом «Коктейле Молотова» содер-
жится специальная жидкость, состоящая из бензи-
на, лигроина, масла и белого фосфора с серой.
В более простой форме зажигательная бомба, осно-
ванная на этой жидкости, представляет собой стек-
лянную бутылку, заполненную на две трети бензи-
ном и на одну треть машинным маслом, с фити-
лем, сделанным из лоскутов несинтетической мате-
рии, смоченных в бензине, и затем плотно
вставленных в горлышко бутылки, образующих
своего рода пробку. Бутылка с зажженым фитилем
бросается в сторону объекта, который она зажигает,
разбиваясь о его твердые поверхности. Противник
не в состоянии погасить это пламя водой.
Напалм представляет собой смесь горючего 92-
96 % (бензина, керосина и др.) и алюминиевого
мыла (3-5 %), выполняющего роль загустителя и
превращающего горючее в желеобразную массу
(сгущение напалма иначе называют желатиниза-
цией) от розового до темно-коричневого цвета,
способную прилипать к разным предметам и пла-
вать на воде. Загустители придают огневым сме-
сям большую стабильность (не расслаиваются), при
огнеметании достигается большая дальность и они
меньше впитываются почвой.
Алюминиевое мыло представляет собой соли
высших жирных кислот (стеариновая, пальмити-
новая, олеиновая), отсюда и название «напалм»
(сокращение от слов «нафтеновая» и «пальмити-
новая»), Для самовоспламенения иногда добав-
ляют фосфор, а загустители, наполнители и др.
составляют 4-8 %. Для повышения вязкости и
клейкости в состав добавляют катализатор - пеп-
тизор, содержащий крезол и спирт. Напалм до-
вольно долго горит большим коптящим пламе-
нем, температура которого достигает 1600 °C (при
соответствующих магниевых добавках), а при под-
мешивании сплавов легких металлов, напалму
придается свойство самовоспламенения на цели,
особенно когда она влажная или покрыта снегом.
Такие смеси называют супернапалмом и их нельзя
тушить водой.
Метализированные зажигательные вещества
содержат в основе магний и аллюминий. К ним
относятся «Термит», «Электрон», «Пирогель» и др.
Под термитом подразумевают общее название
смесей, содержащих окись железа и зажигатель-
ные составы. Часто применяется железо-алюмини-
евый термит, состоящий из смеси порошка окиси
железа (75 %) и алюминиевой пудры. При горении
термита развивается температура до 2500-3000 °C,
что вызывает воспламенение окружающих матери-
алов, расплавление и прожигание металлических
покрытий. Воспламенение термита происходит при
температуре 1000 °C, поэтому для создания такой
температуры к этому зажигательному веществу до-
бавляют различные воспламеняющие составы (на-
пример, содержащие магний и перекись бария или
двуокись марганца, бертолетовую соль, алюмини-
евый порошок и серу). Горение термита вследствие
отсутствия газообразных продуктов протекает почти
без образования пламени. Время сгорания, в зави-
симости от сжигаемого количества термита, ко-
леблется от нескольких секунд до нескольких
минут. Термитом снаряжаются мины, авиабомбы,
зажигательные и бронебойно-зажигательные сна-
ряды небольшого калибра, ручные гранаты. Он
применяется при необходимости поджога трудно-
воспламеняемых материалов. Термит нельзя тушить
малым количеством воды, поскольку он разлагает
воду, образуя при этом сильновзрывчатую смесь
водорода и кислорода (гремучий газ).
Электрон охватывает общее название группы
сплавов на основе магния, с добавками от 2,5 до
11 % алюминия, до 2 % цинка, до 0,5 % марган-
ца и железа. Для его воспламенения требуется
мощный тепловой импульс в течение определен-
ного времени. При нагревании до 625-650 °C
электрон плавится, загорается и горит ослепи-
тельно ярким, голубовато-белым пламенем, соз-
давая температуру до 2500-3000 °C, но в зоне со-
прикосновения с поджигаемым материалом эта
температура лежит в пределах 1300-1400 °C.
Пирогель представляет собой металлизирован-
ную (с добавлением магниевых соединений) зажи-
гательную смесь на основе напалма и смолы. Горит
как напалм, но дает более высокие темперазуры,
что позволяет легко прожигать тонкие листы метал-
ла, но по этим свойствам он все же хуже термита.
Опасные вещества имеют достаточно широкий
спектр наименований и включает:
ядовитые, сильнодействующие и отравляющие
вещества в различных состояниях и упаковке (ан-
тифриз, бруцин, никотин, ртуть, соли синильной
кислоты, стрихнин, тетрагидрофурфуриловый
спирт, тормозная жидкость, цианистые препара-
ты, цианплав и др.);
едкие и коррозирующие вещества (сильные
неорганические кислоты типа соляной, серной и
азотной, фтористо-водородная (плавиковая) кис-
12.1. Терроризм на авиационном транспорте
895
лота и другие сильные органические и неоргани-
ческие кислоты и коррозирующие вещества);
радиоактивные материалы (соединения поло-
ния, трансурановые элементы, талий, промышлен-
ные растворы осколков деления, жидкие и порош-
кообразные радиоактивные препараты, различные
радиоактивные изотопы и др.)
С понятием запрещенных к перевозке предме-
тов также связаны опасные грузы, которые не
могут перевозиться на борту ВС и попадают под
ограничения Технических инструкций по безопас-
ной перевозке опасных грузов по воздуху, утвер-
жденных Советом ICAO и изданным по его реше
нию (Doc 9284-AN/905) (далее - Инструкция).
Положения этих Инструкций не распространя-
ются на следующие изделия и вещества при их пере-
возке пассажирами и членами экипажа или в транс-
портируемом эксплуатантом багаже, который был
отделен от своего владельца при транзите (напри-
мер, утерянный или ошибочно засланный багаж):
алкогольные напитки с содержанием более 24 %,
но не более 70 % алкоголя по объему в емкостях
вместимостью не более 5 л, когда они находятся
в таре, предназначенной для розничной торгов-
ли, причем общее количество нетто таких напит-
ков на одно лицо составляет 5 л (алкогольные
напитки с содержанием алкоголя по объему не
более 24 % не подпадают под действие каких-
либо ограничений);
нерадиоакгивные лекарства или туалетные при-
надлежности (включая аэрозоли). Кроме того, аэро-
золи категории 2.2 (см. Инструкции) без какой-либо
дополнительной опасности для использования в
спортивных или бытовых целях, при перевозке толь-
ко в зарегистрированном багаже. Общее количество
нетто всех таких изделий, перевозимых каждым ли-
цом, не превышает 2 кг или 2 л, и количество нетто
каждого отдельного изделия не должно превышать
0,5 кг или 0,5 л. Предполагается, что в категорию
«лекарства и туалетные принадлежности» должны
быть включены такие предметы, как лаки для волос,
духи, одеколоны и медикаменты, содержащие спирт;
с разрешения эксплуатанта небольшие балло-
ны с газообразным кислородом или воздухом, не-
обходимые для медицинских целей;
небольшие баллоны с углекислым газом для
приведения в действие искусственных конечнос-
тей, а также запасные баллоны аналогичных раз-
меров, если это необходимо для обеспечения не-
обходимых запасов на время всего путешествия;
с разрешения эксплуатанта, только в качестве
зарегистрированного багажа, надежно упакован-
ные в ящики патроны для спортивных целей, от-
носящиеся к категории 1.4S (см. Инструкции), в
количестве, не превышающем по весу брутто 5 кг
на одно лицо для личных целей, исключая бое-
припасы с разрывными или зажигательными пуля-
ми. Нормы груза для нескольких лиц нельзя объе-
динять в одно или несколько грузовых мест;
сухой лед в количестве не более 2 кг на одно
лицо при использовании его для охлаждения не
представляющих опасность скоропортящихся про-
дуктов, на которые не распространяются соответ-
ствующие Инструкции, при условии что газооб-
разная двуокись углерода может выходить из ис-
точника, перевозимого в ручной клади или (с санк-
ции эксплуатанта) в регистрируемом багаже;
безопасные спички или зажигалка индивидуаль-
ного пользования, перевозимые отдельным лицом при
себе. Однако перевозка зажигалок, содержащих не-
абсорбированное жидкое топливо (за исключением
сжиженного газа), топливо для зажигалок и дозапра-
вочных элементов не разрешается ни при себе, ни в
зарегистрированной или ручной клади. Перевозка
термоспичек воздушным транспортом запрещена;
стимуляторы сердечной мышцы или другие
устройства на радиоактивных изотопах, включая
устройства с питанием от литиевых батарей, имп-
лантированные в тело человека, или радиоактив-
ные фармацевтические препараты, содержащиеся
в теле человека как следствие лечения;
с разрешения эксплуатанта кресла-каталки для
перевозки больных или другие приводимые в дей-
ствие батареей подвижные средства, снабженные
непротекающими батареями (упаковываются со-
гласно инструкции и специального положения) и
перевозимые в зарегистрированном багаже, при
условии, что клеммы батареи защищены от ко-
ротких замыканий и батарея надежно прикрепле-
на к креслу-каталке или подвижному средству;
с разрешения эксплуатанта кресла-каталки для
перевозки больных или другие приводимые в дей-
ствие батареей подвижные средства, снабженные
протекающими батареями и перевозимые в
зарегистрированном багаже, при условии, что крес-
ло-каталку или подвижное средство можно гру-
зить, размешать, крепить и выгружать только в
вертикальном положении, и при условии, что ба-
тарея отключена, клеммы батареи защищены от
коротких замыканий и батарея надежно прикреп-
896
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
лена к креслу-каталке или подвижному средству.
Если кресло-каталку или подвижное средство не
представляется возможным грузить, крепить и
выгружать только в вертикальном положении, ба-
тарею необходимо снять, затем кресло-каталку или
подвижное средство можно перевозить без огра-
ничений как зарегистрированный багаж.
Снятую батарею необходимо перевозить в
прочных жестких упаковочных комплектах (при
этом следует учитывать: 1) упаковочные комплек-
ты должны исключать утечку и не пропускать
жидкость батареи; необходимо обеспечивать за-
щиту от опрокидывания путем крепления к под-
донам или путем их крепления в грузовых отсе-
ках с помощью надлежащих крепежных средств
(помимо связывания с фрахтом или багажом), на-
пример с помощью затяжных лент, скоб или опор;
2) батареи необходимо защищать от коротких за-
мыканий, крепить вертикально в таких упако-
вочных комплектах и обкладывать достаточным
количеством совместимых абсорбирующих мате-
риалов, чтобы полностью впитывать содержащу-
юся в них жидкость; 3) на упаковочные комплекты
необходимо наносить соответствующий знак раз-
мещения упаковки, маркировку «батарея жидкостная
с креслом-каталкой» или «батарея жидкостная с
подвижным средством» и соответствующий знак
коррозионной опасности);
командиру ВС необходимо сообщать местопо-
ложение кресла-каталки для перевозки больных
или подвижного средства с установленной бата-
реей или местоположение упакованной батареи.
Рекомендуется, чтобы пассажиры заблаговремен-
но согласовывали действия с каждым эксплуа-
тантом. Кроме того, на батареи, которые могут
протекать, следует, по мере возможности, уста-
навливать вентиляционные пробки, предотвраща-
ющие утечку;
щипцы для каталитической завивки волос, со-
держащие углеводородный газ, не более одних щип-
цов на одно лицо в зарегистрированном багаже при
условии, что нагревательный элемент имеет надеж-
ный защитный колпак. Газовые дозаправочные эле-
менты для таких щипцов перевозить запрещается;
с разрешения эксплуатанта только в ручной клади
ртутный барометр или ртутный термометр, перево-
зимый представителем правительственного бюро
погоды или аналогичного официального органа.
Барометр или термометр должен быть упакован в
прочный внешний упаковочный комплект, содер-
жащий уплотненный внутренний вкладыш или ме-
шок из прочного непроницаемого или проколо-
стойкого материала, не пропускающего ртуть, ко-
торый предотвращает утечку ртути из грузового ме-
ста независимо от позиции. Командир ВС должен
иметь информацию о барометре или термометре;
с разрешения эксплуатанта на одно лицо не бо-
лее двух небольших баллонов с двуокисью углеро-
да или другим соответствующим газом категории
2.2 (см. Инструкции), вставленных в самонадува-
ющийся спасательный жилет для целей надувания,
и не более двух запасных зарядов к нему;
с разрешения эксплуатанта выделяющие тепло
изделия (т.е. оборудование, приводимое в действие
батареей, такое как подводные фонари, паяльное обо-
рудование, которое при случайном включении будет
выделять большое количество тепла и может выз-
вать пожар) могут перевозиться только в ручной
клади. Выделяющий тепло компонент или источник
энергии должен быть снят, чтобы исключить не-
преднамеренное функционирование при перевозке;
один небольшой медицинский или клиничес-
кий термометр, содержащий ртуть, для личного ис-
пользования, если находится в защитном футляре;
с разрешения эксплуатанта на одно лицо - один
рюкзак со спасательным снаряжением на случай
снежных лавин с пиротехническим спусковым ме-
ханизмом, содержащим не более 200 мг взрывчато-
го вещества категории 1.4S (см. Инструкции) и не
более 250 мг сжатого газа категории 2.2 (см. Инст-
рукции). Этот рюкзак должен упаковываться та-
ким образом, чтобы спусковой механизм не мог
быть случайно приведен в действие. Воздушные
мешки, находящиеся в рюкзаке, должны быть снаб-
жены клапанами сброса давления;
бытовые электронные устройства (часы, счетные
машины, камеры, сотовые телефоны, портативные
компьютеры, видеокамеры и т, д.), содержащие лити-
евые элементы или батареи, в том случае, когда они
перевозятся пассажирами или экипажем для лично-
го пользования. Запасные батареи должны отдельно
защищаться так, чтобы исключалась возможность
короткого замыкания, и перевозиться только в руч-
ной клади. Кроме того, в каждой запасной батарее:
применительно к батареям из лития или ли-
тиевого сплава содержание лития не должно
превышать более 2 г;
применительно к батареям на ионах лития эк-
вивалентное содержание лития не должно пре-
вышать 8 г.
Батареи на ионах лития с общим эквивалент-
ным содержанием лития не более 8 г, но менее
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
897
25 г могут перевозиться в ручной клади в том
случае, если они отдельно защищены таким об-
разом, чтобы исключалась возможность коротко-
го замыкания и если их количество не превыша-
ет двух запасных батарей на одно лицо.
В Инструкциях также отмечается, что если пасса-
жир не может подтвердить, что в коляске для инвали-
дов с электрическим приводом установлены батареи
герметично-закрытого типа, то с ними следует обра-
щаться, как с негерметично закрытыми батареями, а
также полностью запрещается перевозить плоские
чемоданчики с усиленной защитой для обеспечения
безопасности (внутри которых могут находиться ли-
тиевые батареи или пиротехнические материалы).
12.2. ВОПРОСЫ ЗАЩИТЫ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ОТ АКТОВ НЕЗАКОННОГО ВМЕШАТЕЛЬСТВА
12.2.1. Задачи, принципы и правовая основа
авиационной безопасности
Основной задачей АБ является обеспечение за-
щиты и охраны пассажиров, членов экипажа, на-
земного персонала, населения и средств аэропор-
та, которые обслуживают ГА, от АНВ на земле
или в полете. Это достигается благодаря внедре-
нию комплекса мероприятий и привлечению че-
ловеческих и материальных ресурсов на междуна-
родном и национальном уровнях, а также на уровне
аэропортов и авиакомпаний. Обеспечение АБ
основывается на разработке программ безопасно-
сти для любого из указанных уровней, куда вхо-
дят также государственная администрация и экс-
плуатанты воздушного транспорта.
Постоянное увеличение в мире количества и
видов преступных актов ставит под угрозу без-
опасность, регулярность и эффективность ГА и
ее служб. В связи с этим ICAO разрабатывает
соответствующие правовые акты (конвенции), ко-
торые ратифицируются государствами-членами
ICAO (Договаривающимися государствами) и ото-
бражаются в их законодательстве. Например, Ук-
раина ратифицировала все конвенции ICAO, ко-
торые касаются АБ [282] и приводит в соответ-
ствие свою нормативно-правовую базу [292].
Разрабатывая мероприятия безопасности, следует
руководствоваться принципом адекватности их сте-
пени угрозы. Наиболее эффективное обеспечение
безопасности ГА Договаривающихся государств мо-
жет быть достигнуто лишь разработкой, примене-
нием и поддержкой всеобъемлющих, гибких и эф-
фективных национальных законов, правил, программ,
мероприятий и процедур. Важнейшим документом
для государств может стать национальная програм-
ма обеспечения АБ, основной целью и задачами ко-
торой есть гарантирование эффективной защиты и
охраны пассажиров, членов экипажа, наземного пер-
сонала, ВС, аэропортов и аэронавигационных средств.
Для реализации этой цели и задач необходимо под-
готовить комплексные организационные мероприя-
тия, определить необходимую правовую структуру,
четко обусловить обязанности персонала, сформи-
ровать основные положения регламентации оснаще-
ния и систем обеспечения безопасности и т. п.
Чтобы достичь стандартизированного уровня АБ,
Договаривающиеся государства должны через пол-
номочные авиационные органы разработать всеобъ-
емлющую политику, подкрепив ее соответствующи-
ми правовыми положениями для тех структур, на
которые положены ответственность за безопасность
ГА Любая из таких структур (а это, как правило,
эксплуатанты, аэропорты, ведомства, которые отве-
чают за выполнение правоохранительных функций,
служба безопасности и прочие заинтересованные
организации) может руководствоваться процедурами,
стандартами и методами, которые отвечают полити-
ке государства. Не менее важной есть координация и
последовательность действий структур, привлеченных
к обеспечению безопасности. Для этого необходимо
установление стандартов и контролирование их со-
блюдения государствами при реализации своей по-
литики, создание национальных и аэропортовых ко-
митетов безопасности или использование других эф-
фективных мер относительно координации полити-
ки и соблюдения установленных стандартов.
При нормальных условиях эксплуатации поли-
тика и стандарты в сфере обеспечения безопаснос-
ти должны отвечать требованиям Стандартов и Ре-
комендуемой практики Приложения 17 Чикагской
конвенции [282]. На случай усиления угрозы сле-
дует разработать планы действий в чрезвычайных
ситуациях, которые предусматривают быстрое раз-
57 8-470
898
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
вертывание мероприятий безопасности. Важными
элементами эффективной программы есть тщательно
разработанные и апробированные планы соответ-
ствующих действий на случай масштабных АНВ.
Важным фактором является упрощение фор-
мальностей, связанное с тем, что Договариваю-
щиеся государства создают такие условия прохож-
дения процедур для целей безопасности, которые
бы позволили сохранить воздушному транспорту
присущее ему преимущество в скорости, обеспе-
чить максимальные условия комфорта и удобства
для пассажиров, но при этом не должны быть сни-
жены требования по АБ, которые адекватны су-
ществующему уровню угрозы. Здесь важно пони-
мать, что чрезмерные меры безопасности созда-
дут лишние неудобства пассажирам, будут излиш-
ним грузом для авиационной отрасли и потребуют
много времени для реализации, а недостаточные -
провоцируют возможность возникновения инци-
дента, которого можно было бы избежать.
Чикагская конвенция посредством Приложения 9
«Упрощение формальностей» предусматривает обя-
зательное принятие всех мер по упрощению и ус-
корению формальностей для предотвращения без
необходимости задержек ВС (хотя безопасность ГА
и является первоочередной задачей). Для обеспече-
ния безопасности необходимо эффективное управ-
ление процессами, ориентированными на избежа-
ние перегруженности, путаницы и беспорядка.
Указанные выше позиции требуют новых твор-
ческих подходов к проблеме АБ. основанные, на-
пример, на гибких возможностях, связанных с
обеспечением корректировки степени контроля
соответственно характеру и степени существую-
щей угрозы и выборочного применения повышен-
ных мер контроля в зависимости от текущей оцен-
ки риска; обеспечении пунктов специального кон-
троля достаточным количеством сотрудников, по-
зволяющим бесперебойно (в любое время)
обрабатывать пассажиропоток, что решит пробле-
му очередей и сведет к минимуму последствия воз-
никновения узких мест в процессе контроля в це-
лях безопасности; применении концепции в от-
ношении авиагрузов «зарегистрированного аген-
та», позволяющей выделять известные грузовые
отправления и ускорять их оформление для того,
чтобы можно было сосредоточить основное вни-
мание на «неизвестных грузовых отправлениях»;
организации убытия пассажиров с территории та-
ким образом, чтобы они предъявляли минимум
документов (например, действительный паспорт)
минимальное число раз.
Предотвращение нападений на гражданскую авиа-
цию требует от отрасли разработки соответствую-
щих мер, которые можно разделить на две катего-
рии: законодательные и технические (или физи-
ческие). К законодательным мерам относится раз-
работка юридических документов ICAO, которые
касаются АБ, Стандартов и Рекомендованной
практики Приложения 17 Чикагской конвенции
и программ АБ на национальном уровне и на уров-
не аэропорта и авиакомпании.
К физическим мероприятиям, введенным
авиационной отраслью (сначала большими авиа-
компаниями, а потом правительствами через
свои полномочные органы), можно отнести дос-
мотр пассажиров и багажа, а также контроль за
перемещением людей в аэропорту. Внедрение
ручных и электронных контрольно-пропускных
систем дало возможность существенно ограни-
чить несанкционированный доступ лиц к опре-
деленным участкам аэропорта. Как следствие,
возникла потребность в разделении территории
аэропорта на неконтролируемую зону и зону ог-
раниченного доступа (контролируемая зона),
куда могут входить лица, которые имеют на то
соответствующие полномочия.
Вопросы разработки, а также осуществления мер
и процедур с целью предотвращения нападений на
ГА должны обсуждаться и рассматриваться на всех
уровнях руководства в правительстве, аэропортах
и авиакомпаниях, учитывая точную оценку угрозы
и риска на данный момент, характер и степень уг-
розы и поддержание реалистического баланса между
безопасностью и упрощением формальностей.
Необходимые оценки осуществляют на регу-
лярной основе по принципу достоверности уров-
ня принятых мер безопасности для нейтрализа-
ции существующей угрозы. Соответствующие меры
должны характеризоваться простотой (легкостью
восприятия, осуществления и контроля) и гибко-
стью (основываться на понимании того, что ха-
рактер и степень угрозы могут изменяться).
Разработка соответствующих технических мер
предусматривает три базовых направления: разра-
ботка основных превентивных мер, превентивных
мер для повышенного уровня угрозы и планиро-
вание на случай непредвиденных обстоятельств.
Концептуальной юридической основой без-
опасности ГА являются международные соглаше-
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
899
ния (конвенции), национальное законодательство
и национальная программа АБ.
По инициативе ICAO разработан ряд между-
народных юридических документов относительно
безопасности ГА, положения которых теоретически
должны отразиться в национальном законодатель-
стве Договаривающихся государств. С целью дос-
тижения стандартизированного уровня АБ госу-
дарство через определенный полномочный орган
(чаще всего - государственное ведомство ГА) долж-
но разработать всеобъемлющую политику с под-
креплением соответствующими правовыми по-
ложениями для ее реализации разных элемен-
тов, задействованных в любой структуре безопас-
ности ГА.
Основой принципов (концепции), на которых
строится безопасность ГА, есть следующие поло-
жения, которые отражены в международных юри-
дических документах, разработанные ICAO:
полеты ГА осуществляются в среде, свободной
от АНВ;
государства разрабатывают и применяют соот-
ветствующее законодательство и процедуры, ко-
торые необходимы для обеспечения такой без-
опасной среды;
осуществляемые мероприятия безопасности
отвечают требованиям Стандартов и Рекомендуе-
мой практики, изложенных в документах ICAO,
и являются адекватными степени угрозы;
государства либо преследуют в уголовном по-
рядке, либо выдают любое лицо или лица, кото-
рые осуществляют АНВ в деятельность ГА како-
го-либо другого государства.
Впервые отдельные вопросы авиационной безо-
пасности в международном праве документально были
закреплены на Женевской конференции (1958 г.) в
Конвенции об открытом море. В этом документе было
определено понятие «пиратство», которое можно от-
нести к очень узкому кругу АНВ в деятельность меж-
дународной гражданской авиации [282].
Первым шагом ICAO относительно создания
международной правовой базы в области АБ стала
Токийская (1963 г.) конвенция о преступлениях и
некоторых других действиях, совершенных на бор-
ту ВС. Область ее применения очень ограничена,
поскольку она касается только актов или преступ-
лений, которые совершаются на ВС в полете. По-
ложения конвенции ограничиваются указанием на
то, в связи с какими действиями государства обя-
зуются принимать меры для восстановления или
сохранения контроля командира над ВС и, глав-
ным образом, стремятся гарантировать безопас-
ность, четкий порядок и дисциплину на борту ВС.
В конце 1960-х годов сильно возросло число
АНВ в деятельность гражданской авиации подав-
ляющего большинства авиационных государств. За-
хлестнувшая воздушный флот волна насилия заста-
вила ICAO в срочном порядке выработать и ввести
в действие Гаагскую (1970 г.) конвенцию о борьбе
с незаконным захватом ВС. Она продвинулась даль-
ше Токийской, установив, что незаконный захват
ВС является международным преступлением и обя-
зывает государства принимать в отношении его су-
ровые наказания, а также представила концепцию,
в соответствии с которой воздушные перевозки не
станут безопасными до тех пор, пока хотя бы один
АНВ останется безнаказанным.
Сразу за Гаагской, в 1971 г. вступила в дей-
ствие Монреальская конвенция о борьбе с неза-
конными актами, направленными против без-
опасности гражданской авиации. Она предста-
вила концепцию «Воздушное судно, находящее-
ся в эксплуатации», которая, кроме полета,
включает период предполетной подготовки ВС
персоналом и 24 ч после любой его посадки.
Этот документ также дает определение диверсии
на ВС, находящемся на земле.
Участившиеся диверсии в аэропортах, как прави-
ло, приводили не только к многочисленным смер-
тельным исходам и нанесению значительного мате-
риального урона, но даже к их временному закры-
тию. В этой связи Монреальская конвенция была
дополнена в 1988 г. Протоколом о борьбе с незакон-
ными актами насилия в аэропортах, обслуживаю-
щих международную гражданскую авиацию. Он рас-
ширяет определение диверсии как незаконного акта
в отношении лица в международном аэропорту, ко-
торый причиняет или может причинить травму, выз-
вать смерть, а также послужить причиной разруше-
ния или серьезного повреждения средств аэропорта
или ВС, которое не находится в эксплуатации и
размещено на его территории, или к нарушению
функционирования служб данного аэропорта.
Увеличение производства пластических взрывных
веществ обусловило принятие Монреальской (1991 г.)
конвенции о маркировке пластических взрывчатых
веществ с целью их обнаружения [282]. Принятие
Конвенции связано с тем, что для предотвращения
диверсии против ВС нужно обнаружить взрывчатые
вещества, которые могут попасть на борт вместе с
900
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
зарегистрированным багажом, ручной кладью и др.
Некоторые технологии продемонстрировали свою
перспективность для обнаружения взрывчатых ве-
ществ, в частности с помощью устройств, которые
могут регистрировать наличие паров соответствую-
щих летучих элементов. Тем не менее, некоторые
виды взрывчатых веществ, известные как «пласти-
ческие», не выделяют таких элементов. В этой связи
Монреальская конвенция попробовала решить та-
кую проблему, добившись от Договаривающихся го-
сударств согласия на применение в процессе изго-
товления пластидов специальных маркировочных
веществ, для того чтобы технические средства могли
потом выявлять эти примеси.
Большинство международно-правовых доку-
ментов ратифицированы Договаривающимися го-
сударствами. Процесс ратификации предусматри-
вает принятие соответствующего закона, деклара-
ции или указа (в зависимости от правовой систе-
мы конкретного государства).
Важно, чтобы с введением в действие нацио-
нального законодательства каждое государство
отобразило положения международно-правовых
документов в своем уголовном праве, а также обес-
печило правовую основу и придало юридической
силы государственной программе АБ.
Структура законодательства (правил) в облас-
ти АБ, которая используется некоторыми государ-
ствами для предоставления юридической силы
своей программе, как правило, содержит закон об
АБ, законы о преступлениях против авиации и о
полномочном органе аэропорта, правила аэропорта
(для зон ограниченного доступа), правила без-
опасности аэропорта и авиакомпании.
Национальные законы имеют юридическую
силу, но для установления государством правил
АБ нужно иметь законодательство, которое пре-
доставляет им юридический статус. Преимущества
применения правил состоят в том, что их можно
изменять и разрабатывать намного быстрее, чем
законы. ICAO не настаивает на любом из этих
подходов и в связи с этим каждое Договариваю-
щееся государство само выбирает тот вариант,
который оно может реализовать.
Соответственно ст. 37 Конвенции о междуна-
родной ГА (Чикаго, 1944 г.), Совет ICAO в 1974 г.
принял к ней Приложение 17 [282], что имеет
очень важное значение для государств, поскольку
с его помощью можно выработать единый подход
к обеспечению безопасности и регулированию де-
ятельности ГА. Приложение 17 полностью посвя-
щено проблемам безопасности и фактически явля-
ется кратким документом, в котором в виде Стан-
дартов и Рекомендуемой практики описано то, что
необходимо сделать государствам для выполнения
задач АБ. При этом, как известно. Стандартов дол-
жны придерживаться Договаривающиеся государ-
ства, а Рекомендуемая практика желательна и ее
стремятся придерживаться Договаривающиеся го-
сударства соответственно Чикагской конвенции.
Итак, Стандарт имеет обязательный характер, а
Рекомендуемая практика - желательный, т. е. ука-
зывает на то, что следовало бы сделать. Важно отме-
тить, что государства должны сообщать в ICAO о
случаях невыполнения положений данного документа.
Особое практическое значение для АБ имеет
такой документ ICAO, как Руководство по без-
опасности для защиты гражданской авиации от ак-
тов незаконного вмешательства. Если в Приложе-
нии 17 описывается что нужно сделать для обес-
печения безопасности, то в Руководстве описы-
вается как это сделать. Основная цель Руководства
состоит в предоставлении государствам инструк-
тивного материала, который можно использовать,
выполняя положения Приложения 17.
12.2.2. Программы безопасности
гражданской авиации
Соответственно Стандартам и Рекомендуемой
практики Приложения 17, каждое Договаривающе-
еся государство должно принять ряд программ в
области безопасности ГА, важнейшей из которых
является национальная программа авиационной без-
опасности, ориентированная на стратегическую цель
обеспечения безопасности, регулярности и эффек-
тивности полетов международной ГА в государстве
вследствие осуществления мер по защите от АНВ
соответственно правилам, практике и процедурам.
Приложение 17 [282] содержит Стандарт 3.1.1,
который предусматривает разработку националь-
ной программы АБ. Жизненная потребность в раз-
работке такой программы, в соответствии с этим
стандартом, предопределяется такими факторами:
жизнь людей, престиж страны, туризм;
четкость правил АБ;
необходимость превентивных мер по преду-
преждению новых угроз;
использование новых технологий, методов и т. д.
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
901
Несмотря на требования ICAO относительно раз-
работки национальных программ АБ, во многих го-
сударствах их нет до этого времени. Положитель-
ным опытом в этой связи есть Украина, где принята
такая программа и она имеет статус закона.
Соответственно Стандарту 3.1.2 Приложения 17,
каждое Договаривающееся государство назначает
соответствующий полномочный орган для разработ-
ки политики в области АБ и обеспечения ее осуще-
ствления. Такой орган не обязательно должен при-
нимать участие в повседневных мероприятиях, свя-
занных с АБ, но именно он ведет переписку с ICAO
и отвечает за выполнение ее стандартов. Во многих
государствах таким органом есть управление ГА в
Пакистане, например, это служба безопасности аэро-
портов при Министерстве обороны, а в Новой Зе-
ландии ответственность за осуществление всей дея-
тельности относительно обеспечения безопасности
положена непосредственно на авиакомпании, эксп-
луатантов аэродромов и прочие организации, свя-
занные с авиацией. В этом Стандарте также есть
требование, которое предусматривает, что государ-
ство сообщает ICAO сведения о полномочном органе,
ответственного за АБ.
Национальная программа по АБ должна:
1) основываться на национальном законода-
тельстве и поддерживаться им. Законодательство
обеспечивает правовую базу и полномочия для
самой программы; конкретных требований в рам-
ках программы (например, досмотр пассажиров и
их багажа); запрета несанкционированного входа
в зону ограниченного доступа аэропорта; инспек-
ционных проверок осуществления мер безопасно-
сти со стороны государства; определения преступ-
лений против авиации и меры наказаний.
Разрабатывая программу, ответственный полно-
мочный орган может работать в тесном контакте с
экспертами-юристами в рамках данного государства;
2) существовать в печатном виде. В Стандарте
3.1.1 это требование указывается конкретно;
3) разрабатываться в тесном сотрудничестве со
всеми заинтересованными сторонами. Чтобы не
нарушать общепринятых правил, главные участ-
ники должны идти на компромиссы в процессе
разработки и подготовки конечного продукта.
Другие заинтересованные организации через ме-
ханизм координации предоставляют исходные дан-
ные для программы и обеспечивают ее проверку
на реальность. Для обеспечения координации (это
достаточно продолжительный процесс) между
главными сторонами, государство может исполь-
зовать национальный комитет по вопросам АБ;
4) быть реалистичной, т. е. осуществляться в
рамках имеющихся в государстве и области ре-
сурсов и обеспечивать дальнейшее эффективное
функционирование авиационной системы.
Создавая программу, следует учитывать:
опасность преобразования аэропортов в «воо-
руженные крепости», которые могут стать финан-
совым бременем для отрасли и государства;
оценку риска (уязвимости);
соответствие международным стандартам;
соответствие ресурсам (например, внедрение
дорогой автоматизированной контрольно-пропуск-
ной системы, которая может не понадобиться);
удобство для пассажиров (упрощение формаль-
ностей).
Полномочный орган АБ должен сотрудничать с
отраслью для создания систем безопасности, кото-
рые предусмотрены Рекомендуемой практикой 2.2
Приложения 17 и касаются упрощения формаль-
ностей, а также самого Приложения 9 «Упрощение
формальностей». Программа не должна препятство-
вать эффективной деятельности отрасли и быть
чрезмерно отягощающей для нее. Принятые в рам-
ках программы механизмы ее выполнения (коми-
тет безопасности аэропорта, национальный коми-
тет АБ) должны обеспечивать баланс между безо-
пасностью и эффективностью, а также учитывать
возможные эксплуатационные ограничения - на-
личие персонала, техники, площадей в аэропорту,
метеоусловия, этнические факторы и т.п.
В государственных ведомствах прослеживает-
ся тенденция чрезмерного ограничения доступа к
национальным программам АБ. Это мешает нор-
мальному использованию ее организациями, ко-
торые отвечают за выполнение ее положений и на
которые распространяется действие этих положе-
ний (авиаперевозчики, администрация аэропор-
тов; полномочные органы, которые выполняют
полицейские функции; военные органы). Режим
доступа к программе усиливается лишь в том слу-
чае, если заинтересованные органы обеспокоены
секретностью представленной информации. Отно-
сительно этого существует Рекомендуемая прак-
тика 2.1.4 Приложения 17.
Эффективность программы должна постоянно
поддерживаться, поскольку существует тенденция
того, что после разработки программа становится
статической. Стандарт 3.1.4 Приложения 17 пре-
902
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
дусматривает просмотр и обновление программы
на регулярной основе с учетом проверок (реви-
зий), новых международных требований, новых
технологий и методов, а также обеспечение меха-
низма его корректирования, основанного на оцен-
ках угроз, анализе инцидентов и специальных
просьбах государств.
Для реализации национальных программ важ-
но обеспечивать их надлежащее финансирование
и выделение ресурсов на постоянной основе. Воз-
можными источниками таких ресурсов могут быть
государственный бюджет, сбор за посадку или
перелет, комиссионные сборы с арендаторов аэро-
портов, сборы за вылет пассажиров и т.п.
В структуре национального законодательства,
которое касается АБ, должны быть:
законодательные акты, придающие юридичес-
кую силу положениям Конвенций;
законы, которые регламентируют положения
национальной программы АБ;
другие нормативные документы.
Законодательные акты, которые придают юри-
дическую силу положениям Конвенций, разрабаты-
ваются в рамках существующих правовых доку-
ментов, например, уголовного кодекса или дру-
гих специальных законодательных актов, связан-
ных с ГА. В них нужно:
1) определить по крайней мере такие пре-
ступления:
захват ВС и осуществление для этого соответ-
ствующих действий;
осуществление актов насилия относительно лиц
на борту ВС, которые могут угрожать безопаснос-
ти полета;
осуществление актов насилия относительно лиц
в аэропорту или на объектах аэропорта, обслужи-
вающих ГА;
разрушение или повреждение ВС, которое нахо-
дится в эксплуатации или расположено в аэропорту;
размещение (или осуществление действий, при-
водящих к размещению) на борту ВС устройств или
веществ, которые могут разрушить, повредить его
или поставить под угрозу безопасность полета;
разрушение или серьезное повреждение объек-
тов аэропорта;
разрушение или повреждение аэронавигационных
средств, используемых в аэронавигации;
передача явным образом ложных сведений,
которые могут создать угрозу безопасности ВС
в полете;
2) установить свою юрисдикцию над назван-
ными преступлениями, если они совершены:
на территории данного государства;
на борту или относительно ВС, зарегистриро-
ванного в данном государстве;
на борту ВС, которое совершило посадку на
территории данного государства, если предвиден-
ный преступник еще находится на борту;
на борту или относительно ВС, сданного в арен-
ду без экипажа арендатору, постоянное местопре-
бывание которого не в этом государстве;
3) установить процедуры экстрадиции преступ-
ников другим государствам или передаче их ком-
петентным органам для привлечения к уголов-
ной ответственности;
4) установить полномочия и ответственность
командира ВС:
за обеспечение безопасности лиц и имущества
на борту;
поддержание надлежащего порядка и дисцип-
лины на борту;
предпринятое мер принуждения на борту ВС,
в том числе и высадка лиц, которые могут угро-
жать безопасности полета;
осмотр лиц и багажа на борту ВС и изъятие
предметов, которые могут быть использованы для
осуществления преступных актов (полномочные
полицейские органы, из соображений безопасно-
сти, принимают высаженных лиц);
сообщение в возможно короткий срок полно-
мочным органам любого государства о посадке на
его территории:
передача полномочным органам государства до-
казательств и сведений об инциденте, который
обусловил применение к пассажиру мер принуж-
дения;
5) обеспечить:
запрет изготовления и перевозку немаркиро-
ванных взрывных веществ;
строгий и эффективный контроль над имеющи-
мися немаркированными взрывчатыми веществами;
уничтожение немаркированных взрывчатых ве-
ществ в соответствии с положениями Конвенции.
Государство разрабатывает законы, регламен-
тирующие положения национальной программы
авиационной безопасности. Каждое Договариваю-
щееся государство законодательно должно:
назначать полномочный орган, который отве-
чает за разработку, осуществление и обновление
национальной программы АБ;
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
903
наделять соответствующий орган необходимы-
ми полномочиями на распределение обязаннос-
тей, связанными с обеспечением АБ, среди орга-
низаций, а также на координацию его деятельно-
сти относительно осуществления национальной
программы АБ и контроля за этой деятельностью;
предоставлять полномочным полицейским
органам и органам безопасности санкции на арест
и задержание преступников;
предоставлять полномочия на досмотр лиц,
багажа и имущества, а также на право доступа;
вводить требования о соблюдении эксплуатан-
тами аэропортов, авиакомпаний и служб аэрона-
вигационного обслуживания положений нацио-
нальной программы АБ;
вводить требования к авиакомпаниям об утверж-
дении и реализации собственной программы без-
опасности, которая отвечает требованиям националь-
ной программы АБ;
проводить представителями авиационных пол-
номочных органов инспекторские проверки отно-
сительно выявления фактов несоблюдения соот-
ветствующего законодательства, а также оцени-
вание эффективности и реализации программ АБ;
обнаруживать специфические преступления,
направленные против АБ.
Другие нормативные документы Договаривающе-
гося государства направлены на законодательное
определение вопросов, которые касаются:
ношения огнестрельного оружия пассажирами
в салоне ВС;
перевозки огнестрельного оружия в багаже пас-
сажиров;
перевозки лиц, находящихся под охраной или
относительно которых начаты административно-
процессуальные действия.
Итак, нормативно-правовое обеспечение ГА по
вопросам безопасности состоит из ряда составных,
рассмотренных выше. Основным рабочим докумен-
том для АБ есть национальная программа безопас-
ности ГА, от эффективной реализации которой за-
висит общее состояние АБ в государстве. Для реа-
лизации государственной политики зашиты от тер-
роризма на авиационном транспорте каждый
аэропорт разрабатывает свою программу АБ, кото-
рая основывается на требованиях Стандарта 4.1 При-
ложения 17 и основных положениях националь-
ной программы и есть ее подчиненным звеном.
Основная цель программы авиационной без-
опасности аэропорта - обеспечение безопасности,
регулярности и эффективности его работы через
разработку и осуществление процедур в соответ-
ствии с положениями национальной программы
АБ для защиты от АНВ, направленных против лиц,
аэровокзалов, аэронавигационных установок, ВС
и оснащения. Такая программа устанавливает ап-
парат управления аэропортом, службу безопаснос-
ти и прочие полномочные органы, а также их пра-
вомочность и конкретные задачи. Отдельно от за-
дач службы безопасности аэропорта программа
определяет функции милиции, таможенных, им-
миграционных и других органов, привлеченных к
ее выполнению.
Базовым рабочим органом, обеспечивающим ре-
ализацию государственной политики безопасности,
которая отображается в программе АБ аэропорта,
может быть комитет безопасности аэропорта, в сос-
тав которого рекомендуется вводить все службы,
осуществляющие эксплуатацию аэропорта и оказы-
вающие содействие разработке и применению мер
безопасности. В состав комитета входят начальник
аэропорта (председатель комитета), служба безопас-
ности, органы, выполняющие полицейские функ-
ции, таможенная и иммиграционная службы, лица,
которые руководят воздушным движением, служба
связи, противопожарная, медицинская и почтовая
службы, эксплуатанты, арендаторы и др.
В программе нужно определять меры безопас-
ности в аэропорту. В круг общих вопросов, кото-
рые следует учитывать в программе, входят:
создание концепции применения в аэропорту
мер безопасности;
описание средств зашиты контролируемой зоны;
определение стерильных зон с учетом поме-
щений аэровокзала для транзитных пассажиров;
осуществление контроля за доступом и пере-
движением людей и транспортных средств;
разработка системы удостоверений личности в
аэропорту;
зашита средств управления воздушным движе-
нием, связи и навигации;
создание безопасных условий в грузовых зонах;
подготовка правил патрулирования;
ограждение аэропорта и систем выявления про-
никновений на его территорию;
предусмотрение постоянно используемых кон-
трольно-пропускных пунктов и запасных выходов
(выездов);
создание безопасных условий в неконтролиру-
емой зоне;
904
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
определение задач правоохранительным орга-
нам и специальным подразделениям, обеспечива-
ющих безопасность в неконтролируемой зоне;
обеспечение безопасности движения авиации
общего назначения в аэропорту;
анализ сезонных объемов перевозок и количе-
ства постоянно размещенных ВС;
обеспечение безопасности движения авиации и
специальных процедур для экипажей и пассажиров.
Одним из важных моментов программы есть
определение порядка распространения информа-
ции и организации связи, особенно в процессе
обмена конфиденциальными данными (см. Реко-
мендуемую практику 2.1.4 Приложения 17).
Для контроля за пассажирами и ручной кладью
программа может предусматривать:
отображение вопросов, которые касаются осу-
ществления национальной политики зашиты от
подделок проездных документов (билетов, поса-
дочных талонов, багажных бирок и т. п.) и дей-
ствующих в аэропорту инструкций относительно
их сохранения;
описание процедуры проверки пассажиров и
их проездных документов с указанием места его
проведения;
отображение вопросов относительно транзит-
ных пассажиров, а также специальных мер отно-
сительно пассажиров без права въезда в страну;
определение органа, уполномоченного осуще-
ствлять контроль в целях безопасности, и мер,
применяемых при этом;
очерчивание правил, процедур и необходимо-
го минимума физического (ручного) досмотра;
описание процедуры распознавания предметов
и применение соответствующих мер по их изъятию;
описание процедуры недопущения смешивания
или контактирования пассажиров, которые про-
шли контроль в целях безопасности, с лицами,
не прошедшими такой контроль, после прохож-
дения контрольно-пропускного пункта;
описание мер охраны зарегистрированного бага-
жа до его загрузки на борт ВС при наличии разре-
шения на регистрацию вне территории аэропорта;
описание структуры, организации и методов
работы персонала, который отвечает за проведе-
ние досмотра с целью обеспечения безопасности,
с соответствующей информацией о сменах, рота-
циях, обязанностях и оборудовании;
определение полномочий сотрудников, кото-
рые отвечают за проведение досмотра.
Для контроля за сопровождаемым багажом нужно:
описать принятую в аэропорту процедуру ре-
гистрации сопровождаемого багажа пассажирами;
установить полномочия на осуществление кон-
троля сопровождаемого багажа и соответствующую
процедуру, а также объяснить процесс осуществ-
ления контроля;
разработать правила контроля в целях безопас-
ности - досмотра с использованием оснащения для
обеспечения безопасности, границы физического
(ручного) досмотра, проведенного на выборочной
основе, обнаружение предметов, которые подле-
жат изъятию, - и применяемые для этого меры;
указать вид используемого оборудования и
случаи, когда выполняется физический (ручной)
досмотр;
определить вопрос о выявлении предметов,
подлежащих изъятию соответственно установлен-
ной национальной программе обеспечения без-
опасности перечня предметов, на которые рас-
пространяется ограничение по перевозке, и меры,
применяемые в этом случае;
описать процедуру проверки принадлежности
багажа пассажирам, принятую в аэропорту соот-
ветственно положениям национальной програм-
мы обеспечения безопасности ГА, использовав
дифференцированный подход к разным категори-
ям пассажиров (пассажиры, которые отправляют-
ся, пассажиры одного или нескольких перевозчи-
ков, пассажиры с несанкционированной высад-
кой) и автоматическое оснащение (при наличии)
с описанием принципа работы системы;
изложить соблюдаемую в аэропорту процедуру
относительно засланного или неопознанного ба-
гажа, а также процесс регистрации вне террито-
рии аэропорта при наличии мер по охране заре-
гистрированного сопровождаемого багажа;
определить полномочия и ответственность со-
трудников за обработку багажа.
Для контроля за грузом, почтой, небольшими по-
сылками и бандеролями нужно:
определить полномочия и орган, ответственный
за осуществление контроля, а также другие органы
(почтовые агенты по обработке груза, курьерские
службы и др.), которые оказывают содействие это-
му процессу;
изложить действующие в аэропорту процеду-
ры применения физического (ручного) досмотра
и указать, нужно ли присутствие отправителя гру-
за во время физического (ручного) досмотра;
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
905
описать оборудование и процедуры, исполь-
зуемые для проверки груза и почтовых отправ-
лений;
объяснить разработанные в аэропорту меры,
применяемые для обработки подозрительных гру-
зов и почты, и определить процедуры их задержа-
ния на неопределенное время;
очертить процедуры досмотра в условиях повы-
шенного уровня угрозы и прочие дополнительные
меры, употребляемые для недопущения использо-
вания груза или почты с целью осуществления АНВ;
описать установленную в аэропорту процедуру
обработки срочных почтовых отправлений, осо-
бенно в тех случаях, если отправитель требует,
чтобы они были отправлены конкретным рейсом
в определенный день.
В программе АБ аэропорта также устанавлива-
ются меры, которые касаются персонала и специ-
альных категорий пассажиров. Для этого нужно:
описать процедуру контроля, применяемую к
высокопоставленным лицам и дипломатам;
оговорить процедуры и средства досмотра дип-
ломатических чемоданов и почты;
определить меры контроля за персоналом, име-
ющего пропуска, в том числе за членами экипажа
в служебной форме, и объяснить действующую
процедуру для избежания недоразумений;
предусмотреть специальные меры по контро-
лю за пассажирами-инвалидами (больными);
объяснить процедуру контроля относительно
лиц, которым запрещен въезд в страну, а также
депортированных и конвоированных лиц;
изложить в соответствии с этой процедурой
задачи соответствующих органов, эксплуатанта и
командира ВС.
В случае контроля за огнестрельным и другими
видами оружия следует учитывать соответствую-
щие законодательные положения и постановле-
ния относительно его ношения на борту ВС или в
пределах юрисдикции гражданских аэропортов.
Для этого в программе АБ аэропорта нужно:
объяснить процедуру оформления и перевозку
огнестрельного оружия в сопровождаемом багаже
или грузе;
описать роль эксплуатанта и членов экипажа и
изложить правила ношения огнестрельного ору-
жия на борту национального и иностранного ВС
и полномочия, предоставленные лицам, которые
конвоируют заключенных и депортированных или
сопровождают высокопоставленных лиц;
описать порядок действий на случай прибы-
тия вооруженных сотрудников охраны на иност-
ранное ВС;
предусмотреть политику относительно перед-
полетной проверки и указать на обстоятельства ее
проведения - на регулярной основе, в условиях
повышенной степени угрозы или по запросу;
описать меры зашиты ВС на земле, процедуру
досмотра его в условиях высокой степени угрозы
и оперативной защиты во время движения на ра-
бочей площади аэропорта;
определить полномочные органы и их особые
задачи;
установить ответственность за досмотр ВС;
ввести ссылку на план действий в аэропорту
на случай чрезвычайных обстоятельств в связи с
угрозой и выявлением взрывных устройств;
изложить принятые в аэропорту меры относи-
тельно обеспечения контроля в условиях высокой
степени угрозы;
сослаться на процедуры оценивания меропри-
ятий по обеспечению безопасности и контролю
за их выполнением.
В программе нужно также раскрыть все вопро-
сы, связанные с оснащением, которое служит для
обеспечения безопасности, и техническими требо-
ваниями к нему:
очертить обязанности относительно эксплуата-
ции и технического обслуживания оборудования;
указать органы, ответственные за снабжение, ус-
тановление, эксплуатацию и техническое обслужи-
вание оборудования с учетом политики и стандар-
тов. регламентирующих использование рентгенов-
ского оборудования и различных детекторов;
предусмотреть информацию о видах багажа,
подлежащих ручному досмотру;
привести типы рентгеновского оснащения, ко-
торое используется в аэропорту, и предоставить
план с обозначением мест его установления;
показать количество и типы устройств арочно-
го типа для обнаружения металлов и предоставить
план с указанием их размещения;
привести данные о калибровке и настройке обо-
рудования, а также о минимальном объеме ручного
досмотра в условиях разных степеней угрозы и т. п.;
объяснить процедуры досмотра пассажиров с ис-
пользованием устройства арочного типа для обнару-
жения металлов и портативных металлодетекторов;
определить количество и типы имеющихся пор-
тативных металлодетекторов, а также других уст-
906
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ройств обнаружения; сформулировать обязаннос-
ти относительно их эксплуатации и обслуживания;
обусловить ответственность за изъятие и лик-
видацию неопознанных предметов и описать эти
процессы;
привести подробные данные об органе, кото-
рый их выполняет;
указать наличие собак или других биосенсо-
ров, используемых для обнаружения взрывчатых
веществ, и назвать ответственный за это орган и
его функции;
привести данные о других видах и типах осна-
щения, которое предназначено для обеспечения
безопасности, о цели его применения, функциях
и расположении на плане аэропорта;
сформулировать соответствующие организаци-
онно-технические меры по оганизации связи;
отобразить вопросы подготовки кадров в обла-
сти АБ.
Следующий шаг в реализации государственной
политики АБ - разработка программ безопасности
эксплуатантов. Основной целью такой программы
есть обеспечение безопасности ее человеческих (пас-
сажиры, персонал) и материальных (сооружения,
самолеты и т. п.) ресурсов. Программа безопаснос-
ти эксплуатанта может отвечать национальным за-
конодательным положениям и нормам, которые ка-
саются ВС, зарегистрированных в данном государ-
стве и находящихся или в государстве, или в воз-
духе. Если такие ВС находятся на земле в другом
государстве, на них распространяется программа АБ
этого государства. В программе безопасности эксп-
луатанта, которая основывается прежде всего на на-
циональной программе АБ и аэропорта деклариру-
ется руководящий состав с указанием схемы под-
чиненности относительно вопросов, связанных с
безопасностью, соответствующий полномочный
орган на национальном уровне и на уровне аэро-
порта, ответственный за выполнение данных про-
|рамм обеспечения безопасности, а также соответ-
ствующие правоохранительные органы и прочие
правительственные учреждения и ведомства.
Программа эксплуатанта предусматривает:
описание структуры службы безопасности и ее
функций;
информационные циркуляры по вопросам без-
опасности и описание процедур, которые касают-
ся их получения, рассылки и учета;
отчеты и обзоры относительно выполнения
программы;
характеристики связи и процедур, которые ка-
саются каналов и способов связи с соответствую-
щими полномочными органами;
формулирование политики в области связей со
средствами массовой информации;
перечень предметов регулярных международ-
ных (внутренних), регулярных грузовых и чар-
терных перевозок, а также описание политики
и процедур, касаемые обеспечения безопаснос-
ти во время осуществления перевозок каждого
вида;
изложение основных мероприятий по обеспе-
чению безопасности авиакомпании;
методы контроля пассажиров, ручной клади,
зарегистрированного багажа, груза, почты, банде-
ролей, курьерских отправлений;
принципы соблюдения мер относительно пас-
сажиров отдельных категорий;
правила перевозки огнестрельного и другого
оружия;
перечень оснащения для обеспечения безопас-
ности;
планы эксплуатанта в случае чрезвычайной
ситуации;
способы организации центра для управления
действиями в чрезвычайных обстоятельствах;
виды обучения всех категорий персонала.
Кроме указанных пршрамм в Приложении 17
существуют требования к государствам прини-
мать и другие программы. Так, в стандарте 3.1.7
говорится о том, что каждое Договаривающееся
государство должно требовать от своего полно-
мочного органа разработать и реализовать про-
грамму подготовки кадров, которая позволит
более эффективно осуществлять свою нацио-
нальную программу АБ. Стандарт 3.4.4 подчер-
кивает, что государство должно требовать от того
же полномочного органа обеспечить разработ-
ку, внедрение и поддержание национальной
программы контроля качества в области АБ с
целью гарантирования эффективности соответ-
ствующей национальной программы безопасно-
сти ГА.
От дееспособности программ, отображающих
основные требования конвенций 1САО, Стандар-
тов и Рекомендуемой практики Приложения 17
[282] и положения которых действуют в соответ-
ствующем правовом поле Договаривающихся го-
сударств. зависит эффективность мер борьбы с
терроризмом на авиационном транспорте.
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
907
12.2.3. Методы и средства обнаружения
запрещенных к провозу предметов
Исходя из классификации запрещенных к про-
возу предметов (см. подразд. 12.1.2) рассмотрим
существующие в авиационной отрасли техничес-
кие возможности их обнаружения.
Оружие может быть похожим на различные без-
опасные предметы, но его можно обнаружить по
содержанию металлов, взрывчатых веществ, харак-
терному изображению (подразумевается как не-
посредственное зрительное восприятие оружия, так
и его отображение на экране видеотерминала, вос-
принимаемое совершенно иначе, чем человечес-
ким глазом).
Оружие промышленного производства име-
ет самые разнообразные формы, массу и разме-
ры, а если еще учесть и самодельное оружие, то
эти показатели значительно возрастут. Огне-
стрельное оружие обладает такими отличитель-
ными признаками, как патронник, затвор, ствол,
боек, пружина (эти части, как правило, метал-
лические). Если огнестрельное оружие находится
непосредственно на человеке, то оружие или его
детали обнаруживают с помощью металлодетек-
торов. Если оружие разобрано на части (исполь-
зуются нержавеющая сталь, алюминий, различ-
ные неметаллы), то такой метод обнаружения
неэффективен. Следует отметить, что на экра-
не видеотерминала рентгеновской установки ра-
зобранное оружие распознается гораздо слож-
нее, поэтому при его несанкционированном про-
носе вероятнее всего металлические части будут
в багаже или ручной клади, а неметаллические -
на человеке, проходящем досмотр через арочный
металлодетектор.
Рассмотрим основной принцип работы метал-
лодетекторов. Как известно, в любом проводнике
под воздействием переменного магнитного поля воз-
никает электрический ток, также образующий свое
магнитное поле, например, в ручных металлодетек-
торах с помощью катушки индуктивности создает-
ся магнитное поле, которое наводит в любом близ-
ко лежащем металлическом предмете вихревые (цир-
кулирующие) токи, создающие вторичное поле. Это
поле может регистрироваться такой же катушкой,
например, установленной на том же приборе, а его
возможности по обнаружению металла зависят в
основном от массы, марки металла (например, чер-
ные металлы с соответствующей массой позволяют
создать достаточно мощный сигнал), формы и ори-
ентации предмета по отношению к катушкам.
Следует отметить, что ручные металлодетекторы
по сравнению с арочными более низкой стоимости,
позволяют обнаруживать небольшие предметы и
достаточно точно определяют место их нахождения,
но для проведения тщательного досмотра необходи-
мо потратить относительно много времени.
На сегодня существует большой арсенал со-
временных моделей ручных металлодетекторов с
различными возможностями, характеристиками и
невысокой стоимостью. Как правило, такие при-
боры имеют автоматическую регулировку чувстви-
тельности, позволяющую повысить вероятность
обнаружения.
В арочных (стационарных) металлодетекторах со-
ответствующая катушка индуктивности расположе-
на в арке, через которую проходят досматриваемые
лица, при этом принципы и возможности обнаруже-
ния металлических предметов аналогичны ручным
приборам. Главное преимущество стационарных ме-
таллодетекторов - это высокая скорость и надеж-
ность обнаружения. Особенность этих устройств в
том, что они рассчитаны на изменение параметров,
характеризующих их возможности по обнаружению,
например, можно изменить чувствительность до уров-
ня обнаружения цветных металлов, или вообще ис-
ключить их из объектов поиска. Современные моде-
ли таких устройств имеют широкую градацию шка-
лы установок, позволяющую выбирать требуемую чув-
ствительность, но и ее ручная настройка усложняет
эксплуатацию устройства и увеличивает возможность
ошибочного выбора параметров установок.
При выборе, монтаже и эксплуатации метал-
лодетекторов следует учитывать следующее:
параметры, определяющие характеристики обна-
ружения, следует устанавливать с учетом текущего
уровня угрозы, например, стационарный металло-
детектор может быть настроен на обнаружение ог-
нестрельного оружия средних и малых размеров,
газового баллончика, маленьких ножей и др.;
должна быть разработана достаточно простая
система проверки рабочих характеристик устройства;
уровень электромагнитного излучения, созда-
ваемого металлодетекторами, не должен нести уг-
розу здоровью человека и особенно оказывать не-
гативное влияние на различные имплантанты,
например кардиостимуляторы;
арочные металлодетекторы следует устанавливать
в местах, где нет больших металлических предметов,
908
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
например открывающихся сейфов, а в случае уста-
новки нескольких устройств необходимо учитывать,
что они могут создавать взаимные помехи;
оператор установки досматривает все предъяв-
ленные металлические предметы, которые позво-
ляют уменьшить массу металла, проносимую че-
рез арку металлодетектора и настроить более вы-
сокую его чувствительность с целью выявления
более мелких вещей у лиц, проходящих контроль
в целях безопасности.
Одним из эффективных средств досмотра яв-
ляется рентгеновская аппаратура, которая в ос-
новном используется для выявления запрещенных
к провозу предметов (включая и металлические) в
грузах, багаже и ручной клади. Выпускаемые рент-
геновские установки позволяют получать как чер-
но-белые, так и цветные высококачественные
изображения, с помощью которых можно быстро
и эффективно осуществлять проверку внутренне-
го содержимого различных объектов без наруше-
ния их целостности.
На сегодня современные рентгеновские ингрос-
копы (от лат. intro - внутри, греч. skoped - смот-
рю) имеют различные размеры рабочих камер. Для
получения изображения объектов, проходящих че-
рез эти камеры, применяется метод построчного
сканирования. После помещения досматриваемого
объекта на ленточный транспортер он начинает
движение к рабочей камере установки. В опреде-
ленный момент его движения включается источ-
ник излучения, формирующий узкие веерообраз-
ные рентгеновские лучи, облучающие движущий-
ся предмет и попадающие на соответствующую
узкую полоску приемника излучения. Получаемое
рентгеновское изображение построчно запомина-
ется регистратором и отображается разными цве-
тами (в зависимости от материала) на видеотерми-
нале интроскопа. Например, органические мате-
риалы (отдельные типы взрывчатых веществ, нар-
котики, масло, кожа, мыло и др.) отображаются
оранжевым цветом, металлические предметы (же-
лезо, латунь, серебро, олово и др.) - синим, а их
композиции или предметы из алюминия и стекла -
зеленым. Следует учитывать, что предметы из тол-
стого металла достаточно сильно поглощают рент-
геновские лучи, и поэтому их изображение будет
черным. Такое разделение материалов по цветам
позволяет оператору интроскопа более эффектив-
но идентифицировать предметы, запрещенные для
перевозки на авиационном транспорте.
Для выявления взрывных веществ применя-
ется большое количество различных методов и
средств, которые могут удовлетворить различные
требования при организации соответствующего
контроля в целях безопасности. Базовые методы
идентификации взрывчатых веществ можно раз-
делить на выявляющие по массе и по парам.
Методы выявления по массе основаны на вза-
имодействии всей (части) массы взрывчатых ве-
ществ с проникающим излучением, в котором ис-
пользуется поток тепловых нейтронов или излу-
чений определенного спектра электромагнитных
колебаний. К этим методам принадлежат визуаль-
ные, химические, физико-химические, физичес-
кие, симулирующие.
Визуальные - базируются на непосредствен-
ном анализе объектов по внешним признакам (аг-
регатное состояние, форма и размер частицы, цвет,
вид упаковки, маркировка и др.), а также выявле-
нии по теневому (рентгеновскому) изображению,
например на экране видеотерминала или рентге-
новской пленке.
Эффективность применяемых методов зависит
от степени подготовки оператора и качества ис-
пользуемой аппаратуры.
Химические - основаны на точечных тестах,
позволяющих быстро получить информацию о
природе вещества. Они достаточно чувствитель-
ны, несложны в использовании, дают возможность
определять качественный состав и достаточно
удобны для использования в полевых условиях.
Физико-химические - базируются на измере-
нии физических параметров веществ в процессе
их химического преобразования.
В физическом методе используются зависимос-
ти между химическим составом и физическими
свойствами веществ. Они имеют большую чувстви-
тельность и позволяют повысить скорость анализа.
Особое место в этой группе принадлежит ней-
тронной активации, позволяющей выявлять тща-
тельно закамуфлированные (даже в толстостенном
металле) взрывчатые вещества, но приборы на их
основе ограничены по применению из-за радиа-
ционной опасности.
Симулирующие - базируются на создании та-
ких условий в окружающей среде, которые смог-
ли бы инициировать взрыв.
Методы выявления по парам основаны на ана-
лизе газовых проб, содержащих пары взрывчатых
веществ. Наиболее широкое распространение вы-
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
909
явления паров взрывных веществ получили сле-
дующие методы:
газохроматографический (использует детектор
электронного захвата);
дрейфспектрометрический (основывается на
подвижности ионов в электрическом поле);
масс-спектрометрический (с образованием
ионов при атмосферном давлении);
биосенсорный (специально натренированные
собаки, свиньи, мыши и другие животные).
Рассмотрим наиболее распространенные сред-
ства, реализующие эти базовые методы.
Определенная часть моделей рентгеновских уста-
новок позволяет автоматически выявлять широкий
класс взрывчатых веществ и визуализировать их на
видеотерминале интроскопа, отделяя их таким обра-
зом от других предметов, при этом обычно срабаты-
вает специальный блокиратор и осуществляется от-
вод подозрительного объекта, а оператор может бо-
лее детально изучить индицируемое изображение. Для
этого почти во всех рентгеновских установках есть
средства, повышающие эффективность анализа изоб-
ражений, например, инверсирование и регулировка
контрастности (для выделения и удобства просмотра
светлых и темных участков изображения), режим вы-
деления контуров (помогает, например, четче рас-
смотреть отдельные провода), средства выделения
только органических или неорганических веществ (по-
зволяет отделить и изучить отдельные группы пред-
метов) и другие возможности, которые могут быть
дополнительно включены в поставляемое оборудо-
вание. Такими возможностями, например, могут быть
средства, реализующие методы объемного обнаруже-
ния взрывчатых веществ, основанные на измерении
ряда их характеристик, например таких как, коэф-
фициенты поглощения и обратного рассеяния рент-
геновского излучения, диэлектрическая проницае-
мость, взаимодействие с гамма- и нейтронным из-
лучением, излучения в микроволновом, милли-
метровом или инфракрасном диапазонах и др.,
позволяющие, например, получить такие характер-
ные величины исследуемого вещества, как расчетная
масса, плотность, содержание азота, эффективный
атомный номер и др. Конкретные значения описан-
ных величин могут характеризовать не только взрыв-
чатые вещества, но. как показывает практика, другие
вещества с похожими характеристиками в повсед-
невном использовании редко встречаются, поэтому
количество ложных срабатываний у таких систем не
высокое, что позволяет достаточно эффективно ис-
пользовать их для автоматической идентификации
взрывчатых веществ.
Следует сказать, что повышение вероятности об-
наружения взрывчатых веществ в устройствах такого
типа осуществляется путем использования комплек-
са характерных показателей, позволяющих получить
больше информации об анализируемом веществе.
Рассмотрим наиболее распространенные в АБ
типы рентгеновских установок, предназначенных для
обнаружения взрывчатых веществ. Наиболее простые
устройства с одним источником излучения не дают
достаточного количества информации, позволяющей
автоматизировать процесс обнаружения взрывчатых
веществ, поэтому для получения большего числа дан-
ных лучше использовать двухкоординатные интрос-
копы с двумя уровнями энергии рентгеновского из-
лучения и регистрацией обратного рассеяния. Это
дает возможность вычислить массовый коэффици-
ент поглощения и эффективный атомный номер об-
рабатываемого вещества. Следует сказать, что ком-
пьютерные томографы позволяют получать инфор-
мацию вполне достаточную для вычисления плотно-
сти и массового коэффициента поглощения.
Отметим, что фотоны рентгеновского излучения,
сталкиваясь с определенным веществом, могут прой-
ти сквозь него, быть поглощены им или отклонены
от начального направления (эффект рассеяния). Этот
процесс во многом зависит от мощности рентгенов-
ского источника и ряда вышеуказанных характери-
стик исследуемого вещества, при этом, как указы-
валось, взрывчатые вещества имеют особые харак-
теристики (касающиеся взаимодействия с рентге-
новскими лучами), отличающие их от наиболее часто
используемых предметов.
Существуют также портативные интроскопы
(флюороскопы) с небольшой массой (до 3 кг), ко-
торые в основном предназначены для досмотра поч-
ты, коробок, небольших пакетов, для обнаруже-
ния взрывчатых веществ и других запрещенных
для перевозки предметов. Такие устройства по-
зволяют получать рентгеновское изображение пред-
мета, а также осуществлять непосредственное на-
блюдение за ним, при этом исследуемый объект
размешается перед флюороскопом или устанавли-
вается в соответствующей досмотровой камере.
В приборе формируется конусообразный пу-
чок рентгеновских лучей, проходящих через ис-
следуемый объект (размешенный во внутренней
камере прибора) и попадающих на люминесцент-
ный экран, вызывая его свечение, а поскольку,
910
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
как говорилось выше, отдельные вещества (на-
пример, металлы, хрусталь с большим содержа-
нием свинца и др.) достаточно хорошо поглоща-
ют рентгеновские лучи, то в местах их располо-
жения экран будет темным или черным.
Практика показывает, что прямое наблюдение
за таким изображением достаточно неудобная и
опасная процедура, и поэтому применяются зер-
кала (благодаря которым прямое излучение не по-
падает на оператора) или камеры замкнутой теле-
визионной системы с видеотерминалом. При этом
последние позволяют формировать менее четкое
изображение, но имеют следующие преимущества:
изображение на экране видеотерминала более
удобно для наблюдения;
это изображение можно записать с помощью
цифрового кода:
с помощью эффекта накапливания цифровых
изображений можно отображать более толстые
предметы;
цифровое изображение можно подвергать различ-
ной обработке, улучшающей его качество и позволя-
ющей более четко выделять необходимые детали;
при подозрении инициирования взрыва посред-
ством рентгеновского излучения есть возможность
установить видеотерминал на достаточном рас-
стоянии от интроскопа.
Поскольку рентгеновский луч конусообразный,
то верхние кромки и углы крупных предметов могут
находиться за пределами луча и не полностью ото-
бражаться, поэтому может появиться необходимость
разместить объект по-другому и изучить его еще раз.
Одним из методов получения изображений яв-
ляется использование рентгеновского луча с би-
энергетическими уровнями, который функционирует
по схеме обычного рентгеновского луча, проникаю-
щего в исследуемый объект и суммирующего таким
образом все объекты и материалы, находящиеся на
его пути. Информационное содержимое этого луча
отображается одним суммарным изображением из
всех этих объектов. Очевидно, что чем больше пред-
метов пронизывается рентгеновским пучком, тем
сложнее их различать на экране видеотерминала, но
особенно сложно анализировать изображения пред-
метов сильно поглощающих рентгеновское излуче-
ние, в отличие от органических материалов, которые
почти не изменяют структуру лучей.
Достоинство интроскопов с биэнергетически.ми
уровнями по отношению к одноуровневым заклю-
чается в их способности находить различия в мате-
риалах, которое осуществляется за счет сравнения
коэффициентов ослабления рентгеновских лучей с
высоким и низким энергетическими уровнями.
После регистрации лучей осуществляется их
обработка с помощью компьютера на основе спе-
циального программного обеспечения, позволяю-
щего отображать материалы с разным значением
атомного номера. Устройства с биэнергетическим
уровнем по сравнению с одноуровневыми позво-
ляют вычислить более точное значение атомного
номера, однако этот метод не позволяет опреде-
лить толщину исследуемого материала, и, поэтому
могут быть погрешности при вычислениях. Более
эффективными в этом плане являются двухкоор-
динатные установки с биэнергетическими уровня-
ми, формирующие два расположенных под пря-
мым углом изображения исследуемого объекта.
Такие системы дают дополнительную информацию,
на основе которой можно определить наличие ма-
териалов, похожих на взрывчатые вещества.
Существуют интроскопы, использующие обрат-
ное рассеяние рентгеновских лучей и формирующие
два отдельных изображения объекта, одно из кото-
рых образуется прямым проходом пучка, а второе -
пучком, рассеянным объектом в обратном направле-
нии. Этот подход позволяет обнаруживать вещества
с небольшим атомным номером, которые на обыч-
ном интроскопе выглядят малоконтрастными. Здесь
же такие материалы идентифицируются на отдель-
ном видеотерминале, что облегчает их обнаружение,
но наличие в исследуемом объекте высокоплотных
материалов, находящихся перед низкоплотными,
могут усложнить индентификацию предметов с ма-
лым атомным номером.
Более совершенными являются бипучковые
(расположенные друг против друга) устройства с
использованием обратного рассеяния. Они позво-
ляют анализировать объект одновременно с двух
сторон, при этом предмет с высокой плотностью
не затеняют материалы с малой, наличие в боль-
ших количествах которого может указывать на
присутствие взрывчатого вещества.
Наиболее эффективными интроскопами явля-
ются те, которые базируются на компьютерной
томографии, основанной на рентгеновском прин-
ципе получения большого количества двухмерных
изображений поперечных срезов (с малым шагом
дискретизации) объекта, которые в результате
объединения образуют трехмерное изображение.
Такая окончательная сборка тонких срезов и со-
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
911
здание искусственных цветов осуществляется в
процессе обработки получаемых данных с помо-
щью специального программного обеспечения.
Основное преимущество этих устройств в том, что
они позволяют получить объемное изображение
объекта, обеспечивают высокую точность обнаруже-
ния и распознавания материалов, что важно для оп-
ределения конкретных типов взрывчатых веществ и
отделения их от множества других сопоставимых по
свойствам материалов с малым атомным номером.
Важно отметить, что в образованной из поперечных
сечений томограмме можно в любой точке тонкого
среза получить расчетный коэффициент поглощения,
который не зависит от затеняющих материалов.
Однако, томографические интроскопы, по срав-
нению с обычными, имеют ряд недостатков, в
числе которых невысокое быстродействие, боль-
шая сложность, высокая стоимость и доза облуче-
ния, которая может негативно повлиять на фото-
пленки, магнитные записи и др.
Существуют также портативные рентгенографи-
ческие устройства (могут переноситься, устанавли-
ваться и эксплуатироваться одним человеком), в ко-
торых формируемое изображение отображается на
фотопленке, электролюминесцентной панели или
стираемом люминесцентном экране, а принцип их
работы в основном идентичен флюороскопам.
В аэропортах для обнаружения упакованных
взрывчатых веществ применяются ради ©активаци-
онные системы, использующие различные методы
обнаружения. Известны установки, основанные на
методе активации тепловыми нейтронами (т.е. ней-
тронами малой энергии, обладающими высокой
проникающей способностью и известным харак-
тером их взаимодействия с веществами, содержа-
щими большое количество азота), которые погло-
щаются многими атомами, в результате чего про-
исходит высвобождение гамма-кванта, длина вол-
ны которого определяется атомом вещества,
поглотившим нейтрон. Исходя из того, что фото-
нам, которые испускаются веществом под воздей-
ствие тепловых нейтронов, соответствует строго
определенная длина волны, то, например, обнару-
жение фотонов с длиной волны, соответствующей
азоту, говорит о его наличии в материале.
Многие нитросоединения (тротил или тетрил)
пластиды и друше взрывчатые вещества С-4.
Semtex содержат большое количество азота. Сле-
довательно, если участок исследуемого объекта ха-
рактеризуется интенсивным взаимодействием теп-
ловых нейтронов с азотом, то обычно это являет-
ся признаком присутствия в нем взрывчатого ве-
щества, но как показывают исследования, это мо-
гут быть и другие азотосодержащие предметы, на-
пример изделия из шерсти, шелка, кожи, нейлона
и др., хотя на практике не часто встречаются пред-
меты, имеющие такое высокое содержание азота,
как во взрывчатых веществах.
Установки для идентификации взрывчатых ве-
ществ основываются на использовании пульсиру-
ющего пучка быстрых нейтронов. Метод базиру-
ется на облучении объекта импульсными нейтро-
нами, образующиеся посредством воздействия на
дейтроновую мишень пульсирующего дейтроно-
вого пучка. Далее используется тот же механизм,
что и в случае метода активации тепловыми ней-
ронами, после применения которого формирует-
ся трехмерное отображение содержимого рассмат-
риваемого контейнера и с помощью специально-
го программного обеспечения с очень высокой
точностью определяется присутствие конкретных
сочетаний элементов характерных, например, для
взрывчатых веществ.
Известны устройства, базирующиеся на ядер-
ном квадрупольном резонансе, которые основыва-
ются на определении молекулярной структуры ис-
следуемого объекта посредством вызывающих ре-
зонанс радиочастотных импульсов малой мощнос-
ти. Радиосигналы, возникающие при возбуждении
ядер некоторых элементов, например азота, име-
ют характерную для данного элемента индивиду-
альную структуру, которая свойственна определен-
ным типам обнаруживаемым взрывчатым веще-
ствам. например ТЕН, гексоген и др.
Этот метод является достаточно точным, но он
позволяет обнаруживать лишь некоторые типы взрыв-
чатых веществ и не дает возможность получать'изоб-
ражения исследуемого объекта. Поэтому устройства,
реализующие этот метод, применяются в сочетании
с обычными рентгеновскими интроскопами.
Также известен ядерный магнитный резонанс,
который показал свою эффективность в медицине,
после чего были проведены исследования по созда-
нию на его основе установок для обнаружения
взрывчатых веществ. Метод базируется на том. что
у ядер атомов различных веществ существует не-
большой магнитный момент. Ядра водорода (про-
тоны). присутствующие во многих материалах, об-
ладают свойствами, которые можно использовать
для наблюдения за ядерным магнитным резонан-
912
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
сом. Исследования показали, что некоторые взрыв-
чатые вещества, а также наркотики отличаются при-
сущей только им реакцией при этом резонансе и
могут быть обнаружены с помощью специальной
досмотровой автоматизированной системы.
Основной недостаток устройств, реализующих
этот метод, заключается в том, что они не позво-
ляют идентифицировать экранированные веще-
ства, например, помещенные в металлическую
коробку или замотанные в фольгу, а наличие внут-
ри объекта большого количества различных ме-
таллов снижает эффективность обнаружения из-
за искажения магнитного поля. Следует также от-
метить, что используемое для реализации этого
метода сильное постоянное магнитное поле мо-
жет привести к повреждению некоторых магнит-
ных записей и намагничиванию элементов точ-
ных механизмов, например, часов.
Почти все взрывчатые вещества состоят в ос
новном из таких элементов, как водород, угле-
род, кислород и азот, имеющих малый атомный
номер. Эти элементы достаточно просто обнару-
жить с помощью детекторов обратного гамма-из-
лучения, в которых обычно используются радио-
активные источники гамма-излучения, применя-
емые для облучения исследуемого объекта. Гам-
ма-излучение, взаимодействуя с исследуемым
объектом, частично рассеивается в обратном на-
правлении и регистрируется сцинтилляционным
детектором.
Взрывчатые вещества (или например, дерево,
вода, топливо и др.) за счет содержания большого
числа легких элементов рассеивают в обратном
направлении больше гамма-лучей, чем предметы,
состоящие в основном из более тяжелых элемен-
тов (например, металлы), которые либо пропус-
кают, либо поглощают гамма-лучи.
При проверке транспортного средства такой
детектор будет регистрировать некоторый уровень
гамма-излучения, отраженного, например, от ме-
таллической обшивки, которая имеет одинаковую
толщину и инициирует почти постоянный сиг-
нал. Но если взрывчатые вещества находятся за
какой-нибудь панелью, то сигнал резко усилива-
ется. Следует отметить, что при проверке пред-
метов из толстого металла, поглощающего гам-
ма-излучения, чувствительность прибора будет
уменьшаться. Необходимо учитывать, что посколь-
ку устройство может реагировать не только на
взрывчатые вещества, то при досмотре различ-
ных объектов важно знание их конструкции, ко-
торое позволит правильно интерпретировать иден-
тифицирующие сигналы.
Как указывалось, взрывчатые вещества можно
также обнаружить по присутствию выделяемых ими
в окружающую среду паров и оставляемым (как
правило, на разных поверхностях) следам микро-
частиц. Исходя из различных свойств взрывчатых
веществ, одну их часть, более летучую (например,
на основе нитроглицерина), целесообразно опре-
делять по парам, а другую (например, пластичес-
кие взрывчатые вещества) - по микрочастицам.
Устройства, предназначенные для обнаружения
паров или частиц, как правило, состоят из пробо-
отборника, узла селекции, блока обработки.
С помощью пробоотборника осуществляется
взятие проб необходимого количества взрывчатого
вещества, при этом пары собираются посредством
осаждающего и удерживающего их материала из
пропускаемого через него воздуха. Микрочастицы
собирают с помощью бумаги или ткани, которыми
обтирают подозрительные поверхности. Для отбо-
ра проб часто используется миниатюрный вакуум-
ный насос, работающий по принципу пылесоса.
Узел селекции предназначен для выделения
паров взрывчатого вещества, например из газо-
пробы. В качестве концентраторов часто приме-
няются хроматографеские колонки или полимер-
ные мембраны. Приборы колоночного типа по-
зволяют определить даже вид взрывчатого веще-
ства, а мембранного - могут без узла селекции
выдавать сигнал о возможном их присутствии.
Блок обработки с помощью специальной элект-
роники и программного обеспечения определяет тип
взрывчатого вещества и сигнализирует оператору.
Газохроматографический метод анализа положен
в основу большинства высокочувствительных детек-
торов паров взрывчатых веществ. Чувствительный
элемент прибора - детектор электронного захвата,
принцип действия которого следующий: в камере
постоянно присутствует чистый газ-носитель (ар-
гон или азот) и бета-источник (изотоп трития или
никеля), излучающий поток электронов. Вследствие
взаимодействия потока электронов с молекулами
газа-носителя образуется равновесие электронного
поля. Поток направляется к аноду и образовывает
начальный ток; после того как электроны попадают
в камеру детектора паров, сила тока быстро умень-
шается вследствие большого разреза захвата элект-
ронов молекулами взрывчатого вещества (которые
12.2. Вопросы защиты гражданской авиации от актов незаконного вмешательства
913
содержат большое количество азота). Если концен-
трация этих веществ в пробе будет выше мини-
мально определенной этим детектором, то он вы-
дает идентифицирующий сигнал.
Дрейфспектрометрический метод базируется на
спектрометрии подвижности ионов в электричес-
ком поле и основан на том, что ионизированные
молекулы взрывчатого вещества (посредством об-
лучения потоком бета-частиц) попадают в дрейф-
камеру, в которой под действием электрического
поля определенной конфигурации перемещаются
к катоду и, попадая к нему, создают импульс тока
в электрической цепи. Скорость движения моле-
кул взрывчатого вещества к катоду зависит от под-
вижности ионов и параметров электрического поля,
которые и положены в основу идентификации.
Следует учитывать, что в устройствах, основан-
ных на этих видах анализа, необходима очистка ком-
понентов от неизбежно накапливающихся различ-
ного рода загрязнений, включая остатки различных
взрывчатых веществ. Недостатком таких устройств
является их высокая стоимость и то, что измерение
и прогнозирование их рабочих характеристик в про-
цессе эксплуатации достаточно проблематично.
Химический метод обнаружения взрывчатых
веществ является одним из недорогих и достаточ-
но эффективных. Специальные наборы жидких
и аэрозольных химических реагентов для испы-
таний позволяют обнаружить оставшиеся следы
взрывчатых веществ. Подозреваемую поверхность
обтирают с помощью специальной реактивной бу-
маги, которую далее опрыскивают несколькими
идентифицирующими химическими реагентами.
Если на бумаге присутствует взрывчатое веще-
ство, то она окрашивается в характерный цвет,
образующийся в результате реакции химических
реагентов со следами взрывчатого вещества.
Е1едостатком этого метода является то, что он не
позволяет обнаруживать все типы взрывчатых ве-
ществ, поэтому отрицательный результат анализа
не свидетельствуют об отсутствии таких веществ.
Для реализации биосенсорного метода обнару-
жения взрывчатых веществ, наркотиков и других
материалов используют специально обученных со-
бак. При этом, как правило, такой биосенсор обу-
чают обнаруживать либо взрывчатые вещества, либо
наркотики, и как показывает практика, не суще-
ствует таких взрывчатых веществ, которые бы не
смогла обнаружить любая специально обученная
собака. Такое обучение представляет собой доста-
точно сложный процесс, в котором участвуют со-
бака, ее проводник и дрессировщик, а также дру-
гие лица, осуществляющие контроль и выдачу сви-
детельств. Каждая собака должна периодически
подтверждать квалификацию (обычно раз или два
в год) и проходить регулярную ежемесячную дрес-
сировку. В ходе испытаний она должна обнару-
жить соответствующие объекты не менее чем в
95 % случаев. Использование собак дает ряд пре-
имуществ, например:
собака и проводник гораздо мобильнее в зоне
поиска, чем человек с другими средствами обна-
ружения, особенно с теми, которые слишком ве-
лики для эксплуатации в одиночку;
биосенсор способен отследить запах и достаточ-
но точно определить местоположение взрывного
устройства, что отличает его от других систем, ко-
торые только устанавливают и не способны ука-
зать направление, в котором сигнал усиливается;
хорошая чувствительность и избирательность
в отношении отвлекающих веществ;
быстрота обнаружения и приспособляемость к
различным рабочим условиям.
Недостатки использования собак связаны с вре-
менными ограничениями, по которым она может
вести поиск в течение 40-60 мин, а потом ей необ-
ходим перерыв для отдыха. Кроме этого собака не
может передать информацию проводнику о том,
какой вид взрывчатого вещества она обнаружила,
а эффективность ее работы зависит от умения про-
водника интерпретировать подаваемые собакой
сигналы и поддерживать ее интерес к поставлен-
ной задаче. Еще следует учитывать, что необходи-
мы дополнительные расходы на кормление, уход,
дрессировку и ветеринарное обслуживание.
Обнаружение взрывных устройств (особенно
самодельных) можно осуществлять по наличию
электронных схем, которые являются их базовым
компонентом. В таких схемах можно обнаружить
неоднородные переходы, генераторы колебаний.
Неоднородными переходами могут быть границы
двух полупроводников (которые, например, суще-
ствуют в диодах) или коррозийный слой между двумя
проводниками или контактными группами. При об-
лучении таких переходов радиочастотным сигналом
происходит его переизлучение с удвоенной часто-
той, что и регистрируется соответствующим устрой-
ством, например нелинейным локатором.
Обратим внимание, что сигнал с выхода тако-
го устройства не зависит от типа схемы и ее раз-
58 8-470
914
12. АВИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
меров; с помощью сигнала нельзя определить,
является ли найденный переход частью схемы.
Как правило, в схемах точного задания време-
ни применяются генераторы колебаний опреде-
ленной частоты, которые также можно обнару-
жить, а комбинация функций обнаружения гене-
раторов и неоднородных переходов даст меньшую
частоту ложных срабатываний.
Следует также помнить, что в теоретическом
плане радиосигнал (при использовании любых
радиопередатчиков возле взрывных устройств)
может как привести в действие электродетонатор,
так и создать помехи, приводящие к преждевре-
менному срабатыванию цепи задержки.
Для проверки почтовых отправлений обычно ис-
пользуются металлодетекторы, встраиваемые в на-
клонный лоток, по которому перемещаются письма,
а для уменьшения ложных срабатываний его на-
страивают так, чтобы он не реагировал на обычные
металлические скрепки. Проверка бандеролей таким
же способом малоэффективна, поскольку они часто
содержат много металла, вызывающего ложную тре-
вогу, поэтому металлоискатель используют, напри-
мер, совместно с флюороскопом, позволяющем про-
сматривать все предметы, вызвавшие срабатывание.
Оптические средства обнаружения часто могут
быть лучшим инструментом для выявления запре-
щенных к провозу предметов.Чтобы эти предметы
можно было обнаружить и без оптических прибо-
ров, разработан целый ряд специальных средств, в
числе которых различные зеркала, карманные фо-
нарики, эндоскопы (длинная трубка, обычно с ис-
точником освещения, линзами на одном конце и
окуляром на другом для проведения осмотра в закры-
тых полостях), замкнутые телевизионные системы
(включая скрытые и инфракрасные) и др.
Одним из мощных симулирующих средств,
предназначенных для приведения в действие раз-
личных взрывных или зажигательных устройств,
содержащихся в грузе, почте или багаже, являют-
ся камеры моделирования, которые имитируют
условия среды полета, при этом в зависимости от
типа камеры возможно имитирование от одного
до нескольких параметров. На применение этих
камер не влияет вид и количество взрывчатого
вещества, габариты и объем багажа, а также груза
и почты. Существующие камеры моделирования
осуществляют обнаружение взрывных устройств
путем приведения в действие их взрывателей, в
результате чего камера или груз могут быть сильно
повреждены.
В настоящее время используются декомресси-
онные камеры (предназначены для инициирова-
ния барометрических взрывателей путем измене-
ния давления в камере) и камеры комплексного
моделирования условий полета (имитирующие не
менее двух параметров условий полета для приве-
дения в действие более сложных взрывных уст-
ройств). Преимущество декомпрессионных камер
в том. что они могут применяться для досмотра
больших партий разнообразных грузов, нет как
такового ложного срабатывания сигнализации, не
требуются высокие эксплуатационные расходы, а
их эффективность не зависит от количества и типа
взрывчатых веществ или объема |руза. К недостат-
кам можно отнести их ограниченность по иници-
ированию только барометрических устройств, а
также значительные капиталовложения. Камеры
комплексного моделирования условий полета име-
ют дополнительные преимущества, связанные с
повышением эффективности досмотра путем мо-
делирования нескольких параметров, а также ис-
пользования дополнительного оснащения, напри-
мер устройств для обнаружения паров.
В этом подразделе рассмотрены только отдель-
ные вопросы, связанные с защитой ГА от АНВ,
но в последнее время они особо актуальны при
решении задач контроля в целях безопасности.
Следует отметить, что обеспечение АБ - это не
только досмотр, который занимает одно из важ-
ных мест в обшей цепи безопасности, а гораздо
более широкий комплекс мероприятий, реализа-
ция которого должна обеспечиваться посредством
выполнения различных программ АБ.
Глава 13
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
13.1. сбалансированный подход
К ПРОБЛЕМЕ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
С экологической проблемой в Украине нераз-
рывно связаны вопросы оценки и уменьшения не-
благоприятного влияния объектов гражданской
авиации (ГА), состояния окружающей природной
среды (ОПС).
Для исследования и обоснования средств оцен-
ки и снижения уровней неблагоприятного воз-
действия объектов ГА на ОПС концептуально обос-
нован сбалансированный подход, суть которого
состоит в осуществлении комплекса профилак-
тических мероприятий по уменьшению воздей-
ствия объектов ГА на ОПС. Основу сбалансиро-
ванного подхода к решению проблемы охраны
ОПС (ООПС) в ГА составляют: технико-техно-
логическое усовершенствование авиационной
техники (АТ) и средств ее эксплуатации; техни-
ческое нормирование характеристик шума и эмис-
сии АТ; сертификация АТ на соответствие харак-
теристик шума и эмиссии нормативным требо-
ваниям; нормирование показателей состояния
ОПС в районе и в окрестности аэропортов; эко-
логическая экспертиза предприятий и объектов
ГА; внедрение мероприятий по уменьшению не-
благоприятного воздействия объектов ГА на ОПС;
зонирование территории, планирование и конт-
роль использования земельных участков в окрест-
ности аэропортов; мониторинг уровней воздей-
ствия неблагоприятных факторов в районе и в
окрестности аэропортов; реализация экономичес-
ких механизмов регулирования проблемы охра-
ны ОПС. При обосновании сбалансированного
подхода исходным положением является концеп-
ция комплексного экономико-экологического уп-
равления.
Главная цель охраны окружающей природной
среды при эксплуатации объектов ГА заключает-
ся в поддержке баланса между неблагоприятными
последствиями, которые их сопровождают, и по-
тенциальными возможностями ОПС в восстанов-
лении благодаря созданию государственной и от-
раслевой систем контроля и управления всем спек-
тром транспортной, производственной, интеллек-
туальной и социальной деятельности относитель-
но реализации экологических проблем в ГА.
Объекты ГА являются источниками неблаго-
приятного воздействия на ОПС, уровни которого
могут превышать допустимые величины отече-
ственных и международных нормативов. Приори-
тетными источниками неблагоприятного воздей-
ствия в районе и окрестности аэропортов являют-
ся воздушные суда (ВС). Наиболее существенны-
ми неблагоприятными факторами воздействия на
ОПС являются авиационный шум (АШ) и выбро-
сы загрязняющих веществ (ЗВ). Региональный и
локальный характер экологических проблем в ок-
рестности аэропортов Украины определяются глав-
ным образом устаревшим парком эксплуатируе-
мых ВС и близостью размещения аэропортов от-
носительно жилищной территории.
Население, проживающее в окрестности аэро-
порта, необходимо рассматривать как объект ок-
ружающей природной среды (ICAO, 1991 г.) [342,
673]. Размещение аэропортов должно отвечать
особым требованиям не только по условиям обес-
печения нормативов шума и загрязнения воздуха,
но по гарантированию безопасности населения на
прилегающей территории. Вокруг аэропортов не-
обходимо создавать зоны совместимости и прово-
дить социально ответственную политику исполь-
зования земель в пределах этих зон с целью раз-
вития аэропортов и охраны здоровья, обеспече-
ния безопасности и благосостояния населения. За
последние десятилетия XX в. в среднем за год в
мире происходило около 30 катастроф ВС граж-
данской авиации с 1500 фатальными последстви-
ями, в том числе около 35 - среди населения в
зоне катастрофы (так называемая «третья сторо-
на» исследуемого процесса) [815]. В 90-х годах XX в.
произошли большие авиационные катастрофы,
приведшие к значительным жертвам среди насе-
ления в окрестности аэропорта: в 1992 г. в Ам-
стердаме - 39 жертв; в 1998 г. на Тайване - 6; в
916
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
1997 г. в Иркутске - 63; в 1997 г. в Асунсьоне (Па-
рагвай) 20; в 1996 г. в Киншасе (Заир) - 219 и др.
Для принятия решения при управлении охра-
ной ОПС в ГА необходима информация о целях и
задачах авиапредприятия или отрасли в целом в
сфере ООПС; критериях природоохранной дея-
тельности и пределах управляемости объекта; со-
стоянии объекта управления; механизмах и зако-
номерностях функционирования системы ГА-ОПС
на разнообразных уровнях наблюдения, анализа и
прогноза; альтернативных стратегиях деятельнос-
ти в системе ГА-ОПС и анализе последствий их
реализации.
Результаты анализа показывают, что степень
реальной опасности того или иного фактора (не-
зависимо от того, в какой среде он распространя-
ется - в атмосфере, воде или почве) для здоровья,
самочувствия и жизнедеятельности человека за-
висит от агрессивности фактора (например, ток-
сичности химического загрязнения); распростра-
нения в жилой зоне; уровня выраженности; дли-
тельности воздействия. Например, неблагоприят-
ное воздействие АШ зависит от уровня звукового
давления (УЗД); частотного распределения и на-
личия спектральных неравномерностей; длитель-
ности звучания; маршрутов полета ВС с учетом
их типовых профилей взлета и посадки; количе-
ства операций движения ВС в сутки или другой
период наблюдения; вида процедур, которые ис-
пользуются при выполнении характерных опера-
ций; состава авиационного парка; использования
взлетно-посадочной полосы (ВПП); времени су-
ток и года; метеорологических условий. Кроме
того, реакция населения на экспозицию АПТ за-
висит от использования земельных участков; ис-
пользования застройки; типа строительных кон-
струкций; расстояния до аэропорта; окружающе-
го шума при отсутствии АШ; дифракции, рефрак-
ции и отражений шума при его распространении
в застройке в зависимости от топографических и
метеорологических условий.
Существующая система критериев для обеспе-
чения решения задач регулирования АШ исполь-
зует две шкалы частотной коррекции - громкость
и шумность. Анализ существующей международ-
ной и национальной практики, нормативной базы
для сертификации и зонирования дал возможность
обосновать предложение: за основу частотной кор-
рекции уровней звука использовать шкалу гром-
кости и все критерии [Z^, LA^, SEL, р =/(ДЛэкв)]
для решения задач регулирования шума ОПС
структурировать на основании данной частотной
коррекции. Обобщающий результат исследований
Шульца [542] в виде зависимости типа «доза-от-
клик» для определения доли населения р, которое
испытывает высокую степень дискомфорта (раз-
дражения от воздействия шума), можно предста-
вить в виде регрессии:
100
V =..............—-----,
1+ехр(10,43 - 0,132^)
где £Аэа эквивалентный уровень звука.
Указанная доля населения признана наиболее
пригодной для прогнозирования реакции населе-
ния на шум и в 1992 г. была утверждена междис-
циплинарной комиссией по шуму США (FICON)
как стандарт для прогнозно-аналитических работ.
Количество населения, которое страдает от воз-
действия шума, Np = pN, где N - общее количе-
ство населения в исследуемом регионе, является
наиболее универсальным критерием. Он введен в
нормативную базу анализа, прогнозирования и ре-
гулирования шума окружающей среды на государ-
ственном и региональном уровнях в ряде стран
(например, в Германии, Голландии, Франции и в
целом в Европе [342]).
Наоборот, для нормирования шума ВС в боль-
шинстве случаев используются критерии шума,
основанные на оценках шумности. Например,
Приложение 16 к Конвенции ICAO предлагает бо-
лее десяти стандартов с нормативами шума для
разнообразных категорий ВС, которые оценива-
ются главным образом эффективным уровнем вос-
принимаемой шумности EPNL [698]. Нормирова-
ние эмиссии авиационных двигателей (АД) [699]
определяется их типом, годом производства (вво-
да в эксплуатацию) и выполняется для четырех
видов химических загрязняющих веществ (ЗВ):
окислов азота, окиси углерода, газообразных сум-
марных углеводородов и сажи (твердая фаза уг-
леводородных несгоревших веществ). Внедрение
более жестких норм АШ и эмиссии ЗВ авиацион-
ных двигателей реализуется на основе комплекс-
ного анализа, который учитывает наличие не-
обходимых технологических средств выполнения
норм, их экономическую эффективность (сравне-
ние стоимость - польза), а также экологическую
целесообразность.
Соответствие характеристик АШ и эмиссии ЗВ
двигателей определяется процедурами сертифика-
13.2. Моделирование воздействия авиационного шума на окружающую среду
917
ции, требования к которым сформулированы в тех
же стандартах, что и требования нормативов [698,
699]. Несоответствие нормативам может быть при-
чиной вывода из самолетов эксплуатации.
Неблагоприятное воздействие химического за-
грязнения воздуха также зависит не только от уров-
ня загрязнения, который выражается через кон-
центрацию ЗВ, но и от времени экспозиции за-
грязнения, т. е. от дозы химического фактора.
Кроме того, негативное воздействие загрязнения
воздуха на человека может проявляться через не-
удовольствие населения, вызванное потерями эс-
тетического характера, например, потерей види-
мости окрестности из-за загрязнения атмосфер-
ного воздуха, потерями и убытками других объек-
тов ОПС.
Методологической основой количественной
оценки социальной стоимости и пользы ООПС яв-
ляется анализ типа «стоимость-польза». В данном
случае польза определяется как предупрежденный
ущерб от загрязнения (физического или химичес-
кого) среды. Стоимость определяется затратами на
подготовку и реализацию мероприятий ООПС. Рас-
пределение ресурсов в условиях рыночной эконо-
мики осуществляется главным образом за счет сис-
темы цен. Поэтому определение стоимости убыт-
ков от загрязнения ОПС и стоимости мероприятий
ООПС представляет актуальную задачу.
13.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВИАЦИОННОГО ШУМА
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Разработаны и обоснованы логические уровни
моделирования акустических характеристик ВС и
влияния АШ на ОПС (табл. 13.1) [542, 891]. Реша-
емые задачи и соответствующие подходы к моде-
лированию характеристик АШ привязаны к эта-
пам жизненного цикла ВС и отдельным компо-
нентам сбалансированного подхода к решению
проблемы ООПС в ГА (в частности, проблемы
АШ) [542].
Таблица 13.1. Связи между логическими уровнями
моделирования характеристик авиационного шума
1-й уровень 2-й уровень 3-й уровень
Амплитудно- частотные спектры в направлении излу- чения шума под углом 0 на рас- стоянии г Шкала частотной коррекции крите- рия АШ + диа- грамма направ- ленности крите- рия АШ Зависимость типа «шум-режим - расстояние» (шка- ла частотной коррекции н вре- менного усредне- ния критерия АШ)
[lz = F(Z?,г,./-,©)]
(^) > LI = F(Z?,r,e) (g) > LL = F(R,r)]
Примечание. R - множество показателей режима полета ВС
(режима работы АД); 2^ - логарифмическая сумма частотных состав-
ляющих спектра; 1^0- интегрирование траекторной зависимости
уровня звука.
В основе разработанной многоуровневой ме-
тодологии оценки АШ лежит базовая акустичес-
кая модель (БАМ) типа ВС, которая строится на
принципе учета вклада основных акустических
источников в общее акустическое поле ВС и на
результатах решения задачи идентификации струк-
туры и параметров БАМ. Базовая акустическая
модель является основанием для всех уровней
моделирования АШ.
Количество акустических источников, которые
определят характеристики шума ВС на местнос-
ти, зависит от типа ВС, типа АД в силовой уста-
новке, а также режима полета. В основу моделей
акустических источников положены рекомендуе-
мые 1САО полуэмпирические зависимости, кото-
рые имеют достаточно высокую точность оценки
спектральных и суммарных уровней звукового дав-
ления (табл. 13.2) [646, 680, 724, 734, 813, 846].
Поэлементный вклад каждого из характерных
акустических источников осуществляется по фор-
муле энергетического суммирования УЗД шума
основных источников И в момент t в исследуемой
точке контроля АШ:
Z7.(/) = 101g£10°'lt'</);
(/) = Zw - ALe -AL, - ALV - AZ^ - AZ^ -
-201g№)-a(/?-^), (13-1)
где Lw - УЗД (табл. 13.2) в частотной полосе /
приведенный к расстоянию Д,; AZ.S - поправка на
918
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Таблица 13.2. Характеристики основных акустических источников авиационного шума
Тип акустического источника ВС Составляющая мощности излучения Lw Модель и показатели ее точности для Ц ,дБ
Струя SAE, ±1
Lc =5 + 101g Ц If а 4Я2 + 201g Pmca
—
Струя двухконтурная Ад = 141 +101g 4-lOlgS, +31g +1C Pa J (25. „ —FT"*"®, [лА),2 + ' i ' a 1 a bl] г v NASA, J.R Stone, ±1,4
Винт L, = 15,4 IgA + 38,4ЛР„ - 20 lgCA - -2Olg£> + Ao SAE, ±1,4
Вентилятор L, = 201g ДА + 101gG + F3+F4 + +101g(10°1F5+1001F6) NASA, M.Heidmann, ±1
Турбина ^=201g(l-Kl,)(i-,)/t-201gHh + +10 lg5T+161,5 NASA, R.Huff, B.Clark, ±1,8
Камера сгорания 4c=101gC Pa J NASA, J.Groesbeck, ±2
Обтекание крыла Ak =501gT + 101g8z+16,9 FAA, M.Fink, ±1,2
Обтекание механизации крыла =601gV + 101gSsin28-12 FAA, M.Fink, ±1,5
Обтекание шасси Аш =601gV + 201gF>-12 W.Dobrzynski, ±1,2 дБ
направленность излучения шума; АД -спектраль-
ная поправка; ДА,- - поправка, которая определя-
ется влиянием скорости движения источника
шума; ДА^ - поправка на интерференцию звуко-
вых волн; ДА,кр - поправка, которая учитывает
влияние разнообразных преград на пути распрос-
транения шума; а - коэффициент поглощения
звука в атмосферном воздухе.
В табл. 13.2 использованы обозначения вели-
чин, которые обычно применяются в термодина-
мике авиационных двигателей. Для источников об-
текания элементов планера воздушным потоком
v - скорость полета; Л’ - площадь крыла; D - диа-
метр колеса шасси. Поправка на направленность
излучения ДА,:) и спектральная поправка ALf оп-
ределяются отдельно для каждого источника со-
ответствующей моделью. Поправка на скорость
перемещения источника ДА,, является характер-
ной для источников двигателя, а для элементов
обтекания планера ВС скорость потока является
определяющей для их акустической мощности.
Расчет влияния интерференции звуковых волн
Д/,т на характеристики АШ в точке приема для
отдельных частотных полос осуществляется по
формуле [662]:
AZtoI = 101g{l + S2|C|2 +
+25 |е| [sin (ап д ЯД )/(апД ЯД )cos(pnA ЯД + 8)]},
где 5 = R{/Rlt Rt, R2- соответственно расстояния
прохождения прямой и отраженной от земной
поверхности звуковых волн; ДЯ = R2 - Я,;
ап=л(Д///), X/ - ширина частотной полосы,
ft - центральная частота полосы; К длина вол-
ны; РГ1 = 2л ^1 + (Д fjf. )2 /4 j ; для 1/3 -октавных по-
лос ап = 0,725, рп = 6,325.
13.2. Моделирование воздействия авиационного шума на окружающую среду
919
Значения коэффициента отражения Q для сфе-
рической волны от компактного источника рас-
считываются по формуле [663]
e=a+(i-W
Г И с
где Q - коэффициент отражения для плоской вол-
ны; F(pe) - фактор граничных потерь из-за взаи-
модействия сферической звуковой волны с ров-
ной отражающей поверхностью:
6’(я) = 1 + фГ ехр(-р(. )ст1с(-ф,),
рс = (ф /?2/2)1,2 (Р+cos6).
Величины снижения УЗД шума препятствия-
ми, которые моделируются тонкими экранами,
определяются эффектом дифракции звука и рас-
считываются при помощи аппроксимаций в виде
функции от числа Френеля N:
при -3 < N < О
Д£э|ф = 1,1518211ехр[о,5493061(А + 3)]-1,146 8337 ;
при 0<А<100
Д4, =5 + 201g[2(^|)7th(2K|<2].
Для оценки коэффициентов поглощения звука
а используются эмпирические формулы в соот-
ветствии с рекомендациями стандартов 1САО
[648] или ICO. Снижение уровня звука в i-й час-
тотной полосе благодаря фактору ICAO атмос-
ферного поглощения определяется по формуле:
(') = «(')« •
Для оценки соответствия акустической модели
ВС предложен критерий в виде относительной
среднеквадратической ошибки [542, 891]:
_____I_______________.
[£( - Ж,|+\spibj - ^|)]2 ’
^=Х^/24,
где SPLp, SPLO - соответственно рассчитанные и
измеренные УЗД щума, которые исследуются в
j-й частотной полосе.
Критерий соответствия d, изменяется в преде-
лах от 0 до I, причем чем ближе d2 к 1, тем больше
модель отвечает экспериментальным наблюдени-
ям. В табл. 13.3 приведены обобщенные результа-
Таблица 13.3. Значение критерия соответствия dt для ис-
следованных акустических моделей ВС с турбореактивным
двухконтурным двигателем
Этап и режим полета ТРДиТРДДм (lSmS2,3) ТРДД (2,4 $ in S 5,6)
Взлет 0,88 0,93
Набор высоты 0,86-0,93 0,84-0,92
Набор высоты с дросселированием АД 0,83 0,97 0,85-0,95
Снижение перед посадкой 0,89-0,97 0,84-0,94
Примечание. Индекс «см» - смешивание потоков двух кон-
туров ТРДД; т - степень двухконтурности ТРДД в силовой уста-
новке ВС.
ты моделирования спектров шума ВС (АД) сред-
ствами поэлементного вклада характерных акус-
тических источников ВС (см. формулу 13.1).
При наличии экспериментальных данных стен-
довых (для АД) и (или) полетных исследований
ВС существует возможность коррекции акустичес-
кой модели конкретного исследуемого типа ВС.
С этой целью сформулирована и решена задача
идентификации базовой акустической модели
(первого логического уровня, см. табл. 13.1) типа
ВС. Значения УЗД базовой акустической модели
ВС SPLp определяются как энергетическая сумма
моделей акустических источников SPL^ , скоррек-
тированных на величину спектральной поправки
Д5Г£Н:
SPLP = SPL;. + SSPLH. (13.2)
Параметры амплитудно-частотной характери-
стики поправки &SPL* определяют, решая задачи
идентификации:
SSPL^ = SPLoj - SPLjP - Е} ,
где E - спектральная ошибка идентификации па-
раметров модели, а спектры SPL^ и SPLp рассмат-
риваются как входные и выходные параметры сис-
темы.
Фактически алгоритм решения задачи заклю-
чается в том, чтобы сумма квадратов ошибок для
7V наблюдений (/ = 1, ..., А) достигала минималь-
ного значения в процессе идентификации:
£(^)' = -ДЖ„7)2 = min.
920
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Таблица 13.4. Сравнение оценок результатов моделирования
УЗД шума самолета Як-40
Акустическая модель вс Номера полетов
б 7 8 9 12
Модель поэлемент- ного вклада 0,63 0,71 0,52 0,86 0,67
БАМ 0,96 0,87 0,96 0,92 0,94
В процессе идентификации значения поправ-
ки &SPL" определены в виде систематической сос-
тавляющей средне квадратической погрешности
RMSEs данных измерений SPLO. и оценки :
где SPLaj - оценка SPLO, полученная методом наи-
меньших квадратов в виде регрессии SPLO от SPL?.
Несистематическая составляющая BMSE. явля-
ется мерой точности данной модели:
РЛ/Ж„.с =
X;(|SPLo.y-SP^
Сравнение результатов оценки УЗД АШ, полу-
ченных с использованием БАМ (см. формулу 13.2),
с моделью поэлементного вклада характерных акус-
тических источников ВС (см. формулу 13.1) по зна-
чениям критерия соот ветствия d2 показано на при-
мере самолета Як-40 для этапа снижения перед по-
садкой (табл. 13.4).
Траекторная акустическая модель (ТАМ) ВС
является моделью 2-го логического уровня. Она
разработана для решения задач контроля шума ВС,
в частности для исследования влияния эксплуата-
ционных факторов на уровни АШ, для оптимиза-
ции параметров траекторий полета ВС в окрест-
ности точки (зоны) контроля шума. Принципи-
ально ТАМ состоит из трех частей [891]:
математической модели движения ВС - в виде
системы дифференциальных уравнений для оценки
параметров траекторий полета;
БАМ ВС - для определения спектральных и
суммарных УЗД, уровней звука и других критериев
АШ в точке под траекторией полета;
акустической модели, которая основывается на
концепции радиуса шума, для определения конту-
ров и площадей контуров АШ вокруг траекторий
полета ВС.
Разработанные ТАМ апробированы путем срав-
нения результатов расчета с измеренными значе-
ниями параметров траекторий и уровней шума под
траекторией (табл. 13.5). Измеренные значения
приведены с пределами среднеквадратических от-
клонений. Все рассчитанные значения находятся
в пределах погрешности измерений.
Концепция радиуса шума |542, 841] состоит в
том, что самолет, который движется вдоль траек-
тории, образует симметричный относительно тра-
ектории источник звука, то есть образуются ци-
линдрические поверхности равных уровней шума
с центральными осями вдоль траектории, а их ра-
диусы являются радиусами шума Rn. Данная кон-
цепция имеет несколько преимуществ. При ис-
следовании поверхностей, ограниченных контура-
ми заданных уровней шума, их характеристики рас-
считываются путем решения задачи пересечения
цилиндров с земной поверхностью при помощи
использования простых геометрических зависимо-
стей. На практике всегда существует возможность
разбить траекторию движения ВС на несколько
отрезков с постоянными значениями параметров,
которые определяют характеристики шума, выпол-
нить построения и расчеты для каждого отдель-
Таблица 13.5. Уровни шума EPNL (ЕРИдБ) для точек контроля АШ в соответствии с Приложением 16
Тип ВС Набор высоты (точка 2) Снижение перед посадкой (точка 3)
модель измеренне модель измерение
Ту-154 99,2 100,1±1,2 105,8 106,0±0,9
Ту-154М 98,3 98,4±0,9 100,7 102,1 ±0,5
Ту-204 97,0 96,0+2,6 102,2 99,9±2,7
Як-40 91,2 90,3±3,9 98,7 97,2±3,8
Як-42 93,8 93,4 ±0,7 103,7 102,4±1,6
Ил-62М 100,2 102,9+2,5 100 103,5±3,8
Ил-86 107,6 107,4±0,6 105,7 105,1±0,3
13.2. Моделирование воздействия авиационного шума на окружающую среду
921
ного отрезка, а результаты после этого сложить.
Например, площадь поверхности S, ограниченная
контуром шума (площадь контура шума), рассчи-
тывается по формуле
(1з.з)
AS» =
R-
—— arcsin
sin О
X sin©
х.
l+X^//?2-X2sin2©
где Xe, Xi - координаты соответственно окончания
и начала отдельного Л-го отрезка; е - угол на-
клона отрезка траектории.
Анализ полученных зависимостей для радиуса
шума показывает, что [891]:
степень обратной зависимости эквивалентных
уровней шума (типа £Лэкв, EPNL) от расстояния
(от радиуса шума) до исследуемой точки является
линейной, а не квадратичной, как для максималь-
ных уровней (типа L^, PNLmJ;
коррекция значений уровней шума для задан-
ного расстояния от изменения скорости движе-
ния равна 10 lg(E0/7), где - скорость, для кото-
рой определены радиусы шума Rn (в виде ШРР-
зависимости);
для постоянного режима работы двигателя и
заданного эквивалентного (эффективного) уров-
ня ЛШ выполняется соотношение вида R,V= const.
Результат, полученный для простой аналитичес-
кой модели излучения движущимся акустическим
источником, подтвержден результатами исследо-
ваний для более сложных моделей и для режимов
полета, которые наблюдаются в течение взлетно-
посадочного цикла движения ВС в районе аэро-
порта.
На основании предложенных моделей БАМ и
ТАМ определена методика оценки радиусов шума
для типа ВС и рассчитаны зависимости типа «шум-
режим полета-расстояние» (ШРР-зависимосги) для
использования в моделях оценки АШ в районе и
окрестности аэропортов. Основное соотношение
данной модели (для критерия шума L в точке (х,
z) на местности) имеет вид [891]:
Рис. 13.1. Контуры рассчитанные по предыдущей
(пунктирная линия) и разработанной (сплошная линия)
методикам
AAg - поправка на направленность излучения шума
ВС; А/., - поправка на скорость движения ВС; А/, -
поправка на время звучания шума при выполнении
поворотов ВС; - поправка на экранирование
шума искусственными и естественными препятстви-
ями на пути распространения звуковых волн.
Перечисленные поправки определены с помо-
щью БАМ для разнообразных типов ВС и условий
распространения шума. Сравнение результатов рас-
чета, полученных по предыдущей и уточненной
моделям, приведено на рис. 13.1. Как правило, уточ-
ненные расчеты экономят площадь земель, кото-
рые отводятся для зон запрета или ограничения за-
стройки вокруг аэропорта.
В табл. 13.6 приведены результаты расчета ра-
диусов шума самолета Як-40 на этапах взлета и
посадки, полученные с использованием разрабо-
Цх>с)- /-шгг + ЛЛи +А/^ + АЛ +ДЛ +Л®. ,(13.4)
где £ШР1, - значение крит ерия шума для соответ ству-
ющей ШРР-зависимости ВС; A/fr, - поправка на
интерференцию - «поперечное поглощение» шума;
Таблица 13.6. Сравнениерадиусов шума самолета Як-40
Радиус шума, м Уровень шума при взлете, дБА Уровень шума при сни- жении на посадку, дБА
1 2 3 1 2 3
100 101,3 97,6 99,8 91,3 93,9 92,3
300 87,2 82,9 88,1 79,0 80,6 80,0
500 79,0 73,8 81,9 72,4 72,3 73,8
700 73,1 66,6 77,4 67,9 66,0 69,5
1000 66,7 58,7 72,5 62,9 58,1 64,8
1300 62,1 53,4 69,1 59,2 51,9 61,6
1500 59,6 50,7 66,5 57,2 48,5 59,2
2000 54,5 45,7 62,1 53,1 42,2 55,2
2500 50,3 42,0 58,5 49,8 38,1 51,6
922
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
тайной модели: результаты по БАМ (1); результа-
ты по модели поэлементного вклада основных
источников шума (2); результаты зависимости,
которая используется в одном из предыдущих спо-
собов расчета шума на местности (3) [891]. Отли-
чия в результатах достаточно существенны, осо-
бенно при увеличении радиуса шума, т. е. рассто-
яния к контрольной точке.
Выполнены исследования влияния эксплуата-
ционных факторов на уровни неблагоприятного
воздействия объектов ГА на ОПС с использова-
нием разработанных моделей и вычислительных
комплексов. Целью исследований является ана-
лиз причин изменения критериев воздействия АШ
(и выбросов ЗВ), а также определение неблаго-
приятных условий образования максимальных
уровней АШ.
Уменьшение массы самолетов при наборе высо-
ты по сравнению с максимальной массой обус-
ловливает уменьшение уровней шума EPNL в точке
контроля до 6 EPN дБ для самолетов с ТРДД с
т < 2,5 и до 4 EPN дБ - для самолетов с ТРДД с
т > 2,5. Площадь контура шума уменьшается
на 15-30 % и максимальные значения соответству-
ют ВС, оборудованным ТРДД с т < 2,5. Данные
результаты получены для условий международной
стандартной атмосферы (MCA). Выполнение за-
хода на посадку самолета с максимальной поса-
дочной массой по сравнению с обычной, которая
приблизительно на 20-25 % меньше максималь-
ной, приводит к увеличению площади контура
шума 5^ на 45-60 %, уровней шума в контрольной
точке на 4-6 EPN дБ, увеличения выброса экви-
валентной массы М на 15-25 %.
экв
Влияние метеопараметров отражается на изме-
нении параметров АД и соответственно изменении
характеристик эмиссии и излучении шума; изме-
нении параметров траектории полета самолета;
параметров поглощения звука и рассеивания ЗВ в
атмосферном воздухе. Для интервала температур
атмосферного воздуха от -20 до +30 °C соответ-
ствующие изменения уровней шума EPNL в точке
контроля под траекторией набора высоты находят-
ся в пределах 8-14 EPN дБ, а изменение площади
контура шума 590 составляет 20-30 % относительно
площади, которая образуется при условиях MCA.
13.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
В РАЙОНЕ АЭРОПОРТА
Выполнены исследования по разработке моде-
лей загрязнения атмосферного воздуха в районе
аэропорта выбросами ЗВ от двигателей ВС [55,
243] в течение его взлетно-посадочного цикла (ВПЦ).
Разработанная модель включает три согласован-
ных между собой блока моделей: оценки эмисси-
онных характеристик АД, оценки характеристик
переноса ЗВ струями отработавших газов и оцен-
ки их переноса ветром и рассеивания атмосфер-
ной турбулентностью.
Численные исследования с использованием
разнообразных полуэмпирических моделей эмис-
сии окислов азота и продуктов неполного сгора-
ния топлива показали необходимость разработки
моделей эмиссии, которые учитывали бы влияние
режима работы АД и параметров окружающей сре-
ды, в первую очередь - температуры атмосферно-
го воздуха. Оценка индексов эмиссии ЕГКОх в ши-
роком диапазоне режимов работы АД осуществ-
ляется по формуле [659]
F1
NO_<
FI
NO.O
где EI^Oia - значение Е!^, определенное экспе-
риментально для заданного режима работы АД в
заданных условиях (например, сертификацион-
ных); Ри Т- соответственно давление и темпера-
тура на входе в камеру сгорания АД; h - влаж-
ность воздуха на входе в АД; а. коэффициент
избытка воздуха; а, b эмпирические константы,
отличающиеся для различных АД; их обобщен-
ные значения использованы в таком виде: а =
= 0,001 735 + 0,000 107 як, b = 53,9.
Коэффициенты пересчета КЕп индексов эмис-
сии для продуктов неполного сгорания определя-
ются по эмпирической формуле
^Е/СО.СН ~
(т-т
ехр ----
I 300
Т
' ГМС.У
т
1 АТ
13.3. Моделирование загрязнения атмосферного воздуха в районе аэропорта
923
Для скорости эмиссии Qi коэффициенты пе-
ресчета
Kq> = ^Eli (^АТ /^AMCS )
В табл. 13.7 приведены рассчитанные коэффи-
циенты KQi для скорости эмиссии N0x, СН, СО,
усредненные для парка эксплуатируемых АД.
Таблица 13.7. Значения коэффициентов пересчета в зависи-
мости от температуры воздуха
Коэффициент Температура воздуха, °C
-20 -10 0 +10 +20 +30
0,74 0,81 0,88 0,96 1,0 1,11
Kqco, сн 1,3 1,2 1,1 1,04 1,0 1,0
Условия вытекания струи ТРД определяют тип
физической модели и соответствующий алгоритм
расчета параметров струи [55]. Процесс переноса при-
меси ЗВ струей отработавших газов ТРД описывает-
ся теорией турбулентных струй: затопленной, спут-
ной, встречной и струи в поперечном потоке. Вы-
бор модели зависит от направления вытекания струи
относительно направления ветра у , скоростей вы-
текания струи и , движения ВС иъс и ветра иъ. Для
наземных операций ВПЦ движения ВС в районе
аэропорта характерно малое значение параметра
спутности струи rnc =(l',C0sy + l<Bc)/wcip *^1 > поэто-
му в большинстве случаев для оценки продольного
и поперечного переносов ЗВ струей можно исполь-
зовать полуэмпирический метод расчета неизотер-
мических затопленных струй. Для оценки характе-
ристик всплывания струи относительно земной по-
верхности используется число Архимеда Аг0 =
= gdo(Qm - О/ %, где J - диаметр сопла; Qm =
= Г / ТА, Т,ТА- температуры газов на оси струи на
срезе сопла АД и атмосферного воздуха соответствен-
но. Значение вертикальной координаты Н = hm +
определяется высотой установления двигателя
Л и высотой всплывания струи MiA над поверхнос-
тью земли для сечения струи, в котором скорость
потока достигает значений скорости ветра, т. е. на
расстоянии Sa по оси струи: 5 = 6,4/(wc / 0т1/2)- Зна-
чение высоты всплывания определяется по формуле
Д^=О,О13АгохХ>
где Ха = Х„/Ло - значение продольной координаты
искривленного за счет всплывания отрезка струи.
В конечной точке отрезка на оси струи коор-
дината Ха рассчитывается по формуле
Х„ =|^(1 + 0,156Аг5а2)1/2-1у0,078Агор ,
где Sa =SjRc, Ro - радиус сопла или струи.
Для построения модели оценки характеристик
закрученной струи за винтом (для винтового дви-
гателя) - угла раскрытия конуса струи, глубины и
ширины его распространения - использованы ре-
зультаты теории турбулентной закрученной струи
Л. Г. Лойцянского. Модели переноса примеси ЗВ
струями апробированы по результатам сравнения
рассчитанных границ струи с измеренными для
натурных струй АД и путем расчета и измерения
концентраций ЗВ в струях двигателей натурных
ВС в эксплуатационных условиях. Выборочный
коэффициент корреляции измеренных и рассчи-
танных концентраций окиси углерода г = 0,97 при
доверительных границах 0,92 < г < 0,99 для задан-
ного уровня значимости 5 %. Рассчитанные рас-
стояния переноса примеси ЗВ струями достигают
в отдельных случаях 2000 м для прогнозируемых
эксплуатационных условий [55].
По аналогии с результатами исследований мо-
делей АШ разработана базовая модель загрязне-
ния атмосферного воздуха модель передвижного
источника выброса. Ее основная составляющая -
выражение для оценки мгновенного значения кон-
центрации примеси ЗВ в точке (х, у, г) в момент
времени t с предыдущим разбавлением примеси
ЗВ струей отработавших газов (ох0,оуВ,с,0) и с уче-
том всплывания струи на высоту Н имеет вид:
<7(x,y,z,Z) =
(х-х)2 (у-у)2
2ехР -—г---------7-----;----------
____ 2о^+4КД< + /) 2о*„ + 4Ку(1 + г')
{8 [o^+2^(z+0] [o>2^(z+r')]},/2
(z-z'-Н)2 Г (,_z'+#)2
----------— +ехр------------—
2о;0+4^0+0] [ 20^+ 4/^(1+/)
[о^ + г^О+О]1'2
(13.5)
где X, Ку, К - коэффициенты диффузии, которые
определяются параметрами атмосферной турбулент-
ности; x',y,z - координаты источника выброса;
Q- скорость выброса; Н- высота всплывания струи.
Максимальное мгновенное значение концент-
рации qmax в исследуемой точке образуется в мо-
мент времени tmmi, определяемый по формуле
924
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Рис. 13.2. Зависимость коэффициента К^ от характер-
ных значений времени и Л/Эф
=Мч,+(AxKju, У72,
гдедх - расстояние между исследуемой точкой и
точкой начала процесса атмосферной диффузии
и переноса примеси ЗВ ветром со скоростью ив.
Степень загрязнения атмосферного воздуха
определяется путем сравнения значений кон-
центраций ЗВ с его предельно-допустимыми кон-
центрациями (ПДК), как правило, максимально-
разовыми концентрациями, значения которых
являются усредненными в течение 20-30 мин. Со-
ответствующие им усредненные значения кон-
центраций ЗВ определяются по формуле: днр =
= q^/ J^o. Коэффициент является функцией от
времени установления в точке максимального мгно-
венного значения концентрации 1 и от времени
экспозиции загрязнения в точке Л/,ф (рис. 13.2):
41+“bccosV/“b)7„>
где Т - время действия источника выброса.
Модель апробирована путем сравнения резуль-
татов оценки с измеренными значениями концент-
рации примеси ЗВ в струе натурного двигателя ВС в
эксплуатационных условиях. Большинство измерен-
ных значений концентраций находится в пределах
значений, рассчитанных с учетом колебаний направ-
ления и скорости ветра в течение времени измере-
ний. Коэффициент корреляции для выборки выпол-
ненных наблюдений г = 0,84, доверительные грани-
цы для общей совокупности и заданного уровня
значимости 5 % - 0,53 < г < 0,95.
Получены упрощенные модели для оценки кон-
центрации ЗВ для конкретных случаев эксплуата-
ции ВС, например, во время движения ВС наблю-
даются паузы, когда ВС является неподвижным
(z/BC = 0). Для таких случаев можно использовать
Рис. 13.3. Зависимость загрязнения воздуха от расстоя-
ния L до ВС и интенсивности турбулентности:
1 - сильная турбулентность; 2 - слабая; 3 - очень слабая
решение стационарного уравнения диффузии. Если
характерное время действия атмосферных вихрей
сравнимо со временем переноса примеси ЗВ и
со временем нахождения ВС в стационарных усло-
виях, значения максимальных концентраций q^,
которые рассчитываются при помощи уравнения
мгновенного типа (13.5), будут приблизительно
совпадать с расчетами по формуле модели стацио-
нарной диффузии:
Чтм. р
L 2°уо + 4Ку'™ 2°-0 + 4Кг
и* (о;0 + Kytmm )(о;0 + Кзтт)‘ ’
.(13.6)
Другим характерным вариантом движения ВС
являются прямолинейные отрезки квазистационар-
ного движения, например, при рулении ВС вдоль
магистральных рулежных дорожек. В этом случае,
если направление ветра не параллельно скорости
движения ВС, можно использовать модели линей-
ных мгновенных источников:
Сехр
2с2о+4К^
«л(с2о+ +
(13.7)
где ип = «BCcosv .
Наиболее неблагоприятные условия для загряз-
нения атмосферного воздуха выбросами ЗВ от АД
определены при наличии очень слабой интенсив-
ности турбулентности атмосферы: на расстоянии
1000-1500 м от ВС концентрация загрязнения про-
гнозируются на 20-30 % выше, чем при слабой
интенсивности турбулентности (рис. 13.3).
13.4. Моделирование риска третьей стороны в районе аэропорта
925
13.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РИСКА ТРЕТЬЕЙ СТОРОНЫ В РАЙОНЕ АЭРОПОРТА
Высокий процент АЛ на этапах начального
взлета и заключительных этапах полета перед по-
садкой позволяет сделать вывод о том, что место
АП, как правило, находится в непосредственной
близости от ВПС (рис. 13.4) [620].
Анализ данных об АП показывает, что формы
зон охвата мест АП при посадке ВС отличаются
от форм зон АП при взлете. Статистические ха-
рактеристики зон следующие:
при посадке (центр оси координат расположен
на торце взлетно-посадочной полосы со стороны
посадки ВС): места АП сосредоточены на удале-
нии 500 600 м сбоку от осевой линии ВПП и вдоль
3000 м от торца ВПП; приблизительно 40 % АП
попадают внутрь зоны шириной около 150 м и
длиной почти 600 м от торца ВПП;
при взлете (центр оси координат расположен
на торце взлетно-посадочной полосы со стороны
взлета): 40 % наиболее плотно расположенных
точек АП находятся внутри зоны шириной 450 м
и длиной 600 м от торца ВПП, и они также смеж-
ны с краями ВПП; контур для группы из 80 % АП
имеет длину 2000 м в сторону взлета и ширину
600 м от ее осевой линии.
Анализ приведенных данных существенно от-
личается в зависимости от характеристик полосы,
в частности ее длины: меньше 1200 м; от 1200 до
1800 м; свыше 1800 м. Чем длиннее ВПП, тем
больше протяженность зоны АП. Исследования
для авиации общего назначения показали, что
почти половина (47 %) всех катастроф самолетов
с двумя двигателями произошла на ВПП длиной
1800 м и больше и только 8 % на ВПП длиной
1200 м или меньше; из-за нарушения правил по-
летов по приборам на ВПП длиной 1800 м и боль-
ше доля АП составляла 43 %, а на ВПП длиной
1200 м и меньше - 12 %; на ВПП длиной 1800 м и
больше количество АП, которые произошли но-
чью, составляло 48 %, а на ВПП длиной 1200 м и
меньше - 16 %.
Модель риска третьей стороны в районе аэро-
порта учитывает:
усредненные за год значения вероятности ка-
тастроф в окрестности аэропорта - модель веро-
ятности катастроф;
распределение мест катастроф на местности -
модель мест катастроф в районе аэропорта;
количество объектов в зоне катастроф и лю-
дей, которые, вероятно, могут погибнуть в преде-
лах этой зоны, - модель последствий катастроф в
районе аэропорта.
Для оценки вероятности катастроф (табл. 13.8)
выполнена классификация ВС на различные ка-
тегории в зависимости от их характеристик [795].
Результаты анализа указывают на то, что по-
лезной является разбивка парка ВС на группы
различных поколений (табл. 13.9). Первое поко-
ление - ВС, разработанные в 50-х годах XX в., для
Рис. 13.4. Кумулятивное распределение удаления места АП от центра аэропорта:
а - для самолетов авиации общего назначения, б - для самолетов транспортной авиации; 1 - расстояние; 2 - доля АП
926
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Таблица 13.8. Вероятность катастроф ВС
Категория ВС Взлет Посадка
Легкий гражданский самолет 1,1 10 5 2,0 10-5
Вертолет 2,5 10“5 2,5 10“5
Транспортный самолет, МВМ* < 20 т 1,0 10"6 2,3 10”6
Транспортный самолет, МВМ > 20 т 1,9 10"7 2,8 И)7
Военная авиация 1,8 10"6 3,3 10"6
Примечание. МВМ - максимальная взлетная масса.
которых характерна ограниченная автоматизация
кабины пилота, простые навигационные прибо-
ры, отсутствие или ограниченное количество обо-
рудования для обеспечения снижения ВС перед
посадкой (Fokker 27, Boeing 707 и др.) [809, 810].
Второе поколение - ВС, разработанные в 1960—
1970 гг., получившие удостоверения летной год-
ности в период 1965 1980 гг., и которые еще не
основывались на правилах JAR25/FAR25. Кабина
пилота лучше и более надежно оборудована нави-
гационными приборами (Fokker 28, Boeing 737-
200 и Airbus А300). Третье поколение - ВС, разра-
ботанные в 1980 1990 гг., конструкция кабины
пилота спроектирована с учетом человеческого
фактора. Эти ВС требуют более высоких стандар-
тов сертификации и систем контроля состояния
ВС (Fokker 50, Airbus 320, Boeing 737-700 и др.).
Большинство АП происходят в районе аэро-
порта при взлете и посадке ВС. Их частота в по-
лете намного меньше, чем около аэропорта. Это
хорошо иллюстрирует статистика, приведенная в
табл. 13.10.
Для отдельно взятого ВС, который выполняет
отдельную летную операцию и попадает в АП,
рассматриваются следующие вероятные взаимо-
обусловленные события: С - столкновения с зем-
лей; К - попадание в участок координатной сет-
ки, который содержит целевой объект; Ц - попа-
дание в целевой объект; П- повреждение целево-
го объекта; О - образование опасного фактора
вследствие повреждения объекта (например, вы-
текание токсичности или радиоактивности, если
целевой объект является соответствующим храни-
лищем). Тогда для данных взаимообусловленных
событий можно записать О с // с с А' с С или
О г, П с-,Ц п КпС=У. По правилу Бейеса
Р(О)=Р{р1П) Р(ПЩ)-Р(Ц/К)Р(К/С) Р(С),
(13.8)
где Р(О/П) - вероятность образования опасного
фактора при наличии повреждения сооружения;
Таблица 13.9. Вероятность АП и их 95-процентный дове-
рительный интервал
Тип АП Поколе- ние ВС Вероят- ность АП, Х10 6 Нижняя граница, Х1() 6 Верхняя граница, Х10 6
Выкаты- вание при посадке 1 0,251 0,0304 0,907
2 0,200 0,0996 0,357
3 0,062 0,0075 0,224
Недолет 1 0,753 0,276 1,640
2 0,145 0,063 0,286
3 0,124 0,034 0,318
Отклоне- ние при посадке 1 0,879 0,353 1,811
2 0,181 0,087 0,334
3 0,093 0,019 0,272
Боковое выкатыва- ние при взлете 1 0,377 0,078 1,101
2 0,109 0,040 0,237
3 0,062 0,008 0,224
Перелет 1 0,126 0,003 0,700
2,3 0,046 0,013 0,117
Таблица 13.10. Распределение количества АП, %, по этапам
и подэтапам полета
Этап полета Подэтап полета На под- этапе На этапе Всего Длитель- ность этапа полета, %
Взлет Загрузка (посадка пассажиров), руление, разгрузка 2,0 27,2 100
Взлет 14,5 1
Начальный набор высоты 10,7 1
Полет Набор высоты 7,4 19,1 14
Крейсерский полет 4,5 57
Снижение 7,2 11
Посад- ка Начало снижения 12,3 53,7 12
Окончание снижения 24,8 3
Посадка 16,6 1
13.4. Моделирование риска третьей стороны в районе аэропорта
УН
-2.0...-1.5 -1,0..-0,5 0...0.5 1.0...1,5
-1,5..-1,0 -0,5...О 0,5... 1,0 1,5...2,0
Расстояние от торца ВПП, км
a
0...50 100...150 200...250 300...350
50... 100 150...200 250...300 350...400
Расстояние от оси ВПП, м
б
Рис. 13.5. Распределение месторасположения АП при взлете (наборе высоты) и посадке:
a - вдоль центральной оси; б - перпендикулярно к центральной оси; 1 - посадка; 2 - взлет
Р(П/Ц) - вероятность повреждения при наличии
столкновения с целевым сооружением; Р(Ц/К) -
вероятность столкновения с данным целевым со-
оружением, если оно находится на участке коор-
динатной сетки; Р(К/С) - вероятность попадания
ВС в участок координатной сетки, который со-
держит целевое сооружение, если ВС сталкивает-
ся с землей; P(Q - вероятность столкновения са-
молета с землей.
Для интенсивности полетов N k определенной
z-й категории ВС и k-го пункта осуществления
полетов, с которого выполняется j-я летная опе-
рация в течение года (или другого периода вре-
мени наблюдения) при условных вероятностях
Р(П/Ц) = 1 и Р(У/П) = 1 для каждого значения i,
j, к полная формула для ожидаемого фактора опас-
ности kfZJ может быть задана как
Ж]= Хл^Р(Д/^).Р(^/С),^(С),7. (13.9)
i,j.k
Компонента P{C)ijkотвечает вероятности ката-
строф Р (см. табл. 13.8). Компонента P(K/C)j]kопи-
сывается моделью месторасположения катастроф
в районе аэропорта f„k(x,y). Компонента Р(Ц/К)1.
может быть задана моделью последствий катаст-
роф в районе аэропорта, например оценкой эф-
фективной площади целевого объекта А. Тогда
выражение (13.9) принимает вид, удобный для
вычисления риска R третьей стороны [620]:
(13л0)
Модель (13.10) соответствует формуле (1.2, глава
1), если принять, что
i.j.t
Модель месторасположения катастроф в райо-
не аэропорта для функции fijk(x, у) исследована в
виде двумерной плотности вероятности для про-
дольных и поперечных координат мест располо-
жения АП для ВС коммерческой авиации (рис.
13.5). Распределения - биномиальное, Пуассона,
X-квадрат, лог-нормальное, гамма- и нормаль-
ное - были использованы для статистической
оценки функции f..k(x, у). Области значений пере-
менных (х, у) (продольной и поперечной коорди-
нат) мест расположения катастроф сначала были
разбиты на некоторое число интервалов N с ша-
гом сначала 1 км, затем 0,5 км и менее. Подсчи-
тывая число наблюдений, которые попали в z-й
интервал, оценивалась статистика х -квадрат для
сравнения ожидаемых и наблюдаемых частот. Чем
меньшее значение статистики х -квадрат, тем бо-
лее вероятно, что гипотеза является верной (отве-
чает исследуемым данным). Более точную инфор-
мацию о распределении можно получить при по-
мощи критериев нормальности (например, крите-
рия Колмогорова-Смирнова). Однако ни один из
этих критериев не может заменить визуальную
проверку при помощи гистограммы.
Лог-нормальное и нормальное распределения
определены как наиболее соответствующие опи-
санию продольных координат плотности вероят-
928
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Рис. 13.6. Плотности вероятности лог-нормального распределения продольного отдаления месторасположения АП:
а - при взлете (наборе высоты); б - при посадке
ности (рис. 13.6, табл. 13.11) мест АП при взлете,
лог-нормальное и биномиальное - для попереч-
ных координат. Для лог-нормального и гамма-рас-
пределений при посадке получены приблизитель-
но одинаковые результаты.
Корреляции связей между распределениями
вдоль осей х и у указывают на существование за-
висимости между данными распределениями. На-
пример, для исследованных видов АП коэффици-
енты корреляции следующие: недолет - 0,2421;
выкатывание при посадке - 0,4251; перелет -
0,2764. Основываясь на результатах корреляции,
сделано допущение, что поперечное распределе-
ние линейно зависит от координаты х.
Плотность вероятности и ее параметры для опи-
сания модели месторасположения АП оценены для
каждого из типов АП на основании результатов
статистической оценки с использованием метода
максимального правдоподобия так, чтобы они луч-
Таблиця 13.11. Результаты анализа функции распределения
для оценки плотности вероятности продольной координа-
ты месторасположения АПпри взлете
Интер- вал анализа данных, км Распределение
биноми- альное Пуас- сона х- квадрат лог-нор- мальное гамма нормаль- ное
Оценка / -квадрат
0,5 0,291 0,147 0,189 0,138 0,245 0,074
1 0,146 0,213 0,227 0,227 0,245 0,281
Расстояние Колмогорова-Смирнова
0,5 89,21 79,37 155,48 25,74 54,96 21,88
1 94,421 188,67 296,91 49,10 64,69 73,95
ше отвечали типу событий. Распределение будет
приемлемым, если расстояние Колмогорова-Смир-
нова между наблюдаемыми данными и оценивае-
мые по распределению D^c меньше, чем критичес-
кое расстояние Z), которое зависит от размернос-
ти набора данных и определяется стандартной
статистической зависимостью. С учетом предыду-
щего анализа функции Гаусса, Лапласа и Вейбула
использованы для описания модели. Значения рас-
стояний получены в диапазоне = 0,0471. ..0,0918.
Соответствующие им критические расстояния
Д. = 0,0724...0,2458. В каждом исследованном слу-
чае < DK.
Модели последствий АП определяются их ха-
рактеристиками для определенного местораспо-
ложения - размерами области разброса обломков
ВС и летальностью для «третьей стороны» в ре-
зультате АП. Размеры области последствий собы-
тия и летальность среди населения определены на
основании той же базы данных, что и построение
модели месторасположения АП.
Размер зоны разброса обломков рассчитан для
разброса только больших частей потерпевшего
катастрофу самолета. Допускается связь между
размерами самолета и зоной разброса обломков.
В отчетах об АП максимальный вес при взлете
используется в качестве меры определения разме-
ра самолета. Для 80 % случаев области разброса
обломков находятся в пределах площади 2000 м2.
Размер области разброса аппроксимирован зави-
симостью вида Араз =(83±16)Gbm, где Gim - макси-
мальный вес самолета при взлете, т. Точность по-
лученного результата определяется коэффициен-
том корреляции г= 0,74 [55]. Данную область мож-
13.5. Наивыгоднейшие процедуры полета исходя из уменьшения воздействия на окружающую среду
но представить в виде круга с эквивалентным ра-
диусом R*, = и центром в точке столкно-
вения ВС с поверхностью земли. Данное значе-
ние радиуса может служить дополнительной
величиной оценки доверительности рассчитанных
значений контуров риска, учитывая, что плотнос-
ти распределения вероятности месторасположения
АП оценены только по данным точек столкнове-
ния ВС с поверхностью земли.
Летальность, т. е. вероятность фатальных по-
следствий среди населения, определяемая как со-
отношение между числом фатальных последствий
и общим количеством людей, находящихся в об-
ласти месторасположения АП, оценивается зна-
чением 0,278. База данных ADREP (ICAO) предо-
ставляет данные как о количестве летальных по-
следствий среди населения, так и сведения о лю-
дях с различной степенью нанесенного ущерба.
13.5. НАИВЫГОДНЕЙШИЕ ПРОЦЕДУРЫ ПОЛЕТА
ИСХОДЯ ИЗ УСЛОВИЙ УМЕНЬШЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
С целью определения характеристик эксплуа-
тационных мероприятий по снижению воздействия
ВС на окружающую среду исследованы решения
следующих задач оптимизации [542, 892]: пара-
метров траекторий движения ВС из условий умень-
шения шума и выбросов ЗВ; параметров наземно-
го движения ВС в районе аэродрома из условий
уменьшения загрязнения атмосферного воздуха;
размещения маршрутов движения в районе аэро-
порта; распределения режимов эксплуатации са-
молетов на маршрутах полета в районе аэропорта;
режимов эксплуатации парка ВС в районе аэро-
порта; режимов полета ВС по маршруту.
Задача оптимизации параметров траекторий
движения ВС в районе аэропорта из условий
уменьшения воздействия на ОПС является мно-
гоцелевой [892]: цели определяются снижением
значений критериев воздействия АШ и выбросов
ЗВ двигателями, причем для каждого из них мо-
гут рассматриваться одновременно несколько кри-
териев, например, для АШ - площадь контура
шума и индекс воздействия АШ в точке контроля
под траекторией полета.
Среди критериев {^} можно выделить приори-
тетный критерий Кх, (например, критерий воздей-
ствия АШ), а остальные критерии должны удов-
летворять ограничениям вида X > К*, где К* -
некоторое множество контрольных, но не опти-
мизируемых показателей. Тогда рассматриваемая
задача оптимизации представляет собой задачу
оптимального управления для критерия вида
^=ji.y[x(r)«(0]«*-^inf; (13.11)
«О
X = F(X,U), X0(to) = x°-, re[ro,rj; u(t)eU; KS>K',
где L- индекс влияния АШ; x(f) - параметр мно-
жества положений х полета ВС; u(t) - параметр
множества U управления самолетом вдоль траек-
тории полета; t0, - моменты начала и конца рас-
сматриваемой траектории; х°- начальное значе-
ние траектории полета самолета.
Алгоритм расчета оптимальных траекторий
разработан в виде градиентного метода наиско-
рейшего спуска. Он реализован для случая взле-
та и набора высоты самолета, математическая
модель которого представлена в виде системы
уравнений движения в вертикальной плоскости.
В качестве управляющих параметров использу-
ются относительная частота вращения вала ком-
прессора высокого давления АД п = п/птзх, угла
тангажа v и угла отклонения закрылков , где
п - значение частоты на максимальном режи-
max г
ме работы АД. Ограничение на параметры уп-
равления и траектории определены в соответствии
с требованиями безопасности полетов на данных
этапах движения ВС и их конструктивными ха-
рактеристиками.
Наиболее характерные особенности результа-
тов решения задачи минимизации уровня АШ в точке
контроля под траекторией следующие [892]:
59 8-470
930
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
взлет и начальный набор высоты самолета осу-
ществляются с максимальными значениями тяги
Тгеах = итах) и Угла наклона траектории 0 , кото-
рые достигаются при минимальном допустимом
значении скорости полета v; при этих условиях
траектория полета размещается на максимальной
высоте над точкой контроля шума;
в зависимости от типа ВС и высоты пролета
над точкой контроля на расстоянии 200-1000 м
перед точкой контроля двигатели дросселируют
до значения тяги Т^, которое обеспечивает безо-
пасное значение угла наклона траектории Ginin;
после прохождения точки контроля и опреде-
ления значения критерия шума режим работы АД
и другие параметры управления ВС устанавливают
в положение режима нормального набора высоты;
если точка контроля шума находится на расстоя-
нии 5-6 км от порога ВПП, угол отклонения закрыл-
ков сохраняется во взлетном положении; в другом
случае угол может быть изменен до значений полет-
ной аэродинамический конфигурации, или в любое
промежуточное положение, с целью снижения силы
лобового сопротивления самолета. При этом соот-
ветственно увеличивается угол наклона траектории и
высота пролета над контрольной точкой.
Для максимальных значений взлетной массы
самолетов и для значений метеопараметров в со-
ответствии с условиями MCA эффективность сни-
жения шума во 2-й контрольной точке (в соответ-
ствии с главами 2-4 Дополнения 16) достигает
8 10 EPNaB для самолетов, оборудованных ТРД
или ТРДД со степенью двухконтурности m < 2,5,
и 3-4 ЕРГхдБ для самолетов с ТРДД с m > 2,5.
При изменении температуры воздуха в диапа-
зоне от -20 до +30 °C уменьшается допустимая
степень дросселирования АД при наборе высоты
ВС и соответственно уменьшается эффективность
снижения воздействия АШ благодаря реализации
данной процедуры. Для современных типов ВС в
приведенном диапазоне температур допустимые
режимы АД меняются от 0,4 номинального (при
-10 °C) до максимального крейсерского и номи-
нального (при +30 °C). Таким образом, при высо-
ких температурах воздуха эффективность приме-
нения дросселирования снижается от 50 до 15 %.
Анализ результатов решения задачи оптимиза-
ции параметров траектории набора высоты с це-
лью минимизации площади контура шума под тра-
екторией полета показывает, что в сравнении с
результатами оптимизации АШ в точке контроля:
дросселирование АД осуществляется в самый
первый момент, который позволяет дросселиро-
вание двигателей из условий обеспечения требо-
ваний безопасности полетов (например, сразу по
завершении уборки закрылков);
окончание этапа дросселирования определяет-
ся координатой хк в соответствии с формулой
где все параметры траектории и радиус шума опре-
делены на последнем, k-м отрезке оптимизации тра-
ектории в момент перевода АД на номинальный
режим работы. Эффективность реализации опти-
мальной процедуры набора высоты определяется
величиной снижения исследуемой площади до 80 %
исходного значения для траектории, которая обра-
зуется при максимальном режиме работы АД.
Наибольшее количество окислов азота NO*
(наиболее токсичное ЗВ из перечня нормируемых
для ВПП, движения ВС в районе аэропорта) вы-
брасывается на этапах взлета и начального набора
высоты, поэтому функционал подобно функцио-
налу АШ (13.11) при определении оптимальных
параметров траектории взлета и набора высоты
может быть избран в виде массы выброса NO*:
‘1
^NOx — J(2nOx ’
<0
Значение верхней границы интегрирования
в приведенном выражении для функционала оп-
ределяется моментом достижения высоты Н= 900 м,
которая отвечает усредненному значению высоты
атмосферного пограничного слоя (границы ВПЦ
при сертификации АД на соответствие нормам
выброса ЗВ).
Полученные решения имеют ряд важных осо-
бенностей:
оптима!гьные значения частоты вращения лопг
превышают предельные значения лтЬ1, которые
обеспечивают минимальный допустимый из усло-
вий обеспечения безопасности полетов градиент
набора высоты и находятся внутри области допус-
тимых значений. Поэтому задача оптимизации вы-
бросов NO* на отрезке набора высоты может быть
сформулирована в виде вариационной задачи и ее
решение для траекторий набора высоты эксплуа-
тируемых типов ВС получено в аналитическом виде;
для оптимального дросселирования двигателей
частота вращения ротора двигателя «от при набо-
13.5. Наивыгоднейшие процедуры полета исходя из уменьшения воздействия на окружающую среду
ре высоты значения тяговооруженности т для
исследованных типов самолетов приблизительно
одинаковые для всех взлетных масс:
Тип самолета Тяговооруженность Т
Ту-154....................0,213
Ту-134.....................0.18
Ил-62М....................0,185
Решение задачи оптимизации параметров траек-
тории набора высоты с целью уменьшения концен-
трации ЗВ на поверхности под траекторией показа-
ло, что оптимальные параметры движения самолета
совпадают с исходными значениями задачи (режим
работы АД - максимальный без ускорения движе-
ния самолета), что обеспечивает быстрое увеличе-
ние высоты пролета самолета над исследуемой по-
верхностью, т. е. чем выше высота полета самолета,
тем более рассеивается исследуемое ЗВ, а эффект
рассеивания с увеличением высоты преобладает над
увеличением скорости выброса NOx на максималь-
ном режиме работы двигателей по отношению к
режиму оптимальной тяговооруженности.
Алгоритм решения многокритериальной зада-
чи оптимизации параметров траектории набора
высоты основан на использовании метода анали-
за множества Парето. Для определения множества
эффективных точек Р{х) использован способ зон-
дирования пространства управляющих параметров
U = ^мьпах’ “dminJ исследуемой системы, а пробные
точки qkl при зондировании определены в виде
точек ЛПТ -последовательности, которая является
наиболее равномерно распределенной последова-
тельностью и позволяет оптимально выполнять
зондирование исследуемой системы [512]. Для
каждой траектории полета значения управляющих
параметров определяются из соотношения
Ukl ~ Uhnm (М*щах “jtmiiJ’
где / - номер испытания (зондирования).
Кривая, которая соединяет точки множества
Парето, является компромиссной кривой для
исследуемых критериев Sи Мэкв, где Л/5К, = , а
весовые коэффициенты отвечают условию £с; = 1.
Одна из точек компромиссной кривой определяет
оптимальную траекторию набора высоты. Если
рассмотреть разность значений функционала вида
= где - значение эк-
вивалентной массы, которая образуется на траек-
тории, обеспечивающей минимальное значение
площади S, то составит не более 5 % вели-
чины Мэытм . Поэтому траекторию, которая обес-
печивает минимальное значение площади поверх-
ности, ограниченную контуром шума, можно обо-
снованно считать квазиоптимальной при наборе
высоты самолета из условий обеспечения эколо-
гической безопасности.
Для решения задачи оптимизации параметров
траектории снижения и захода на посадку ВС с
целью уменьшения АШ и выбросов ЗВ использо-
ван метод зондирования области допустимых зна-
чений параметров управления О , определяемых
требованиями безопасности полетов.
Площадь контура шума 5(13.3) при снижении
самолета по глиссаде можно определить по более
простой формуле (почти все параметры остаются
постоянными вдоль глиссады):
5 = O.5n7?2sin|®|.
Увеличение угла наклона глиссады |€>] до 6° в
сравнении с полетом самолета по глиссаде со стан-
дартным углом 2,7° обеспечивает снижение ис-
следуемых критериев: площади контура шума
90 ЕРЫдБ - до 80 %, эквивалентной массы выбро-
са ЗВ - от 30 до 75 % (в зависимости от типа само-
лета), уровня шума в контрольной точке - от
6 ЕРЕТдБ для самолета с четырьмя АД и до 13 ЕРЫдБ
для самолета с двумя АД (тяговооруженность ко-
торых выше из условий безопасности полетов),
расход топлива на отрезке глиссады - на 65-80 %.
Проведенные исследования показали, что эф-
фективность использования двухлучевой глиссады
снижения самолета перед посадкой максимальна
при условии: внешний отрезок исследуемой глис-
сады должен иметь максимальный угол наклона
траектории -6°, а внутренний - стандартное зна-
чение -2,7°. Эффективность использования двух-
лучевой глиссады уменьшается по сравнению с од-
нолучевой с углом -6° и зависит от высоты пере-
хода внешнего отрезка глиссады во внутренний
Ни. Аналитическая зависимость для плошади кон-
тура шума 5 от Я имеет вид
5 = Я„ (ctgQjAf "Hjcos2©, - ctgG^i-^cos2®;) +
Д2 . II cos®. R2 . H cos©2
+—— arcsin — ----1----— arcsin — -----,
sin®, R, sin® 2 R2
где Rt и R2 обозначения соответственно для внут-
реннего и внешнего отрезков глиссады.
932
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Высоту Ни определяют исходя из условий обес-
печения стационарного полета самолета на высо-
тах ниже 120 м при снижении перед посадкой.
Площадь контура шума 59(| увеличивается в три
раза по сравнению с ее значением для однолуче-
вой глиссады 6°.
Исследована задача определения оптимального зна-
чения режима работы АД в течение полета по глисса-
де с торможением скорости полета. Величина тор-
можения скорости определяется значением тяги
двигателей, уменьшенной по сравнению с необхо-
димым значением тяги в условиях стационарного
снижения самолета. Оптимальное значение режима
работы двигателей определяется при помощи полу-
ченной эмпирической зависимости „опт = п^ -Алопг;
д"„„. = 0,7 (исг -л„), где и г - режим, для которого те-
кущее увеличение радиуса шума сохраняет отрица-
тельное значение. Эффективность от выполнения
оптимальной процедуры торможения скорости по-
лета при снижении по глиссаде определяется значе-
ниями уменьшения площади контура шума на 1Ф
25 % (в зависимости от типа самолета и его поса-
дочной массы). Оптимальные способы пилотирова-
ния ВС при снижении перед посадкой обеспечивают
одновременно минимальные значения критериев
шума и загрязнения воздуха.
На основании результатов исследований и анали-
за режимов работы двигателей ВС при рулении оп-
ределены массы выбросов ЗВ и расходы топлива для
различных вариантов руления ВС. Использование
уменьшенного количества работающих АД обуслов-
ливает существенное снижение выброса продуктов
неполного сгорания. Эффективное время руления:
ЧуЛЭФ=дм/ле,
где ДМ увеличение массы выброса ЗВ на этапах
запуска и прогрева двигателей; ДС - уменьшение
массы выброса ЗВ за время руления с меньшим
количеством работающих двигателей.
Если время руления самолета Д/рул в исследуе-
мом аэропорту превышает значение Дгрул/К|1, то ру-
ление перед взлетом с меньшим количеством ра-
ботающих двигателей будет эффективным.
Результаты оптимизации параметров полета ВС
на маршруте заданного расстояния для функцио-
нала A/NOx отличаются от оптимальных режимов,
определенных для основных эксплуатационных
показателей - расходов топлива и прямых эксплу-
атационных расходов. Но эффект снижения выб-
росов Л/ко прогнозируется при сравнении с выб-
росами на оптимальных эксплуатационных режи-
мах полета в пределах 2-5 % снижения его соот-
ветствующего значения.
13.6. АДМИНИСТРАТИВНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В ОКРЕСТНОСТИ АЭРОПОРТА
Результаты исследований позволили обосновать
структуру, содержание и этапность осуществления
административных мероприятии ООПС в ГА эко-
логической экспертизы, санитарно-защитного зони-
рования (СЗЗ) и зонирования ограничения застройки
(303) - на основе вычислительных средств оценок
воздействия неблагоприятных факторов ГА, разра-
ботанных на основании предложенных моделей и
результатов исследования неблагоприятных усло-
вий воздействия факторов на ОПС [55]. Анализ ре-
зультатов выполненных исследований позволил
обосновать необходимость введения новых эколо-
гических нормативов воздействия АШ и размеще-
ния 303 в окрестности аэропортов (табл. 13.12).
Обоснована система определения совместимости
вида застройки с условиями воздействия АШ в
пределах 303 введением пяти категорий жилищ-
ной, общественно-административной и хозяйствен-
ной застройки и установления шкалы совместимо-
сти, которая определяет запрет на строительство
или необходимость дополнительной звукоизоляции
зданий, условия и требования осуществления ме-
роприятий по снижению воздействия АШ.
Расчет границ зон выполняется с использова-
нием разработанного метода расчета контуров
шума (см. рис. 13.1). Площадь контура шума мо-
жет быть уменьшена установкой акустических эк-
ранов (АЭ). Выполнен анализ влияния высоты,
ширины и толшины АЭ, характеристик распрост-
ранения звуковых волн до и после АЭ с учетом
отражения звуковых волн от подстилающих по-
верхностей. специфики авиационных источников
звука, а также условий распределения температу-
ры воздуха и скорости ветра в приземном слое
13.6. Административные процедуры охраны окружающей среды в окрестности аэропорта
933
Таблица 13.12 Нормативные значения критериев оценки
AUJ на границах 303, дБА
Вид 303 Период суток
дневной НОЧНОЙ
^4»кв £•,4 max £-,4ЭКВ £-.4тах
Зона, непригод- ная к застройке >75 >90 >65 >80
Зона защиты от <75 <90 <65 <80
шума >65 >80 >55 >70
Зона ограниче- ния жилищной <65 <80 <55 <70
застройки >55 >70 >45 >60
вокруг АЭ [55]. При одинаковых геометрических
характеристиках конструкции и размещения АЭ
относительно источника и приемника звука тип
источника шума влияет на показатели эффектив-
ности АЭ в пределах 1,5 3,0 дБА, а учет импеданс-
ных характеристик отражения звуковых волн от
подстилающей поверхности до и после АЭ в пре
делах 1-2 дБ А. Влияние температуры воздуха для
высот АЭ Л < 20 м не сказывается, поэтому в ин-
женерных расчетах им можно пренебречь. Разра
ботан алгоритм выбора геометрических парамет
ров АЭ и типа подстилающей поверхности исходя
из требований к эффективности АЭ.
Определены удельные значения стоимости реа-
лизации основных мероприятий снижения воздей-
ствия АШ, которые необходимо использовать в
процессе обоснования комплексных мероприятий
по снижению шума в окрестности аэропорта (про-
цедуры типа «расходы/эффективность» или «рас-
ходы/прибыль»). Оценка стоимости мероприятий
в характерных для ЕС ценах показывает, что вы-
полнение норматива £ = 65 дБА на границе зоны,
не приемлемой для застройки, в Украине нуждает-
ся в инвестициях 2,2 2,5 млрд евро, а предложен-
ный норматив новых правил зонирования аэропор-
тов величиной 75 дБА 350 400 млн евро.
Наиболее реальным механизмом осуществле-
ния компенсационных расчетов аэропорта с авиа-
компаниями являются аэропортовые (посадочные)
сборы, долю которых составляет плата за шум и
за выбросы ЗВ. Для обеспечения мотиваций авиа-
компаний к модернизации нарка ВС. которые
эксплуатируются в данном аэропорту, сборы за
шум С устанавливаются в зависимости от факти-
ческих сертификационных данных ВС £ и со-
ответствующих требований £ Приложения 16
к Конвенции ICAO:
Сш = 0,576(1 + аЛ), А = ioto,('— .
Для определения суммы сборов за выбросы ЗВ
обоснованы четыре группы ВС, для которых уста-
новлены размеры платы за осуществление одного
ВПЦ в районе аэропорта: от 2,2 грн для 1-й группы
до 0,2 грн для 4-й группы ВС (в ценах 1995 г.) [55].
Для оценки конфигураций зон общественной
безопасности (ЗОБ) идентифицированы несколь-
ко основных геометрических фигур, которые по-
тенциально можно применить для определения
зоны безопасности [656]. Определена эффектив-
ность различных конфигураций ЗОБ относитель-
но охвата как можно большего количества точек
местоположения АП при наименьших площадях
зон. Также идентифицированы размеры, для ко-
торых одна конфигурация зоны становится более
эффективной, чем другая, и установлены наборы
правильных геометрических фигур и их размеры
для ряда конфигураций ЗОБ (рис. 13.7). Коэффи-
циент охвата мест расположения АП:
где А количество АП, которые охватываются
зоной; A's суммарное количество АП.
Рис. 13.7. Сравнение эффективности охвата различными
геометрическими фигурами мест АП в границах ЗОБ:
I прямоугольник 4:1; 2 прямоугольник 2:1; 3 треугольник 3:2
4 трапеция 2:1:1,6; 5 сектор 60°; 6 сектор 90°
934
13. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВИАЦИИ
Анализ выполненных расчетов позволяет сде-
лать несколько выводов: оптимальная конфигура-
ция зоны безопасности для охвата мест располо-
жения АП при посадке не является лучшей конфи-
гурацией для охвата мест расположения АП при
взлете и наоборот; наиболее эффективные конфи-
гурации зоны для охвата мест АП вблизи конца
ВПП, как правило, менее эффективные для боль-
шего размера зоны; для более точного отображе-
ния области АП при посадке рекомендуется ис-
пользовать веяловидные сектора (Кот = 0,63 0,65).
Эти фигуры также хорошо подходят для отображе-
ния области АП при взлете, хотя другая конфигу-
рация прямоугольников более эффективна (на 5 %).
Проведены исследования по установлению
форм ЗОБ с набора геометрических фигур и воз-
можных размеров для каждой зоны. Вычисления
сделаны для трех различных групп данных: АП на
ВПП длиной менее 1200 м; АП на ВПП длиной
1200 1800 м; АП на ВПП длиной более 1800 м.
Формы и размеры ЗОБ для трех групп сильно от-
личаются и предоставлены только для того, чтобы
проиллюстрировать сравнительный способ исполь-
зования данных об АП для создания зон безопас-
ности.
Границы ЗОБ рекомендуется определять по
контурам риска третьей стороны, рассчитанных с
использованием разработанных моделей. Расчеты
контуров риска выполняют для текущей и перс-
пективной (10 лет) ситуации загрузки аэропорта,
а также для случая максимальной пропускной спо-
собности ВПП аэропорта, учитывая, что уже се-
годня во многих аэропортах уровень интенсивно-
сти движения ВС достигает максимальной про-
пускной состоятельности и принимаются реше-
ния о строительстве новых или реконструкции
существующих ВПП для увеличения их пропуск-
ной способности.
Основная расчетная формула в этом случае
имеет вид (13.10) при условии, что А = 1 и расче-
ты выполняют отдельно для всех категорий ВС,
для которых известны вероятности катастроф и
модели мест размещения АП. При осуществлении
расчетов учитываются региональные характерис-
тики (особенности) вероятности катастроф, струк-
тура парка ВС (категории ВС). Характеристики
исследуемых ВПП аэропорта (количество и их
длина) также влияют на выбор соответствующих
моделей месторасположений АП. Зона внутри кон-
тура 10^ является запрещенной для застройки.
Зоны между контурами риска 1(Н и 105, а также
10~5 и КГ6 являются зонами ограничения застрой-
ки и видов деятельности, в первую очередь таких,
для которых характерно большое скопление и не-
значительное перемещение людей, например
школ, санаториев, больниц.
В процессе исследования последствий АП мо-
жет возникнуть необходимость определения па-
раметров столкновения ВС с отдельными соору-
жениями или другими объектами (потенциально
опасные сооружения) в зоне достоверного мес-
торасположения АП. Для незащищенного (защит-
ный экран от прямого столкновения отсутству-
ет) объекта, который имеет форму параллелепи-
педа эффективная площадь целевого объекта Аз
при АП оценивается как
A, = lw+ — (/ + w)J pcXgfddQ
71 е
где I и w - габариты целевого объекта; р - вероят-
ность угла наклона траектории 0 снижения ВС,
которое попадает в катастрофу.
Если в расчетах принимать во внимание осо-
бенности снижения ВС при АП в соответствии с
их эмпирическими характеристиками, то для ве-
роятностной составляющей эффективной площа-
ди J pcigQdQ целевого объекта получены следую-
щие числовые значения: для самолетов граждан-
ской и военной авиации, осуществляющих поле-
ты выше 600 м - 1,24; для самолетов военной
авиации, осуществляющих полеты ниже 600 м -
3,57; для вертолетов - 0,62.
Глава 14
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
14.1. СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОСУДАРСТВА
Достичь необходимого уровня экономической
безопасности государства в современных услови-
ях можно лишь при достаточном уровне обеспе-
чения экономической безопасности на предприя-
тии, эффективное функционирование которого
зависит от развития отраслей промышленного
комплекса государства. Иначе говоря, реформы
на макроуровне не дадут эффективных результа-
тов ни в деятельности самих предприятий, ни в
экономике Украины, если не учитываются, не раз-
рабатываются и не применяются реформы на мик-
роуровне, т. е. на предприятиях, в отраслях про-
мышленности и сельского хозяйства.
Цель данной главы - показать на примере пока-
зателей деятельности авиационной отрасли взаимо-
связь транспортной системы с единым промышлен-
ным комплексом государства. Ведь эффективной
работа авиационного транспорта будет только в
том случае если, развиваясь сам, он может вносить
весомый вклад в развитие всего промышленного
комплекса Украины.
Проблемы обеспечения экономической без-
опасности Украины как непременного условия ее
возрождения привлекают к себе все более при-
стальное внимание политических деятелей, уче-
ных, самых широких слоев населения. Такое вни-
мание отнюдь не случайно. Масштабы угроз и даже
реальный урон, нанесенный экономической без-
опасности страны, выдвигают названные пробле-
мы на передний край общественной жизни.
Весьма велика и ответственна роль науки в раз-
работке концепции экономической безопасности.
Причем речь идет не просто о словесных упраж-
нениях и не о поиске красивых формул, различ-
ного рода классификаций опасностей - внешних
и внутренних, долговременных и текущих. Прин-
ципиально важно раскрыть саму суть проблемы,
выявить реальные угрозы, предложить надежные
и эффективные методы их отражения.
Как показывает мировой опыт, обеспечение
экономической безопасности - это гарантия не-
зависимости государства, условие стабильности и
эффективности его деятельности.
Сама экономическая безопасность имеет дос-
таточно сложную внутреннюю структуру. Можно
выделить три ее важнейших элемента [284, 293,
365, 373]:
экономическую независимость, которая в усло-
виях современного мирового хозяйства отнюдь не
носит абсолютного характера. Экономическая не-
зависимость означает возможность контроля го-
сударства за национальными ресурсами, достиже-
ние такого уровня производства, эффективности
и качества продукции, который обеспечивает ее
конкурентоспособность и позволяет на равных
участвовать в мировой торговле, обмене научно-
техническими достижениями;
стабильность и устойчивость национальной эконо-
мики, предполагающие защиту собственности во всех
ее формах, создание надежных условий и гарантий
для предпринимательской активности, борьбу с кри-
минальными структурами в экономике, недопуще-
ние серьезных разрывов в распределении доходов,
грозящих вызвать социальные потрясения, и т. д.;
способность к саморазвитию и прогрессу, что
особенно важно в современном динамично раз-
вивающемся мире. Создание благоприятного кли-
мата для инвестиций и инноваций, постоянная
модернизация производства, повышение профес-
сионального, образовательного и общекультурно-
го уровня работников становятся необходимыми
и обязательными условиями устойчивости и са-
мосохранения национальной экономики.
Таким образом, экономическая безопасность -
это совокупность условий и факторов, обеспечи-
вающих независимость национальной экономики,
ее стабильность и устойчивость, способность к по-
стоянному обновлению и самосовершенствованию.
Глубочайший кризис, охвативший украинское
общество, существенно осложняет решение задач,
связанных с отражением угроз экономической без-
опасности. Утрата общенациональных ориенти-
936
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
ров и идеалов, интуитивный переход к стратегии
самовыживания, наблюдаемых на всех уровнях
общественного производства (региональные струк-
туры, предприятия, семьи), отодвигают на вто-
рой план решение общегосударственных задач,
подрывают основы будущего возрождения Укра-
ины и ее экономики. Отражение угроз экономи-
ческой безопасности требует не только высоко-
профессиональных и эффективных политических
действий, но и изменения социально-психологи-
ческих установок.
Обеспечение экономической безопасности —
задача долговременная, стратегическая. Ее реше-
ние предполагает разработку и утверждение Госу-
дарственной стратегии (доктрины) экономической
безопасности Украины.
Разработка программы первоочередных мер по
обеспечению экономической безопасности Украины
и практические шаги в этом направлении должны
опираться на четкое осознание современных угроз.
Нарастающий спад производства и потеря рын-
ков. Продолжающийся который год экономичес-
кий кризис привел к резкому сокращению про-
изводства. Масштабы спада представляют серьез-
ную угрозу экономической безопасности страны.
Но более существенно то, что сокращение объе-
мов производства ведет к неизбежному вытесне-
нию отечественных производителей не только с
мирового рынка, но и с внутреннего. Такое раз-
витие процессов приведет к ситуации, при кото-
рой производство уже нельзя будет восстановить
даже при мощной финансовой поддержке вслед-
ствие отсутствия рынка сбыта.
Разрушение научно-технического потенциала и
деиндустриализация экономики. Серьезную и весь-
ма реальную угрозу экономической безопасности
страны представляют свертывание фундаменталь-
ных исследований, распад научно-исследователь-
ских коллективов и конструкторских бюро миро-
вого класса, резкое сокращение заказов на вполне
конкурентоспособную продукцию, «утечка мозгов»
из Украины. Не менее серьезной опасностью яв-
ляется уход высококвалифицированных специали-
стов и рабочих из сферы своей профессиональной
деятельности в оказавшиеся более престижными и
высокооплачиваемыми секторы экономики.
Опасность утраты продовольственной независимос-
ти страны. Обострение ценовых диспропорций меж-
ду промышленностью и сельским хозяйством, отказ
от разумного патернализма по отношению к отече-
ственным производителям и практически полное
открытие внутреннего рынка для импорта продуктов
питания — все это подрывает базу для самообеспече-
ния страны продовольствием. Но это не означает
проведение курса на полную изоляцию страны от
мирового рынка. Мировая практика выработала ряд
важных и надежных подходов к решению данной
проблемы, среди них - гибкая и эффективная за-
щита отечественных производителей, регулирование
соотношений, позволяющих весь импорт продуктов
питания покрывать экспортом также продуктов пи-
тания, производство которых более эффективно.
Сейчас создается у1роза потери продоволь-
ственной независимости государства, которая ста-
нет свершившимся фактом, если опасность не
будет своевременно осознана и не будут предпри-
няты радикальные меры по ее отражению.
Рост безработицы и ослабление трудовой мотива-
ции. Рост безработицы, негативный сам по себе,
вызывает особую тревогу тогда, когда безработица
приобретает массовый и застойный характер. Без-
работица увеличивает нагрузку на занятых, перено-
ся на них расходы по содержанию своего рода со-
циальных иждивенцев, т. е. она крайне нерацио-
нальна и неэффективна с экономической точки зре-
ния. За массовую безработицу расплачиваются все -
в первую очередь снижением уровня жизни, по-
скольку на повышение производительности труда
рассчитывать не приходится. Наконец, безработица
со временем неизбежно ведет к утрате квалифика-
ции и трудовых навыков, что опять-таки наносит
серьезный ущерб экономике.
Существенную угрозу социальной стабильнос-
ти и экономической безопасности представляет
резкое усиление дифференциации в доходах раз-
личных групп населения. Мировым опытом дока-
зано, что если децельный коэффициент превы-
шает отношение 1 : 10, то общество вступает в зону
социальной нестабильности. Если в наиболее раз-
витых европейских странах соотношение в дохо-
дах 10 % наиболее обеспеченных и 10 % наименее
обеспеченных групп населения колеблется в отно-
шении 1 : 6-1 : 8, то в Украине это соотношение
растет, достигнув 1 : 13 [208].
Существенное увеличение внешнего долга. В ус-
ловиях нарастающего экономического кризиса и
искусственного сдерживания деловой и инвести-
ционной активности украинское руководство все
шире использует внешние заимствования для «ла-
тания дыр» в финансовой системе. Строго говоря,
14.2. Основные элементы экономической безопасности авиационного транспорта
937
использование иностранных займов само по себе
не является чем-то предосудительным и опасным.
Напротив, оно может стать важным рычагом подъе-
ма экономики, ее технического перевооружения,
повышения конкурентоспособности производимой
продукции. Весь вопрос в целевом использовании
займов и в масштабах государственного долга.
Криминализация экономики. В последние годы
резко ухудшается криминогенная ситуация в эко-
номической сфере, которая сегодня представляет
реальную опасность. Криминализация охватила
пракгически все области хозяйственной жизни —
отношения собственности, финансовую и банков-
скую деятельность, производство, торговлю и ус-
луги, внешнеэкономические отношения.
Серьезной угрозой для экономики, и прежде
всего для становления современных рыночных
структур, является террор по отношению к ра-
ботникам банков, руководителям государственных
и коммерческих предприятий.
Все это наносит серьезный экономический
ущерб и не может не оказывать крайне негатив-
ного влияния на деловую активность и привлече-
ние зарубежных партнеров.
Даже краткий анализ современных угроз по-
зволяет сделать вывод о необходимости радикаль-
ного изменения подходов к обеспечению эконо-
мической безопасности государства.
Необходимо подчеркнуть, что разработка средне-
срочной программы дает шанс остановить начав-
шийся развал украинской экономики, вывести стра-
ну из экономического и социально-политического
кризиса. Успешное решение этой задачи, помимо
качества, взвешенности и реальности самой средне-
срочной программы, во многом зависит от измене-
ния общественного климата в стране. Важное зна-
чение здесь имеет решение следующих вопросов.
1. Восстановление доверия к руководству стра-
ны и к деятельности правительства, что возможно
лишь при проведении честной и предсказуемой
социально-экономической политики, достижении
соответствия между словами и делами. В против-
ном случае шансы на выход из кризиса невелики,
и страна придет к хаосу.
2. Расширение социальной базы реформ, заин-
тересованное вовлечение в процесс преобразова-
ний широких слоев населения. Если этого не уда-
стся добиться, то дальнейший процесс реформи-
рования украинской экономики либо будет вооб-
ще приостановлен, либо потребует перехода к
сугубо авторитарным методам продолжения курса.
3. Восстановление законности и правопорядка
в стране, решительная борьба с криминализацией
экономики, которая стала главным препятствием
на пути активизации сил возрождения и обновле-
ния украинского общества. В этом сегодня — одна
из самых серьезных угроз экономической без-
опасности страны. Борьба с нарастающей крими-
нализацией экономики, охватившей все ее звенья,
включая высшие эшелоны власти, должна стать
составной частью программы действий на ближай-
шую и среднесрочную перспективы.
14.2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭКОНОМИЧЕСКОМ БЕЗОПАСНОСТИ
АВИАЦИОННОГО ТРАНСПОРТА
В рыночной экономике основным регулято-
ром хозяйственных пропорций является рынок.
Государственное регулирование, которому отво-
дится вспомогательная роль, строится на основе
принципа «необходимости» и применяется в боль-
шей мере в тех сферах, где рыночные регуляторы
в силу различных причин неэффективны.
При переходе экономики на рыночные отно-
шения складывается ситуация, когда неприемлемо
копирование каких-либо рыночных моделей эко-
номически развитых стран. В связи с этим пробле-
ма заключается в создании эффективных методов
управления отраслью, отвечающих, с одной сторо-
ны, принципам рыночных отношений, и с другой -
учитывающих специфику и опыт национальной
экономики, ее отдельных отраслей. Особенно ве-
лика при этом роль государства в части регулиру-
ющих функций в сфере рыночных отношений.
На протяжении длительного времени разви-
тие органов государственной власти на авиатран-
спорте происходило в направлении организаци-
онного обособления ведомств, осуществляющих
государственное управление разными подсисте-
мами транспортной отрасли. Результатом этого
стало разделение между разными ведомствами
и их подразделениями функций государствен-
938
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
ного управления отдельными элементами транс-
портной системы, участвующими в осуществ-
лении однородных видов перевозок и тесно свя-
занными едиными технологическими схемами.
Для всех видов транспорта в Украине характерен
критический уровень износа производственных фон-
дов (70 % и выше) при незначительном снижении
их использования. Это определило снижение каче-
ства обслуживания перевозок (прежде всего, пасса-
жирских) и приведет, вероятно, к снижению про-
возной способности транспорта в перспективе.
Анализ показателей деятельности различных
видов транспорта [ 184,209, 276] выявил существен-
ные диспропорции, указывающие на отрицатель-
ные и усугубляющие тенденции. Так, для ГА, за-
нимающей одно из ведущих мест по пассажиро-
обороту в международном сообщении, за период
1991-1998 гг. характерны существенные диспро-
порции. К ним относятся:
высокий уровень тарифов и, как следствие,
снижение объемов перевозок;
значительный рынок транспортных услуг (с уче-
том качества) - убыточность большинства пред-
приятий;
критический износ производственных фондов -
снижение инвестиционной активности предпри-
ятий в отрасли;
неадекватность состава отчетных показателей
основной деятельности новым условиям перехода
к рыночным отношениям.
Одна из главных причин такого состояния за-
ключается в недостатках действующих методов уп-
равления, которые совершенствуются, как правило,
по локальным направлениям. Особое внимание сле-
дует обратить на несовершенство государственного
управления, недостаточную роль его регулирующих
функций. Такой вывод в значительной мере под-
тверждается результатами перехода авиационного
транспорта на рыночные отношения в части акцио-
нирования и приватизации. Эти результаты нельзя
назвать положительными. У государства, сохранив-
шего за собой наиболее важные, жизнеобеспечива-
ющие отраслевые системы, недостаточно средств на
их обновление на качественно новом уровне. Но и
приватизация пока не с(]юрмировала на транспор-
те, так сказать, «эффективного собственника», ко-
торый отождествлял бы свои интересы с интереса-
ми развития предприятия и был бы способен реа-
лизовать эти интересы, в том числе путем инвес-
тиций. Поэтому приватизация на практике приводит
часто лишь к смене внешних юридических форм.
Мотивация трудовых коллективов ограничена пре-
имущественно стремлением к сохранению рабочих
мест, даже в ущерб росту доходов.
В этой связи требуется разработка рациональ-
ной системы управления авиатранспортом, обо-
сновывающей все необходимые функции ее
субъектов, в том числе и функции государствен-
ного регулирования с учетом специфики работы
авиатранспорта, переходного периода к рынку.
Исходя из общей оценки административно-ко-
мандных и рыночных методов управления, ясны
лишь их общие особенности. Эти особенности за-
ключаются в отличии сравниваемых методов по ос-
новополагающему приищи iy: всеобъемлющий харак-
тер централизованного управления уступает вспо-
могательной роли государственного управления в
форме организующего и корректирующего влияния
на «саморегулируемые» рыночные отношения.
Переходный период к рынку характеризуется
двумя определяющими тенденциями государствен-
ного управления. С одной стороны, государствен-
ное управление экономическими процессами те-
ряет всеобъемлющий характер, степень государ-
ственного вмешательства в экономику уменьшает-
ся. С другой стороны, происходит изменение форм
и методов государственного управления, в нем на-
чинают преобладать функции регулирования.
В то же время на этапе перехода к рынку роль
государственного регулирования более значима,
чем в уже сложившемся рыночном хозяйстве. Это
связано с двумя основными причинами. Во-пер-
вых, в переходный период рынок находится в ста-
дии становления и его внутренние регулирующие
возможности недостаточно высоки, что обуслов-
ливает необходимость более интенсивного вмеша-
тельства государства в экономические процессы.
Во-вторых, переход от планового хозяйства к ры-
ночному не должен происходить автоматически
или стихийно. Государство призвано организовать
и регулировать процесс перехода к рынку, стиму-
лировать создание инфраструктуры и условий для
его нормального функционирования.
При формировании системы управления отрас-
лью одной из существенных проблем является учет
условий развития транспортной отрасли и соот-
ветственно функций государственного регулиро-
вания в составе элементов этой системы.
Особенно необходимо отметить функции де-
монополизации и развития конкуренции рыноч-
14.2. Основные элементы экономической безопасности авиационного транспорта
939
Рис. 14.1. Основные виды внутриотраслевой конкуренции на транспорте
ных структур в связи с неразвитостью и чрезвы-
чайно высоким уровнем монополизации различ-
ных секторов рынка, характерным для переход-
ного периода. Одно из решений этой задачи со-
стоит в увеличении числа предприятий с одно-
родной деятельностью, изменении юридического
статуса некоторых транспортных предприятий,
частичной или полной передаче нрав собственни-
ка частному сектору экономики. Конкуренция
может быть между предприятиями разных видов
транспорта и в пределах одного вида транспорта.
Конкуренция на транспорте - это соперничество
транспортных предприятий за лучшие условия хо-
зяйствования, наиболее выгодные условия осу-
ществления перевозок и получение максимально-
го дохода. Транспортные предприятия могут быть
вовлечены в сферу внутри- и межотраслевой кон-
куренции. Внутриотраслевая конкуренция означает
экономическое соперничество предприятий в пре-
делах транспортной отрасли, прежде всего между
различными видами транспорта, за наиболее благо-
приятные условия хозяйствования (рис. 14.1).
Под межотраслевой конкуренцией понимается
экономическое соперничество между транспорт-
ными предприятиями и предприятиями других
отраслей за наиболее выгодные сферы вложения
капитала [209]. В результате межотраслевой кон-
куренции средства из низкорентабельных отрас-
лей перетекают в высокорентабельные сектора эко-
номики. Перераспределение капитала в пользу от-
дельных отраслей приводит в конечном итоге к
выравниванию норм прибыли во всем рыночном
хозяйстве. При рыночных отношениях наиболь-
шее значение для транспортных предприятий при-
обретает неценовая конкуренция, основными фак-
торами которой являются объемы и качество пе-
ревозок, объемы и структура дополнительных ус-
луг при выполнении перевозок и др.
Многочисленные по сущности и составу функ-
ции органов государственного управления и регу-
лирования важно отразить во взаимосвязи с меха-
низмом их реализации. На основании ] 12, 158,
433, 551] можно представить общий вид механиз-
ма государственного управления транспортной си-
стемой (рис. 14.2). В основу данной концепции
положена структура механизма хозяйственных от-
ношений. Функциями этого механизма являются
государственное управление и регулирование хо-
зяйственной деятельности предприятий.
Все функции и соответствующие элементы
механизма государственного управления подраз-
деляются на прямое и регулирующее управляю-
щее воздействие со стороны государственных ор-
ганов. К прямому управлению относятся:
общественные и целевые программы стратегичес-
кого управления, в том числе программы государ-
ственной поддержки инвестиций субъектов отрасли;
механизм договоров по поводу правовых отно-
шений (льготы, тарифное регулирование и т. д.);
механизм сбора информации социально-эко-
номического значения;
механизм формирования организационных
структур отрасли в части компетенции государ-
ственных органов (фондовый рынок, антимоно-
польные меры и т. д.).
Элементами механизма государственного регу-
лирования являются: налоги, пошлины, налоговый
контроль; антимонопольные меры; зашита от риска
940
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
Рис. 14.2. Концепция формирования механизма государственного управления транспортной системой
(страхование); защита прав собственника и потре-
бителя; сертификация и лицензирование; регули-
рование тарифов и цен; индикаторы и требования
к бизнес-планированию; банкротство несостоятель-
ных предприятий (субъектов); кредит (в различных
формах).
В порядке практического применения методи-
ческой базы по осуществлению функций государ-
ственного управления (регулирования) в рамках
системы управления ГА рассмотрены два направ-
ления. Первое связано с участием государствен-
ных органов (Министерства транспорта и связи
14.2. Основные элементы экономической безопасности авиационного транспорта
941
Украины) в организации перевозочного процесса
с учетом требований к качеству перевозок на всех
этапах их осуществления (продажа билетов агент-
ствами, доставка пассажиров в аэропорт и обслу-
живание в нем, а также на борту ВС; обслужива-
ние в аэропорту прилета). Инструментом государ-
ственного регулирования является лицензия, пре-
дусматривающая требования к процессу, процедуру
оформления лицензии и контроля за соблюдением
правил с соответствующим механизмом санкций.
Второе направление государственного регули-
рования относится к ситуации, когда результаты
деятельности субъектов отрасли выходят за рамки
устойчивого функционирования в условиях рыноч-
ных отношений. Деятельность субъекта уже не мо-
жет осуществляться без вмешательства органов,
которые санкционировали ее при акционировании.
Они сохраняют свое участие в форме определен-
ной доли имущества в государственной собствен-
ности или его эквивалента в виде пакета акций.
В соответствии со вторым рассматриваемым на-
правлением государственного регулирования (реа-
лизация процедур банкротства) отметим следующие
результаты исследований. Рыночные принципы ре-
гулирования, исключив централизованное перерас-
пределение средств, поставили предприятия в усло-
вия банкротства. Для выхода из этого положения
необходима непрерывная аналитическая работа по
выявлению негативных факторов деятельности I1ред-
приятий с целью их оперативного реагирования на
них. Причины неудач могут быть различны, поэто-
му их следует сгруппировать и классифицировать.
Экономические результаты деятельности субъекта
транспорта складываются под воздействием двух
основных групп (факторов): внешних (на них пред-
приятие не может влиять или их влияние очень сла-
бо) и внутренних (зависит от организации работы
самого предприятия). Внешние факторы, оказыва-
ющие наиболее существенное влияние на деятель-
ность предприятий, - это известные особенности
экономической ситуации в стране на макроэконо-
мическом уровне. Внутренние факторы многочис-
ленны и находятся в пределах влияния предприя-
тия. Самая многочисленная группа - ресурсы и их
использование - включает: высокие издержки про-
изводства; непроизводительные и малопродуктив-
ные затраты; излишние или изношенные производ-
ственные мощности; устаревшие технологии; низ-
кое качество продукции; текучесть кадров; высокие
расходы на управление; наличие убыточных подраз-
делений и производств; нерациональная организа-
ционная структура; низкий уровень культуры про-
изводства и квалификации персонала; психологи-
ческая атмосфера в коллективе и т. д.
Решение проблем стабилизации работы транс-
портной системы и прежде всего инвестирования
возможно только при преимущественном участии
государства. Эта задача может быть выполнена при
условии, что государству удастся недостаток объема
инвестиций компенсировать путем применения
принципиально новых подходов к регулированию
инвестиционной деятельности, отвечающих усло-
виям национальной экономики. Такой подход яв-
ляется важным фактором управления отраслью и
может обеспечить приостановление спада произ-
водства и постепенную стабилизацию.
Государственное регулирование инвестицион-
ной деятельности в этих условиях должно начи-
наться с инвестиционной поддержки жизнеобес-
печивающих объектов транспортного процесса.
В рамках воздушного транспорта (ВТ) это озна-
чает первоочередное государственное инвестиро-
вание объектов управления воздушным движе-
нием (УВД) и аэродромных сооружений. Госу-
дарство должно поддерживать инвестициями пред-
приятия, реализующие эффективные программы
реконструкции производства, и направлять капи-
тальные вложения в производства любых форм
собственности, где будут внедрены и использо-
ваны передовые техника и технологии.
Параллельно должен стимулироваться собствен-
ный спрос предприятий на высокие технологии по-
средством механизма налогового регулирования (со-
кращение вплоть до полной отмены налогов на ре-
инвестируемую прибыль) и амортизационной поли-
тики (повышение норм амортизации на современную
технику в первоначальный период ее эксплуатации).
Для анализа угрозы банкротства предприятий ВТ,
организованных в ходе акционирования и привати-
зации государственных предприятий (с участием
государственных органов), из их числа выделяют
наиболее неустойчивые в финансовом отношении
и подверженные банкротству. Государственное ре-
гулирование процедур банкротства авиапредприя-
тий на разных этапах развития экономических ре-
форм имеет различную направленность и, соответ-
ственно, различное содержание с точки зрения
объектов и инструментов регулирования.
На первом этапе, в период смены (|юрм соб-
ственности, и после него объектом регулирования
942
14 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
со стороны государства являются все предприя-
тия, меняющие собственника. Применяемые ин-
струменты государственного регулирования пред-
ставляют собой реорганизованную модель плано-
во-регулируемой экономики. Они могут включать
решения от административных ограничений реор-
ганизаций в ходе приватизации, влекущих за со-
бой неплатежеспособность и банкротство (напри-
мер, запрет на выделение из состава авиапредпри-
ятия каких-либо подразделений), до масштабных
дотаций убыточных производств (даже если они
принадлежат уже частному собственнику, но в слу-
чае банкротства могут повлечь разрушительные
экономические или социальные последствия).
На втором этапе с окончанием масштабных при-
ватизационных процессов включаются рыночные
стимулы повышения эффективности производства.
Вмешательство государства в функционирование
полностью созданных к этому моменту так назы-
ваемых институтов банкротств носит характер сгла-
живания возможных негативных результатов; го-
сударство в этот период должно активно влиять
на реализацию процедур банкротств в качестве га-
ранта их осуществления. зашиты самостоятельных
предприятий любых форм собственности.
Таким образом, в структуре механизма госу-
дарственного регулирования можно выделить сле-
дующие направления;
общегосударственное регулирование по различ-
ным аспектам: нормативно-правовое регулирова-
ние, осуществляемое через установление правил,
процедур, нормативных актов и конкретных норм
функционирования ВТ;
выбор государственных приоритетных направ-
лений развития и объектов поддержки;
косвенное регулирование, выраженное в орга-
низации и проведении процессов лицензирования
и сертификации;
регулирование процесса приватизации и управ-
ления государственными предприятиями и паке-
тами акций, принадлежащими государству;
разработка и реализация механизмов перепро-
филирования, банкротства убыточных предприятий;
установление контроля за соблюдением всех по-
ложений законодательной и нормативно-правовой
базы, применение санкций за нарушение правил и
законов и стимулирование за их выполнение;
формирование институтов необходимой рыноч-
ной инфраструктуры, обеспечивающей экономи-
ческую безопасность.
Следует выделить роль государства как гаран-
та обеспечения экономической безопасности транс-
портной системы.
В связи с кризисным уровнем экономических
показателей отраслей промышленности и сельско-
го хозяйства введено понятие «экономической без-
опасности» с требованием разработки по отраслям
соответствующих мер и механизма ее обеспечения.
Этим подчеркиваются дополнительные условия для
системы управления и, прежде всего, с точки зре-
ния охвата необходимых показателей и соответству-
ющего влияния на их критический уровень.
Экономическая безопасность отрасли предпола-
гает такой уровень развития и функционирования,
который позволил бы удовлетворять жизненно важ-
ные потребности экономики и населения в перевоз-
ках [337], обеспечивать мобилизационную готовность
транспорта к работе в критических условиях, т. е.
экономическая безопасность - это уровень опреде-
ленных показателей, за пределами которого стано-
вится невозможным выполнение основных функций
отрасли на основе технологического процесса.
В связи со сложностью и неоднозначными
подходами к решению проблемы обеспечения
экономической безопасности отрасли с учетом
взаимосвязи с экономической безопасностью
страны в целом (при недостаточности норматив-
ных документов, научных разработок) предус-
мотрен этап разработки концепции [24, 138, 146,
271, 272, 275, 285, 325, 358, 363, 527, 597]. Сис-
тема обеспечения экономической безопасности
(СОЭБ) определена как система предотвращения
возникновения и преодоления последствий кри-
зисных (и катастрофических) ситуаций на уров-
не отдельного авиапредприятия, совокупности
предприятий одного вида деятельности, отрасли
в целом и на макроэкономическом уровне. Как
правило, СОЭБ не является системой автоном-
ной, для реализации своих задач она использует
действующие механизмы государственного ре-
гулирования и институты рыночного саморегу-
лирования. Отчасти СОЭБ дополняет их недо-
стающими подсистемами, такими как монито-
ринг индикаторов, механизм реализации эконо-
мической безопасности и т. п.
Разработанная схема обеспечения экономичес-
кой безопасности на ВТ включает (рис. 14.3): рас-
смотрение этой проблемы как составной части об-
шей проблемы на государственном уровне; выде-
ление трех уровней проблемы с точки зрения ин-
14.2. Основные элементы экономической безопасности авиационного транспорта
943
Рис. 14.3. Общая схема формирования критериев экономической безопасности транспорта и механизма ее реализации
(на примере ВТ)
тересов определенного уровня (государство, кон-
кретная отрасль, предприятие); форму выраже-
ния угрозы экономической безопасности, состав
и количественную оценку обобщенных критериев
и показателей выхода за ее пределы для каждого
уровня управления; учет стратегии и механизма
обеспечения экономической безопасности. Так, с
точки зрения существенного содержания формой
выражения выхода за пределы экономической без-
опасности для предприятия может стать неплате-
жеспособность (банкротство), для отрасли - кри-
тическое снижение объемов авиаперевозок и ос-
тановка транспортного процесса из-за разрывов
технологической цепочки. На государственном
уровне - это разрушение единого экономическо-
го пространства страны в производственном ас-
пекте (потери в сопряженных отраслях от нару-
шения транспортных сообщений), снижение объе-
ма работ, переход к эксплуатации иностранных
ВС; в региональном аспекте - нарушение транс-
портного обслуживания территории с недостаточ-
ным развитием других видов транспорта; в соци-
альном аспекте - социальная напряженность; в
других аспектах - критические уровни безопас-
ности в экстремальных ситуациях, экологичес-
кой безопасности.
944
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
14.3. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ПРЕДПРИЯТИЙ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ УКРАИНЫ
С точки зрения повышения спроса на авиацион-
ные перевозки, а также прибыльности авиатранспорт-
ного производства Украины наибольшие поступле-
ния валютных средств, крайне необходимых для неот-
ложной реконструкции всей инфраструктуры ГА
могут обеспечивать аэропорты и авиакомпании.
Всего в Украине в 2005 г. насчитывалось 163 объ-
екта, которые именовались аэропортами. Однако
подавляющее большинство их представляли собой
лишь взлетно-посадочные площадки, в лучшем слу-
чае для сельскохозяйственной авиации.
По данным объединения «Аэропорты Украи-
ны», в Украине имеется 31 аэропорт, предназна-
ченный для обслуживания крупных потоков пас-
сажиров и грузов (во всех областных центрах, а
также в таких крупных городах, как Мариуполь,
Краматорск, Северодонецк, Кривой Рог, Керчь).
Значительная часть их сейчас не работает: по при-
чине крайне низкой загрузки большинство рейсов
из этих аэропортов отменены. По последним дан-
ным [234], в Украине действует не больше десяти
аэропортов.
Перспективы развития в Украине реально име-
ют восемь аэропортов: два киевских - Борисполь
и Жуляны, а также аэропорты Симферополя, До-
нецка, Харькова, Днепропетровска, Одессы и
Львова. Причем примерно половина всего пасса-
жиропотока в Украине проходит через Борисполь.
Остальные же аэропорты в советское время в ос-
новном обслуживали «местные», внутриукраин-
ские пассажиропотоки, а теперь, с падением уров-
ня жизни в большинстве регионов Украины и,
как следствие, уменьшением количества потен-
циальных авиапассажиров, не в состоянии рабо-
тать рентабельно. «Внешние» же пассажиропото-
ки «переключаются» на восемь вышеперечислен-
ных аэропортов, хотя 16 аэропортов Украины
имеют статус международных, еше 15 выданы вре-
менные разрешения на международные авиапе-
ревозки. Правда, без такого разрешения сегодня
ни одному аэропорту выжить нельзя даже теоре-
тически, так как 77 % пассажиропотока прихо-
дится на зарубежные рейсы. Платить за билет
50-70 долларов США на внутреннем рейсе мало
кто может себе позволить, поэтому средняя напол-
няемость внутренних рейсов составляет 10-20 %,
многие из них нерентабельны и, скорее всего,
в ближайшее время будут сокращены.
Перспективы областных аэропортов не ясны.
Их пропускная способность зачастую превышает
пропускную способность «местных» железнодо-
рожных вокзалов, так как в свое время эти аэро-
порты строились «с размахом». К примеру, в Ни-
колаеве и Запорожье аэропорты в начале 1990-х
годов могли принимать до 400 пас./ч, в Кирово-
граде - до 300, в Виннице - до 100. Аэропорт же
в Черкассах, появившийся в конце 1970-х годов,
по инфраструктуре и уровню сервиса не намного
уступал столичному аэропорту Борисполь.
Экономически не обосновано существование
двух крупных аэропортов в Херсоне и в Николае-
ве, расстояние между которыми по шоссе всего
70 км (что примерно соответствует расстоянию от
центра Киева до аэропорта Борисполь). Ни один,
ни второй сегодня практически не работают и в
перспективе у них немного шансов стать рента-
бельными.
На сегодняшний день экономически нецелесо-
образны аэропорты даже в таких индустриальных
городах, как Кривой Рог и Запорожье, поскольку
рядом работает современный Днепропетровский
аэропорт. Как известно, минимальное расстояние
между аэропортами Украины, при котором суще-
ствование последних экономически оправдано, со-
ставляет 250 км. С учетом этого требования шан-
сы на выживание кроме Борисполя имеют только
семь крупных региональных аэропортов: в Сим-
ферополе, Одессе, Харькове, Днепропетровске,
Львове, Донецке, Киеве (Жуляны). В соседней же
Российской Федерации (где расстояния «внутри
страны» больше) всерьез говорят о том, что нет
потребности в аэропортах, которые расположены
менее чем за 1000 км друг от друга.
В сложном финансовом положении из-за низ-
кого спроса на авиаперевозки находятся предпри-
ятия авиационного транспорта Луганской облас-
ти. В 2005 г. услугами аэропорта Международный
аэропорт Луганск воспользовались 8,2 тыс. пасса-
жиров, что составляет 160,6 % к уровню 2002 г.
Предприятием ОАО «Авиакомпания Луганские
авиалинии» перевезено 14,2 тыс. пассажиров, что
составляет 137 % к соответствующему периоду
14.3. Основные показатели и перспективы развития деятельности предприятий ГА Украины
предыдущего года. Проводится реконструкция зда-
ния аэровокзала, открыт VIP-зал для пассажи-
ров. Вследствие неполной загрузки эксплуатаци-
онные затраты превышают доходы.
Общий пассажиропоток ВТ по Украине, опре-
деляющий доход и загрузку аэропортов, составля-
ет около 3 млн пас./год, при этом суммарный
объем перевозок украинских авиакомпаний почти
в два раза меньше — около 1,5 млн пас./год. Та-
ким образом, рынок авиаперевозок в Украине
поделен примерно поровну между отечественны-
ми и иностранными перевозчиками. Свыше 70 %
всех отправлений из украинских аэропортов при-
ходится на международные воздушные линии (на
внутриукраинские - менее 30 %).
Нигде, кроме Борисполя, существенной модер-
низации не ведется, исключая мелкий текущий ре-
монт. Стараниями одной из самых «сильных» реги-
ональных авиакомпаний — «Днепроавиа» в 1995 г.
была успешно проведена модернизация аэровокза-
ла в Днепропетровске, но до реконструкции аэро-
дрома дело так и не дошло. Само же объединение,
созданное как государственная административная
надстройка для координации деятельности тех де-
сяти украинских аэропортов, которые разделены с
авиакомпаниями, работает фактически только с аэро-
портом Борисполь. Однако как украинские, так и
западные авиакомпании продолжают усиливать свое
присутствие в регионах — правда, пока только в
основной шестерке региональных аэропортов.
Одним из наиболее популярных и вторым пос-
ле Борисполя по объемам перевозок является Сим-
феропольский аэропорт, который также может при-
нимать все типы самолетов. В 2005 г. из Симферо-
поля отправлено 202,8 тыс. пассажиров (в 3,5 раза
меньше, чем из Борисполя). Его основной отличи-
тельной чертой и одновременно наиболее уязви-
мым местом является сезонность — зимой, когда
туристические потоки в Крым уменьшаются, аэро-
порт живет за счет высокой летней выручки. Еще
одним фактором в пользу Симферопольского аэро-
порта является то, что он отдельно функционирует
от авиакомпании. Следующим по перспективности
аэропортом считается аэропорт Одесса.
Аэропорты, как правило, имеют акционерную
форму собственности. Контрольный пакет акций
может принадлежать государству, муниципалитету
или физическому лицу. Большинство аэропортов
за границей являются муниципальной (коммуналь-
ной) собственностью. Муниципалитеты городов,
как правило, это собственники контрольного па-
кета акций аэропортов. В США небольшие аэро-
порты подчиняются местной власти, а столичные -
федеральному управлению ГА.
Опыт других стран свидетельствует, что авиапред-
приятия могут иметь разные формы собственности с
определенным государственным регулированием их
деятельности. «В процессе приватизации производ-
ственный коллектив сам может решить, какую фор-
му собственности ему избрать (... индивидуальную,
кооперативную, акционерную и т. п.), или в даль-
нейшем сохранить на предприятии общественную
(государственную) собственность, которая способна
обеспечить наибольшую эффективность производ-
ства» [476]. Производственная специфика предприя-
тий по обслуживанию УВД и аэронавигационного
обеспечения полетов, деятельность которых связана
с безопасностью полетов и, в значительной мере, с
обороной страны, обусловливает необходимость го-
сударственной формы собственности. Аэропорты мо-
гут принадлежать как к муниципальной, акционер-
ной, так и государственной форме собственности.
Летные отряды и авиационно-технические базы
(АТБ), на основе которых формируются авиакомпа-
нии (АК), могут быть государственными, акционер-
ными, частными. Другие предприятия ГА, которые
выполняют неэксплуатационную деятельность, мо-
гут иметь в зависимости от экономической целесо-
образности любую форму собственности.
Государственное регулирование распространяет-
ся на размеры налогов, уровень цен (тарифов), про-
центные ставки за кредиты, субсидии, нормы амор-
тизации, правила, стандарты, технические условия
эксплуатации ВС, что обеспечивает эффективность
и безопасность перевозок. Государственные органы,
проводя активную социально-экономическую поли-
тику, не должны принимать непосредственного уча-
стия в управлении производством. Они лишь могут
создавать условия для стимулирования отдельных
направлений деятельности авиапредприятий, в том
числе и воспроизведение основного капитала, эко-
номическими рычагами. Однако в вопросах без-
опасности полетов, охраны окружающей среды, из-
готовления и соблюдения мировых стандартов и пра-
вил использования авиационной техники (АТ) кон-
троль и регулирование со стороны государства
должны усиливаться.
Введение в действие с 18.02.1992 г. Закона Ук-
раины «Об ограничении монополизма и недопу-
щении недобросовестной конкуренции в предпри-
60 8-470
946
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
нимательской деятельности», в соответствии с ко-
торым ГА отнесена к категории традиционных го-
сударственных монополистов, не оказало содей-
ствия развитию процесса приватизации. Вместе с
тем негосударственный сектор в ГА вопреки всему
начал развиваться под надзором созданной систе-
мы государственного регузгирования. Это касает-
ся, прежде всего, авиакомпаний, которые основа-
ны на акционерной, частной, смешанных формах
собственности или арендных отношениях. В послед-
ние годы негосударственный сектор в ГА разви-
вается довольно высокими темпами. Так, если в
1993 г. среди 37 АК, которые были зарегистриро-
ваны и функционировали в Украине, количество
государственных составляло 70 %, то на начало
2001 г. количество государственных АК уменьши-
лась до 44 %. Эксплуатационными предприятиями
ГА Украины негосударственного сектора в 2004 г.
было перевезено 49,5 % пассажиров, 32,9 % грузов,
42,9 % почты. Пассажирооборот авиапредприятий
негосударственного сектора составил в 2004 г. 55,2 %,
тонно-километраж - 29,4 % (табл. 14.1).
Таблица 14.1. Эксплуатационная деятельность предпри-
ятий гражданской авиации Украины государственного
и негосударственного секторов в 2004 г.
Показатели Государственный сектор Негосударственный сектор
Всего В том числе на между- народных ВС Всего В том числе на между- народных ВС
Перевезено:
пассажиров, тыс. чел. 636,2 384,3 624,4 591,4
грузов, тыс. т 44,5 43,7 21,8 21,7
почты, тыс. т 0,4 о,з 0,3 0,3
Пассажирооборот, млн пас. км 819,5 682,9 1011,7 989,3
Тонно-километры, млн т-км 289,5 274,2 120,7 118,6
Авиапредприятия негосударственного сектора
эффективнее используют производственный потен-
циал, имеют лучшие финансовые результаты дея-
тельности, чем государственные. Достаточно отме-
тить, что негосударственные авиапредприятия
почти все прибыльные, в то время как значитель-
ная часть государственных имеют убытки, и ко-
личество убыточных авиапредприятий в государ-
ственном секторе увеличивается. Так, если в 1998 г.
в общем количестве государственных авиапред-
приятий убыточных насчитывалось 41,7 %, то в
начале 2000 г. с 48 государственных авиапредпри-
ятий 33 (68,8 %) были убыточными. Однако него-
сударственный сектор для создания конкуренто-
способной среды на авиационном транспорте не-
достаточный и значительно уступает по его удель-
ному весу другим видам транспорта [415]. Поэтому
на авиационном транспорте необходимо продол-
жить приватизацию АК и аэропортов через их
дальнейшее акционирование как приоритетное на-
правление приватизации [276], предусмотрев при-
влечение к этому процессу стратегического инвес-
тора. В государственной собственности должна ос-
таваться лишь система навигации воздушного дви-
жения на основе полного возмещения затрат.
Дальнейшая приватизация авиапредприятий, в
отличие от ее первого (1992-1993) и второго (1994-
1997) этапов, должна иметь инвестиционную на-
правленность. Поэтому на третьем этапе привати-
зации нужно осуществить первоочередную прода-
жу контрольных или довольно значительных паке-
тов акций государства стратегическому инвестору.
В Законе Украины «О государственной программе
приватизации» от 12.02.1998 г. подчеркивается не-
обходимость увеличения объемов денежной при-
ватизации всех объектов государственной собствен-
ности. При этом особое внимание отводится про-
даже в частную собственность паев и акций, при-
надлежащих государству в имуществе общих и
акционерных предприятий. Преобладающим спо-
собом продажи акций может быть инвестицион-
ный конкурс, который удовлетворял бы интересы
акционерного общества как субъекта хозяйствова-
ния и интересы государства как продавца акций.
В этом случае государство получит средства из про-
данного пакета акций по их номинальной цене, т. е.
исходя из расчетной стоимости целостного иму-
щественного комплекса или объекта приватизации,
а субъект хозяйствования - инвестицию в расши-
ренное воспроизводство основного капитала за счет
превышения курсовой (рыночной) цены акций над
номинальной.
Хотя вопрос о приватизации аэропортов в прин-
ципе уже решен на государственном уровне, боль-
шинство из них пока даже не корпоратизирова-
ны. Часть аэропортов перешли под юрисдикцию
государственных властей (например, аэропорты
Одесса, Краматорск и Северодонецк).
14.3. Основные показатели и перспективы развития деятельности предприятий ГА Украины
В отношении же двух столичных аэропортов и
нескольких аэродромов, претендующих по отдель-
ности на ведущую роль (несмотря на явное лидер-
ство аэропорта Борисполь), существует мнение о
перспективности объединения их под общим ру-
ководством, в которое вошли бы представители
аэропортов, центральных властей и военных и
далее уже совместно определяли приоритеты раз-
вития и направления вложения средств. Немного
другая ситуация с региональными аэропортами,
которые когда-то могут стать прибыльными. В слу-
чае их разгосударствления контрольный пакет с 50 %
плюс одна акция или же блокирующий - 25 %, по
концепции Укравиации, должен закрепляться за
государством, чтобы предотвратить вероятные по-
пытки новых владельцев перепрофилировать или
перепродать объект.
В 1999 г. достаточно привлекательный объект -
аэропорт Одесса - был передан в частную соб-
ственность. В Укравиации утверждают, что и этот
эксперимент оказался неудачным, и Укравиация
подняла перед Кабинетом Министров Украины
вопрос о передаче аэропорта Одесса обратно в го-
сударственную собственность. Однако мэрия Одес-
сы достигла договоренности о совместной разра-
ботке проекта и выполнении реконструкции Одес-
ского аэропорта в 2001-2003 гг. с австрийской фир-
мой «Консалтинг Аэропорт Вена»; приблизительная
сумма проекта - 90 млн долларов США; реконст-
рукция была завершена в 2004 г.
Еще одной нерешенной проблемой остается
раздел когда-то единого хозяйства аэропорта на
собственно авиакомпанию и аэропорт. Например,
во Львове городские власти выступили против это-
го. В 2005 г. был утвержден совместный приказ
Министерства транспорта и связи Украины и Фонда
государственного имущества Украины о реструк-
туризации восьми авиапредприятий, которые пла-
нируется разделить именно таким способом, а по-
том постепенно разгосударствить. Впоследствии
предполагается создание холдинговой компании,
которая и будет заниматься хозяйственными про-
блемами всех аэропортов государства. Пока же
только рассматривается вопрос о начале корпора-
тизации аэропортов Борисполь и Симферополь.
Итак, приватизация аэропортов только начи-
нается. Но необходимо отметить, что приватиза-
ция - не панацея от всех болезней. Аэропорты
могут быть и государственными, и частными
(в Украине шесть частных аэропортов). Принципи-
ально важно другое: аэропорты не должны зави-
сеть от конкретных авиакомпаний. И этот про-
цесс «разделения» уже идет.
Аэропортом государственного значения явля-
ется аэропорт Борисполь, на который приходит-
ся 49 % общего объема отправлений из украинс-
ких аэропортов. В его реконструкцию и модер-
низацию вложены значительные средства и он
почти полностью отвечает международным тре-
бованиям. В 2005 г. пропускная способность
аэропорта Борисполь составляла 800 пас./ч, или
около 2,5 млн пас./год. Таким образом, суще-
ствующий терминал используется примерно на
55 %. Столичный аэропорт Жуляны ориентиро-
ван в основном на внутренние перевозки, его
«мощности» используются не более чем на 30 %.
Загрузка остальных шести крупных аэропортов
еще ниже и составляет 10-20 %.
Аэропорт Борисполь также является единствен-
ным в Украине аэропортом, где происходит рост
пассажиропотока. По сравнению с масштабным па-
дением с начала 1990-х годов общего пассажиропо-
тока по Украине в Борисполе с 1994 г. пассажиропо-
ток вырос с 1 млн 77 тыс. чел. до 1 млн 373 тыс. чел.
Но теперь и здесь рост объемов замедлился, и на-
чалось перераспределение пассажиров между авиа-
компаниями.
В настоящее время в аэропорту Борисполь бази-
руется пять авиаперевозчиков: «Авиалинии Украи-
ны», МАУ, «Аэросвит», «Украина», «Аэролизинг Ук-
раины». Аэропорт также принимает регулярные рейсы
25 иностранных авиакомпаний, 19 авиакомпаний
стран СНГ и 16 украинских. Наиболее активными
из западных компаний являются «Люфтганза» (обес-
печивает 14 % дохода, получаемого от западных пе-
ревозчиков), «Астриан Эрлайнс» (13,5 %), «Свис эр»
(8 %), KLM (7,7 %), «Эр Франс» (6 %).
В среднем аэропорт Борисполь с тонны мак-
симальной взлетной массы ВС западных авиаком-
паний получает примерно в два раза больше, чем с
украинских (50 и 24 доллара США соответствен-
но), и по уровню базовых тарифов сборов аэро-
портов стоит на девятом месте среди европейских
коллег (сразу же за ним следует Шереметьево).
В отличие от обнадеживающих тенденций в ди-
намике пассажиропотока, объем грузов, проходящих
через аэропорт Борисполь, достигнув максимума в
1996 г., неуклонно падает. До этого момента рост
по грузоперевозкам составлял порядка 80 %, но
правительство ввело ограничения на импорт, по-
948
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
высились акцизы, что не замедлило сказаться на
грузопотоке. Сейчас грузы в основном ввозятся че-
рез Беларусь и Российскую Федерацию автомобиль-
ным и железнодорожным транспортом. В среднем
за год через Борисполь проходит менее 10 тыс. т
грузов при пропускной способности в 100 тыс. т,
причем доля в грузопотоке иностранных авиаком-
паний по сравнению с 1992 г. возросла до 40 %.
Успешность деятельности аэропорта зависит не
только от общеэкономических тенденций, состоя-
ния авиарынка и изменений в законодательстве, но
и от политических факторов. В первую очередь это
касается всех программ реконструкции, которые
финансируются под государственные гарантии: для
аэропорта Борисполь это завершение строительства
второй взлетно-посадочной полосы (ВПП) и стро-
ительство нового пассажирского терминала, проект
которого разработан под межгосударственный япон-
ский кредит. Сегодня реализация данных программ
затягивается из-за неопределенности с будущей при-
ватизацией аэропорта и по политическим мотивам.
Международный пассажирский терминал, про-
ект которого уже подготовлен, должен увеличить
пропускную способность аэропорта в 2,5 раза.
Пропускная способность существующего грузового
терминала составляет 100 тыс. т, но так как загру-
жены из них всего порядка 10 %, особой актуаль-
ности в его расширении пока нет. Новая же ВПП
увеличит пропускную способность аэропорта на
85 % (уже имеющаяся ВПП обеспечивает возмож-
ность 24 взлетов-посадок в час).
Возникает вопрос: целесообразно ли уже сейчас
проводить реконструкцию аэропорта в надежде при-
влечь в будущем дополнительные пассажире- и гру-
зопотоки или же, наоборот, лучше дождаться роста
объемов авиаперевозок и затем использовать при-
рост доходов для финансирования реконструкции?
Для ответа на этот вопрос нужно заранее про-
анализировать, какой экономический эффект мо-
жет быть получен от осуществления проекта ре-
конструкции аэропорта. Для этого следует рассмот-
реть основные факторы, влияющие на объем пе-
ревозок отдельного аэропорта:
общий рост объема пассажирских и грузовых
перевозок в стране и регионе;
перераспределение потоков в пользу аэропор-
та вследствие получения конкурентных преиму-
ществ по сравнению с другими аэропортами (если
они есть) и с другими видами транспорта (в пер-
вую очередь, автомобильный и железнодорожный).
Осуществление реконструкции аэропорта едва
ли может напрямую заметно повлиять на рост ВВП
страны или даже региона, а соответственно, и на
общий рост объема пассажирских и грузовых пе-
ревозок в регионе. Этот фактор является «внеш-
ним» по отношению к аэропорту.
При выборе между видами транспорта пасса-
жиры и грузоотправители ориентируются на со-
отношение трех факторов: цена / качество / сро-
ки доставки (табл. 14.2).
Таблица 14.2. Соотношение факторов при выборе между
видами транспорта
Показатели работы Факторы конкуренции
Цена Качество Сроки доставки
Перераспределение потоков между видами транспорта: железнодорожный автомобильный авиационный Перераспределение потоков между аэропортами: из данного региона из соседних регионов транзитные + + 4- 4- -t- 4- + 4- 4-
Таким образом, успешное проведение рекон-
струкции аэропорта позволит привлечь:
незначительную часть потоков от других видов
транспорта (железнодорожный и автомобильный);
существенную часть потоков от других аэропор-
тов (в случае если они есть в зоне досягаемости);
существенную часть транзитных потоков.
Последние два фактора предполагают создание
аэропорта-хаба.
Из вышеизложенного можно сделать следую-
щие выводы.
1. Исходя из экономических соображений, осу-
ществление реконструкции целесообразно для аэро-
портов, работающих на конкурентном рынке и
обслуживающих крупные транспортные узлы. Это
связано с двумя причинами: первая — только там,
где есть конкуренция (между аэропортами или ви-
дами транспорта), качество и сроки обслуживания
могут рассматриваться как конкурентное преиму-
щество, а соответственно, приводить к росту пас-
сажире- и грузопотоков аэропорта; вторая - толь-
14.4. Построение системы экономической безопасности авиационной отрасли
949
ко при перераспределении значительных транспор-
тных потоков может быть получен ощутимый эко-
номический эф(|)ект, позволяющий окупить затраты,
связанные с проведением реконструкции.
2. Авиационный транспорт используется в слу-
чаях, когда одним из решающих факторов является
время доставки пассажиров и/или грузов. Для полу-
чения экономического эффекта проект реконструк-
ции аэропорта должен обеспечивать не только улуч-
шение качества обслуживания в самом аэропорту, но
и сокращение сроков обслуживания как в аэропорту,
так и вне его (например, сроков доставки пассажи-
ров в/из аэропорта). В связи с этим эффективными
будут проекты, предусматривающие развитие всей
транспортной инфраструктуры региона в целом.
3. Реконструкция аэропортов в населенных пун-
ктах, сообщение с которыми осуществляется толь-
ко авиатранспортом, а также региональных аэро-
портов, не претендующих на роль хаба, не может
рассматриваться как бизнес-проект, поскольку не
приведет к ощутимому экономическому эффекту.
Реконструкция таких аэропортов может быть обус-
ловлена другими факторами - например, повыше-
нием уровня обслуживания пассажиров, создани-
ем благоприятного имиджа региону или городу,
«воротами» в которые является аэропорт.
Финансирование подобных проектов должно
осуществляться за счет доходов от текущей дея-
тельности аэропортов (в случае если текущая де-
ятельность является эффективной) либо за счет
средств государства (на практике второй источ-
ник используется крайне редко).
4. Наблюдающийся в 2000 - 2005 гг. устойчи-
вый рост пассажирских и грузовых авиаперевозок
является хорошей предпосылкой для начала круп-
ных инвестиционных проектов реконструкции аэро-
портов в Украине. При этом аэропорты, осуществ-
ляющие реконструкцию (результат которой — по-
вышение качества и сроков обслуживания), могут
рассчитывать на увеличение потоков как за счет
роста объема перевозок в стране или регионе в це-
лом, так и за счет перераспределения потоков. Аэро-
порты, не улучшающие качество и сроки обслужи-
вания, могут рассчитывать только на постепенный
прирост потоков (по мере роста ВВП) и должны
быть готовы к тому, что этот прирост будет пере-
распределяться в пользу других аэропортов.
Что касается соотношения спроса на внутрен-
ние и международные перевозки по основным
аэропортам Украины, то значительная часть пас-
сажиров, которые летают внутренними рейсами,
продолжают свой путь и на международных ли-
ниях - это взаимосвязанные пассажиропотоки.
On юсительно внутренних авиаперевозок: они бу-
дут достаточно развиты только тогда, когда по ос-
новным параметрам смогут конкурировать с автобус-
ными. Стоит учесть, что часть населения, пользую-
щегося услугами авиакомпаний, мала и в большин-
стве своем имеет собственные авто. Поэтому
маловероятно, что полеты на расстояния меньше чем
350-400 км, будут активно востребованы. Но все-
таки внутренний рынок авиаперевозок растет и по-
этому распределение пассажиропотоков по основным
аэропортам Украины - задача одна из важнейших.
14.4. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
Следует признать, что до недавнего времени
совокупность проблем гражданской авиации и
авиационной промышленности, возникших из-за
вышеперечисленных причин, не имела реальной
возможности решения в рамках рыночной сис-
темы. Авиакомпании могли с избытком обеспе-
чивать имеющийся платежеспособный спрос си-
лами парка воздушных судов, оставшихся в их
распоряжении с советского периода. При этом
оценки рынка авиаперевозок не были оптимис-
тичными. В течение длительного времени госу-
дарство, обремененное тяжелыми внешними и
внутренними обязательствами, не могло высту-
пать в качестве гаранта закупки продукции авиа-
ционной промышленности.
Возврат к прежней практике потребовал бы пов-
торного введения серьезных элементов центра-
лизованного распределения и ценового регулиро-
вания, причем такая перспектива многими оце-
нивалась как полезная и вполне реальная. Отсюда
следует, что дискуссия по поводу взаимоотноше-
ний авиационной промышленности и воздушно-
го транспорта ведется скорее вокруг политичес-
ких, чем экономических вопросов.
950
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
Анализ действующей воздушной транспортной
системы в Украине заставляет искать пути рефор-
мирования и повышения экономической эффек-
тивности авиационной отрасли. Необходимость
эффективных экономических решений наряду с
соблюдением требования безопасности полетов
делает постоянно актуальной задачу реформиро-
вания гражданской авиации и создания правового
поля ее существования в соответствии с передо-
выми технологиями.
Состояние экономики в Украине выдвинуло
для большинства авиапредприятий на первое ме-
сто проблемы поддержания платежеспособности
и выживания в качестве дееспособных субъектов
авиатранспортного рынка. Наибольшие шансы
успешного преодоления кризиса имеют те, кто уже
ранее сумел адаптироваться к рыночным услови-
ям. Поэтому представляется полезным оценить
стартовые позиции, которые занимали различные
группы авиапредприятий, проанализировать про-
явившиеся в финансово-экономической сфере их
деятельности тенденции и с учетом этой инфор-
мации обосновывать прогнозы и вырабатывать
управленческие решения как в руководстве авиа-
компаний, так и в органах государственного ре-
гулирования на воздушном транспорте.
Крайне важным является обеспечение необхо-
димого уровня государственного регулирования
рынка внутренних авиационных пассажирских
перевозок.
На схеме, изображенной на рис. 14.4, показа-
ны направления деятельности и задачи, решение
которых позволит повысить эффективность фун-
кционирования авиационного транспорта.
Работа авиационного транспорта будет эффек-
тивной только в том случае, если развиваясь сам,
он может вносить существенный вклад в развитие
всего промышленного комплекса Украины.
Как следует из рис. 14.4, на первом этапе ис-
следований необходимо спрогнозировать возмож-
ные объемы авиационных перевозок на ближай-
шие десять лет. Для этого нужно учесть предпола-
гаемые темпы роста ВВП в Украине, политику при-
нятия законов и методик расчета минимальной и
14.4. Построение системы экономической безопасности авиационной отрасли
951
средней заработной платы населения. Получен-
ные и обработанные с помощью экспертных оце-
нок данные являются основой для прогнозирова-
ния объема внутренних пассажирских перевозок
на ближайшие несколько лет.
После прогнозирования и определения чис-
ленности пассажиров, которых необходимо пере-
везти в рассматриваемый период, можно присту-
пить к расчетам и обоснованию количества и ти-
пов воздушных судов, требующихся для пере-
возки заданного числа пассажиров. Решению этой
задачи предшествует анализ и обоснование пе-
речня перспективных базовых аэропортов в Ук-
раине. Затем следует спрогнозировать пассажи-
ропотоки между базовыми аэропортами с учетом
их взаимопривлекательности, расстояния, сезон-
ности и т. д. Учитывая вероятностную природу
такой задачи, на наш взгляд, целесообразно ис-
пользовать теорию полумарковских процессов.
Следующий этап разработок - распределение
выбранного типа ВС производства Украины между
базовыми аэропортами с целью максимального
удовлетворения воздушными перевозками потреб-
ностей населения. Данные расчеты служат осно-
ванием для определения госзаказа и инвестиций
на производство требуемой численности и типов
воздушных судов.
Одной из важнейших задач создания высоко-
эффективного авиационного транспорта является
выбор оптимальной стратегии технического обслу-
живания и ремонта ВС. Как показали исследова-
ния, особое внимание следует уделять формиро-
ванию оптимальной численности обменного фон-
да функциональных систем ВС. В результате ре-
шения этой задачи появляется возможность
определять госзаказ и инвестиции на производ-
ство или приобретение за рубежом тех или иных
функциональных систем.
Решение перечисленных выше задач позволит
определить тот вклад в ВВП государства, который
образуется в результате деятельности авиацион-
ного транспорта в Украине.
Основная цель реализации предложенной схе-
мы - создание условий для развития отечествен-
ного авиатранспортного рынка путем эффектив-
ного и качественного удовлетворения спроса на-
селения и хозяйствующих субъектов на авиацион-
ные перевозки и работы, оптимизация авиационных
тарифов и эксплуатационных затрат. А это поз-
волит:
1) создать инфраструктуру для нормального
функционирования воздушного транспорта Ук-
раины. Цель - совершенствование системы сер-
тификации и лицензирования эксплуатантов
(авиационных предприятий) и видов деятельнос-
ти на авиатранспортном рынке, оптимизация ко-
личества авиакомпаний и аэропортов, обеспече-
ние развития рынка корпоративных (деловых)
авиаперевозок, совершенствование системы стан-
дартов и правил в области использования госу-
дарственной авиации в коммерческих целях, обес-
печение на перечисленной основе роста объемов
авиационных перевозок и работ. В общем случае
государство должно работать на авиационную от-
расль, а авиаотрасль - на государство;
2) усовершенствовать информационную струк-
туру рынка авиационных перевозок. Цель - вне-
дрение новых информационных технологий, обес-
печение их гармонии с действующими и перспек-
тивными зарубежными системами, создание еди-
ной системы бронирования и продажи перевозок
с другими видами транспорта (железнодорожный),
внедрение современных интернет-технологий на
авиационных предприятиях Украины;
3) увеличить парк воздушных судов нового
поколения. Цель - на базе коренного переосна-
щения парка воздушных судов новыми самолета-
ми отечественного производства с использовани-
ем механизмов лизинга сохраншъ и максималь-
но развить рынок авиаперевозок и авиационных
работ путем повышения безопасности полетов,
конкурентоспособности, качества обслуживания и
экономической эффективности;
4) развить объекты наземной инфраструкту-
ры. Цель - ликвидация существующих диспро-
порций, поэтапное и комплексное развитие сети
аэропортов, обеспечение эффективного транспорт-
ного обслуживания и удовлетворение спроса на-
селения и хозяйствующих субъектов в авиапере-
возках, гарантирование необходимого уровня без-
опасности функционирования ГА, оптимизация
количества аэропортов, совершенствование сис-
темы управления имуществом, находящимся в го-
сударственной собственности;
5) обеспечить безопасное функционирование
ГА. Цель - создание условий для устойчивой без-
опасной работы ГА, поддержание уровня безопас-
ности полетов, соответствующего передовому ми-
ровому уровню, гарантирование экономической
безопасности авиационной отрасли;
952
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
6) подготовить кадры. Цель - обеспечение пред-
приятий и организаций ГА высококвалифициро-
ванными специалистами в области летной дея-
тельности, инженерно-технического обеспечения,
маркетинга, менеджмента и финансов.
В качестве примера реализации предложенной
схемы рассмотрим распределение пассажиропото-
ков по основным аэропортам Украины на внут-
ренних пассажирских авиалиниях в прогнозиру-
емом периоде.
14.5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАССАЖИРОПОТОКОВ НА ВНУТРЕННИХ ЛИНИЯХ
ПО ПЕРСПЕКТИВНЫМ АЭРОПОРТАМ УКРАИНЫ
Представим комплекс из семи аэропортов в го-
родах Днепропетровск (Ди), Донецк (Дц), Киев, аэро-
порты Жуляны и Борисполь (К), Львов (Л), Одесса
(О), Симферополь (С) и Харьков (X) в виде системы
с дискретным множеством состояний N= 7, перехо-
ды между которыми возможны в дискретные момен-
ты времени эксплуатации t = 1,2, ..., 365, т. е. в
виде дискретного марковского процесса.
Считаем, что переход из одного состояния в
другое (рейс между определенными парами аэро-
портов) происходит с соответствующей завися-
щей от времени локальной вероятностью пере-
хода , которая является условной по отно-
шению к факту возникновения перехода-скач-
ка. Индексы i, j - аэропорты соответственно
вылета и посадки.
Для удобства дальнейшего изложения, в част-
ности для нумерации элементов матриц, каждо-
му городу (состоянию) целесообразно присвоить
индивидуальный индекс. Пусть Дп = 1, Дц = 2,
К= 3, Л = 4, О = 5, С = 6, X = 7.
Поскольку система может находиться в од-
ном из N состояний, из которого, в свою оче-
редь, может перейти в одно из Л'-1 состояний,
то для каждого момента времени I необходимо
задать № - У вероятностей перехода Р(Ц#,
Рис. 14.5. Граф дискретных состояний системы
пде.х.
Рис. 14.6. Изменение количества суточных заявок на би-
леты на протяжении года соответственно в Днепропет-
ровск (а), Донецк (б), Киев (<?), Львов (г), Одессу (б),
Симферополь (е) и Харьков (ж)
954
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
которые удобно записать в виде матрицы раз-
мерностью Л'хЛ’:
0 P(t)n P(t\N
F(02, 0 P(02.v
F(/)=
(14-1)
p(t)Nt P^N2 0
В обозначениях Р(1\ первый индекс означает
состояние системы в предшествующий (текущий)
момент времени, а второй указывает на возмож-
ное состояние системы в последующий момент.
Матрицу (14.1) назовем переходной или мат-
рицей перехода. Ее особенность состоит в том,
что матрица содержит вероятности всех возмож-
ных переходов системы. Очевидно, что эти пе-
реходы образуют полную группу событий, так
что сумма вероятностей всех элементов равна
единице.
Представим матрицу перехода анализируемой
системы в виде схематической модели — сигналь-
ного графа дискретных состояний системы
(рис. 14.5), интерпретируя переходы системы из
состояния i в состояние j как передачу сигнала от
одного узла к другому с коэффициентом переда-
чи .
Вероятность перехода системы из состояния / в
состояние j для каждого момента времени t в об-
щем случае является функцией ряда параметров:
Р(г), = /(A,^,Z,rPCj,PB )Х(/); , (14.2)
где Д - удельное количество населения /-го города,
4=4/4, (14.3)
тут 4, — население z-го города; Д. - суммарное
население рассматриваемых городов;
К, - коэффициент заработной платы населе-
ния /-го города,
^ = КО/КТ, (14.4)
тут Ко - средняя заработная плата по z-му горо-
ду; Къ — суммарная средняя заработная плата по
рассматриваемым городам;
4 - эмпирический коэффициент отдаленнос-
ти /-го города от у-го,
4 = ЦА-, (145)
тут ~ расстояние между z-м и у-м городами;
Z.lnil, — максимальное расстояние среди рассмат-
риваемых вариантов;
4 — вероятность выбора у-го города жителем
z-го города для деловой, семейной, туристичес-
кой или какой-либо иной поездки,
рСс=ф(Ср, (14.6)
тут Qj — коэффициент привлекательности у-го
города для жителей z-го (курортная зона, про-
мышленная зона для командировок, центр туриз-
ма и т. п.). Определяется экспертным путем (по-
средством анализа процентного соотношения меж-
ду деловыми, туристическими, семейными и ины-
ми поездками);
Рв — вероятность выбора воздушного транс-
порта для поездки из /-го города в у-й город.
Данный показатель является интегральным и в
общем случае учитывает такие факторы, как вре-
мя пребывания в пути, стоимость билета и др.
Предполагаем, что данные факторы являются
функцией расстояния между городами:
^=v(4„); (14.7)
X(z); — интенсивность поступления заявок на
осуществление полета в у-й город, учитывающая
зависимость вероятности перехода из у-го состо-
яния в любые остальные состояния от времени t.
Введение данного множителя связано с тем, что
в общем случае все из перечисленных выше па-
раметров в той или иной степени изменяются с
течением времени. Например, смена сезонов вле-
чет за собой изменение степени привлекатель-
ности того или иного города, изменение зара-
ботной платы (особенно в городах, наличие ра-
боты в которых имеет ярко выраженный сезон-
ный характер), — сезонные скидки стоимости
билетов.
Составляющие общего пассажиропотока при-
бывших в Днепропетровск, Донецк, Киев,
Львов, Одессу, Симферополь и Харьков из ос-
тальных N - 1 городов представлены соответ-
ственно на рис. 14.6, а — ж [259].
14.6. Обоснование развития системы экономической безопасности авиационной отрасли
955
14.6. ОБОСНОВАНИЕ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
Для формирования технической политики ГА
первостепенное значение имеет прогнозирование
развития украинского рынка авиаперевозок. При-
чем каждый из сегментов этого рынка (пасса-
жирские и грузовые, внутренние и международ-
ные, магистральные и региональные перевозки)
характеризуется определенными особенностями и
своими тенденциями развития.
Используемый нами системный подход при
исследовании внутреннего рынка пассажирских
авиаперевозок и учет при этом состояния эконо-
мики страны, от которого решающим образом за-
висит спрос на перевозки, позволили получить
значимые прогнозируемые оценки.
Сценарии развития украинского рынка в от-
ношении наращивания объемов авиаперевозок и
изменения их структуры в принципе не противо-
речат закономерностям этих процессов, наблюда-
емым во всем мире (рис. 14.7), при условии, что
оценка ВВП принимается по паритету покупатель-
ной способности. Эластичность изменения объе-
ма авиаперевозок к изменению ВВП составляет в
разных странах от 1,5 до 2 (это означает, что при
росте ВВП на 1 % обьем авиаперевозок возраста-
Рис. 14.7. Уровень развития пассажирских авиаперевозок
ет, в среднем, на 1,5-2 %). Взаимосвязь динами-
ки ВВП и авиаперевозок в Украине показана на
рис. 14.8, а их количественное изменение приве-
дено в табл. 14.3.
Дальнейшее укрепление экономики Украины
обусловит развитие схожих с мировыми тенденций
на украинском рынке авиаперевозок и, следова-
тельно, возможность использования классическо-
го подхода к их прогнозированию - характер раз-
вития мирового рынка авиаперевозок в целом с
достаточным постоянством соотносится с уровнем
экономического развития и в общем случае опи-
сывается хорошо известной моделью ICAO [415]:
у = ах^хь; , (14.8)
где у - выполненные пассажиро-километры; xt -
ВВП в реальном выражении; х2 - доход от пас-
сажирских перевозок на один пассажиро-кило-
метр; а, Ьх , Ь. - статистические коэффициенты,
/>, и Ь2 отражают эластичность спроса в отноше-
нии соответствующего х, и х2, т. е. эластичности
дохода и эластичности цен.
Однако из-за существующей неопределенности в
оценке некоторых аспектов развития авиатранспорт-
ной отрасли для прогнозирования деятельности оте-
чественного внутреннего рынка пассажирских пере-
возок нами были использованы модели, учитываю-
щие рад различных факторов и показателей. Реализо-
ванный подход к долговременному прогнозированию
развития рынка пассажирских авиаперевозок вклю-
чает следующие основные этапы.
1. Прогнозирование объема внутренних пасса-
жирских авиаперевозок.
Для составления прогаоза использовано три ос-
новных показателя: динамика внутренних перево-
зок пассажиров воздушным транспортом; ВВП; сред-
негодовой пассажирский тариф на внутренних авиа-
линиях, процент к среднемесячной заработной плате.
Задача прогаоза объема внутренних пассажир-
ских авиаперевозок решена с помощью метода
регрессионного анализа, благодаря которому об-
956
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
работаны статистические данные за текущий пе-
риод и получены аналитические зависимости, ко-
торые в дальнейшем будут использоваться для
получения данных на перспективу.
2. Распределение пассажиропотоков по перс-
пективным аэропортам Украины.
Исследование пассажиропотоков на ВТ про-
водилось с целью:
совершенствования системы прогнозирования
пассажирских авиаперевозок на основе изучения
спроса на авиаперевозки и влияния различных
социально-экономических факторов на подвиж-
ность населения;
улучшения организации обслуживания пассажи-
ров и планирования работы в аэропортах, городских
агентствах и аэровокзалах, включая вопросы регули-
рования продажи и бронирования билетов на ВС;
изучения характеристик пассажиропотоков на
ВС, необходимых при составлении расписания
движения самолетов, распределении парка само-
летов на сети авиалиний, а также при прогнози-
ровании загрузки рейсов.
Комплекс из базовых аэропортов в соответству-
ющих городах представлен в виде системы с дис-
кретным множеством состояний, переходы меж-
ду которыми возможны в дискретные моменты
времени эксплуатации в виде полумарковского
процесса. Это объясняется, как уже отмечалось,
неравномерностью пассажиропотока во времени,
Таблица 14.3. Изменение динамики пассажирских авиа-
перевозок и ВВП в Украине в 1991-2004 гг.
Год Динамика, % Год Динамика, %
пассажирских перевозок ВВП пассажирских перевозок ВВП
1991 5,18 -5,72 1998 -9,2 -7,9
1992 -20,0 -12,0 1999 -5,0 5,0
1993 -23,6 -23,2 2000 4,0 4,93
1994 -19,0 -19,3 2001 7,0 5,4
1995 -7,7 -8,5 2002 и,з 5,9
1996 -14,0 -14,0 2003 13,7 6,8
1997 -11,5 11,5 2004 15,0 7,4
14.6. Обоснование развития системы экономической безопасности авиационной отрасли
957
наличием периодов пиковых нагрузок по объе-
мам пассажирских перевозок, соответствующих
минимальному и максимальному значениям.
Наиболее типичные направления маркетинго-
вых исследований заключаются в изучении ха-
рактеристик рынка, определении его потенциаль-
ных возможностей, анализе распределения долей
рынка между авиакомпаниями и анализе прода-
жи перевозок, изучении тенденций деловой ак-
тивности, реакции потребителей, изучении поли-
тики цен. Мы рассматривали только часть марке-
тинговой информации, отражающей состояние
рынка пассажирских авиаперевозок; была изуче-
на внутренняя отчетность и осуществлен сбор
внешней текущей маркетинговой информации.
Внутренняя отчетность, действующая в насто-
ящее время на ВТ, отражает реализованный спрос
в виде пассажирских отправок и перевозок, а также
объем предложения и его использование через
показатели, характеризующие эксплуатацию пар-
ка в ГА.
Краткий анализ существующей статистической
отчетности по пассажирским перевозкам не дает
возможности сопоставить между собой три пока-
зателя: отправки, предложения (в виде количества
предоставленных мест) и дальности поездки пас-
сажира. Последний показатель связан как с поли-
тикой цен (тарифами), так и с вопросом конку-
рентоспособности ВТ, играющих ключевую роль
в вопросе определения спроса.
На основе маркетинговых исследований проана-
лизированы зависимости спроса на авиаперевозки
от экономического региона, рода деятельности пас-
сажира ВТ и цели его поездки; определен основной
сегмент потребителей услуг данного вида в каждом
регионе в отдельности. Особенно интересен анализ
причин выбора пассажиром воздушного транспор-
та - большинство предпочитает его либо для эко-
номии времени, либо из-за отсутствия других ви-
дов транспорта (в значительной степени зависит от
региона) и отсутствия билетов на другие виды транс-
порта. Степень привлекательности соответствующего
города (региона) оценена на основании данной ин-
формации с помощью метода нечетких множеств
перемножением процентных соотношений «бизнес -
туризм - семья».
В результате проведенных расчетов были по-
лучены следующие прогнозируемые оценки объе-
мов внугренних пассажирских перевозок украин-
ских авиакомпаний на период до 2015 г.:
при активном развитии позитивных тенден-
ций в экономике страны к 2015 г. объем пассажир-
ских внутренних перевозок составит 1,4 млн чел.;
данный прогноз является умеренно-оптимисти-
ческим;
распределение пассажиропотоков на внутрен-
них линиях по перспективным аэропортам Укра-
ины в городах Днепропетровск (Дп), Донецк (Дц),
Киев, аэропорты Жуляны и Борисполь (К), Львов
(Л), Одесса (О), Симферополь (С) и Харьков (X)
представлено на рис. 14.9-
Рис. 14.9. Распределение пассажиропотоков на внут-
ренних линиях по перспективным аэропортам Украины
Прошедшие с момента разработки данного про-
гноза два года позволили предварительно оце-
нить полученные ранее результаты: тенденция на
рынке пассажирских внутренних перевозок в
2002-2004 гг. фактически соответствует оптими-
стическому варианту прогноза.
По полученным результатам можно спрогно-
зировать емкости рынка авиатехники.
Данные о тенденциях развития рынка авиапе-
ревозок позволяют сделать три основных вывода,
имеющих отношение к перспективам отечествен-
ного самолетостроения.
1. Внутренний рынок авиаперевозок может
достаточно функционировать, несмотря на доволь-
но высокую степень износа самолетного парка,
тем более что на него неизбежно уйдет часть ра-
ботоспособных машин, ранее эксплуатировавших-
ся на международных линиях.
2. Внутренний рынок, даже при условии реали-
зации оптимистического варианта развития рынка
авиаперевозок, не сможет аккумулировать финан-
958
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
совые ресурсы, достаточные для «реанимации» оте-
чественной авиационной промышленности.
3. Ситуация на рынке международных перево-
зок диктует необходимость быстрого приведения
самолетного парка основных компаний, работаю-
щих в данном сегменте, в состояние, позволяю-
щее удерживать занимаемые позиции.
Исследования различных характеристик спро-
са (распределение пассажиров по целям поездок,
причины предпочтения воздушного транспорта и
др.), построение различных моделей оценки и
прогнозирования спроса необходимы при форми-
ровании предложения и структуры парка ВС, что
является следующим этапом исследования стра-
тегического развития рынка внутренних пассажир-
ских авиаперевозок в Украине.
Таким образом, стратегия экономической без-
опасности авиационной отрасли должна включать
характеристику экономической безопасности са-
мого авиапредприятия, а также мониторинг фак-
торов, укрепляющих или разрушающих стабиль-
ность его технико-экономического положения на
прогнозируемый период.
Управление воздушной транспортной системой,
обеспечивающей полное удовлетворение общества
в перевозках с точки зрения экономической без-
опасности, должно базироваться на следующих
принципах управления:
воздушный транспорт - одна из важнейших
областей экономической инфраструктуры, рас-
сматриваемая государством как приоритетная,
поскольку ее функционирование оказывает не-
посредственное влияние на развитие экономики
и социальной сферы. Основой государственного
управления воздушной транспортной системой
является единая национальная транспортная по-
литика Украины, жестко скоординированная со
стратегией социально-экономического развития
государства;
равные условия, правовые гарантии и хозяй-
ственная самостоятельность для развития и функ-
ционирования авиа предприятий всех форм собствен-
ности, равенство всех без исключения субъектов
рынка при воздушном транспортном обслужива-
нии. Государственное участие в авиатранспортных
компаниях планомерно сокращается и считается оп-
равданным только в тех случаях, когда деятель-
ность компаний имеет стратегическое значение для
национальной безопасности государства;
государственное регулирование авиатранспорта
является объективной необходимостью. Наряду с
топливно-энергетическим и сырьевым комплекса-
ми, металлургией, военной и атомной промышлен-
ностью авиатранспорт явл яется сектором экономи-
ки, критическим с точки зрения удовлетворения
общественных нужд и обеспечения согласованной
работы экономического комплекса в целом.
Данное положение проявляется в следующем:
реализация авиатранспортных проектов непосред-
ственно затрагивает вопросы развития продуктив-
ных сил и населенных территорий, использования
природных ресурсов, расхода средств бюджетов всех
уровней. В целом транспортная инфраструктура -
один из наиболее фондоемких секторов националь-
ной экономики; авиатранспортная деятельность
объективно является сферой повышенного техно-
генного риска и повышенной уязвимости для тер-
рористических влияний. Необходимо отметить, что
транспорт - второй по значимости после энерге-
тики источник загрязнения окружающей среды;
ошибочные решения в области развития транспорта
могут привести к необратимым отрицательным по-
следствиям, а также нарушить стабильность соци-
ально-экономического развития государства.
ГЛОССАРИИ
Аварийная ситуация - особая ситуация, характеризую-
щаяся значительным повышением психофизиологической
нагрузки на экипаж, ухудшением летных характеристик,
устойчивости и управляемости, приводящая к достиже-
нию (превышению) предельных ограничений и расчетных
условий.
Авария - авиационное происшествие без человеческих
жертв, которое привело к серьезному повреждению или
разрушению воздушного судна (ВС) либо серьезному те-
лесному повреждению пассажиров или членов экипажа и
третьих лиц.
Авиационная безопасность - комплекс мер, а также че-
ловеческие и материальные ресурсы, предназначенные для
зашиты гражданской авиации (ГА) от актов незаконного
вмешательства.
Авиационная транспортная система - совокупность
совместно функционирующих ВС, наземных средств по
подготовке и обеспечению полетов, персонала, занятого
эксплуатацией и ремонтом ВС и наземных средств, и сис-
темы управления процессом эксплуатации.
Авиационное предприятие - авиатранспортное предпри-
ятие, которое предлагает или эксплуатирует воздушные
сообщения.
Авиационное событие - событие, связанное с использо-
ванием ВС, которое имело место в период от момента, ког-
да человек ступил на его борт с намерением осуществить
полет, до момента, когда все люди, находящиеся на борту,
покинули его, и обусловленное нарушением нормального
функционирования ВС, экипажа, служб управления и обес-
печения полетов, влиянием внешних условий.
Авиационный шум - шум, который образуется воздуш-
ным судном, относительно воздействия на окружающую
среду и квалифицируется как вредный фактор.
Авиация общего назначения - гражданские ВС, осуще-
ствляющие полеты, которые, кроме регулярных авиапере-
возок и нерегулярных авиатранспортных операций, вы-
полняются за плату или по найму.
Автоматизированная система контроля - система кон-
троля, обеспечивающая проведение контроля с частичным
непосредственным участием человека.
Автоматизированный контроль - контроль с частич-
ных! участием людей.
Акт незаконного вмешательства - это акт (или попыт-
ка совершения акта), создающий угрозу безопасности ГА и
воздушного транспорта, а именно: незаконный захват ВС в
полете; незаконный захват ВС на земле; захват заложников
на борту ВС или на аэродроме; насильственное проникно-
вение на борт ВС, в аэропорт или в расположение аэрона-
вигационного средства или службы; помещение на борту
ВС или в аэропорту оружия, опасного устройства или ма-
териалов, предназначенных для преступных целей; сооб-
щение ложной информации, ставящей под угрозу безопас-
ность ВС в полете и на земле, пассажиров, членов экипа-
жа, наземного персонала или общественности, в аэропорту
или в расположении средства или службы ГА
Активное зондирование атмосферы - дистанционное
зондирование с помощью активных систем дистанцион-
ного зондирования, облучающих исследуемую среду элек-
тромагнитным излучением, которое обеспечивает сама си-
стема дистанционного зондирования.
Акустический экран - шумопоглощающая преграда на
пути распространения шума.
Алгоритм контроля - совокупность предписаний, оп-
ределяющих последовательность действий исполнителей
и средств контроля, необходимых и достаточных для вы-
полнения контроля.
Анализ риска - процесс, включающий идентификацию
и классификацию рисков, а также выбор наиболее эффек-
тивных мер управления рисками.
Аннулирование Сертификата - официальная процеду-
ра в системе Госавиаслужбы Украины, которая признает
Сертификат эксплуатанта недействительным в силу опре-
деленных причин, после чего восстановление Сертифика-
та эксплуатанта проводится по таким же процедурам, как
И при получении Сертификата впервые.
Аренда ВС - основанное на договоре временное плат-
ное владение ВС, необходимое арендатору для осуществ-
ления предпринимательской и иной деятельности.
Атмосферик - электромагнитное излучение, источни-
ком которого является атмосферный разряд (молния).
Атмосферная турбулентность - хаотические пульса-
ции скорости и направления ветра во времени и простран-
стве, имеющие вихревой характер. Размеры вихрей опре-
деляют пространственные масштабы турбулентности, а рас-
пределение энергии по пространственным частотам, т. е.
величинам, обратно пропорциональным масштабам, ха-
рактеризует энергетический спектр турбулентности и оп-
ределяет ее опасность для ВС.
Аттестационные испытания - испытания, которые
проводятся с целью оценки уровня качества продукции в
случае его аттестации по категориям качества.
Аэродинамические коэффициенты - зависимости безраз-
мерных коэффициентов аэродинамических сил и момен-
тов от углов ориентации самолета относительно потока,
параметров подобия, обтекаемости, отклонений органов
управления и конфигурации самолета.
Аэродинамические характеристики - совокупность аэро-
динамических сил и моментов, которые характеризуют
пространственное взаимодействие поверхности самолета и
атмосферы во время движения.
960
Глоссарий
Аэродром - участок земли или поверхности воды с рас-
положенными на нем зданиями, сооружениями и обору-
дованием, предназначенный для взлета, посадки, руления
и стоянки ВС.
Аэродромный метеорологический орган — расположенный
на аэродроме орган, предназначенный для метеорологи-
ческого обеспечения полетов воздушных судов.
Аэронавигационная информация - сведения, касающие-
ся характеристик и фактического состояния аэродромов,
порядка маневрирования в районе аэродрома, воздушных
трасс и их оборудования радио-, электротехническими
средствами.
Аэропорт - комплекс сооружений, включающий аэро-
дром, аэровокзал, другие сооружения, предназначенный
для приема и отправки ВС, обслуживания воздушных
перевозок и имеющий для этих целей необходимые обо-
рудование, авиационный персонал и других работников.
Аэроупругость - характеристика поведения упругих тел,
находящихся в потоке газа.
Безаварийность - свойство конструкции не допускать
перехода отказов к критическому состоянию.
Безопасность - комплекс мер, а также человеческие и
материальные ресурсы, предназначенные для защиты ГА
от актов незаконного вмешательства.
Безопасность полетов - комплексная характеристика
воздушного транспорта и авиационных работ, определяю-
щая способность выполнять полеты без угрозы жизни и
здоровью людей.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохра-
нять работоспособность на протяжении установленного
времени.
Бортовое средство контроля - средство контроля тех-
нического состояния бортового оборудования.
Бортовой регистратор - самопишущий прибор, который
устанавливается на борту ВС как дополнительный источник
информации для использования при расследовании АП.
Бортовые средства контроля - средства контроля тех-
нического состояния, входящие в состав бортового обору-
дования летательного аппарата (ЛА) в качестве самостоя-
тельного изделия.
Бюллетень - документ разработчика, содержащий ре-
комендации и инструкции по выполнению модификаций,
осмотров, замены компонентов или внесения изменений
в эксплуатационную документацию.
Величина дистанции отбора - величина, определяю-
щая область, в пределах которой нагрузка (опасность)
уменьшается от максимального значения по интенсивно-
сти в центре воздействия до нуля на ее границах.
Вероятностная оценка риска - применение вероятност-
ных моделей для анализа и прогнозирования рисковых
величин и событий.
Вероятность безотказной работы - вероятность того,
что на протяжении заданного интервала времени или в
пределах заданной наработки отказа объекта не возникнет.
Вероятность ложного отказа - условная вероятность
получения решения «не годен» при контроле параметра,
значение которого в действительности соответствует тре-
бованиям технической документации.
Вероятность необнаруженного отказа - условная ве-
роятность получения решения «годен» при контроле пара-
метра, значение которого в действительности не соответ-
ствует требованиям технической документации.
Вероятность отказа - вероятность того, что на про-
тяжении заданного интервала времени или в пределах за-
данной наработки возникнет отказ.
Взаимозаменяемость - пригодность одного изделия,
процесса или услуги к использованию вместо другого из-
делия, процесса или услуги для выполнения одних и тех
же функций.
Вид испытаний - классификационное группирование
испытаний по определенному признаку.
Вид контроля - классификационное группирование ме-
тодов контроля по определенному признаку.
Вид отказа - форма проявления отказа.
Вид технического обслужмвания - совокупность опера-
ций технического обслуживания, выполняемых на уста-
новленном уровне детализации объекта.
Вид технического состояния - категория технического
состояния, характеризующая соответствие или несоответ-
ствие качества объекта требованиям технической докумен-
тации на этот объект.
Визуальный контроль - органолептический контроль,
осуществляемый органами зрения.
Влияние на окружающую среду - вмешательство или
вторжение в окружающую среду (например, привнесение
или изъятие из нее какой-либо материальной субстанции),
которое вызывает изменение состояния этой среды и свя-
занное с этим прямое и косвенное влияние на здоровье и
благополучие человека.
Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачко-
образным изменением одного или нескольких заданных
параметров объекта.
Внешняя среда - часть атмосферы, которая находится
вокруг исследуемого объекта и характеризуется перемен-
ными параметрами состояния (температура, давление, влаж-
ность, плотность), аэродинамическими и физическими
особенностями (турбулентность, молния, сдвиг ветра, лив-
невые осадки, фазовые переходы), неравномерностью рас-
пределения биологических (птицы, животные) и техни-
ческих (ВС, зонды, метеорологические шары, камни) объек-
тов. Элементами внешней среды являются:
ветер - движение воздуха относительно земной по-
верхности, его основные характеристики - направление и
скорость;
облака - образования, состоящие из капель воды, кри-
сталлов льда или тех и других вместе, которые находятся в
воздухе во взвешенном состоянии на некоторой высоте
над земной поверхностью и возникают в результате кон-
денсации или сублимации водного пара;
кучевые облака - плотные облака, развитые по верти-
кали с плоской основой и кучными верхушками;
кучево-дождевые облака - значительно развитые по вер-
тикали горообразные облачные массы с волокнистой верх-
ней частью;
клубчато-дождевые облака - темно-серые, приблизи-
тельно одного вида с некоторой волокнистостью, обнару-
живающиеся в перерывах между осадками;
гроза - комплексное атмосферное явление, характери-
зующееся интенсивным облакообразованием, многократ-
ными электрическими разрядами в виде молний, которые
сопровождаются громом;
молния - электрические разряды между двумя объемны-
ми зарядами в туче или между тучами и землей, которые
сопровождаются ослепительным светом и грохотом грома;
Глоссарий
961
шквал - грозовое явление, возникающее во время про-
хождения грозового кучево-дождевого облака в призем-
ном слое атмосферы;
смерч (торнадо) - сильный вихрь с приблизительно
вертикальной, чаще выгнутой осью диаметром в несколь-
ко десятков метров;
турбулентность - состояние атмосферы во время воз-
никновения вихрей разных размеров, горизонтальных и
вертикальных порывов ветра и обусловленное термодина-
мическими процессами в атмосфере;
обледенение - отложение льда на обтекаемых частях ВС,
силовых установках и внешних деталях специального обо-
рудования при полете в тучах, тумане, дожде или влаж-
ном снегу;
сдвиг ветра - разность векторов ветра в двух точках
пространства, отнесенная к расстоянию между этими точ-
ками. Сдвиг ветра отображает изменение скорости и на-
правления ветра между рассматриваемыми точками.
Воздушная обстановка - одновременное взаимное рас-
положение по вертикали и горизонтали воздушных судов
и других материальных объектов в определенном районе
воздушного пространства (на воздушной трассе, местной
воздушной линии, установленном маршруте и в районе
авиационных работ).
Воздушная трасса - установленная для полетов ВС часть
воздушного пространства.
Воздушное движение - движение ВС, находящихся в
полете, и движение ВС на площади маневрирования аэро-
дрома.
Воздушное судно - любой аппарат, который поддержи-
вается в атмосфере за счет его взаимодействия с воздухом,
кроме взаимодействия с воздухом, отраженным от земной
поверхности или воды.
Воздушное судно, потерпевшее бедствие, - ВС, полу-
чившее при взлете, полете, посадке или при падении серьез-
ное повреждение или полностью разрушенное, а также ВС,
совершившее вынужденную посадку вне аэродрома.
Воздушное судно, терпяшее бедствие, - ВС, оказавше-
еся в условиях, когда ему или находящимся на его борту
людям угрожает непосредственная опасность, которая не
может быть устранена действиями самого экипажа.
Восстанавливаемый объект - объект, работоспособность
которого в случае возникновения отказа подлежит восста-
новлению в рассматриваемой ситуации.
Время готовности к работе - промежуток времени, в
течение которого функциональный блок после включения
переходит в работоспособное состояние.
Время звучания авиационного шума - промежуток вре-
мени, в течение которого уровень звука авиационного
шума превышает уровень шумового фона.
Время исправного состояния - период времени, в тече-
ние которого изделие в состоянии выполнять требуемую
функцию.
Время простоя - период времени, в течение которого
изделие не в состоянии выполнять требуемую функцию.
Время простоя изделия состоит из времени технического
обслуживания и задержек, вызванных отсутствием рабо-
чей силы, запасных частей, технических средств и т. д.
Время технического обслуживания - период времени, в
течение которого выполняются операции по техническо-
му обслуживанию объекта вручную или автоматически,
включая время задержек, свойственных этим операциям.
Всемирная метеорологическая организация (ВМО) -
WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION (WMO) -
международная организация, основанная ООН в 1951 г.,
в состав которой входят 184 страны-участницы, коорди-
нирует глобальную научную деятельность в широкой
области, включая прогнозы погоды, загрязнение воз-
духа, изменение климата, истощение озонового слоя,
прогнозирование тропических штормов. Усилия ВМО
направлены на повышение оперативности и точности
погодной информации и других метеорологических
услуг для общественного, частного и коммерческого ис-
пользования, включая международную авиацию и су-
доходство.
Входной контроль - контроль продукции поставщика,
поступившей к потребителю или заказчику и предназна-
ченной для использования при изготовлении, ремонте или
эксплуатации.
Выносливость - свойство материалов сопротивляться
разрушению при повторно-переменных напряжениях.
Вязкость разрушения - значение коэффициента ин-
тенсивности напряжений, при достижении которого тре-
щина будет распространяться неустойчиво.
Гарантийная наработка - наработка изделия, установ-
ленная в техническом задании, в течение которой разра-
ботчик и изготовитель гарантируют работоспособное со-
стояние изделия и в случае появления отказов принимают
меры для устранения их причин при условии соблюдения
потребителем правил эксплуатации.
Геостационарный спутник - спутник, движущийся по
геостационарной орбите в плоскости экватора, скорость
которого равна скорости вращения Земли, так, что он ока-
зывается в стационарном положении над определенной точ-
кой на экваторе.
Гидрометеор - жидкая или твердая водяная частица,
взвешенная в воздухе (например, частицы облаков, тума-
на, ледяного тумана, капли дождя и мороси, ледовая кру-
па, град, снег, ледяные кристаллы).
Госавиаслужба - полномочный орган реализации госу-
дарственной политики по вопросам развития ГА, осуще-
ствления централизованного государственного регулиро-
вания в области ГА Украины, организации и обеспечения
авиационных перевозок, работ и услуг, использования
воздушного пространства, осуществления сертификации
объектов и субъектов ГА, лицензирования их деятельнос-
ти, надзора за обеспечением безопасности в области ГА.
Государственная аттестация продукции - система орга-
низационно-технических и экономических мер, опреде-
ляющих категории качества продукции и оказывающих
содействие повышению его уровня и своевременному внед-
рению научно-технических достижений.
Государственные испытания - испытания установлен-
ных важнейших видов продукции, проводимых головной
организацией по государственным испытаниям, или при-
емочные испытания, проводимые государственной комис-
сией или испытательной организацией, которой предо-
ставлено право их проведения.
Государственный испытательный центр - специализи-
рованное подразделение головной организации по госу-
дарственным испытаниям, предназначенное для проведе-
ния государственных испытаний установленных важней-
ших видов продукции производственно-технического и
культурно-бытового назначения.
Л 61 8-470
962
Глоссарий
Государство места происшествия - государство, на тер-
ритории которого имело место АП.
Государство производителя - государство, которое вла-
деет юрисдикцией относительно организации, ответствен-
ной за окончательную сборку ВС.
Государство разработчика - государство, которое вла-
деет юрисдикцией относительно организации, ответствен-
ной за конструкцию типа ВС.
Государство регистрации - государство, в реестр кото-
рого по договору занесено ВС.
Государство эксплуатанта - государство расположе-
ния основного места деятельности эксплуатанта. Если экс-
плуатант не имеет такого места деятельности, то это место
постоянного пребывания эксплуатанта.
Граница регулирования - линия на контрольной карте,
ограничивающая область значений регулируемой выбороч-
ной характеристики, соответствующей удовлетворительной
наладке технологического процесса.
Деградационный отказ - постепенный и частичный отказ.
Детерминированная оценка риска - определение риска
на основе анализа многочисленных вариантов развития не-
гативных событий и их механизмов.
Дефект - состояние ВС (его компонента), возникшее
по любой причине, не связанной с повреждением, и делаю-
щее невозможным выполнение им предусмотренных функ-
ций или уменьшающее назначеный срок службы ВС.
Дефект, подлежащий сообщению, - дефект, снижаю-
щий уровень безопасности ВС или лиц, находящихся на
его борту; включает дефекты, выявленные в результате
повторения аварийной ситуации, или в процессе обычно-
го выполнения полета, или в процессе технического об-
служивания.
Дефектоскопия - совокупность методов выявления
дефектов материалов, соединений и изделий без наруше-
ния сплошности и пригодности к применению.
Деформация - изменение формы или размеров тела (или
какой-нибудь его части) без изменения массы.
Диагностика - область знаний, охватывающая теорию
и методы организации процессов распознавания техни-
ческого состояния машин и механизмов при наличии ог-
раниченной информации.
Диагностический признак (параметр) - признак (пара-
метр) объекта диагностирования, используемый в установ-
ленном порядке для определения технического состояния
объекта.
Диаграмма предельных напряжений - график, характе-
ризующий влияние вида цикла на прочность материала
при переменных напряжениях.
Диаграмма циклической трещиностойкости материала -
зависимость скорости роста трещины от коэффициента
интенсивности напряжений.
Диверсия - акт или преднамеренное упущение, имею-
щее целью вызвать злоумышленное или бессмысленное
уничтожение имущества, ставящее под угрозу деятельность
международной ГА и ее служб или приводящее к незакон-
ному вмешательству в эту деятельность.
Динамика полета ВС - раздел механики, посвящен-
ный изучению движения ВС в атмосфере.
Диспетчерское разрешение - разрешение, выдаваемое
диспетчером службы движения командиру ВС, связанное
с выполнением полета и обоснованное соответствующими
условиями и установленными правилами полетов в ГА.
Дистанционное зондирование - получение информа-
ции об удаленных объектах без вхождения в физический
контакт с ними с помощью технических средств. Обычно
при дистанционном зондировании информация перено-
сится электромагнитным излучением, на свойства или па-
раметры которого оказывает влияние объект дистанцион-
ного зондирования.
Дифференциальная отражаемость - отношение мощ-
ности сигнала, отраженного от объекта при горизонталь-
ной поляризации, к мощности сигнала, отраженного от
того же объекта при вертикальной поляризации, выражен-
ное в децибелах.
Доводочные испытания - исследовательские испытания,
проводимые при разработке продукции с целью оценки
влияния вносимых в нее изменений для достижения за-
данных значений показателей ее качества.
Доказательная документация - документация, содер-
жащая объективные доказательства соответствия установ-
ленным требованиям.
Долговечность - свойство объекта сохранять во време-
ни работоспособное состояние до наступления предельно-
го состояния при установленных условиях эксплуатации
и системе технического обслуживания и ремонта.
Доплеровская скорость - радиальная составляющая ско-
рости рассеивателя, являющаяся источником доплеровского
сдвига частоты.
Доплеровский спектр - распределение энергии сигнала
по скоростям рассеивателей, участвующих в его формиро-
вании. ДС может быть рассчитан как распределение доп-
леровских скоростей рассеивателей, которые формируют
отраженный сигнал, взвешенный на энергию сигнала, от-
раженного соответствующими рассеивателями. Иногда вме-
сто доплеровских скоростей используют соответствующие
им доплеровские частоты.
Допуск параметра - разность между верхним и ниж-
ним предельно допустимыми значениями параметра.
Допускаемое отклонение параметра - отклонение фак-
тического значения параметра качества продукции от но-
минального значения, находящегося в пределах, установ-
ленных нормативной документацией.
Допусковый контроль - контроль, устанавливающий
факт нахождения действительного значения параметра от-
носительно его предельно допустимого значения.
Допустимое напряжение - значение наибольшего на-
пряжения по условию надежной работы детали.
Допустимый уровень дефектности - максимальный
уровень дефектности, установленный нормативно-техни-
ческой документацией.
Зависимый отказ элемента - отказ элемента объекта,
обусловленный повреждениями или отказами других эле-
ментов объекта.
Загрязнение - привнесение в какую-либо среду новых,
не характерных для нее в данное время физических, хи-
мических и биологических агентов или превышение при-
родного среднемноголетнего уровня этих агентов в дан-
ной среде (разнообразные загрязнения окружающей среды
в большинстве случаев являются неблагоприятными эко-
логическими факторами).
Загрязняющее вещество - вещество, оказывающее не-
гативное влияние на окружающую среду.
Запас параметра работоспособности - соотношение
между значением параметра работоспособности изделия при
Глоссарий
963
испытаниях или эксплуатации изделия и его критическим
значением.
Запасная часть - составная часть объекта, предназна-
ченная для замены находившейся в эксплуатации такой
же части с целью поддержания или восстановления ис-
правности или работоспособности объекта.
Защита информации в системе - деятельность, направ-
ленная на предотвращение нанесения ущерба владельцам ин-
формации и ее пользователям, а также владельцам системы.
Защищенный бортовой накопитель - бортовой нако-
питель, обеспечивающий сохранение сигналограммы в
случае летного происшествия.
Значительный отказ - отказ, не являющийся крити-
ческим, но вызывающий снижение способности изделия
выполнять требуемую функцию.
Зона без ограничений - зона аэропорта, в которую пас-
сажиры и другие лица имеют доступ или в которую дос-
туп иными средствами не ограничивается.
Зона ограниченной застройки - территория в окрест-
ности источника эмиссии неблагоприятного экологичес-
кого фактора, в пределах которой жилищная и обществен-
ная застройка разрешена с обеспечением необходимых
средств снижения воздействия неблагоприятного эколо-
гического фактора на население.
Зона ограниченного доступа - зона аэропорта, соору-
жения и средства, доступ в которые ограничен или конт-
ролируется с целью обеспечения безопасности полетов.
Зона опасного метеорологического явления - район ат-
мосферы, в котором параметры, характеризующие интен-
сивность опасного метеорологического явления, превыша-
ют некоторый заданный уровень.
Зона технического обслуживания ВС - участок земли,
средства и оборудование, предусмотренные для техничес-
кого обслуживания ВС (перроны, ангары, здания, мастер-
ские, места стоянок наземных транспортных средств и при-
легающие к ним дороги).
Измерительный контроль - контроль, осуществляемый
с применением средств измерений.
Износ - результат срабатывания в виде отделения или
остаточной деформации материала.
Износовый отказ - отказ, вероятность наступления
которого возрастает с течением времени, и который воз-
никает в результате процессов, характерных для данной
генеральной совокупности.
Индекс эмиссии EI - отношение количества граммов
загрязняющего вещества на килограмм сгоревшего топли-
ва (г/кг). Индексы эмиссии Elj определяются предприя-
тием-разработчиком в процессе стендовых испытаний и
являются характеристикой двигателя.
Инспектор - высококвалифицированный работник Гос-
авиаслужбы, которому предоставлены соответствующие пол-
номочия по проверке деятельности эксплуатанта и который
имеет соответствующее удостоверение Госавиаслужбы.
Интегральный показатель качества продукции - пока-
затель качества продукции, являющийся отношением сум-
марного полезного эффекта от эксплуатации или потреб-
ления продукции к суммарным затратам на ее создание и
эксплуатацию или потребление.
Интенсивность опасного метеорологического явления -
физический параметр или набор параметров опасного ме-
теорологического явления, характеризующий степень его
опасности.
Интенсивность отказов - условная плотность вероят-
ности возникновения отказа невосстанавливаемого объек-
та, определяемая для рассматриваемого момента времени
при условии, что до этого момента отказ не возник.
Информационная безопасность (information system
security) - свойство информационной системы противосто-
ять попыткам несанкционированного доступа. Совокуп-
ность элементов, необходимых для обеспечения адекват-
ной защиты системы, включает: аппаратные и программ-
ные функции, характеристики и средства; операционные
и учетные процедуры, средства управления доступом на
центральном компьютере, удаленных компьютерах и те-
лекоммуникационных средствах; административные меро-
приятия, физические конструкции и устройства; управле-
ние персоналом и коммуникациями.
Информационно-телекоммуникационная (коммуникаци-
онная) система - совокупность взаимосвязанных инфор-
мационных, телекоммуникационных систем и сетей пере-
дачи данных, в том числе Интернет, в которых функцио-
нирование одних зависит от результатов функционирова-
ния других и которые в процессе обработки информации
действуют как единая система.
Инцидент - событие, связанное с использованием ВС
и вызванное отклонением от нормального функциониро-
вания ВС, экипажа, служб обслуживания воздушного дви-
жения, обеспечения воздушного движения и полетов, вли-
янием внешней среды, но которое не заканчивается ката-
строфой, аварией или серьезным инцидентом. Не при-
надлежит к инцидентам отказ какой-либо системы ВС,
который выявляет экипаж к моменту выруливания и ко-
торый не привел к каким-либо последствиям для пасса-
жиров, экипажа, третьих лиц, ВС и окружающей среды.
Исправное состояние - состояние объекта, при кото-
ром он соответствует всем требованиям, установленным
нормативно-технической документацией.
Испытание - техническая операция, с помощью кото-
рой устанавливается одна или несколько характеристик
продукции, процесса или услуги в соответствии с уста-
новленной процедурой.
Испытания на надежность - испытания, проводимые
для определения показателей надежности в заданных ус-
ловиях.
Испытания на прочность - испытания, проводимые для
определения значений воздействующих факторов, вызы-
вающих выход значений характеристик свойств объекта за
установленные пределы или его разрушение.
Исследовательские испытания - испытания, проводи-
мые в течение заданного периода времени с целью изуче-
ния работоспособности объекта в условиях действия на
него в соответствии с техническими условиями максималь-
ных значений внешних действующих факторов.
Карта шума - топографическая карта размещения аэро-
порта (аэродрома или взлетно-посадочной полосы) с на-
несенными на нее взлетно-посадочными полосами, марш-
рутами полета, контурами шума и определенными в пре-
делах данных контуров зонами ограничения жилищной
застройки и защиты их от шума.
Катастрофа - АП с человеческими жертвами, которое
привело к гибели или исчезновению бесследно кого-либо
из пассажиров, членов экипажа или третьих лиц, результа-
том которого является получение ими телесных поврежде-
ний со смертельным исходом.
964
Глоссарий
Катастрофическая ситуация - особая ситуация, при
возникновении которой предупреждение гибели людей
является практически невозможным.
Катастрофический отказ - отказ, приводящий к ка-
тастрофической ситуации - внезапный и полный отказ.
Категория испытаний - вид испытаний, характеризу-
емый организационным признаком их проведения и при-
нятием решений по результатам оценки объекта в целом.
Качество - совокупность свойств и характеристик из-
делия или услуги, обеспечивающих удовлетворение обус-
ловленных или предлагаемых потребностей в соответствии
с требованиями существующей системы качества.
Качество продукции - совокупность свойств продук-
ции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять оп-
ределенные потребности в соответствии с ее назначением.
Квалификационные испытания - контрольные испыта-
ния установочной серии или первой промышленной партии,
проводимые с целью оценки готовности предприятия к
выпуску продукции данного типа в заданном объеме.
Коагуляция - укрупнение капель облаков или тумана
вследствие их столкновения и слияния; процесс роста ка-
пель за счет их слияния в результате столкновений.
Количественный анализ риска - определение числовых
значений вероятности наступления рисковых событий и
их последствий, осуществление количественной оценки
степени (уровня) риска, определение допустимого в дан-
ной конкретной обстановке уровня риска.
Комплексная локализация опасных зон - интегрирован-
ная локализация зон опасного метеорологического явле-
ния с учетом характеристик интенсивности рамичных опас-
ных метеорологических явлений (турбулентность, град,
молния, обледенение) и/или информативных параметров
различной математической или физической природы или
с использованием независимых каналов получения инфор-
мации (например, активная и пассивная радиолокация,
радар и лидар).
Комплексная система защиты информации - взаимо-
связанная совокупность организационных, инженерно-тех-
нических мероприятий, средств и методов технической и
криптографической зашиты информации.
Комплексный показатель качества продукции - показа-
тель качества продукции, характеризующий несколько ее
свойств.
Комплектующее изделие - компонент ВС, изготовлен-
ный по самостоятельному комплекту документации и пред-
назначенный для применения в составе другого изделия
авиационной техники, которое не изменяется в процессе
изготовления.
Компонент воздушного судна - любая деталь, целост-
ность и правильное функционирование которой после ус-
тановки на ВС обеспечивает летную годность или без-
опасность его или лиц, находящихся на его борту.
Консервативная оценка риска - использование в про-
цессе оценки риска упрощающих гипотез, но таким обра-
зом, чтобы не сместить окончательную оценку в сторону
более благоприятного, с точки зрения безопасности, окон-
чательного результата.
Конструкторские испытания - испытания изделия,
проводимые по программе предприятия-разработчика.
Конструкционный отказ - отказ, возникающий вслед-
ствие ошибки конструктора или несовершенных методов
конструирования.
Конструкция типа - описание всех характеристик авиа-
ционного изделия, в том числе его конструкции, техноло-
гии изготовления, ограничений и инструкции по сохра-
нению летной годности.
Контролепригодность - свойство изделия, характери-
зующее его приспособленность к проведению контроля
заданными средствами.
Контролируемая зона - рабочая площадь аэропорта,
прилегающая к ней территория и расположенные вблизи
здания или часть их, доступ в которые контролируется.
Контролируемая партия продукции - партия продук-
ции, предназначенная для контроля совокупности единиц
продукции одного наименования, типономинала или ти-
поразмера и исчисления, произведенная в течение опре-
деленного интервала времени в одних и тех же условиях.
Контроль - мероприятия по проведению измерений,
испытаний, проверок одной или нескольких характерис-
тик изделия или услуги согласно с установленными тре-
бованиями, часть процесса диагностики.
Контроль качества продукции - проверка соответствия по-
казателей качества продукции установленным требованиям.
Контроль параметра (сигнала) изделия - процесс опре-
деления соответствия значения параметра (сигнала) изде-
лия установленным требованиям.
Контроль с целью безопасности - меры по предупреж-
дению попадания на борт ВС оружия, взрывных веществ
или предметов, которые могут быть использованы с це-
лью осуществления актов незаконного вмешательства.
Контроль технического состояния - определение тех-
нического состояния изделия.
Контроль функционирования - контроль выполнения
объектом части или всех свойственных ему функций.
Контрольная карта - карта, на которой для наглядно-
сти отображения состояния технологического процесса от-
мечают значения соответствующей регулируемой выбороч-
ной характеристики смежных выборок или проб.
Контрольная точка - место расположения первичного
источника информации о контролируемом параметре
объекта контроля.
Контрольные испытания на надежность - эксперимент,
проводимый для проверки соответствия значения показа-
теля изделия установленным требованиям.
Контур шума - замкнутая линия на исследуемой по-
верхности (земли), координаты точек которой вычисляют-
ся в зависимости от заданной величины уровня звука или
другого критерия определения шума.
Концентрация напряжений - местное увеличение на-
пряжений, вызванное наличием резкого изменения очер-
тания детали.
Коррекция сигнала по дальности - в системе дистанци-
онного зондирования устранение зависимости информа-
тивного параметра (например, мощности отраженного
объектом сигнала) от дальности до объекта с помощью тех-
нических средств в реальном масштабе времени.
Коррекция сигнала по ослаблению - в системе дистанци-
онного зондирования устранение зависимости инфор-
мативного параметра (например, мощности отраженного
объектом сигнала) от затухания электромагнитных коле-
баний в процессе их распространения в атмосфере техни-
ческими средствами в реальном масштабе времени.
Коэффициент готовности - вероятность того, что
объект, находящийся в установившемся процессе эксплу-
Глоссарий
965
атации, окажется работоспособным в произвольно выб-
ранный момент времени, кроме планируемых периодов, в
течение которых использование объекта по назначению не
предусматривается.
Коэффициент интенсивности напряжений - величина,
характеризующая степень концентрации напряжений возле
вершины трещины в упругом теле.
Кривая выносливости - график зависимости максималь-
ного напряжения цикла от числа циклов до разрушения.
Кривая равной вероятности усталостного разрушения -
график зависимости между максимальным напряжением
цикла и долговечностью, соответствующей данной вероят-
ности усталостного разрушения.
Кривая распределения циклической долговечности - гра-
фик зависимости циклической долговечности от вероят-
ности разрушения.
Кризисная ситуация - ситуация, которая сложилась
вследствие противоправных и намеренных действий, свя-
занных с посягательством на нормальную, регулярную и
безопасную деятельность ГА, ставших причиной несчаст-
ных случаев с людьми, имущественных убытков, АНВ в
деятельность ГА или создавших реальную угрозу возник-
новения таких последствий.
Криптографическая защита информации - вил защиты
информации, реализуемый путем преобразования инфор-
мации с помощью специальных (ключевых) данных с це-
лью скрытия (восстановления) содержания информации, под-
тверждения ее истинности, целостности, авторства и т. д.
Критерии летной годности - критерии, которые регла-
ментируют проектирование, технические характеристики,
материалы, качество работы, технологию изготовления,
техническое обслуживание и доработку или модификацию
авиационных изделий, установленные полномочным ор-
ганом по летной годности стороны, которая их импортиру-
ет, с целью заверения в том, что конструкция, технология
изготовления и состояние этих авиационных изделий отве-
чают его собственным законам, нормативам, стандартам и
требованиям относительно ЛГ.
Критерий отказа - отличительный признак или сово-
купность признаков, согласно которым устанавливается
факт возникновения отказа.
Критерий разрушения тела с трещиной - достижение
коэффициентом интенсивности напряжений некоторого
критического значения во время неустойчивого распрост-
ранения трещины в теле.
Критическая длина трещины - длина трещины, при
которой начинается ее нестабильный рост.
Критический отказ - отказ, который может представ-
лять опасность для людей или привести к повреждению
материальных ценностей.
Критическое напряжение - напряжение, при котором
начинается внезапное разрушение элемента конструкции
с трещиной заданной длины.
Летная годность - свойство ВС, которое позволяет
осуществлять безопасный полет в ожидаемых условиях и
при установленных методах эксплуатации.
Летно-технические характеристики ВС - совокупность
мгновенных (скорость, высота полета, градиент, углы поло-
жения, масса, перегрузка) и интегральных (дальность, про-
должительность, затраты топлива) параметров, которые ха-
рактеризуют технические и экономические возможности ВС.
Лидар - оптический когерентный (лазерный) локатор.
Линейное деполяризационное отношение - отношение
мощности перекрестной поляризационной компоненты
отраженного от объекта сигнала к мощности основной
поляризационной компоненты отраженного от того же
объекта сигнала, выраженное в децибелах.
Лицо без права на въезд - лицо, которому соответству-
ющими полномочными органами отказано или будет от-
казано в праве на въезд в государство.
Локализация зон опасных метеорологических явлений -
процесс обнаружения опасных метеорологических явлений
и отнесения зон ОМЯ к определенным пространственным
координатам в заданное время на основании результатов
дистанционного зондирования.
Максимальная дальность обнаружения - дальность от
радиолокатора, на которой объект, имеющий заданную эф-
фективную отражающую площадь, обнаруживается с ука-
занной вероятностью правильного обнаружения (часто 0,9)
при вероятности ложной тревоги, не превышающей задан-
ный уровень.
Максимальная масса - сертифицированная максималь-
ная взлетная масса ВС.
Максимальный уровень звука - максимальное значение
уровня звука в течение всего времени излучения шума
акустическим источником.
Малозначительный дефект - дефект, который суще-
ственным образом не влияет на использование продукции
по назначению и ее долговечность.
Малоцикловая усталость - область циклического на-
гружения, в которой циклические нагрузки настолько вы-
соки, что почти в каждом цикле возникают пластические
деформации.
Маршрут полета - установленная для полетов ВС часть
воздушного пространства, ограниченная по высоте и ширине.
Международная организация гражданской авиации (ICAO) -
созданная для поддержки развития международного ВТ,
обеспечения максимальной унификации стандартов, про-
цедур и организации относительно ВС, воздушных трасс и
вспомогательных служб с целью обеспечения безопаснос-
ти, регулярности и эффективности воздушного движения.
Международный авиационный комитет (МАК) - меж-
дународная организация гражданской авиации стран-уча-
стниц СНГ.
Международный аэропорт - любой аэропорт, выделен-
ный Договаривающимся государством на своей террито-
рии для приема и отправки выполняющих международ-
ные воздушные перевозки воздушных судов, в котором
осуществляются таможенные, иммиграционные, санитар-
ные, карантинные (при перевозке животных и растений) и
аналогичные процедуры.
Международный стандарт - стандарт, принятый Меж-
дународной организацией по стандартизации и доступный
широкому кругу потребителей.
Межотраслевая конкуренция на транспорте - эконо-
мическое соперничество между транспортными предприя-
тиями и предприятиями других отраслей за наиболее вы-
годные сферы приложения капитала.
Менеджмент воздушного пространства (ASM) - функ-
ция планирования, основная цель которой заключается в
обеспечении максимального использования имеющегося
воздушного пространства на основе динамического рас-
пределения по времени и в отдельных случаях в резерви-
ровании воздушного пространства для различных катего-
'/г+61 8-470
966
Глоссарий
рий пользователей воздушного пространства в целях удов-
летворения их краткосрочных потребностей.
Место стоянки ВС - выделенный участок на аэродро-
ме, предназначенный для стоянки ВС.
Метеонавигационный радиолокатор - бортовой авиа-
ционный многофункциональный радиолокатор, предназ-
наченный в первую очередь для обеспечения экипажа опе-
ративной метеорологической информацией на трассе по-
лета и индицирующий на экране зоны опасных метеоро-
логических явлений.
Метеообразование - распределенная в пространстве
неоднородность атмосферы (например, облако, дождь, град,
турбулентность, туман).
Метеорологический радиолокатор (МРЛ) - радиолока-
тор, предназначенный для получения метеорологической
информации.
Метеорологическое обеспечение полетов - получение и
своевременное доведение до руководящего, командно-лет-
ного, летного состава, работников службы движения и
других должностных лиц метеорологической информации,
необходимой для выполнения возложенных на них обя-
занностей. Направлено на обеспечение безопасности, ре-
гулярности и экономической эффективности полетов.
Метод контроля - правила применения определенных
принципов и средств контроля.
Метод неразрушающего контроля - метод контроля, во
время осуществления которого не нарушаются свойства
материала и сохраняется способность объекта для исполь-
зования по назначению.
Методика испытаний - обязательный к выполнению
организационно-методический документ, устанавливаю-
щий метод испытаний, средства и условия испытаний,
отбор проб, алгоритм выполнения операций по определе-
нию одной или нескольких связанных между собою ха-
рактеристик свойств объекта, формы регистрации данных
и оценки точности, достоверности результатов, требова-
ния техники безопасности и охраны окружающей среды.
Микровзрыв - концентрированный нисходящий воз-
душный поток диаметром порядка 3 км и продолжитель-
ностью 2-10 мин с растеканием по горизонтали, которое
характеризуется встречным и попутным сдвигом ветра.
Многоступенчатый контроль - статистический приемоч-
ный контроль, характеризующийся тем, что решение отно-
сительно приемки партии продукции принимают по ре-
зультатам контроля нескольких выборок или проб, макси-
мальное число которых установлено заранее, причем необ-
ходимость отбора последующей выборки или пробы зависит
от результатов контроля предыдущих выборок или проб.
Многоцикловая усталость - область циклического на-
гружения, в которой циклические нагрузки относительно
невелики, а деформации почти полностью упруги.
Модель для испытаний - изделие, процесс, явление,
математическая модель, которая находится в определен-
ном соответствии к объекту испытаний и может быть ис-
пользована вместо него в процессе испытаний.
Модификация авиационного изделия - изменение типо-
вой конструкции, которое не считается ремонтом.
Модификация значительная - изменение типовой кон-
струкции, не предусмотренное в спецификациях на ВС,
авиадвигатель или воздушный винт.
Модификация незначительная - любая модификация,
кроме значительной.
Момент отказа - момент перехода объекта из работо-
способного состояния в неработоспособное.
Мониторинг технического состояния - отслеживание
(непрерывный контроль) наблюдений и измерений пара-
метров и сигналов с применением соответствующих оце-
ночных процедур (идентификации, анализа текущего со-
стояния, распознавания особых ситуаций, кратковремен-
ного и долговременного прогнозирования и автоматизи-
рованного принятия решений).
Нагруженное резервирование - резервирование, при кото-
ром все средства, выполняющие заданную функцию, действуют
одновременно.
Нагрузка - определенная совокупность факторов, воз-
действующих на объект.
Надежность - свойство объекта выполнять требуемые
функции, сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в заданных границах, ко-
торые соответствуют заданным режимам и условиям ис-
пользования, технического обслуживания, ремонта, сохра-
нения и транспортирования.
Надзор за качеством - постоянное наблюдение и проверка
состояния процедур, методов, условий исполнения, процес-
сов, изделий и услуг, а также анализ полученных результатов
в сравнении с установленными показателями в целях удосто-
верения того, что обусловленные требования выполняются.
Наземно-бортовое средство контроля - средство конт-
роля технического состояния, включающее бортовое уст-
ройство регистрации параметров, а также аппаратуру об-
работки, отображения и документирования, входящую в
состав средства наземного технического обслуживания ЛА.
Наземное средство контроля - средство контроля тех-
нического состояния, входящее в состав средств наземно-
го технического обслуживания ЛА в качестве самостоя-
тельного изделия.
Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при
достижении которой эксплуатация должна быть прекра-
щена независимо от его состояния.
Нанесение ущерба окружающей среде - нарушения, ко-
торые образуются в социальной среде за счет таких изме-
нений экосферы, в основе которых лежит хозяйственная
деятельность человека.
Наработка - продолжительность или число циклов
работы объекта, на протяжении которых функциональный
объект находится в рабочем состоянии.
Натурные испытания - испытания объекта в условиях,
соответствующих условиям его использования по прямому
назначению с непосредственным оцениванием или контро-
лем определяемых характеристик свойств объекта.
Национальный стандарт - стандарт, принятый нацио-
нальным органом по стандартизации.
Неблагоприятные факторы, или факторы неблагопри-
ятного влияния - экологические факторы, которые осуще-
ствляют неблагоприятное (вредное) влияние на самочув-
ствие, здоровье и благополучие человека.
Незначительный отказ - отказ, который не является
критическим и не снижает способности более сложного
изделия выполнять требуемую функцию.
Неконтролируемая зона - зона аэропорта и здания, куда
пассажиры, а также лица, не являющиеся пассажирами,
имеют неограниченный доступ.
Непогруженное резервирование - резервирование, при
котором запасные средства, предназначенные для выпол-
Глоссарий
967
нения данной функции, не действуют до появления необ-
ходимости.
Непрерывно-шумовое излучение облака - собственное
электромагнитное излучение (ЭМИ) шумового характера,
возникающее в начальный период деятельности грозового
облака и продолжающееся пока идут процессы разделения
зарядов и поддерживается сильное электрическое поле в
облаке. Спектральная плотность мощности этого ЭМИ мала
по сравнению с грозовыми разрядами, и оно почти равно-
мерно до сотен мегагерц.
Непрерывный контроль - контроль, при котором по-
ступление информации о контролируемых параметрах про-
исходит непрерывно.
Неработоспособное состояние - состояние объекта, ха-
рактеризующееся отсутствием способности выполнять тре-
буемые функции.
Неразрушающие испытания - испытания с применением
неразрушающих методов контроля.
Несгоревшие углеводороды (СН) - смесь содержащихся
в пробе газа углеводородных соединений всех классов и
молекулярных масс.
Несоответствие ТУ - невыполнение установленных
требований.
Неустранимый дефект - дефект, устранение которого тех-
нически невозможно или экономически нецелесообразно.
Номинальное значение параметра - значение парамет-
ра, определенное его функциональным назначением и слу-
жащее началом отсчета отклонений.
Нормализованное значение параметра - значение пара-
метра, полученное масштабным преобразованием измерен-
ного значения к стандартизированному уровню.
Нормальные испытания - испытания, методы и усло-
вия проведения которых обеспечивают получение необхо-
димого объема информации о характеристиках свойств
объекта в таком же интервале времени, как и в предусмот-
ренных условиях эксплуатации.
Нормальный контроль - статистический приемочный конт-
роль, применяемый в том случае, когда результат контроля
заданного числа предыдущих партий продукции не дает ос-
нования для 'заключения о том, что действительный уровень
дефектности существенно отклоняется от приемочного.
Нормативное состояние окружающей среды - состоя-
ние, при котором количественные и качественные харак-
теристики компонентов окружающей среды отвечают су-
ществующим нормам и требованиям.
Нормативный документ - документ, в котором установ-
лены правила, общие принципы или характеристики, каса-
ющиеся разных видов деятельности или их результатов.
Нормы летной годности - совокупность требований,
выполнение которых дает возможность обеспечить задан-
ный уровень безопасности полетов.
Носитель средства дистанционного зондирования - ЛА,
на котором установлены технические средства дистанци-
онного зондирования.
Обеспечение качества - совокупность планируемых и
систематически проводимых мероприятий, необходимых
для создания уверенности в том, что изделие или услуга
удовлетворяет определенным требованиям качества.
Облака вертикального развития - облака, имеющие вид
изолированных облачных масс, вертикальные размеры ко-
торых одного порядка с горизонтальными. К ним отно-
сятся кучевые и кучево-дождевые облака.
Область риска - некоторая зона, в пределах которой
потери не превышают предельного значения установлен-
ного уровня риска.
Оборудование для обеспечения безопасности - специ-
альные устройства, предназначенные для использования
самостоятельно или как часть какой-либо системы в целях
предотвращения или выявления незаконного вмешатель-
ства в деятельность ГА и ее служб.
Обслуживание воздушного движения (ATS) - в соответ-
ствующих случаях полетно-информационное обслужива-
ние, аварийное обслуживание, консультативное обслужи-
вание воздушного движения и диспетчерское обслужива-
ние воздушного движения (районное диспетчерское об-
служивание, диспетчерское обслуживание подхода или
аэродромное диспетчерское обслуживание).
Общая система технического диагностирования — сис-
тема диагностирования, объектом которой является изде-
лие в целом.
Объект - предмет определенного целевого назначения,
рассматриваемый с целью его использования по назначе-
нию, изучения, исследования или испытания на надежность.
Объект испытаний - продукция, подвергаемая испы-
таниям.
Объект радионавигационного обеспечения - совокупность
инженерно-технических сооружений, наземного радиона-
вигационного оборудования, оборудование электроснаб-
жения, которое обеспечивает радионавигационной инфор-
мацией ВС и органы управления воздушным движением.
Объект технического диагностирования - изделие и его
составные части или заготовка, техническое состояние ко-
торых подлежит определению.
Объект технического контроля - подвергаемая контро-
лю продукция, процессы ее создания, применения, транс-
портирования, хранения, технического обслуживания и ре-
монта, а также соответствующая техническая документация.
Объем испытаний - характеристика испытаний, опре-
деляемая количеством объектов и видов испытаний, а так-
же суммарной продолжительностью испытаний.
Обязательный стандарт - стандарт, применение ко-
торого является обязательным в соответствии с законом
или ссылкой в регламенте.
Одноступенчатый контроль - статистический приемоч-
ный контроль, характеризующийся тем, что решение от-
носительно приемки партии продукции принимают по ре-
зультатам контроля только одной выборки или пробы.
Окислы азота (NOx) - смесь окиси и двуокиси азота,
содержащихся в пробе газа.
Окрестность аэродрома - зона за пределами аэродро-
ма не ближе 5 статутных миль от контрольной точки аэро-
порта и не далее 25 статутных миль (8-40 км).
Окружающая среда - социальные, природные и техно-
генные физические, химические и биологические факторы,
которые прямо или косвенно влияют на жизнь и деятель-
ность человека (окружающая природная среда является допол-
нением социальной и техногенной сред до полного опреде-
ления «окружающая среда»).
Опасное метеорологическое явление (ОМЯ) - атмосфер-
ное явление, при наступлении которого необходимо при-
нимать специальные меры для предотвращения ущерба, в
частности в авиации. Физические признаки внешнего про-
явления ОМЯ, как правило, описываются параметрами,
характеризующими его интенсивность и которые можно
968
Глоссарий
измерять. Для ОМЯ устанавливаются критические значе-
ния интенсивности, при достижении или превышении ко-
торых необходимо получение установленной информации
об ОМЯ и принятие специальных мер по его избежанию
или парированию.
Опасные грузы - изделия или вещества, способные со-
здавать угрозу для здоровья, безопасности, имущества
людей или окружающей среды; указаны в перечне опас-
ных грузов в Технических инструкциях или классифици-
руются в соответствии с этими Инструкциями.
Опасный метеорологический объект - объемно распре-
деленное атмосферное образование, занимающее опреде-
ленную пространственную зону в облачности или в безоб-
лачной атмосфере (ясном небе) и в котором имеет место
опасное (для авиации) метеорологическое явление.
Оперативное время технического обслуживания (ремон-
та) - затраты времени исполнителя на выполнение опера-
ции технического обслуживания (ремонта), определяемое
конструкцией и техническим состоянием объекта.
Определяющий параметр - параметр изделия, исполь-
зуемый при контроле для определения вида технического
состояния этого изделия.
Оптимальное значение показателя качества продукции -
значение показателя качества продукции, при котором
достигается либо наибольший эффект от эксплуатации или
потребления продукции при заданных затратах на ее со-
здание и эксплуатацию или потребление, либо заданный
эффект при наименьших затратах, либо наибольшее от-
ношение эффекта к затратам.
Опытная эксплуатация - эксплуатация объекта, про-
водимая с целью изучения его эксплуатационных показа-
телей специально подготовленным персоналом по опреде-
ленной программе, регламентирующей условия и режим
эксплуатации, контроль состояния объекта и учет хода его
эксплуатации.
Орган власти - орган, имеющий юридические полно-
мочия и права.
Орган сертификации - орган, который проводит серти-
фикацию соответственно действующим требованиям.
Организация - орган, в основе которого лежит членство
других органов или отдельных лиц, имеющий разработан-
ный устав и собственную структуру управления. Организа-
цией может быть самостоятельное предприятие, эксплуа-
тант, аэропорт.
Организация воздушного движения (ATM) - комплекс
бортовых и наземных функций (обслуживание воздушно-
го движения, менеджмент воздушного пространства и орга-
низация потоков воздушного движения), необходимых для
обеспечения безопасного и эффективного движения ВС
на всех этапах полета.
Организация по техническому обслуживанию и ремонту -
зарегистрированная в установленном порядке организация,
одним из основных направлений деятельности которой
является техническое обслуживание авиационной техники,
имеющая Сертификат на право выполнения соответствую-
щих видов работ.
Организация потоков воздушного движения (ATFM) -
функция, установленная с целью содействия безопасному,
упорядоченному и ускоренному потоку воздушного дви-
жения для обеспечения максимально возможного исполь-
зования пропускной способности системы УВД, при этом
интенсивность воздушного движения должна соответство-
вать пропускной способности, заявленной соответствую-
щими провайдерами обслуживания воздушного движения.
Основное время технического обслуживания (ремонта) -
часть оперативного времени, затрачиваемого исполните-
лем на выполнение операций технического обслуживания
(ремонта) без учета вспомогательного времени.
Основной (стационарный) аварийный оперативный центр -
специально оборудованное помещение в контролируемой
зоне аэропорта, предназначенное для размещения штаба
руководства операцией во время урегулирования кризис-
ной ситуации.
Основной параметр - выходной параметр, отклонение
значения которого за пределы установленного допуска оз-
начает отказ объекта.
Остановка действия Сертификата - официальная про-
цедура Госавиаслужбы, фиксирующая остановку действия
Сертификата с правом восстановления его действия после
устранения недостатков, которые привели к остановке.
Остаточная долговечность - время или циклы нара-
ботки (срок службы) от текущего до предельного состоя-
ния (разрушения).
Остаточная долговечность элемента конструкции с
трещиной - срок службы элемента конструкции при на-
личии в нем трещины заданной длины.
Остаточная прочность - прочность при наличии по-
вреждений в элементе конструкции.
Ответственный полномочный орган по вопросам без-
опасности - назначенный государством в границах своей
администрации полномочный орган, на который возложе-
на ответственность за разработку, реализацию и обновле-
ние национальной программы обеспечения безопасности ГА.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работо-
способности объекта.
Отказ вследствие неправильной эксплуатации - отказ,
вызванный применением нагрузок, превышающих уста-
новленные возможности изделия.
Охрана окружающей среды - деятельность, направлен-
ная на предупреждение или уменьшение неблагоприятно-
го антропогенного влияния на окружающую среду, необ-
ходимая с точки зрения сохранения здоровья и благопо-
лучия человека.
Охранная зона ограниченного доступа - зона аэропор-
та, сооружения или средства, доступ в которую ограничен
или контролируется с целью обеспечения авиационной без-
опасности и безопасности полетов.
Оценка уровня качества продукции - совокупность опе-
раций, включающая выбор номенклатуры показателей ка-
чества оцениваемой продукции, определение значений этих
показателей и сопоставление их с базовыми.
Ошибка - действие человека, повлекшее за собой не-
предвиденный результат.
Параметр потока отказов - плотность вероятности
возникновения отказа восстанавливаемого объекта, опре-
деляемая для рассматриваемого момента времени.
Параметр состояния - параметр изделия, используе-
мый для характеристики одного из свойств изделия в со-
вокупности составляющих его техническое состояние.
Пассивное зондирование атмосферы - дистанционное зон-
дирование с помощью пассивных систем дистанционного
зондирования, принимающих собственное ЭМИ исследуе-
мой среды (объекта) или излучение других естественных ис-
точников, отраженное исследуемой средой (объектом).
Глоссарий
969
Перемежающийся отказ - отказ изделия, проявляю-
щийся в течение ограниченного периода времени, после
чего изделие восстанавливает свою способность выполнять
требуемую функцию без проведения какого-либо коррек-
тирующего мероприятия извне.
Перечень минимального необходимого оборудования - пе-
речень оборудования, которое предусматривает эксплуа-
тацию ВС в соответствующих условиях во время отказа
компонента оборудования и который составляется экс-
плуатантом соответственно перечню минимального необ-
ходимого оборудования для данного типа ВС или более
жестких требований.
Период постоянной интенсивности отказов - такой
возможный период, в течение которого отказы возникают
приблизительно с постоянной интенсивностью.
Период приработки - начальный период времени (нара-
ботки), в течение которого интенсивность отказов снижается.
Периодический контроль - контроль, при котором по-
ступление информации о контролируемых параметрах про-
исходит через установленные интервалы времени.
Периодичность технического обслуживания - интервал
времени или наработка между данным видом техническо-
го обслуживания (ремонт, диагностика) и последующим
таким же видом или другим, более сложным.
Перрон - определенная площадь сухопутного аэродро-
ма, предназначенная для размещения ВС с целью посад-
ки-высадки пассажиров, загрузки-разгрузки почты или
груза, заправки, стоянки или технического обслуживания.
Перронное пассажирское транспортное средство - лю-
бое транспортное средство, которое используется для пе-
ревозки пассажиров между ВС и зданиями аэровокзала.
Планирование эксперимента - выбор плана эксперимен-
та, удовлетворяющего заданным требованиям.
Плановое техническое обслуживание - вид техническо-
го обслуживания, выполняемого в соответствии с уста-
новленным временным графиком.
Плановый ремонт - ремонт, осуществляемый в соот-
ветствии с требованиями нормативно-технической доку-
ментации.
Повреждение - событие, заключающееся в нарушении
исправности объекта.
Повреждение ВС на земле - событие, связанное с об-
служиванием, сохранением и транспортированием ВС, в
случае если ему причинены повреждения, которые не на-
рушают прочность конструкции и не ухудшают летно-тех-
нические характеристики, и если устранение этих повреж-
дений возможно в условиях эксплуатации.
Поврежденность - процесс накопления необратимых
изменений в материале детали. Характеризуется относи-
тельной величиной, значение которой в исходном, непо-
врежденном состоянии равно нулю, а в момент достиже-
ния предельного состояния - единице. Примером физи-
ческих процессов поврежденности являются усталостный
износ, рост усталостных трещин, ползучесть, фенологи-
ческих - относительная долговечность.
Поиск дефекта - процесс контроля, целью которого яв-
ляется определение места, а также, в случае необходимости,
вида дефекта объекта и причины его возникновения.
Поиск места отказа - определение части изделия, от-
каз которой вызвал неработоспособность этого изделия.
Показатель качества продукции - количественная ха-
рактеристика одного или нескольких свойств продукции,
составляющих ее качество, рассматриваемая применительно
к определенным условиям ее создания и эксплуатации или
потребления.
Показатель качества создания (эксплуатации) продук-
ции - количественная характеристика свойств, составляю-
щих качество процесса создания (эксплуатации) продук-
ции и результатов этого процесса.
Показатель надежности - количественная характери-
стика одного или нескольких свойств, составляющих на-
дежность объекта.
Показатель потенциала - универсальная техническая
характеристика бортовых МНРЛС (performance index), за-
висящая от характеристик передатчика, антенны, прием-
ника, а также условий наблюдения. Рассчитывается по стан-
дартной методике, разработанной фирмой ARINC. Пока-
зателю потенциала соответствует расчетная дальность дей-
ствия радиолокатора бортового метеорадиолокатора.
Полевой этап расследования - период с начала до окон-
чания работы комиссии по расследованию на месте авиа-
ционного события.
Полетно-информационное обслуживание - обслужива-
ние, целью которого является предоставление консульта-
ций и информации для обеспечения безопасного и эф-
фективного выполнения полетов.
Полеты повышенной дальности (ETOPS) - полеты на
самолетах с двумя двигателями по маршрутам, где время
полета на рекомендованной скорости при отказе одного
двигателя до ближайшего запасного аэродрома, пригод-
ного для посадки, превышает 60 мин.
Полномочный орган по летной годности - национальная
правительственная организация Договорной Стороны,
которая отвечает за регламентацию в области сертифика-
ции, утверждение или определение соответствия авиаци-
онных изделий нормам летной годности и охраны окру-
жающей среды.
Полнота контроля - составляющая методической до-
стоверности контроля технического состояния изделия, ха-
рактеризующая возможность выявления отказов в этом из-
делии при выбранном методе контроля его технического
состояния.
Полный отказ - отказ, после возникновения которого
использование объекта по назначению невозможно до вос-
становления его работоспособности.
Полный цикл разработки - совокупность всех этапов
разработки.
Постепенный отказ - отказ, характеризующийся по-
степенным изменением одного или нескольких заданных
параметров объекта.
Предгрозовое излучение - собственное ЭМИ облака, на-
чинающееся за 7-15 мин до первой активной молнии.
Предел выносливости - наибольшее значение макси-
мального напряжения цикла, при котором материал, не
разрушаясь, выдерживает базовое число циклов.
Предел прочности - напряжение, соответствующее мак-
симальной силе, достигнутой во время испытаний на рас-
тяжение.
Предел текучести - наименьшее напряжение, при ко-
тором образец деформируется в процессе постоянного ра-
стягивающего усилия.
Предельно допустимое значение параметра - наиболь-
шее или наименьшее значение параметра действующего
изделия во время эксплуатации.
970
Глоссарий
Предельное значение показателя - наибольшее или наи-
меньшее регламентированное значение показателя каче-
ства продукции.
Предельное состояние - состояние объекта, при кото-
ром его дальнейшее использование должно быть прекра-
щено: из-за неустранимого нарушения требований без-
опасности, или неустранимого ухода заданных парамет-
ров за установленные пределы, или исчерпания несущей
способности, или неустранимого снижения эффективнос-
ти эксплуатации ниже допустимой, или необходимости
проведения капитального ремонта.
Предшествующий отчет - извещение, которое исполь-
зуется для немедленного распространения сведений, по-
лученных на начальных этапах расследования.
Приемо-сдаточные испытания - контрольные испыта-
ния продукции во время приемочного контроля.
Приемочные испытания - контрольные испытания опыт-
ных образцов, опытных партий продукции или изделий
единичного производства, проводимые с целью решения
вопроса о целесообразности поставки этой продукции на
производство и (или) использования по назначению.
Приложение к Сертификату - юридический документ,
где оговорены права и ограничения. Прилагается к Серти-
фикату Организации и используется для дополнения об-
щих положений Сертификата, отдельно без Сертификата
не действует.
Причина авиационного происшествия - совокупность
взаимосвязанных факторов, которые непосредственно были
причиной АП.
Причина отказа - обстоятельства, возникшие во вре-
мя проектирования, изготовления или использования (экс-
плуатации) и вызвавшие отказ.
Проверка работоспособности - диагностирование при
контроле работоспособности.
Прогнозирование качества продукции - определение
вероятных значений показателей качества продукции, ко-
торые могут быть достигнуты к заданному моменту или в
течение заданного интервала времени.
Прогнозирование технического состояния - процесс
определения технического состояния изделия на предсто-
ящий интервал времени.
Прогнозированная надежность - надежность изделия, рас-
считанная на основании наблюдений, оцененная или экс-
траполированная по надежности частей изделия, для задан-
ных условий эксплуатации с учетом конструкции изделия.
Прогнозированный Q-працентный срок службы - расчет-
ный Q-процентный срок службы изделия, полученный на
основе наблюдаемого, оцененного или экстраполированного
Q-процентного срока службы его частей, для заданных ус-
ловий эксплуатации и с учетом конструкции изделия.
Программа автоматизированного контроля - формали-
зованное описание алгоритма контроля в конструктивных
единицах алгоритмического языка или системы команд
аппаратуры управления средством контроля.
Программа безопасности - комплекс мероприятий, пре-
дусмотренных для зашиты международной ГА от АНВ.
Программа испытаний - организационно-методический
документ, обязательный к выполнению, который устанав-
ливает объект и цели испытаний, виды, последователь-
ность и объем экспериментов, порядок, условия, место и
сроки проведения испытаний, ответственность за обеспе-
чение и проведение испытаний.
Программа качества - документ, регламентирующий
конкретные меры в области качества, распределение ре-
сурсов и последовательность действий, относящихся к
конкретному изделию, услуге, контракту или проекту.
Программа сертификации - документ, содержащий комп-
лекс организационно-технических мероприятий, направ-
ленных на определение соответствия Заявителя требова-
ниям Правил сертификации.
Продолжительность эксплуатации - период времени, в
течение которого изделие выполняет заданную функцию.
Производитель - организация, ответственная за изго-
товление ВС или АТ согласно проекту Разработчика.
Производственный отказ - отказ, возникший вслед-
ствие нарушения установленного процесса производства
объекта.
Пропуска - карточки или другие виды документов,
выдаваемые отдельным лицам, которые работают в аэро-
портах или которым в силу иных причин необходим санк-
ционированный допуск в аэропорты или в любые зоны
ограниченного доступа в этих аэропортах, в целях упро-
щения допуска и опознавания лица, включая документы
на транспортные средства, выдаваемые для аналогичных
целей. Пропусками иногда называют удостоверения лич-
ности работников аэропорта.
Прочность - свойство материала или детали, не разру-
шаясь, оказывать сопротивление действию внешних сил.
Публикация результатов расследования - представле-
ние окончательного отчета обязательным адресатам, а так-
же предоставление возможности ознакомиться с результа-
тами расследования другим юридическим или физичес-
ким лицам.
Пулъс-парный алгоритм - алгоритм цифровой обработ-
ки сигналов в метеорологических радиолокаторах, кото-
рый позволяет получить оценки средней доплеровской
скорости и ширины доплеровского спектра, используя вы-
числения аргумента комплексной ковариационной функ-
ции по выборке двух последовательных импульсов, отку-
да происходит название пульс-парный (двухимпульсный).
Работоспособное состояние - состояние объекта, при
котором он способен выполнять (или выполняет) задан-
ные функции, сохраняя значения заданных параметров в
пределах, установленных технической документацией.
Рабочий ресурс - ресурс изделия, расходуемый по на-
значению в течение установленного срока службы.
Радиальная скорость (радиальная составляющая ско-
рости) - проекция полной скорости рассеивателя на пря-
мую, соединяющую рассеиватель и центр антенны радиоло-
катора.
Радиолокационная отражаемость - параметр отража-
ющего объема метеорологического объекта, представляю-
щего собой распределенную в пространстве совокупность
гидрометеоров, который теоретически может быть рассчи-
тан как шестой начальный момент распределения гидро-
метеоров по размерам, а практически оценивается по дан-
ным измерений мощности отраженного сигнала. Характе-
ризует отражающие свойства метеообъекта и статистичес-
ки связан с различными характеристиками облаков и
осадков (водность облака, интенсивность дождя и др.).
Радиолокационное наблюдение - совокупность радиоло-
кационных задач, обеспечивающих необходимую инфор-
мацию об объектах в зоне обзора. Включает задачи обнару-
жения, измерения, разрешения и распознавания объектов.
Глоссарий
971
Радиолокационный поляриметр - радиолокатор с уп-
равляемой поляризацией зондирующего сигнала, позво-
ляющий расщеплять принятые сигналы на ортогональные
поляризационные составляющие и оценивать поляриза-
ционные свойства отраженного сигнала.
Радиометр - пассивный локатор для обнаружения и
измерения интенсивности и других параметров собствен-
ного излучения объектов (земной поверхности, атмосфе-
ры). Чаще всего используются инфракрасные и микровол-
новые радиометры.
Радиопеленгатор грозы - радиоприемное устройство с
антенной направленного действия, служащее для опреде-
ления направления (пеленга) на источник радиоизлуче-
ния, создаваемого молниевым разрядом. В настоящее вре-
мя получили распространение радиопеленгаторы-дально-
меры, позволяющие кроме пеленга оценивать и дальность
до источника радиоизлучения (см. Штормоскоп).
Радиотехническая разведка погоды - получение инфор-
мации о состоянии и параметрах атмосферы, включая об-
наружение опасных для полетов зон, средствами дистан-
ционного зондирования с помощью различных РЛС.
Разработчик - организация, ответственная за конст-
рукцию типа ВС (АТ), являющаяся содержателем серти-
фиката типа ВС (АТ) или содержателем равнозначного до-
кумента.
Район аэродрома - воздушное пространство над аэродро-
мом и прилегающей к нему местностью в установленных
границах в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Райан полетной информации - часть воздушного про-
странства, в границах которого обеспечивается полетно-
информационное и аварийное обслуживание.
Расследование - процесс, который проводится с целью
выявления причин АП и предупреждения АП; включает
сбор и анализ информации, подготовку выводов, установ-
ление причин, разработку рекомендаций относительно
обеспечения безопасности полетов.
Регламент - документ, принятый органами власти,
который содержит обязательные правовые нормы.
Рекомендация относительно обеспечения безопасности
полетов - предложение с целью предупреждения АП полно-
мочного органа государства, который проводит расследо-
вание АП на основе информации, полученной во время
расследования.
Ремонт авиационного изделия - изменение конструк-
ции с целью восстановления летной годности изделия после
его повреждения или износа.
Ремонт значительный - изменение конструкции с це-
лью восстановления летной годности авиационного изде-
лия после повреждения, которое может существенным об-
разом повлиять на прочность конструкции; на эксплуата-
ционные характеристики, работу силовой установки, лет-
ные характеристики и прочие качества, влияющие на летную
годность, или характеристики, связанные с окружающей сре-
дой; ремонт с использованием нестандартной практики.
Ремонт незначительный - любой ремонт, кроме значи-
тельного.
Ресурс - наработка объекта от начала эксплуатации или
от его возобновления после среднего или капитального
ремонта до наступления предельного состояния.
Ресурсные испытания - испытания на надежность, ко-
торые проводятся с целью определения или контроля ре-
сурса объекта.
Риск поставщика - вероятность браковки партии про-
дукции, которая имеет допустимый уровень дефектности.
Риск потребителя - вероятность приемки партии про-
дукции, которая имеет браковочный уровень дефектности.
Санитарно-защитная зона - территория, отделяющая
объекты - источники загрязнения окружающей природ-
ной среды химическими, биолопнескими и физическими
факторами от жилищной застройки, в пределах которой
жилищная и общественная застройка запрещена.
Сдвиг ветра - изменение вектора ветра в вертикальном
направлении (от одного слоя атмосферы к другому) или в
горизонтальном направлении. Указанное изменение ветра
может происходить или по направлению, или по величи-
не, или по направлению и величине одновременно.
Сектор полетно-информационного обслуживания - сек-
тор районного диспетчерского центра, ДРДЦ, диспетчер-
ского органа подхода, предназначенный для предоставле-
ния полетно-информационного обслуживания в воздуш-
ном пространстве класса G в границах зоны полетной ин-
формации.
Сертификат летной годности - документ, который
свидетельствует о соответствии экземпляра ВС действую-
щим требованиям летной годности и дает право на его
летную эксплуатацию в соответствии с установленными
ограничениями.
Сертификат специалиста гражданской авиации - юри-
дический документ, который устанавливает личность вла-
дельца Сертификата и определяет его право осуществлять
профессиональную деятельность в области ГА, подтвер-
ждает наличие у него необходимых знаний, образования,
навыков и соответствующего состояния здоровья.
Сертификат типа - документ, удостоверяющий со-
ответствие типа авиационной техники действующим нор-
мам летной годности.
Сертификат эксплуатанта - юридический документ,
который выдается в соответствии с установленными пра-
вилами и свидетельствует о том, что эксплуатант соответ-
ствует их требованиям.
Сертификационные испытания - контрольные испы-
тания продукции, которые проводятся с целью установле-
ния соответствия ее характеристик национальным и между-
народным нормативно-техническим документам.
Сертификация аэропорта (аэродрома), авиапредприя-
тия, эксплуатанта - процедура проверки соответствия
НЛГ установленным требованиям обеспечения авиацион-
ной безопасности.
Сертификация персонала - проверка персонала с це-
лью определения его соответствия квалификационным НЛГ
и требованиям авиационной безопасности.
Серьезное повреждение ВС - повреждение ВС, вызван-
ное АП, которое привело к потере прочности его конст-
рукции и (или) значительному ухудшению летных харак-
теристик, необходимости значительного ремонта или за-
мены поврежденного силового элемента конструкции.
Серьезное телесное повреждение - телесное поврежде-
ние, полученное лицом во время АП, которое: требует гос-
питализации лица больше чем на 48 ч на протяжении
7 сут с момента АП; привело к перелому любой кости (за
исключением простых переломов пальцев рук, ног или
носа); связано с получением ожогов второй и третьей
степеней или любых ожогов, которые повреждают свыше
5 % поверхности тела; связано с подтвержденным фактом
972
Глоссарий
действия токсичных веществ или поражающей радиации;
привело к прерыванию беременности.
Серьезный инцидент - событие, обстоятельства которо-
го свидетельствуют о том, что почти не произошла си-
туация, для предупреждения которой нужно выполнение
экипажем (службами обслуживания воздушного движения
и обеспечения полетов) сложных и (или) экстренных дей-
ствий, невыполняемых в условиях нормального полета.
Серьезные инциденты характеризуются такими признака-
ми: выход ВС за границы ожидаемых условий эксплуата-
ции; возникновение значительных вредных влияний на
экипаж или пассажиров; значительное повышение рабо-
чей нагрузки на экипаж; потеря трудоспособности экипа-
жа в полете; значительные ухудшения летных и техничес-
ких характеристик и осложнения в управлении ВС.
Сигнал бедствия («SOS» - телеграфный, «Терплю бед-
ствие», «МЭЙДЕЙ» - радиотелефонные) - международный
сигнал, передаваемый в случаях, когда ВС и находящим-
ся на нем пассажирам и экипажу угрожает непосредствен-
ная опасность и требуется немедленная помощь.
Система «воздушное судно - экипаж - среда» - систе-
ма, содержащая взаимодействующие между собой техни-
ческие средства, человека и среду, в которой реализуется
деятельность человека.
Система качества - совокупность организационной
структуры, определенных ответственностей, полномочий
и процедур, организаций, а также процессов и ресурсов,
которые обеспечивают осуществление общего руководства
системой качества и соответствия ее установленным тре-
бованиям.
Система контроля - совокупность средств контроля и
исполнителей, которые взаимодействуют с объектом конт-
роля по правилам, установленным соответствующей нор-
мативной документацией.
Система обеспечения полетов - система, которая
занимается решением вопросов обеспечения полетов аэро-
навигационной информацией, а также вопросов штурман-
ского, метеорологического, аэродромного, электросвето-
технического, радиотехнического, орнитологического, ре-
жимно-охранного, медицинского, поисково-спасательного
и аварийно-спасательного обеспечений, организацией воз-
душных перевозок и оперативного управления.
Система обеспечения экономической безопасности на
транспорте - система предотвращения возникновения и
преодоления последствий кризисных (катастрофических)
ситуаций на уровне отдельного авиапредприятия, сово-
купности предприятий одного вида деятельности, отрасли
в целом и на макроэкономическом уровне.
Система сертификации - система, которая имеет соб-
ственные правила проверки соответствия техническим тре-
бованиям.
Система технической эксплуатации - планово-предуп-
редительная система, которая строится на основе принци-
пов соблюдения строгой плановости во время проведения
форм технического обслуживания, своевременного предуп-
реждения отказов функциональных систем и их важней-
ших изделий, обеспечения экономичности технической
эксплуатации. Система технической эксплуатации обеспе-
чивает безопасность и регулярность полетов ВС, надежность,
исправность и своевременную подготовку ВС к полетам,
сохранение летно-технических характеристик соответствен-
но требованиям НЛГ, эффективное использование ВС.
Система управления летной деятельностью - система
регламентных нормативных документов, определяющих
деятельность экипажа и других элементов АТС, содержа-
щая соответствующие рекомендации по подготовке и вы-
полнению полетов в ожидаемых и особых условиях поле-
та. Эффективность системы определяется регламентацией
подготовки и выполнения полетов, регламентацией под-
готовки и эксплуатации ВС, нормированием летной дея-
тельности, нормированием допуска к полетам в установ-
ленных условиях, нормированием допуска к выполнению
авиационных работ.
Скатерометр - высокочастотный радиолокационный
прибор, который излучает импульсы по направлению на
объект исследования и измеряет обратное рассеяние. Приме-
нение скатерометра для дистанционного зондирования со
спутника позволяет оценивать скорость и направление ветра
над океаном путем анализа сигнала, отраженного от возни-
кающей под действием ветра ряби на поверхности воды
Скрытый дефект - дефект, для выявления которого в
нормативной документации не предусмотрены соответству-
ющие правила, методы и средства.
Сложная ситуация - особая ситуация, которая харак-
теризуется значительным повышением психофизиологи-
ческой нагрузки на экипаж либо значительным ухудшени-
ем характеристик устойчивости и управляемости или лет-
ных характеристик, а также выходом за эксплуатацион-
ные ограничения одного или нескольких параметров
полета без достижения предельных ограничений и расчет-
ных условий.
Советник (член комиссии) - лицо соответствующей ква-
лификации, назначенное государством с целью предо-
ставления помощи уполномоченному представителю это-
го государства в расследовании.
Совместимость - пригодность продукции, процессов
или услуг к общему, но без нежелательных взаимодей-
ствий, использованию в заданных условиях соответствен-
но установленным требованиям.
Содар - ультразвуковой локатор для зондирования атмо-
сферы.
Спектральная дифференциальная отражаемость - рас-
пределение дифференциальной отражаемости по доплеров-
ской скорости. Определяется как отношение доплеровских
спектров, измеренных на горизонтальной и вертикальной
поляризациях, выраженное в децибелах.
Средства и оборудование для прохождения контроля вне
аэропорта - средства и оборудование для прохождения
контроля на городском аэровокзале или в грузовом транс-
портном агентстве.
Средства контроля - технические устройства, веще-
ства и материалы для проведения контроля.
Средства технического обслуживания - техническое
оборудование и здания, необходимые для выполнения тех-
нического обслуживания (диагностирования, контроля,
ремонта).
Стадия бедствия (кодовое обозначение DETRESFA) -
ситуация, характеризующаяся наличием обоснованной
уверенности в том, что ВС и находящимся на его борту
лицам грозит серьезная и непосредственная опасность или
требуется немедленная помощь. Стадия бедствия устанав-
ливается, когда: после того как наступила стадия тревоги,
дополнительные безуспешные попытки установить связь
с ВС и безрезультатные запросы в более широком масшга-
Глоссарий
973
бе указывают на вероятность того, что ВС терпит бедствие;
считается, что запас топлива на борту израсходован или
недостаточен для достижения безопасного места; получена
информация, указывающая на то, что эксплуатационное
состояние ВС ухудшилось настолько, что возможна вы-
нужденная посадка; получена информация или имеется
обоснованная уверенность в том, что ВС собирается вы-
полнить или выполнило вынужденную посадку.
Стадия неопределенности (кодовое обозначение
INCERFA) - ситуация, характеризующаяся наличием не-
уверенности в безопасности ВС и находящихся на его борту
лиц. Стадия неопределенности устанавливается, когда: от
ВС не получено никаких сообщений по прошествии 30 мин
после того времени, когда должно было быть получено
сообщение, либо после первой неудачной попытки устано-
вить связь с таким ВС, в зависимости от того, что насту-
пает раньше; ВС не прибывает в течение 30 мин после
расчетного времени прибытия, сообщенного им в послед-
ней передаче или рассчитанного органами обслуживания
воздушного движения, в зависимости от того, какое из
них позднее.
Стадия тревоги (кодовое обозначение ALERFA) - си-
туация, при которой существует опасение за безопасность
ВС и находящихся на его борту лиц. Стадия тревоги уста-
навливается, когда: после того как наступила стадия не-
определенности, при последующих попытках установить
связь с ВС или запросах в другие соответствующие источ-
ники не удалось получить какие-либо сведения о ВС; ВС,
получившее разрешение на посадку, не производит по-
садки по прошествии 5 мин после расчетного времени
посадки и связь с данным ВС вновь не установлена; по-
лучена информация, указываюшая на то, что эксплуата-
ционное состояние ВС ухудшилось, но не настолько, что
возможна вынужденная посадка; известно или предпола-
гается, что ВС стало объектом незаконного вмешательства.
Стандарт - документ, разработанный на основе кон-
сенсуса и утвержденный признанным органом, в котором
устанавливаются для всеобщего и многократного исполь-
зования правила, общие принципы или характеристики,
касающиеся различных видов деятельности или их резуль-
татов, и который направлен на достижение оптимальной
степени упорядочения в определенной области.
Стандарт на продукцию - документ, определяющий
некоторые или все требования, которым должна удовлет-
ворять продукция или группа продукции с тем, чтобы
обеспечить ее соответствие своему функциональному на-
значению.
Стандартизация - деятельность, заключающаяся в на-
хождении решений для повторяющихся задач в сферах на-
уки, техники и экономики, направленная на достижение
оптимальной степени упорядочения в определенной об-
ласти; в общем эта деятельность проявляется в процессах
разработки, опубликования и применения стандартов.
Стандартный взлетно-посадочный цикл ICAO - цикл,
который включает в себя все операции ВС с момента за-
пуска двигателей до набора высоты 915 м, а также с мо-
мента захода на посадку с высоты 915 м до остановки дви-
гателя после посадки самолета.
Статистический контроль качества - контроль каче-
ства, при котором используются статистические методы.
Статистический непрерывный контроль - приемочный
контроль, осуществляемый в условиях непрерывного про-
изводства с чередованием сплошного и выборочного кон-
троля по заданным правилам в зависимости от входного
уровня дефектности.
Статическая прочность - способность конструкции
воспринимать однократные действия нагрузок.
Стендовые испытания - испытания объектов на испы-
тательном оборудовании.
Стерильная зона - зона между любым пунктом про-
верки/специального контроля пассажиров и ВС, доступ в
которую строго контролируется. Известна также как «ох-
раняемая зона ограниченного доступа».
Стрингер - стержень жесткости.
Суммарный ресурс - ресурс объекта от начала эксплуата-
ции до его списания, обусловленного предельным состоя-
нием.
Текущий ремонт - ремонт, выполняемый для обеспече-
ния или восстановления работоспособности объекта и состо-
ящий в замене и (или) восстановлении отдельных частей.
Телекоммуникационная система - совокупность техни-
ческих и программных средств, предназначенных для об-
мена информацией путем передачи, излучения или при-
ема ее в виде сигналов, знаков, звуков, подвижных или
неподвижных изображений.
Техническая диагностика - область знаний, которая
исследует объекты для диагностирования и выявления тех-
нических состояний, разрабатывает методы их определе-
ния, а также принципы построения и организацию ис-
пользования систем диагностирования.
Техническая защита информации - деятельность, на-
правленная на предотвращение утечки информации по тех-
ническим каналам, ее блокирования и (или) нарушения
целостности с помощью инженерно-технических меро-
приятий и (или) программных и технических средств.
Технические условия - документ, устанавливающий требо-
вания, которым должны соответствовать изделия или услуга.
Технический контроль - проверка соответствия объекта
установленным техническим требованиям.
Технический регламент - регламент, содержащий тех-
нические требования, либо непосредственно, либо путем
ссылки на стандарт, документ технических условий или
свод правил эксплуатации объекта, либо путем включе-
ния в себя содержания этих документов.
Технический ресурс (ресурс) - наработка объекта от на-
чала эксплуатации или его восстановления после капи-
тального ремонта до наступления предельного состояния.
Технический уровень продукции - относительная харак-
теристика качества продукции, основанная на сопоставле-
нии значений показателей, характеризующих техническое
совершенство оцениваемой продукции, с базовыми зна-
чениями соответствующих показателей.
Техническое диагностирование - процесс определения
технического состояния объекта с определенной точнос-
тью и достоверностью.
Техническое обслуживание - комплекс операций или
операция по поддержанию работоспособности или исправ-
ности объекта при использовании его по назначению,
ожидании, хранении и транспортировании.
Техническое обслуживание ВС - комплекс операций по
поддержанию и восстановлению работоспособности изделий
функциональных систем, обеспечивающих исправность ВС
и готовность к полетам. Весь комплекс операций по техни-
ческому обслуживанию условно состоит из плановых и про-
974
Глоссарий
филактических работ, использование которых связано, в ос-
новном, с предупреждением отказов и повреждений.
Техническое обслуживание и ремонт - совокупность всех
технических и соответствующих организационных меро-
приятии, направленных на поддержание или восстановле-
ние работоспособного состояния объекта. Включает капи-
тальный ремонт (либо эквивалентные ему работы), ремонт,
проверку, замену, модификацию (доработку) или устра-
нение дефектов авиационной техники, которые выполня-
ются как отдельно, так и в совокупности.
Техническое состояние - совокупность подверженных
изменению в процессе производства или эксплуатации
свойств объекта, характеризуемых в определенный момент
времени признаками, установленными технической доку-
ментацией на этот объект.
Типовая конструкция - описание конструкции изде-
лия авиационной техники, которое включает его летные
характеристики и эксплуатационные ограничения и опре-
деляет соответствие типа действующим НЛГ.
Типовые испытания - контрольные испытания выпус-
каемой продукции, проводимые с целью оценки эффек-
тивности и целесообразности вносимых изменений в кон-
струкцию, рецептуру или технологический процесс.
Транзитные пассажиры - пассажиры, вылетающие из
аэропорта тем же рейсом, которым они прибыли.
Трансферные пассажиры (багаж) - пассажиры, делаю-
щие прямую пересадку, и багаж, перегружаемый с одного
рейса на другой.
Тревога в связи с угрозой взрыва - состояние тревоги,
объявляемое компетентными полномочными органами в
целях осуществления плана действий по нейтрализации воз-
можных последствий, связанных с получением угрозы из
анонимного источника или по другим каналам, либо обус-
ловленное обнаружением подозрительного устройства или
другого подозрительного предмета на борту ВС, в аэропорту
или в расположении какого-либо средства или службы ГА.
Третья сторона - лицо или орган, признаваемые не-
зависимыми от участвующих сторон в рассматриваемом
вопросе.
Трудоспособное состояние - состояние объекта, при ко-
тором он может выполнять (или выполняет) заданные функ-
ции, сохраняя значения заданных параметров в границах,
установленных технической документацией.
Универсальное средство технического диагностирования -
средство, предназначенное для объектов диагностирования
различного конструктивного выполнения и (или) функ-
ционального назначения.
Унификация - сведение к единообразию технических
характеристик изделий, документации и средств общения
(сроки, обозначения и др.).
Уполномоченные представители других расследований -
лица, которые за соответствующими назначениями про-
водят отдельные виды расследований (административное,
страховое, специальное расследование несчастных случаев
и т. п.) и по согласованию с председателем комиссии име-
ют доступ к определенным материалам расследования.
Уполномоченный государственный орган - назначенный
в стране компетентный государственный орган, уполно-
моченный в соответствии с национальным законодатель-
ством осуществлять координацию работ по сертификации
в своей стране и представлять страну в отношениях с упол-
номоченными государственными органами других стран.
Уполномоченный по расследованию (председатель комис-
сии, следователь) - лицо, которое имеет соответствующую
квалификацию и государственный (международный) сер-
тификат и которому поручено организовать и провести
расследование, а также контролировать его проведение.
Уполномоченный представитель - лицо, назначенное
государством в случае наличия у него соответствующей
квалификации и государственного (международного) сер-
тификата для участия в расследовании, которое проводит
другое государство.
Управление качествам - методы и деятельность, ис-
пользуемые для удовлетворения требованиям качества.
Управление качеством продукции - действия, осуще-
ствляемые при создании и эксплуатации или потреблении
продукции, в целях установления, обеспечения и поддер-
жания необходимого уровня ее качества.
Управление риском - совокупность методов анализа и
нейтрализации факторов риска, направленных на мини-
мизацию и сокращение возможных потерь, обусловлен-
ных риском.
Уровень безопасности полета - характеристика АТС,
определяющая вероятность невозникновения катастрофи-
ческой ситуации.
Уровень дефектности - доля дефектных единиц про-
дукции или число дефектов на сто единиц продукции.
Уровень звука - суммарный среднеквадратичный уро-
вень звука LA(t) для момента времени t, спектр которого
скорректирован в соответствии с частотной шкалой «А»
стандартного измерителя звука и отнесен к значению стан-
дартного порога звукового давления, равному 20 мПа;
измеряется в децибелах А (дБА).
Уровень качества продукции - относительная характе-
ристика качества продукции, основанная на сравнении
значений показателей качества оцениваемой продукции с
базовыми значениями соответствующих показателей.
Уровень контроля- характеристика плана контроля, увя-
зывающая объем выборки с объемом партии продукции.
Уровень развития техники - достигнутый к данному
моменту времени уровень технических возможностей при-
менительно к продукции, процессам и услугам, являю-
щийся результатом обобщенных достижений науки, тех-
ники и практического опыта.
Усеченный контроль - статистический приемочный кон-
троль, который подлежит прекращению в тот момент, когда
установлено, что объем полученной информации достато-
чен для принятия решения о партии продукции.
Усиленный контроль - статистический приемочный
контроль, применяемый в том случае, когда результаты
контроля заданного числа предыдущих партий продукции
дают достаточное основание для заключения о том, что
действительный уровень дефектности выше приемочного,
и характеризующийся более строгими контрольными нор-
мативами, чем при нормальном контроле.
Ускоренные испытания - испытания, методы и усло-
вия проведения которых обеспечивают получение необхо-
димой информации о характеристиках свойств объекта в
более короткий срок, чем при обычных испытаниях.
Условия испытаний - совокупность воздействующих
факторов и (или) режимов функционирования объекта при
испытаниях.
Усложнение условий полета - особая ситуация, которая
характеризуется незначительным увеличением психофизио-
Глоссарий
915
логической нагрузки на экипаж или незначительным ухуд-
шением характеристик устойчивости и управляемости или
летных характеристик ВС. Усложнение условий полета не
приводит к необходимости немедленного или непредви-
денного изменения плана полета и не препятствует его благо-
приятному завершению, кроме случаев, которые указаны в
Руководстве по летной эксплуатации.
Установленная безотказная наработка (установленный
ресурс, установленный срок службы) - гамма-процентная
наработка (ресурс, срок службы) технологической системы
при у = 100 %.
Установленные требования - положения, изложенные в
рекомендациях, инструкциях, руководствах, НЛГ и иных
нормативных документах, которые регулируют эксплуата-
цию гражданских ВС, уровень профессиональной подго-
товки авиационного персонала, финансово-экономическую
способность, разработку, строительство и эксплуатацию АТ,
аэропортов и гражданских аэродромов, правила полетов,
перевозок пассажиров, багажа, грузов, почты, а также ис-
пользования авиации для выполнения авиационных работ.
Физический контроль - процедура осуществления кон-
троля с целью безопасности уполномоченными лицами
путем физического осмотра ручной клади и багажа без
использования технических средств контроля.
Функциональная система - система самолета, которая
включает все элементы оборудования, необходимые для
выполнения конкретной функции и управления ею.
Функциональное техническое диагностирование - диа-
гностирование, осуществляемое во время функциониро-
вания объекта, на который поступают только рабочие воз-
действия.
Функциональный отказ - отказ системы, в результате
которого наступает прекращение ее функционирования,
не предусмотренное регламентированными условиями про-
изводства или конструкторской документации.
Функциональный отказ технологической системы -
отказ технологической системы, в результате которого пре-
кращается ее функционирование, не предусмотренное рег-
ламентированными условиями производства или конст-
рукторской документацией.
Характеристики устойчивости и управляемости ВС -
совокупность характеристик статической и динамической ус-
тойчивости самолета относительно осей движения и его спо-
собности подчиняться управляющим действиям пилота.
Характерный отказ - отказ, который следует учиты-
вать при интерпретации результатов испытаний или вы-
числении значения показателя надежности.
Цикл технического обслуживания - наименьший по-
вторяющийся интервал времени или наработка объекта, в
течение которых выполняют в определенной последова-
тельности в соответствии с требованиями нормативно-тех-
нической документации все установленные виды техни-
ческого обслуживания.
Цикл эксплуатации - периодически повторяющаяся
часть процесса эксплуатации от ее начала до окончания
использования изделия по назначению или момента его
возвращения после использования по назначению на базу
для технического обслуживания и (или) ремонта.
Частичный отказ - отказ, после возникновения кото-
рого использование объекта по назначению частично воз-
можно, но при этом значения одного или нескольких ос-
новных параметров находятся вне допустимых пределов.
Человеческий фактор - интегральная характеристика
предметно-пространственной среды, которая обусловлена
спецификой жизнедеятельности человека (группы людей)
и определяет влияние человека (группы людей) на функ-
ционирование социально-технической системы.
Член экипажа - лицо, назначенное эксплуатантом для
выполнения определенных обязанностей на борту ВС на
протяжении полетного времени.
Чрезвычайное событие - событие, связанное с эксплу-
атацией ВС, которое было причиной одного из следую-
щих последствий: гибель или телесные повреждения со
смертельным исходом; гибель или телесные повреждения,
полученные человеком во время нахождения на борту ВС
в результате намеренных или неосторожных действий са-
мого пострадавшего или других людей; гибель или телес-
ные повреждения со смертельным исходом людей, кото-
рые прятались в зонах, куда запрещен доступ пассажирам
и членам экипажа; гибель членов экипажа или пассажи-
ров в результате неблагоприятного влияния внешней сре-
ды после вынужденной посадки ВС вне аэродрома.
Штормовое предупреждение - информация об ожидае-
мом появлении или усилении опасного метеорологичес-
кого явления.
Штормовое сообщение - разовая метеоинформация о
начале или усилении опасного для авиации метеорологи-
ческого явления.
Штормоскоп - пассивный бортовой прибор для обна-
ружения зон молниевой активности по атмосферикам. Со-
временные штормоскопы позволяют не только обнаружи-
вать грозовые разряды и определять направление на них
(азимут), но и оценивать расстояние до источника разряда
с борта самолета. Такие устройства называют также борто-
выми грозопеленгаторами-дальномерами.
Шум - колебания частиц окружающей среды, воспри-
нимаемые органами слуха человека как нежелательные.
Эквивалентный уровень звука - значение длительного
постоянного шума который в пределах регламенти-
рованного интервала времени имеет такое же среднеквад-
ратичное значение уровня звука, что и наблюдаемый шум,
уровень звука LA(i) которого меняется во времени на про-
тяжении регламентированного интервала наблюдения, из-
меряется в децибелах А (дБА).
Экологические критерии - критерии, которые регламен-
тируют конструкцию, технические характеристики, мате-
риалы, качество работы, технологию изготовления, тех-
ническое обслуживание и доработку или модификацию
авиационных изделий, установленные полномочным ор-
ганом, для обеспечения соблюдения законов, нормативов,
стандартов и требований относительно снижения уровней
шума и эмиссии вредных веществ.
Экологические факторы - элементы окружающей среды,
осуществляющие существенное влияние на живой организм.
Экологический риск - вероятность наступления собы-
тия, имеющего неблагоприятные последствия для окружа-
ющей природной среды и вызванного негативным воздей-
ствием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайны-
ми ситуациями природного и техногенного характера.
Экономическая безопасность - совокупность условий
и факторов, обеспечивающих независимость фирм, ком-
паний, национальной экономики в целом, их стабиль-
ность и устойчивость, способность к постоянному обнов-
лению и самосовершенствованию.
976
Глоссарий
Экономическая безопасность на транспорте - уровень
развития и функционирования транспорта, позволяющий
удовлетворить жизненно важные потребности экономики
и населения в перевозках, обеспечить мобилизационную
готовность транспорта к работе в критических условиях.
Экономический критерий качества продукции - крите-
рий качества продукции, учитывающий ее рентабельность.
Экономический риск - вероятность потерь вследствие
случайного характера результатов принимаемых решений
или совершаемых действий. В инвестиционной сфере эко-
номический риск - это вероятность убытков в результате
вложения капитала.
Эксперимент - система операций, воздействий и (или)
наблюдений, направленных на получение информации об
объекте при исследовательских испытаниях.
Эксперт - лицо, которое имеет квалификацию в опре-
деленной сфере науки и техники и привлекается к рассле-
дованию АП или серьезного инцидента, выполняет науч-
но-технические экспертизы и предоставляет консультации.
Экспертиза - вид работы, осуществляемой экспертом
для оценки соответствия объекта (проекта) заявленным тре-
бованиям.
Экспертное заключение - документ, содержащий ре-
зультаты проведенной экспертизы объекта (проекта).
Экспертный метод определения показателей качества
продукции - метод определения значений показателей ка-
чества продукции на основе решений экспертов.
Эксплуатант - лицо, организация или предприятие,
которое эксплуатирует ВС или предлагает свои услуги в
этой области и имеет Сертификат эксплуатанта авиацион-
ной техники.
Эксплуатационные данные - результаты наблюдений в
процессе эксплуатации.
Эксплуатационные испытания - испытания объекта,
проводимые во время его эксплуатации.
Эксплуатационные испытания на надежность - конт-
рольные или определительные испытания, проводимые в
условиях эксплуатации при регистрируемых режимах ра-
боты, условиях окружающей среды, технического обслу-
живания и измерений.
Эксплуатационный отказ - отказ, возникший вслед-
ствие нарушения установленных правил и (или) условий
эксплуатации.
Эксплуатация АТ - процесс или совокупность процес-
сов транспортирования, хранения, ожидания, подготовки
к применению и применения авиационной техники по
назначению.
Экстраполированный Q-процентный срок службы -
^-процентный срок службы, определенный посредством
экстраполяции или интерполяции значений наблюдаемо-
го или оцененного 0-процентного срока службы, получен-
ный для условий нагрузки, отличных от тех, при которых
получен оцененный ^-процентный срок службы, и для
других значений Q.
Эмиссия - выброс в окружающую среду химического
или физического агента, определяющего возникновение
неблагоприятного экологического фактора.
Эмиссия авиационных двигателей - выброс в окружа-
ющую среду химических веществ, образующихся при сго-
рании топлива в камерах сгорания авиационных двига-
телей.
Эмиссия шума - излучение шума в окружающую среду.
Эргономика - область знаний, изучающая функцио-
нальное состояние, деятельность человека, орудия и сред-
ства его деятельности, взаимодействие окружающей среды
и человека. Цель этого изучения - обеспечение эффектив-
ности, безопасности и комфортности жизнедеятельности
человека.
Эффективный диаметр капли - диаметр сферы, объем
которой равняется объему несферической капли.
Явный дефект - дефект, для выявления которого в нор-
мативной документации, обязательной для данного вида
контроля, предусмотрены соответствующие правила, ме-
тоды и средства.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
I. А. с. 948372 СССР. Способ оценки работоспособности
оператора / В. А. Егоров, А. А. Боченков. Опубл. 05.08.82,
Бюл. № 29.
2. Аверкин А. Н., Прокопчина С. В. Мягкие вычисления и
измерения // Новости искусств, интеллекта. - 2002. - № 4. -
С. 93 119.
3. Авиационная метеорология / А. М. Баранов, О. Г. Бо-
гаткин, В. Ф. Говердовский, В. Д. Еникеева. - СПб.: Гидро-
метеоиздат, 1992. - 348 с.
4. Авиационные правила. Ч. 25. Нормы летной годности
самолетов транспортной категории. Разд. 25.571: Анализ
допустимости повреждений и усталостной прочности кон-
струкции / Летно-исследоват. ин-т им. М. М. Громова. -
М„ 1994. - 321 с.
5. Автоматизированная система диагностирования ГТД
АСД «Контроль-8-2У»: Инструкция-методика автоматизир.
диагностирования ТРДД НК-8-2У с применением АСД
«Контроль-8-2У»/Л. П.Лозицкий, М.Д. Авдошко, И. И. Мар-
ченко и др. - К.; КНИГА, 1986. - 230 с.
6. Автоматический контроль и диагностика систем уп-
равления силовыми установками летательных аппаратов /
В. И. Васильев, Ю. М. Гусев, А. И. Иванов и др. М.:
Машиностроение, 1989. - 240 с.
7. Акустическая эмиссия в экспериментальном матери-
аловедении / Н. А. Семашко, В. И. Шпорт, Б. Н. Марьин и
др. - М.: Машиностроение, 2002. - 240 с.
8. Акустическая эмиссия и ее применение для неразруша-
ющего контроля в ядерной энергетике / Под ред. К. Б. Бак-
кара. М.: Атомиздат, 1980. - 216 с.
9. Акусто-эмиссионная диагностика конструкций /
А. Н. Серьезное, Л. Н. Степанов, В. В. Муравьев и др. - М.:
Радио и связь, 2000. - 280 с.
10. Акусто-эмиссионная система диагностики состояния
ответственных металлоизделий / В. В. Шин, Г. А. Бо-
гус, Е. Г. Дорохова, И. С. Самойлова // Техн, диагнос-
тика и неразрушаюший контроль. - 1997. - № 3. -
С. 56-59.
11. Анал13 напруженого стану робочих елеменпв пневма-
тичних клапашв з електромагютним приводом / Ю. М. Ри-
кушч, О. С. Ситшков, О. Г. Кучер та ш. // Пром. гщравл1ка
i пневматика. - 2005. № 4(10). С. 55-62.
12. Аналтична довшка про пщсумки роботи транспорт-
но-дорожнього комплексу Украши у 2001 poni / М-во трансп.
УкраУни. - К., 2002. - 52 с.
13. Ананьев Б. Г. Человек как предмет познания. - Л.:
Изд-во ЛГУ, 1968. 340 с.
14. Анатомия терроризма: проблемно-психологический
анализ. - <http://www.psyfactor.org/lib/terrorll.htiTi>
15. Андерсон Т Статистический анализ временных ря-
дов. - М.: Мир, 1976. - 755 с.
16. Андрианов В. И., Бородин В. А., Соколов А. В. «Шпи-
онские штучки» и устройства для защиты объектов и ин-
формации: Справ, пособие. - СПб.: Лань, 1996. - 272 с.
17. Андрусяк А. 1., Дем ’янчук В. С., Юр 'ев Ю. Н. Мережа
ав1ац|йного електрозв’язку. - К.: НАУ, 2001. - 448 с.
18. Анисимов В. К. Определение координат источников
акустической эмиссии по сигналам разных типов волн //
Дефектоскопия. - 1990. - № 2. С. 37-39.
19. Аносов А. М. Анализ разрушения сварных соедине-
ний в процессе сварки // Дефектоскопия. - 1996. - № 10. -
С. 24 30.
20. Аралов Г. Д. Авиакатастрофы из-за птиц // Пробле-
мы безопасности полетов. - 2000. - № 10. - С. 20-23.
21. Аралов Г. Д. Бегство из ледяного плена // Проблемы
безопасности полетов. - 2002. - № 2. - С. 48-54.
22. Аралов Г. Д. Недоверие пилота к прибору привело к
гибели самолета // Проблемы безопасности полетов. -
2001. - № 2. - С. 53-56.
23. Аралов Г. Д. Показатели безопасности полетов //
Проблемы безопасности полетов. - 2001. - № 9. - С. 3-20.
24. Артюхов В. Г. Транспорт движется к рынку // Рос.
экон, журнал. - 1997. - № 2. - С. 33-40.
25. Арутюнян Р. А. О критериях разрушения в условиях
ползучести // Проблемы прочности. - 1982. - № 9. - С. 42-45.
26. Атлас Д. Успехи радарной метеорологии: Пер. с англ. /
Под ред. К. С. Шифрина. -Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 196 с.
27. Афанасьев И. Н. Статистическая теория усталостной
прочности металлов. - К.: Изд. АН УССР, 1953. - 128 с.
28. Ахен Д., Клауз А., Тернер Р. CMMI: Комплексный
подход к совершенствованию процессов. - М.: МФК,
2005. - 330 с.
29. Ахмедзянов А. М., Дубровский Н. Г., Тунаков А. П.
Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим
параметрам. - М.: Машиностроение, 1983. - 206 с.
30. Автоматизована шформашйно-д1агностична систе-
ма оперативно) оцшки ступени закоксування паливних фор-
сунок газотурбшних двигушв / М. С. Кулик, Ю. М. Чоха,
О. 1. Чумак, О. П. Федорчук // BicH. НАУ. - 2006. - №4.-
С. 25-29.
31. Бабак В. П., Корченко А. Г. 1нформащйна безпека та
сучасш мережев! технолог)): Англ.-укр.-рос. слов. термШв. -
К.: НАУ, 2003. - 670 с.
32. Кулик Н. С., Тамаргазин А. А. Моделирование не-
стационарных источников погрешностей в современных
БСКД // Авиац.-косм. техника и технология. - 2003. -
Выл. 41/6. С. 95-97
33. Бабак В. П., Сколько Я. I., Харченко В. П. Основш
напрями впровадження супутникових технологи! для пщви-
щення ефекти вноси руху повпряного транспорту в УкраГш //
Косм, наука i технологи. - 2001. - Т. 7, № 4. - С. 17-21.
978
Список использованной литературы
34. Бабак В. П., Филоненко С. Ф. Выделение сигналов
акустической эмиссии на фоне помех // Открытые ин-
форм. и компьютерные интеграл, технологии: Сб. науч,
тр. Гос. аэрокосмич. ун-та «ХАИ». - 1998. - № 2. - С. 120—
127.
35. Бабак В. П., Филоненко С. Ф., Галайчук Г. Л. Лока-
ция источников развивающихся дефектов с использова-
нием метода акустической эмиссии // Радиоэлектроника
и информатика. - 1999. -- № 2. - С. 15-20.
36. Бабак В. П.. Филоненко С. Ф., Калита В. М. Модели
формирования сигналов акустической эмиссии при дефор-
мировании и разрушении материалов // Технолог, систе-
мы. - 2002. - № 1 (12). - С. 26-34.
37. Кулик М. С., Тамаргазт О. А., Хаммуд Назар. Вико-
ристання граф-моделей у задач! розшзнавання техшчного
стану ав!ац!йного ГТД // Ав!ац.-косм. тсхшка i технология. -
2000. - Вип.19. - С. 353-357.
38. Бабак В. П., Харченко В. П., Конахович Г. Ф. Пра-
вила ав!ац!йного електрозв’язку. Наказ № 736 / М-во транс.
Украши. - К., 2003. - 130 с.
39. Бабак В. П., Харченко В. П., Конт В. В. Супутникова
радюнавпащя. - К.: Тсхшка, 2004. - 412 с.
40. Базы данных: Интеллектуальная обработка информа-
ции / В. В. Корнеев, А. Ф. Гареев, С. В. Васютин, В. В. Райх. -
М.: Нолидж. 2001. - 496 с.
41. Байхельт Ф., Франкин 77. Надежность и техничес-
кое обслуживание: Мат. подход. - М.: Радио и связь, 1988. -
392 с.
42. Бакланов И. Г. ISDN и Frame Relay: Технология и
практика измерений. - М.: Эко-Трендз, 1999. - 264 с.
43. Баммерт Б., ВоелкА. Влияние шероховатости поверх-
ности лопаток на аэродинамические и рабочие характерис-
тики осевого компрессора // Тр. Амер, о-ва инженеров-
механиков. Сер. Энергет. машины и установки. - М.: Мир,
1990. - № 2. - С. 59-65.
44. Банди Б. Методы оптимизации. - М.: Радио и связь.
1988.- 128 с.
45. Барабаш Ю. Л. Коллективные стохастические реше-
ния при распознавании. - М.: Радио и связь, 1983. 222 с.
46. Баранов А. М. Облака и безопасность полетов. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1983. - 232 с.
47. Баранов В. В. Динамическая диагностика и принятие
решений в условиях неопределенности // Кибернетика и
систем, анализ. - 1994. - № 3. С. 87-105.
48. Баранов И. М., Яновский Ф. И. О необходимости ре-
шения задачи оперативного определения оптимальной тра-
ектории полета в сложных метеорологических условиях //
Вычисл. техника и моделирование сложных систем. - К.:
КИИГА, 1976. - Выл. 2. - С. 56-62.
49. Баренблатт Г. И., Ботвина Л. Р. Автомодельность
усталостного разрушения: накопление повреждаемости //
Изв. АН СССР. Сер. Механика твердого тела. - 1983. -
№ 4. -С. 161-165.
50. Баруга-Рид А. Т. Элементы теории марковских про-
цессов и их приложение. - М.: Наука, 1969. 511 с.
51. Бегун В. В. Вероятностный анализ безопасности атом-
ных станций. К.: Наук, думка, 2000. - 520 с.
52. Безопасность полетов и авиационная безопасность:
Из годового доклада Совета ICAO 2000 г. // Проблемы
безопасности полетов. - 2001. № 9. - С. 7-9.
53. Безопасность полетов: Методические указания /
Сост. М. Ф. Давиденко и др. - К.: КМУГА, 1998. - 52 с.
54. Безопасность полетов: Учебник для вузов / Р. В. Са-
кач, Б. В. Зубков, М. Ф. Давиденко и др.; Под ред. Р. В. Са-
кача. - М.: Транспорт, 1989. - 239 с.
55. Безпека ав!ацй / В. П. Бабак, В. П. Харченко,
В. О. Максимов та ш.; За ред. В. П. Бабака. - К.: Техшка,
2004. - 584 с.
56. Беккер П. ISDN: Цифровая сеть и интеграция служб:
Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1992. - 208 с.
57. Белокур А. И. Создание систем мониторинга нераз-
рушающего контроля и технической диагностики сварных
конструкций. - К.: Сварщик, 1999. - № 5 (9). - С. 13-14.
58. Белокур И. П., Коваленко В. А. Дефектоскопия мате-
риалов и изделий. - К.: Техника, 1989. - 196 с.
59. Бендат Дж.. Пирсол А. Применения корреляцион-
ного и спектрального анализа: Пер. с англ. - М.: Мир,
1983. - 312 с.
60. БерардА. Дж. Причины, порождающие сдвиги ветра
в атмосфере, и методы их обнаружения // Аэрокосмич. тех-
ника. - 1983. - Т. 1, № 3. - С. 13-20.
61. Березина Т.Г., Лепехин А. 3. Взаимосвязь процессов
деформирования и разрушения при ползучести перлитных
теплоустойчивых сталей // Проблемы прочности. - 1984. -
№ 7. - С. 40-46.
62. Берестов Л. М., Поплавский Б. К, Мирошниченко Л. Я.
Частотные методы идентификации летательных аппара-
тов. - М.: Машиностроение, 1985. - 183 с.
63. Бирбрайер А. Н., Шульман С. Г. Прочность и надеж-
ность конструкций АЭС при особых динамических воздей-
ствиях. - М.: Энергоиздат, 1989. - 304 с.
64. Биргер И. А. Вероятности разрушения при много-
мерных критериях прочности // Проблемы прочности. -
1984. -№ 11. - С. 21-24. -
65. Биргер И. А. Прогнозирование ресурса при малоцик-
ловой усталости // Проблемы прочности. - 1985. - № 10. -
С. 39-44.
66. Биргер И. А. Техническая диагностика. - М.: Маши-
ностроение, 1978. - 240 с.
67. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на
прочность деталей машин: Справочник. - 3-е изд. - М.:
Машиностроение, 1979. 702 с.
68. Быецький А. Я., КорчуновД. О., Харченко В. П. Прин-
ципи побудови ситуашйних моделей системи керування
повпряним рухом И BicH. КМУЦА. - 2000. Вип. 3-4. -
С. 255-260.
69. Биокур I. П. Основи дефектоскоп!!'. - К.: Аз!мут -
Украша, 2004. - 496 с.
70. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработ-
ки сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 448 с.
71. Бобылев А. В.. Титовский И. Н. Математическое мо-
делирование автоматической посадки неманевренного са-
молета в условиях экстремальных сдвигов ветра // Безопас-
ность полета в условиях опасных внешних воздействий. -
К.: КИИГА, 1982. С. 33-37.
72. Богаткин О. Г.. Еникеева В. Д. Анализ и прогноз
погоды для авиации. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. -
272 с.
73. Богданом Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накоп-
ления повреждений: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 344 с.
74. Богуслаев В. А., Жеманюк П. Д., Захаров Г. А. Систе-
ма качества промышленного предприятия (Базовые основы
сертификации теория и практика). Запорожье: ОАО
«Мотор-Сич», 1996. - 184 с.
Список использованной литературы
979
75. Богуслаев В. А., Лукьянов В. С. Возможные направ-
ления научно-технического сотрудничества при производ-
стве и эксплуатации современных ГТД // Вибрации в тех-
нике и технологиях. - 2001. - № 4 (20). - С. 6-8.
76. Бойл Дж., Спенс Дж. Анализ напряжений в конст-
рукциях при ползучести. - М.: Мир, 1986. - 360 с.
77. Болотин В. В. Прогнозирование ресурса машин и
конструкций. - М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.
78. Болотин В. В. Распределение времен до разруше-
ния при случайных нагрузках // Журн. приклад, механи-
ки и техн, физики. - 1980. - № 5. - С. 149-158.
79. Болотин В. В. Ресурс машин и конструкций. - М.:
Машиностроение, 1990. - 448 с.
80. Болотин В. В. Статистические методы в строитель-
ной механике. - М.: Стройиздат, 1965. 279 с.
81. Большее Л. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математиче-
ской статистики. - М.: Наука, 1983. - 416 с.
82. Бородачев Н. М. Об одном методе построения весо-
вой функции для тела с трещиной // Приклад, математика
и механика. - 1998. - Т. 62, вип. 2. - С. 329-333.
83. Бородачев Н. М., Астанин В. В. О решении простран-
ственной температурной задачи теории упругости в переме-
щениях // Проблемы прочности. - 2005. -№ 3. - С. 86-95.
84. Бородачев И. М., Астанин В. В. Об одном методе
решения пространственной задачи теории упругости в пе-
ремещениях И Проблемы прочности. - 2003. - № 3. -
С. 62-69.
85. Бородачев И. М., Кулий М. П. Экспериментально-
теоретический метод определения коэффициента интенсив-
ности напряжений // Проблемы прочности. - 1986. - № 5. -
С. 28-33.
86. Ботвина Л. Р. Кинетика разрушения конструкцион-
ных материалов. - М.: Наука, 1989. - 232 с.
87. Ботвина Л. Р., Баренблатт Г. И. Автомодельность
накопления повреждаемости // Проблемы прочности. -
1985. - № 12. - С. 17-24.
88. Боярский Г. Н., Стрелец И. В. Алгоритм расчетной
оценки допустимых параметров сдвига ветра при заходе са-
молета на посадку в автоматическом режиме // Приклад,
аэродинамика. - К.: КИИГА, 1997. - С. 106-117.
89. Брагина Т. К., Ларичева Л. М. Особенности измене-
ния характеристик прочности дисков турбин ГТД после дли-
тельной наработки // Проблемы прочности. - 1976. - № 8. -
С. 78-87.
90. Браун 1. М., Яновський Ф. Й. Анал1з даних експери-
ментальних дослшжень поляризашйних параметр!в радю-
локатор!в для безпечно! нав!гацп в умовах граду // BicH.
НАУ. - 2005. - № 1. - С. 55-59.
91. Бурау И. И. Динамическая модель газотурбинного
двигателя как объекта виброакустической диагностики ус-
талостных трещин в лопатках рабочих колес // Вибрации в
технике и технологиях. - 2001. № 1(17). - С. 28-32.
92. Бурау Н. И. О новых направлениях в развитии виб-
роакустических методов диагностики прочностных дефек-
тов в лопатках газотурбинных двигателей // Вибрации в тех-
нике и технологиях. - 2001. № 4(20). - С. 45-48.
93. Бурау И. И. Теоретические исследования временных
и частотных характеристик нестационарной модели вибро-
акустической диагностики // Техн, диагностика и неразру-
шающий контроль. - 2002. - № I. С. 13-17.
94. Бурау Н. И., Зажицкий А. В.. Сопилка Ю. В. Распо-
знавание состояния объекта виброакустической диагнос-
тики по результатам многомерного спектрального анализа
// Техн, диагностика и неразрушающий контроль. - 2004. -
№ 2. - С. 3-8.
95. Бурау Н. И., Зажицкий А. В., Тяпченко А. Н. Клас-
сификация состояния объекта виброакустической диагно-
стики с использованием нейротехнических структур //
Ав1ац.-косм. техшка i технолопя. - 2002. - Вип. 31. -
С. 181-185.
96. Бурау Н. И., Игнатович С. Р., Сопилка Ю. В. Частот-
но-временной и биспектральный анализ виброакустичес-
ких сигналов для диагностики трещин в лопатках авиаци-
онных ГТД // Вести, двигателестроения. - 2004. - № 4. -
С. 101-107.
97. Бурау Н. И., Марчук П. И. О применении Wavelet-
преобразования для обработки нестационарных сигналов в
задачах виброакустической диагностики трещин в лопатках
газотурбинных двигателей // Авиац.-косм. техника и техно-
логия. - 2000. - Выл. 19. - С. 443-448.
98. Бурау Н. И., Марчук П. И., Тяпченко А. Н. Анализ
современных методов обработки акустических сигналов для
их использования в задачах виброакустической диагности-
ки И Акуст. вюник. - 2001. - № 4. - С. 3-10.
99. Бурау И. И., Марчук И. И., Яценко А. Б. Моделирова-
ние и анализ вибрационных процессов для диагностики
роторных деталей турбомашин // Вибрации в технике и тех-
нологиях. - 2002. - № 3(24). - С. 15-18.
100. Буров А. Ю. Принципы создания и функциониро-
вания автоматизированной информационной системы пред-
сменной оценки работоспособности операторов // Кибер-
нетика и вычисл. техника. - 1991- Вып. 90. - С. 29-33.
101. Буров А. Ю., Герасимов А. В., Четверня Ю. В. Авто-
матизированный профессиональный отбор и контроль про-
фессиональной работоспособности операторов энергопред-
приятий на базе ПЭВМ IBM PC // Энергетика и электри-
фикация. - К., 1992. - № 2. - С. 29 32.
102. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. -
М.: Наука. 1986. - 335 с.
103. Бюл. № 94056-БЭ-Г. Изделие: Двигатель ПС-90А.
По вопросу внедрения 1-й очереди наземной автоматиз.
системы диагностирования «АСД-Диагноз-90» двигателя
ПС-90А на самолете ИЛ-96-300. - Пермь, 1994. - 17 с.
104. Вагин В. Н., Гулидова В. Г., Фомина И. В. Распознава-
ние состояний сложного объекта при неполной входной ин-
формации / Техн, кибернетика. - 1992. - № 5. - С. 120-133.
105. Васютин А. Н. Распространение физически корот-
ких усталостных трещин и долговечность элементов конст-
рукций: Сообщ. I и 2 // Проблемы прочности. - 1990. -
№ 9. - С. 3-11.
106. Ведров В. С., Тайу М. А. Летные испытания самоле-
тов / Гос. из-во оборон, пром. М., 1951. - 483 с.
107. Вероятностные характеристики прочности авиаци-
онных материалов и размеров сортамента: Справочник /
А. А. Кузнецов, О. М Алифанов. В. И. Ветров и др.; Под
ред. С. О. Охапкина. - М.: Машиностроение, 1970. - 567 с.
108. Верюжський Ю. В. Методи анал!зу небезпек буд1-
вельних конструкций будинюв та споруд на основ! теорп
ризикш // Bien. НАУ. 2004. - № 4. - С. 92-98.
109. Верюжський Ю. В., Ширшов В. Г. Визначення роз-
рахункового i допустимого значень ризиюв вщповщальних
об’ект!в // BicH. НАУ. 2004. № 1. - С. 86-89.
ПО. Ветров А. И., Игнатович С. Р., Кучер А. Г. Теоре-
тические основы прогнозирования поврежденности и ос-
980
Список использованной литературы
таточного ресурса конструктивных элементов авиацион-
ных газотурбинных двигателей в эксплуатации // Обеспе-
чение надежности авиац. двигателей в эксплуатации: Сб.
науч. тр. - К.: КИИГА, 1993. - С. 20-26.
111. Ветров А. Я., Кучер А. Г. Вероятностные методы
оценки остаточного ресурса конструктивных элементов авиа-
ционных ГТД в эксплуатации // Проблемы прочности.
1989. № 8. С. 70-76.
112. Ветров А. Я., Кучер А. Г. Вероятностный метод
контроля деталей АГТД по критерию предельной темпера-
туры // Проблемы прочности. - 1991. - № 10. С. 54-58.
113. Ветров А. Я., Кучер А. Г. Оценка остаточного ре-
сурса рабочих лопаток авиационных газовых турбин по
накопленной деформации ползучести // Проблемы проч-
ности. - 1993. - № 1. - С. 50-57.
114. Ветров А. Я., Кучер А. Г., Ковешников Я. А. Вероят-
ностно-параметрические модели длительной прочности кон-
струкционных материалов АГТД // Проблемы прочности. -
1989. - № 4. - С. 14-17.
115. Ветров А. Я., Кучер А. Г., Снегирев Я. А. Вероятност-
ный метод контроля расходования ресурса деталей АГТД
по критерию предельной температуры // Проблемы проч-
ности. - 1991. - № 10. - С. 54-58.
116. Виброакустическая диагностика зарождающихся де-
фектов / Ф. Я. Балицкий, М. А. Иванова, А. Г. Соколова,
Е. И. Хомяков. - М.: Наука, 1984. - 119 с.
117. В'иплинський В. В. Анал13, ощнка i моделювання еко-
ном!чного ризику. - К.: Дем1ур, 1996. - 212 с.
118. Владимиров В. И. Физическая природа разрушения
металлов. - М.: Металлургия, 1984. - 280 с.
119. Владимиров Я. И. Анализ инцидентов воздуш-
ных судов по вине инженерно-авиационной службы //
Науч, вести. МГТУ ГА: Сб. науч. тр. - 1999. - № 20. -
С. 87-91.
120. Владимиров Я. И., Красников А. Ф. Основы постро-
ения системы «Анализ-86» // Сбор, обработка и практичес-
кое использование полетной информации: Материалы Все-
союз. науч.-техн. конф. - К.: Знание, 1981. - 11 с.
121. Войненко В. М., Мунипов В. М. Эргономические
принципы конструирования. - К.: Тэхника, 1988. - 119 с.
122. Воробьев Ю. Л. Основные направления государствен-
ной стратегии управления рисками на пороге XXI века //
Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях: Об-
зор. информ. - 2001- № 3. - С. 4 18.
123. Всемирная Метеорологическая Организация. Комис-
сия по основным системам. Внеочередная сессия. КЭРНС,
4-12 декабря 2002 г. Сокращенный окончат, отчет с резо-
люциями и рекомендациями. ВМО-№ 955, Секретариат
ВМО, Женева, Швейцария. - 153 с.
124. Габасов Р., Кириллова Ф. М. Качественная теория
оптимальных процессов. - М.: Наука. 1971. - 507 с.
125. Гаврюков В. В. Результаты применения нейронных
сетей для неразрушающего контроля лопаток газотурбин-
ного двигателя // Вибрации в технике и технологиях. -
2001. -№ 4(20). - С. 54-56.
126. Гальперин С. М., Егоров В. Я., Яетренко Я. А. Дли-
тельность собственного радиоизлучения атмосферных разря-
дов в метровом диапазоне // Тр. ГГО. - 1976. - Вып. 383. -
С. 140-144.
127. Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброакустическая ди-
агностика машин и механизмов. - М.: Машиностроение,
1987. - 288 с.
128. Герасименко В. А. Защита информации в автома-
тизированных системах обработки данных: В 2 кн. М.:
Энергоатомиздат, 1994. - Кн. 1. - 189 с.; Кн. 2. - 312 с.
129. Герасименко В. А., МалюкА. А. Основы защиты ин-
формации. - М.: МГИФИ, 1997. - 538 с.
130. Гератеволь 3. Психология человека в самолете: Пер.
с нем. / Под ред. А. П. Попова. - М.: Изд-во иностр, лит.,
1956. - 356 с.
131. Гецов Л. Б. Детали газовых турбин. - Л.: Машино-
строение, 1982. - 295 с.
132. Глаговский Б. А., Московенко И. Б. Низкочастотные
методы контроля в машиностроении. - М.: Машинострое-
ние, 1977. - 208 с.
133. Глобальная спутниковая радионавигационная сис-
тема ГЛОНАСС. М.: ИПРЖР, 1999. - 185 с.
134. Годовой доклад Совета 2004 // Doc 9851 / ICAO. -
Монреаль, 2005. - 76 с.
135. Голубовский Е. Р., Трунин И. И. К вопросу о темпе-
ратурно-временной зависимости конструктивной длитель-
ной прочности // Проблемы прочности. - 1978. - № 2. -
С. 33-38.
136. Гольденблат Я. И., Бажанов В. Л., Копнов В. А. Дли-
тельная прочность в машиностроении. - М.: Машиностро-
ение, 1977. - 248 с.
137. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигна-
лы. - М.: Сов. радио, 1966. - Ч. 1. - 320 с.
138. Гончарук О. В. Управление транспортом: Вопросы
теории и практики. - СПб.: Наука, 1999- - 207 с.
139. ГОСТ20058-80. Динамика летательных аппаратов в
атмосфере (термины, определения и обозначения) - М.:
Гос. комитет СССР по стандартам, 1980. - 51 с.
140. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины,
определения и обозначения. М.: Изд-во стандартов,
1988. - 5 с.
141. ГОСТ27751-88(Ст СЭВ 384-97). Надежность стро-
ительных конструкций и оснований. Основные положения
по расчету. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 10 с.
142. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная: Парамет-
ры. - М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1981. - 180 с.
143. Гохфельд Д. А., Чернявский О. Ф. Несущая способ-
ность конструкций при повторных нагружениях. -М.: Ма-
шиностроение, 1979. 263 с.
144. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмис-
сия: Применение для испытаний материалов и изделий. -
М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.
145. Громов М. С., Махова М. Б., Шопкин В. С. Обеспе-
чение безопасности старого парка самолетов по критерию
коррозионной долговечности // Проблемы безопасности
полетов. - 1998. - № 7. - С. 27-33.
146. Громов Я. Я., Яерсианов В. А. Управление на транс-
порте. - М.: Транспорт. 1993. - 336 с.
147. Гусенков А. Я., Котов Я. И. Малоцикловая уста-
лость при неизотермическом нагружении. - М.: Машино-
строение, 1983. - 240 с.
148. ДБЯ В.1.2-1-95. Система забезпечення надшност!
та безпеки буд1вельних об’екпв. Положения про розслщу-
вання причин авари (обвалень) буд1вель, споруд, ix частин
та конструктивних елемегтв. ДНАОП 0.07-4.01-95. - К.:
Держкоммютбудархпектура, 1995. - 98 с.
149. Двигатель ЯК-8-2У. Оценка технического состояния
двигателя по полетной информации: Методика МТ-0067-78
(2-я редакция) / п/я р-6838. - Казань: КМКБ, 1987. - 105 с.
Список использованной литературы
981
150. Двигатель ПС-90А. Алгоритмы наземной диаг-
ностической обработки параметров двигателя ПС-90А и
его систем: Методика 94-00-804 ПМ 104. Пермь: ПМКБ,
1987. - 159 с.
151. Двигатель ПС-90А. Методика принятия решений
по сигналам о неисправностях двигателя и его систем на
самолете Ил-96-300: Методика 94-00-807 ПМ 161. АО «Авиа-
двигатель». - Пермь: ПМКБ, 1993. - 125 с.
152. Двигатель ПС-90А. Параметры системы контроля.
Ведомость 94-00-803 БР2-1. - Пермь: ПМКБ, 1988. - 56 с.
153. Двигатель ПС-90А. Протокол взаимодействия РЭД-90
с МСРП-А-02. Пермь: ПМКБ, 1989. 106 с.
154. Двигатель ПС-90А. Руководство по технической экс-
плуатации. Ведомость 94-00-807РЭ. - Пермь: ПМКБ, 1992. -
Кн. 1. Ч. 1. - 369 с.; - Ч. 2. - 356 с.; Кн. 2. - Ч. 1. 356 с.,
Ч. 2. - 350 с.; Кн. 3. - 294 с.
155. Двигатель ПС-90А. Формуляр двигателя ПС-90А. -
Пермь: ПМКБ, 1990. - 187 с.
156. Дворников М. В., Сухолитко В. А. Проблемы раз-
вития и внедрения активной системы безопасности поле-
тов Ц Проблемы психологии и эргономики / Специа-
лизир. выпуск «Безопасность полетов». - 2002. - № 5. -
С. 33-41.
157. Демьянушке И. В., Биргер И. А. Расчет на прочность
вращающихся дисков. - М.: Машиностроение, 1978. - 247 с.
158. Державна програма розвитку транспортно-дорож-
нього комплексу Украши на 2000-2004 рр. / MiH-во трансп.
Украши. - К., 2003. - 47 с.
159. Дефектология и обеспечение качества в произ-
водстве и эксплуатации авиационной техники / А. М. Ов-
сянкин, И. П. Белокур. В. В. Лубяный и др. - К.: НАУ,
2001. - 148 с.
160. Дефектоскопия деталей при эксплуатации авиаци-
онной техники / П. И. Беда, Ю. А. Глазков, С. П. Луцько и
др.: Под ред. П. И. Беды. - М.: Воениздат. 1978. - 231 с.
161. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование
эксперимента в технике и науке. - М.: Мир, 1981. - 516 с.
162. Дзиркал Э. В. Задание и проверка требований к на-
дежности сложных изделий. М.: Радио и связь, 1981.
176 с. - (Б-ка инженера по надежности).
163. Диагностика авиационных деталей / В. Н. Лозов-
ский. Г. В. Бондол, А. О. Коксис. А. Е. Колтунов. М.:
Машиностроение, 1988. 280 с.
164. Диагностика лопаток авиадвигателей на основе
многослойной логически прозрачной нейронной сети /
В. И. Дубровин. С. А. Субботин. А. В. Богуслаев, В. К. Яцен-
ко // Вести, двигателестроения. - 2002. -№ I. С. 85-90.
165. Диагностирование и прогнозирование технического
состояния авиационного оборудования: Учеб, пособие для
вузов граждан, авиации / В. Г. Воробьев. В. В. Глухов,
Ю. В. Козлов и др. - М.: Транспорт. 1984 191 с.
166. Диагностический контроль состояния авиационных
ГТД в эксплуатации: Техн, перевод 13082/ПИАМ. М.:
Г1ИАМ. 1976.' 133 с.
167. Дидук Н. Н. Теория неопределенности: Назначение,
первые результаты и перспективы // Кибернетика и систем,
анализ. 1993. №4. С. 160 169: № 5. С. 165-174.
168. Дмитриев С. А. Диагностирование проточной части
газотурбинных двигателей на переходных режимах. К.:
КМУГА, 1996. 120 с
169. Добрянский Г. В., Мартьянова Т. С. Динамика авиа-
ционных ГТД. - М.: Машиностроение. 1989. - 240 с.
170. Довиак Р., Зрнич Д. Доплеровские радиолокаторы
и метеорологические наблюдения. - Л.: Гидрометеоиздат,
1989. - 512 с.
171. Дорошко С. М. Контроль и диагностирование тех-
нического состояния газотурбинных двигателей по вибра-
ционным параметрам. - М.: Транспорт, 1984. - 128 с.
172. Дробот Ю. Б., Лазарев А. М. Неразрушающий конт-
роль усталостных трещин акусто-эмиссионным способом. -
М.: Изд-во стандартов, 1987. 128 с.
173. Дружинин В. В.. Канторов Д. С., Конторов М. Д. Вве-
дение в теорию конфликта. - М.: Радио и связь, 1989. -288 с.
174. ДСТУ 3918-1999 АЗО ДЕС 12207:1995). 1нформащйн!
технологи. Процеси ЖЦ ПЗ. - К.: Держстандарт, 2000. - 50 с.
175. ДСТУ ISO 9000-2001 (ISO 9000:2000, IDT). Систе-
ми управлшня яетстю. Основш положения та словник. -
Надано чинност! наказом Держстандарту Украши вш 27 черв-
ня 2001 р. № 317. - К.: Держстандарт Украши, 2001. - 40 с.
176. ДСТУ ISO 9000-3-98. Стандарта з управлшня ям-
стю та забезпечення якость Ч. 3. Настанови щодо застосу-
вання ДСТУ ISO 9001 пщ час розроблення, постачання та
супроводження ПЗ. - К.: Держстандарт, 1998. - 18 с.
177. ДСТУISO 9001-200! (ISO 9001:2000, IDT). Системи
управлшня яетстю. Вимоги. - Надано чинност! наказом
Держстандарту Украши вш 27 червня 2001 р. № 317. - К.:
Держстандарт Украши, 2001. - 33 с.
178. ДСТУISO 9004-2001 (ISO 9004:2000, IDT). Системи
управлшня яетстю. Настанови щодо полшшення д!яль-
ност!. Надано чинност! наказом Держстандарту Украши
вш 27 червня 2001 р. № 317. - К.: Держстандарт Украши,
2001. 70 с.
179. Дубов А. С., Герман М. А. О спектральной плотности
вертикальных порывов ветра в облаках // Изв. АН СССР. Сер.
Физика атмосферы и океана. 1965. Т. 1. № 7. С. 670-676.
180. Дульнев Р. А.. Бычков Н. Г. Термическая усталость
жаропрочных материалов при асимметричном нагруже-
нии // Проблемы прочности. - 1976. № 5. - С. 19-24.
181. Дульнев Р. А., Котов П. И. Термическая усталость
металлов. -М.: Машиностроение, 1980. 200 с.
182. Дункан Джек У. Основополагающие идеи в менедж-
менте. Уроки основоположников менеджмента и управ-
ленческой практики: Пер. с англ. - М.: Дело, 1996. - 272 с.
183. Единые нормы летной годности гражданских транс-
портных самолетов стран-членов СЭВ / Межведомств, ко-
миссия по нормам летной годности граждан, самолетов и
вертолетов СССР. М., 1985. - 470 с.
184. Еконохйка Украши: шдсумки перетворень та пер-
спективи зростання // В. М. Геець, В. П. Александрова,
О. 1. Барановський та in. К.: ФОРТ, 2000. - 442 с.
185. Елагин А. Е. Взаимодействие поверхностных тре-
щин в одноосно растянутой пластине // Проблемы прочно-
сти. 1990. № 3. -С. 14-17.
186. Еюхин А. Н. Анализ и управление риском: Теория и
практика. - М.: Лукойл, 2000. 431 с.
187. Епифанов С. В. Диагностический анализ термогазо-
динамических параметров ГТД // Методы и средства диа-
гностики газотурбин, двигателей: Сб науч. тр. Харьков:
ХАИ. 1989. С. 3-28.
188. Ермаков С. М.. Михайлов Г. А. Статистическое мо-
делирование. М.: Наука, 1982. 296 с.
189. Ермольев К). М.. Михалевич В. С. Об исследовании в
области риска. К., 1991. 9 с. (Препринт / АН УССР,
Ин-т кибернетики; № 9-19).
982
Список использованной литературы
190. Ерусалимский М. А. Обзор авиационных происше-
ствий, связанных с обледенением // Проблемы безопас-
ности полетов. 2002. - № I. - С. 30 43.
191. Железняков Ю. Д., Афанасьева Л. А. Тенденции из-
менения уровня БП в мире за период 1984 1998 гг. // Про-
блемы безопасности полетов. - 2001. - № 6. - С. 3-14.
192. Живучесть дисков ГТД с трещинами / Н. В. Сте-
панов, В. Н. Шляпников, В. В. Омельченко, И. Н. Шка-
нов // Проблемы прочности. - 1988. - № 4. - С. 108-111.
193. Жулев В. И., Иванов В. С. Безопасность полетов
летательных аппаратов: Теория и анализ. - М.: Транспорт.
1986. - 224 с.
194. Журавльова Л. А. Проблеми дослщження властиво-
стей i можливостей системи «повпряний корабел ь-е Kin аж-
середовище». - К.: КМУЦА, 1999. - 258 с.
195. Журков С. Н., Куксенко В. С., Петров В. А. Можно
ли прогнозировать разрушение? // Будущее науки. - М.:
Знание, 1983. - С. 100-111.
196. Завалова Н. Д., Ломов Б. Ф., Пономаренко В. А. Об-
раз в системе психической регуляции деятельности. - М.:
Наука, 1986. - 244 с.
197. Заде Л. А. Понятие лингвистической переменной и
его применение к принятию приближенных решений. - М.:
Мир, 1976. - 166 с.
198. Закон Украины «Об объектах повышенной опаснос-
ти» от 18.01.2001 № 2245/III // Ведомости Верховной Рады
Украины (ВВР). - 2001. - № 15, ст. 73.
199. Закон Укроти «Про акредиташю оргашв з ошнки
вщповщност!» (Указ Президента Украши № 2407-III вщ
17 травня 2001 року) // Вщомосп Верховно! Ради Украши
(ВВР). - 2001. - № 32, ст. 170. <http://zakon.rada.gov.ua>
200. Закон Укроти «Про захист прав споживач!в» (В ре-
дакцп Закону № 3682-ХП вщ 15.12.93 та подальшими зима-
ми та доповненнями) // Вщомосп Верховно! Ради Украши
(ВВР). - 2006. № 7, ст. 84. <http://zakon.rada.gov.ua>
201. Закон Укроти «Про пщтвердження вщповщно-
ст!» (Указ Президента Укра!ни № 2406-III вщ 17 травня
2001 року) // Вщомосп Верховно! Ради Украши (ВВР).
2001. - № 32, ст. 169. - <http://zakon.rada.gov.ua>
202. Закон Укроти «Про стандартизашю» (Указ Прези-
дента Украши № 2408-III вщ 17 травня 2001 року) // Вшо-
мосп Верховно! Ради Украши (ВВР). -2001. - № 31, ст. 145. -
<http://zakon.rada.gov.ua>
203. Закономерности ползучести и длительной прочности:
Справочник / Под общ. ред. С. А. Шестерикова. - М.: Ма-
шиностроение, 1983. 102 с.
204. Зараковский Г. М., Меденков А. А., Рысакова С. Л.
Авиационная и космическая эргономика: истоки, настоя-
щее и перспективы // Авиац. и косм, медицина, психология
и эргономика: Сб. науч. тр. М.: Полет. 1995. С. 108 120.
205. Зарембо Л. К., Сердобольская О. К). Об акусти-
ческой эмиссии кристаллов триглицеринсульфата при раз-
рушении сжатием // Дефектоскопия. - 1996. № И.
С. 45-47.
206. Зарождение и рост усталостных трешин в магние-
вых сплавах с различной структурой / Н. М. Гринберг,
В. А. Сердюк, Т. И. Малинкина. А. С. Камышков // Про-
блемы прочности. 1982. -№ 1. С. 61 67.
207. Захаров М. В., Захаров А. М. Жаропрочные спла-
вы. - М.: Металлургия, 1972. 384 с.
208. Збйпнев К). Сенченко М. I. Бгпа книга Украши
або Вашингтонський консенсус в ди: Нас.'чдки еконохйчпих
реформ 1991 - 2001 рр. - К.: Видавн. д!м «Княгиня Оль-
га», 2003. - 250 с.
209. Зеркалов Д. В. Транспорт Украши: Довщник. - К.:
Основа, 2002. - 416 с.
210. Зима В. М., Молдовян А. А., Молдовян Н. А. Безопас-
ность глобальных сетевых технологий. 2-е изд. СПб.:
БХВ-Петербург, 2003. - 368 с.
211. Зорилэ В. И. Резервы человеческой психики // Воен.-
мед. журн. - 1988. - № 7. - С. 78-79.
212. Зосимов В. М., Зубков Б. В., Камзолов С. К. Сред-
ства и методы противомолниевой защиты самолетов. - Тби-
лиси: Тобалиси, 1999. - 281 с.
213. Зубков Б. В. Новый методический подход к оценке
безопасности полетов // Проблемы безопасности полетов. -
1998. № 11.-С. 3 6.
214. Зуев В. Е. Распространение видимых и инфракрас-
ных волн в атмосфере. - М.: Сов. радио, 1970. - 496 с.
215. Иваненко В. И., Лабковский В. А. Проблема неопре-
деленности в задачах принятия решений. - К.: Наук, думка,
1990. - 136 с.
216. Иванова В. С. Разрушение металлов. - М.: Метал-
лургия, 1979. 168 с.
217. Иванова В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости
металлов. - М.: Металлургия. 1975. - 303 с.
218. Ивахненко А. Г., Мюллер И. А. Самоорганизация
прогнозирующих моделей. - К.: Техника, 1985. - 224 с.
219. Игнатович С. Р. Закономерности множественного
разрушения сплава ЭИ698ВД при малоцикловом нагруже-
нии // Ав!ац.-косм. техыка i технолопя. - 2001. - Вип. 26. -
С. 136 139.
220. Игнатович С. Р. Критические значения концентра-
ции накопленных рассеянных повреждений // Проблемы
прочности. 1995. - № 4. - С. 61-68.
221. Игнатович С. Р. Прогнозирование объединения рас-
сеянных дефектов // Проблемы прочности. - 1992. - № 2. -
С. 71-77.
222. Игнатович С. Р. Прогнозирование предельного со-
стояния конструктивных элементов ГТД при многоочаго-
вой поврежденности // Вести, двигателестроения. - 2004. -
№ 2. - С. 137-142.
223. Игнатович С. Р. Распределение размеров дефектов
при нагружении // Проблемы прочности. - 1990. - № 9. -
С. 40 45.
224. Игнатович С. Р, Нинасивинча Сото Ф. Ф. Стохасти-
ческая модель формирования неоднородности размеров рас-
сеянных трещин. Сообщ. 1. Стационарный рост трещин //
Проблемы прочности. - 1999. - № 3. - С. 104-113.
225. Игнатович С. Р., Нинасивинча Сото Ф. Ф. Сто-
хастическая модель формирования неоднородности раз-
меров рассеянных трешин. Сообш. 2. Нестационарный
рост трещин // Проблемы прочности. - 1999. - № 4. -
С. 59-67.
226. Игнатович С. Р., Трокоз Г. А. Прогнозирование
ресурса с учетом особенностей развития системы поверх-
ностных микрометровых трещин // Проблемы прочности. -
1990. № 2. С. 17-22.
227. Ильинский В. М. Системы контроля авиационных
силовых установок. М.: Транспорт, 1980. 85 с.
228. Интеграция глобальной организации воздушного
движения. Монреаль: ICAO. 2000. 296 с.
229. Интеллектуальные средства диагностики и про-
гнозирования надежности авиадвигателей: Монография /
Список использованной литературы
983
В. И. Дубровин, С. А. Субботин, А. В. Богуслаев, В. К. Яцен-
ко. - Запорожье: ОАО «Мотор-Сич», 2003. - 279 с.
230. Интеллектуальный контроль состояния авиацион-
ных ГТД / Г. Г. Куликов, П. С. Котенко, П. С. Фатиков и
др. // Ав1ац.-косм. тсхшка i технология. - 2002. - Вип. 31. -
С. 163 167.
231. Интересы пользователей и общественности:
Мир гражданской авиации 1999-2002: Циркуляр ICAO 279 //
Проблемы безопасности полетов. - 2002. - № 3. -
С. 26 31.
232. Ионов В. И., Огибалов П. М. Прочность простран-
ственных элементов конструкций // Основы механики
сплошной среды. - М.: Высш, шк., 1979. - 384 с.
233. Использование сети Интернет для предоставления
авиационных метеорологических данных и прогнозов авиа-
ционному сообществу. MET/02-WP/38, CAeM-XII/Doc 38,
4/6/02WP/38 // Специализир. совещание по метеорологии,
ICAO, ВМО, Комиссия по авиац. метеорологии. - Монре-
аль, 2002. - 9 с. <http://www.icao.int/icao/en/anb/met/
<livmtg/wp/wpO38_ru.pdf>
234. Итоги работы воздушного транспорта Украины за ян-
варь - апрель 2004 г. // Транспорт. - 2004. -№22(149). - С. 46-50.
235. Ищенко С. А. Метод оценки располагаемой тяги
воздушных судов гражданской авиации на взлетном режи-
ме в условиях эксплуатации // Моделирование полета и
идентификация характеристик воздушных судов: Сб. науч,
тр. К.: КИИГА, 1992. - С. 90 99
236. Ищенко С. А., Давидов А. Р. Оценка суммарной по-
грешности в определении летно-технических характерис-
тик по данным бортовых систем регистрации // Моделиро-
вание полета и аэродинам. исследования: Сб. науч. тр. К.:
КИИГА, 1988. - С. 63-67.
237. Ищенко С. А., Давидов А. Р., Сахно С. Г. Погрешно-
сти восстановления параметров движения воздушных судов
по данным штатных бортовых систем регистрации режимов
полета // Обеспечение безопасности полетов в особых слу-
чаях полета: Сб. науч. тр. - К.: КИИГА, 1986. - С. 84-86.
238. Ищенко С. А., Семитковская Т. О. Концепция пост-
роения моделированного комплекса изучения влияния ин-
дивидуальных особенностей воздушного корабля на его лет-
ные характеристики // Вести. НАУ. - Вып. № 4(11). К.,
2001. - С. 58-64.
239. К критерию определения источника сигналов акус-
тической эмиссии при нагружении материалов / Н. В. Но-
виков, С. Ф. Филоненко, Н. И. Городыский, В. С. Бирюков //
Сверхтвердые материалы. -1987. № 2. - С. 42-45.
240. Казак В. И. Учет социально-психологических факто-
ров при формировании экипажей летательных аппаратов //
Украина AGAPO NATO - Россия: Сб. науч. тр. первого
междунар. симпозиума по проблемам авиац. и косм, меди-
цины'. К., 1997. - С. 271-274.
241. Калинин Г. М. Индикация данных о сдвиге ветра в
кабине пилотов // Проблемы безопасности полетов. 1993.
№ 2. - С. 45-53.
242. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирова-
ние систем. - М_: Мир, 1980. - 606 с.
243. Карасев В. А., Максимов В И., Сидоренко М. К. Виб-
рационная диагностика газотурбинных двигателей. М.:
Машиностроение, 1978. 132 с.
244. Карасев В. А., Ройтман А. Б. Доводка эксплуатиру-
емых машин Вибродиагностичсские методы. М.: Маши-
ностроение, 1986. - 192 с.
245. Касьянов В. А., Ударцев Е. И. Определение харак-
теристик воздушных судов методами идентификации.
М.: Машиностроение, 1988. - 170 с.
246. Каторин Ю. Ф., Куренков £. В., Остапенко А. И.
Большая энциклопедия промышленного шпионажа. - СПб.:
ООО «Изд-во Полигон», 2000. - 896 с.
247. Качурин Л. Г., Кармов М. I., Медалиев X. X. Основ-
ные характеристики радиоизлучения конвективных обла-
ков // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана.
1974. - Т. 10, № 11. С. 1163 1170.
248. Кашматов В. И. Эргономический анализ катаст-
рофы самолета Ту-154Б2 в аэропорту Норильск // Про-
блемы безопасности полетов. - 1999. - № 6. - С. 3-9.
249. Кеба И. В. Диагностика авиационных газотурбин-
ных двигателей. - М.: Транспорт, 1980. 245 с.
250. Кинасошвили Р. С. Определение запасов прочности
при нестационарной температуре и нестационарной напря-
женности // Изв. АН СССР. Сер. Механика и машиностро-
ение. 1959. № 3. - С. 126-128.
251. Киселевский В. И. Температурно-временное кине-
тическое уравнение ползучести жаропрочных сплавов с уче-
том эффекта старения // Проблемы прочности. - 1984. -
№ 5. - С. 7-10.
252. Киялбаев Д. А., Чудновский А. И. К вопросу о харак-
теристиках разрушения // Тр. Ленинград, инж.-строит. ин-та
(ЛИСИ). - 1969. - № 10. - С. 32-34.
253. Кобець М. В., Хахановський В. Г. Боротьба з проява-
ми тероризму, що пов’язаш з використанням вибухових
речовин: Навч.-метод. nociG. / Заг. ред. Я. Ю. Кондратьева. -
К.: Нац. акад, внутр, справ Укра1ни, 2000. - 72 с.
254. Коваленко И. И., Кузнецов Н. Ю. Методы расчета
высоконадежных систем. - М.: Радио и связь, 1988. - 175 с.
255. Когаев В. П., Гусенков А. П., Бутырев Ю. И. Дефор-
мационная трактовка накопления усталостных поврежде-
ний при нерегулярном малоцикловом и многоцикловом
нагружении с перегрузками // Проблемы прочности. - 1978. -
№ 5. С. 57-64.
256. Когаев В. П.. Махутов И. А., Гусенков А. И. Расчеты
деталей машин и конструкций на прочность и долговеч-
ность: Справочник. - М.: Машиностроение, 1985. - 223 с.
257. Кожевников К). М. Параметрическая диагностика
установившихся состояний ГТД // Авиац. техника. 1992.
№ I. С. 66-71.
258. Козлов Л. А., Балашов Б. Ф. Вероятностная оценка
характеристик сопротивления усталости и действующих
напряжений в деталях машин в связи с расчетом на проч-
ность при многоцикловом нагружении // Проблемы проч-
ности. - 1983. - № 5. С. 59-64.
259. Козлюк!. О. Забезпечення економ1чно! безпеки ав!а-
ШЙНО1 галузк Монография. К.: НАУ, 2005. - 202 с.
260. Колмогоров А. Н. О логарифмически нормальном
законе распределения размеров частиц при дроблении //
Докл. АН СССР. - 1941. Вып. 31, № 2. - С. 99-101.
261. Комаров А. А. Надежность воздушных судов. - К.:
КМУГА, 1997. 416 с.
262. Комаров А. А., Журавлева Л. А. Свойства и возмож-
ности эргатической системы «воздушное судно-экипаж-сре-
да». К.: КМУГА, 1999. 248 с.
263. Комаров А. А., Лукьянов В. И., Рынка В. И. Эксплу-
атация функциональных систем самолета Ан-24 и безопас-
ность полета. Ч. 1. Эксплуатация и обслуживание топлив-
ной системы. - Кировоград: КВЛУГА, 1983. 63 с.
984
Список использованной литературы
264. Конахович Г. Ф. Системи радюзв’язку. - К.: НАУ,
2004. - 312 с.
265. Конвенция о международной гражданской авиа-
ции (Чикагская конвенция), ICAO-2000. Doc 7300/8. - 51 с.
<http://www.icao.int>
266. Конеев Н. Р., Беляев А. В. Информационная без-
опасность предприятия. - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 725 с.
267. Коновалов А. В. Многомерные модели и критерий
вязкого разрушения при пластической деформации // Про-
блемы прочности. - 1988. -№ 9. - С. 14--18.
268. Кононов И. И., Петренко И. А., Снегуров В. С. Радио-
технические методы местоопределения грозовых очагов. -
Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 222 с.
269. Конструкционные и жаропрочные материалы для
новой техники: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1978. - 344 с.
270. Конструкция и прочность авиационных газотурбин-
ных двигателей / Л. П. Лозицкий, А. Н. Ветров, С. М. До-
рошко и др. - М.: Воздуш. трансп., 1992. - 529 с.
271. Луцький М. Г. Особливост! управлшня швестищй-
ними ризиками в систем! корпоративного управлшня //
Проблеми системного пшходу в економш: 36. наук, праць. —
2007. - Вип. 20. - С. 11-14.
272. Луцький М. Г., Давиденко В. В. Когштивна еконо-
м!ка в po3pi3i глобал1заш! економ!чних процейв // Мате-
р!али VII М1жн. наук.-техн. конф. “ABIA-2007”, 25—
27 квН., т. 3. - 2007. - С. 51.4-51.6.
273. Контроль состояния двигателей современных и
перспективных пассажирских самолетов европейских авиа-
компаний // Новое в зарубеж. авиадвигателестроении. —
1980. - № 10. - С. 11-14.
274. Контроль текущей надежности работы операторов
на основе психофизиологических критериев / А. В. Кар-
пенко, А. Ю. Буров, А. Г. Григорусь и др. //Атомные электр.
станции. 1984. -№ 7. С. 156.
275. Концепция (основи державно!' полпики) нашональ-
но!' безпеки Украши // Голос Украши. - 1999. - 4 лют.
276. Концепц1я реформування транспортного сектора
Украши / Ю. М. Цветов, Л. М. Соколов, Ю. М. Федюшкин
та ш. К.: ВАТ 1КТП-ЦЕНТР, 1999. 67 с.
277. Кораблев А. В., Яновский Ф. И. Анализ погрешностей
НН-метода измерения дальности до источника грозового
разряда // Вести. КМУГА. - 2000. - Вып. ЗЛ. С. 147-154.
278. Кордонский X. Б. Приложения теории вероятнос-
тей в инженерном деле. - М.: Физматгиз, 1963. - 435 с.
279. Корнилова Т. В. Психология риска и принятия ре-
шений. - М.: Аспект Пресс, 2003. - 286 с.
280. Корнильев Э. А., Прокопенко И. Г., Чуприн В. М.
Устойчивые алгоритмы в автоматизированных системах об-
работки информации. К.: Техника, 1989. - 224 с.
281. Корченко А. Г. Построение систем защиты инфор-
мации на нечетких множествах. Теория и практические ре-
шения. - К.: МК-Пресс, 2006. - 320 с.
282. Корченко А. Г., Карпенко С. В., Пацира Е. В. Авиаци-
онная безопасность: Международ, конвенции. Прил. 17. -
К.: НАУ, 2004. - 116 с.
283. Корченко О. Г. Системи захисту шформаци: Мо-
нограф!я. - К.: НАУ, 2004. - 264 с.
284. Косевцов В., Бтько I. Нацюнальна безпска Украши:
проблеми та шляхи реал!зацп прюритетних нашональних
iHTepeciB: Монограф!я. К.: Н1СД, 1996. - 53 с.
285. Косиченко Е. Ф. Совершенствование управления
транспортом в условиях экономической реформы (на при-
мере гражданской авиации). - М.: Транспорт, 1996.
199 с.
286. Космическая метеорологическая система МЕТЕОР.
1997-2002 SMIS ИКИ РАН и НИЦ «ПЛАНЕТА» Москва,
Россия. - < http://sputnik.infospace.ru/>
287. Косточкин В. В. Надежность авиационных дви-
гателей и силовых установок. - М.: Машиностроение. 1976. -
248 с.
288. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. -
М.: Радио и связь, 1982. - 432 с.
289. Кофман В. Д., Железнякова Ю. Д., Афанасьева Л. А.
Новости Международной Ассоциации по БП на транспорте
(ITSA Report)//Проблемы безопасности полетов. -2001. -
№ 7. - С. 7-13.
290. Красников А. Ф., Черненко Ж. С. Оценка и прогно-
зирование технического состояния самолета Ил-86 на ос-
нове полетной информации // Автоматизация контроля и
диагностики техн, состояния самолетных систем. - Рига:
РКИИГА, 1981. С. 3-11.
291. Кривов Г. А., Матвиенко В. А., Резников В. А. Систе-
ма управления качеством производства авиационной тех-
ники. - К.: Техшка, 2004. - 272 с.
292. Криминалистическая взрывотехника: основы теории
и практики. <http://www.explosive.ru/6/4/727.html>
293. Круглый стол МО «Актуальные вопросы глобализа-
ции» // Мировая экономика и междунар. отношения.
1999. №4. -С. 23-31.
294. КТ-178А. Квалификационные требования. Ч. 178А.
Требования к программному обеспечению бортовой аппа-
ратуры и систем при сертификации авиационной техники. -
Жуковский: АОЗТ «ИСПАС», 1997. - 64 с.
295. КТ-178В. Квалификационные требования. Ч. 178В.
Требования к программному обеспечению бортовой аппа-
ратуры и систем при сертификации авиационной техники.
Жуковский: НИИ АО, 2004. - 107 с.
296. Кузнецов Н. Д. Прочность элементов конструкций
ГТД в условиях малоциклового нагружения // Малоцикло-
вая усталость элементов конструкций. - Вильнюс, 1979.
Вып. 1. - С. 13-17.
297. Кузнецов Н. Д., Цейтлин В. И. Эквивалентные ис-
пытания газотурбинных двигателей. - М.: Машинострое-
ние, 1976. - 212 с.
298. Кузьмин М. А. О структурной модели ползучести,
учитывающей историю нагружения // Проблемы прочнос-
ти. - 1983. № 6. С. 16-19.
299. Кузьмин Н. И.. Романов С. В. Риск и безопасность с
точки зрения системной динамики // Радиац. безопасность
и защита АЭС. - М,: Энергоатомиздат. 1991. - С. 82-105.
300. Кулагин Б. В. Основы профессиональной психо-
диагностики. -Л.: Медицина, 1984. - 216 с.
ЗОЕ Кулик М. С., Тарасенко А. В. Автоматизована систе-
ма супроводу ав!ашйних двигуыв в експлуатацп // BicH.
КМУЦА. 1999. - № 2. С. 1-7.
302. Кулик М. С., Якименко В. В. Приведения параметр!в
робочого процесу турбогвинтових двигушв Ан-24 до режи-
му пор!вняння в пропей д!агностування // BicH. КМУЦА. -
1998. № 1. С. 15 19.
303. Кулик Н. С., Кучер А. Г., Тарасенко А. В. Система
управления ТС авиационных ГТД в эксплуатации // BicH.
КМУЦА. 2000. №1. С. 29-37.
304. Кулик Н. С., Тамаргазин А. А. Оценка технического
состояния авиационных двигателей с учетом случайных
Список использованной литературы
985
ошибок в диагностической информации // Авиац.-косм.
техника и технология. - 2005. - № 8(24). - С. 186—189.
305. Кулик Н. С., Тамаргазин А. А. Перспективные на-
правления диагностирования авиационных двигателей //
Авиац.-косм. техника и технология. - 2001. - Вип. 23. -
С. 163-166.
306. Кулик Н. С., Тамаргазин А. А. Формирование про-
граммы диагностирования двигателей модульной конструк-
ции // BicH. двигунобудування. - 2004. - № 2. - С. 169-172.
307. Кулик Н. С., Тамаргазин А. А., Линник И. И. Показа-
тели качества функционирования авиационных ГТД // 36.
наук, праць XAL- 2002. - Вип. 34. - С. 4-7.
308. КурранД. Р. Динамическое разрушение //Динами-
ка удара: Сб. науч. тр. - М.: Мир, 1985. - С. 257-293.
309. Кучер А. Г. Аналитический метод расчета вероят-
ностных характеристик накопленной повреждаемости и
числа циклов до разрушения в деталях ГТД // Оценка техн,
состояния авиац. ГТД в процессе эксплуатации: Сб. на-
учи. тр. - К.: КНИГА, 1986. - С. 62 71.
310. Кучер А. Г. Вероятностная оценка накопленной по-
вреждаемости и ресурса деталей ГТД при различных зако-
нах распределения параметров нагруженности и прочности
материала // Эксплуатац. надежность авиац. газотурбин,
двигателей: Межвуз. сб. науч. тр. - К.: КНИГА, 1989. -
С. 99-111.
311. Кучер А. Г. Вероятностное описание характеристик
прочности жаропрочных сплавов // Диагностика и прогно-
зирование техн, состояния авиац. ГТД: Межвуз. сб. науч,
тр. - К.: КИНГА, 1985. - С. 17 27.
312. Кучер А. Г. Вероятностные модели повреждаемости
деталей ГТД за полетный цикл // Техн, диагностирование
авиац. двигателей: Межвуз. сб. науч. тр. - К.: КНИГА,
1987. С. 51-61.
313. Кучер А. Г. Модель вероятностного суммирования
повреждений при различных законах распределения повреж-
даемостей за полетный цикл // Надежность и долговечность
деталей и узлов авиац. техники: Сб. науч. тр. - К.: КНИГА,
1986. - С. 41-44.
314. Кучер А. Г. Определение вероятностных характери-
стик коэффициентов запаса прочности и выработки ресур-
са деталей ГТД в процессе эксплуатации // Проблемы оп-
тимизации системы диагностирования авиац. техники: Сб.
науч. тр. - К.: КИИГА, 1985. - С. 66-69.
315. Кучер А. Г. Оценка и прогнозирование ресурса на
основе нелинейных вероятностных моделей суммирования
повреждений // Вопросы совершенствования технологии
ремонта воздушных судов: Сб. науч. тр. - К.: КИИГА,
1988. - С. 81-85.
316. Кучер А. Г. Прогнозирование ресурса машин на ос-
нове нелинейных вероятностных моделей суммирования
повреждений // Методы и средства контроля техн, состоя-
ния авиадвигателей: Межвуз. сб. науч. тр. - К.: КИИГА,
1989.-С. 86-100.
317. Кучер А. Г. Тамаргазин А. А. Оценка качества функ-
ционирования систем авиационных ГТД // Проблемы уп-
равления техн, эксплуатацией авиац. техники: Межвуз. сб.
науч. тр. - К.: КМУГА, 1995. - С. 73-84.
318. Кучер А. Г., Якушенко А. С., Сухоруков А. Ю.
Оптимизация метода обучения нейронной сети для рас-
познавания класса технического состояния ГТД //
Авиац.-косм. техника и технология. - 2004. - № 7(17). -
С. 184-188.
319. Кучер О. Г., Орлов!. О., Снег!рьов М. О. Д1агносту-
вання поршневого багатоступеневого компресора за пара-
метрами робочого процесу // В1сн. КМУЦА. - 1999. -
№ 2. - С. 13 20.
320. Кучер О. Г., Харитон В. В. Пор1вняння розрахунко-
вих метод!в для визначення напружено-деформованого ста-
ну диска турбши ав!ашйного газотурбшного двигуна //
BicH. НАУ. - 2005. - № 4. - С. 43-50.
321. Лазнюк П. С., Жданов А. И., Виноградский П. М.
Влияние ливневых осадков на аэродинамические харак-
теристики самолета // Веста. КМУЦА. - 2000. - № 3-4
(Вып. 7). - С. 337-343.
322, Ланге Ю. В. Акустические низкочастотные методы
неразрушающего контроля многослойных конструкций. -
М.: Машиностроение, 1991. - 272 с.
323. Лапа В. В., Козлов В. В. О значении человеческого
фактора в медицинском обеспечении безопасности полетов //
Воен.-мед. журн. - 1996. - № 4. - С. 41-44.
324. Летчик как динамическая система/А. В. Ефремов,
А. В. Оглоблин, А. Н. Предтеченский, В. В. Родченко. - М.:
Машиностроение, 1992. - 336 с.
325. Лившиц В. Н. Системный анализ на транспорте. -
М.: Транспорт, 1986. - 240 с.
326. Лозицкий Л. П., Ветров А. Н., Кучер А. Г. Стохасти-
ческая модель накопления повреждений в элементах кон-
струкций авиадвигателей // Надежность и долговечность
машин и сооружений: Межведомств, республ. сб. науч. тр. -
1982. - Вып. 2. - С. 7-10.
327. Лозицкий Л. П., Янко А. К, Лапшов В. Ф. Оценка
технического состояния авиационных ГТД. - М.: Транспорт,
1982. - 160 с.
328. Львов В. М. Проблема безопасности полетов и эр-
гономические технологии // Проблемы психологии и эрго-
номики: Специализир. выпуск «Безопасность полетов». -
2002. № 5. - С. 22-25.
329. Ляшко И. И., Белов Ю. А., Егоров Б. М. Математи-
ческое обеспечение сложного эксперимента // Проблемы
построения мат. и програм. обеспечения измерительно-вы-
числит. комплексов. - К..: Наук, думка, 1990. - Т. 5. - 368 с.
330. Майерс Г. Надежность программного обеспечения. -
М_: Мир, 1980. - 360 с.
331. Макаренко Н. В. Теоретические основы и методики
профессионального психофизиологического отбора военных
специалистов: Монография. - К.: Сент-Жак, 1996. - 336 с.
332. Макаров Р. Н. Основы формирования профессио-
нальной надежности летного состава ГА. - М.: Воздуш.
трансп., 1990. - 382 с.
333. Максименко Г. А., Хорошко В. А. Методы выяв-
ления, обработки и идентификации сигналов радиозакладных
устройств. - К.: ООО «Полиграфконсалтинг», 2004. - 317 с.
334. Максимов В. П., Егоров И. В., Карасев В. А. Изме-
рение, обработка и анализ быстропеременных процессов в
машинах. - М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.
335. Малинецкий Г. Г. Наука о риске и жизнь// Пробле-
мы безопасности при чрезвычайных ситуациях. - 2001. -
№ 3. - С. 59-72.
336. Малинин Н Н. Расчеты на ползучесть элементов
машиностроительных конструкций.- М.: Машиностроение,
1981. - 219 с.
337. Мандриков М. Е. Основы экономической теории
рынка и ее особенности на транспорте. - М.: Транспорт,
1996. - 303 с.
62 8-470
986
Список использованной литературы
338. Марков М. М. Терроризм. - <http://zharinov.wallst.ru/
terrorism_markov.htm>
339. Масленков С. Б. Жаропрочные стали и сплавы. -
М.: Металлургия, 1983. - 191 с.
340. Матвеенко А. М., Меденков А. А.. Стеблецов В. Г.
Новые подходы к оценке и прогнозу уровня безопасности
полетов // Проблемы психологии и эргономики. - 2003. -
№ 2. - С. 62 64.
341. Математична модель пошкодження крихких i пла-
стичних матер!ал1в поверхневими м!кротр1щинами, що
враховуе силову взаемод!ю дсфекйв / С. Р. 1гнатович. О. Г. Ку-
чер, О. С. Якушенко, О. В. Башта // Ав1ац.-косм. технжа i
технолопя. - 2002. - Вип. 34. - С. 99-102.
342. Материалы 2-го совещания Комитета по охране ок-
ружающей среды САЕР/2 ICAO. - Монреаль, 1991. - 98 с.
343. Махутов Н. А. Деформационные критерии разру-
шения и расчет элементов конструкций на прочность. - М.:
Машиностроение, 1981.-271 с.
344. Махутов Н. А. Проблемы снижения рисков возник-
новения чрезвычайных ситуаций техногенного характера //
Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. -
2001. - № 3. - С. 29—42.
345. Меденков А. А. Актуальные проблемы авиацион-
ной эргономики И Проблемы психологии и эргономики. -
2005. - Вып. 3. - С. 34-38.
346. Меденков А. А. Эргономические исследования и раз-
работки в авиации. - М.: Полет, 1998. - 32 с.
347. Меденков А. А., Рысакова С. Л. Человек в УВД //
Проблемы безопасности полетов. - 1992. - Вып. 12. -
С. 31-60.
348. Международные стандарты и рекомендуемая прак-
тика: Аэродромы. Прил. 14 к конвенции о международной
гражданской авиации. Т. 1. Проектирование и эксплуата-
ция аэродромов / ICAO. - Монреаль. 1997. - 112 с.
349. Международные стандарты. Летная годность воздуш-
ных судов. Прил. 8 к Конвенции о международной граж-
данской авиации / ICAO. - Монреаль, 1988. - 87 с.
350. Меррингтон К., Гудвин К. Обнаружение и диагнос-
тика дефектов в газовых турбинах // Соврем, машиностро-
ение. Сер. А. - 1991. - № 7. - С. 97-104.
351. MET/02-WP/12 САеМ-Xtl/Doc 12. ICAO. Специа-
лизированное совещание по метеорологии (МЕТ) (2002),
ВМО Комиссия по авиац. метеорологии. - Монреаль,
9-27 сент. 2002. - 7 с.
352. MET/02-WP/64 CAeM-XII/Doc 64 24/9/02. ICAO.
Специализированное совещание по метеорологии (МЕТ)
(2002), ВМО Комиссия по авиац. метеорологии. - Монре-
аль, 9-27 сент. 2002. - 32 с.
353. Метод конечных элементов в механике твердых тел /
Под общ. ред. А. С. Сахарова, И. Альтенбаха. - К.: Вища
шк., 1982. - 479 с.
354. Методи захисту банкшсько! шформацп: Навч. по-
Обник/ В. К. Зад!рака, О. С. Олексюк, Н. О. Недашковсь-
кий та 1н. - К.: Вища шк., 1996. - 261 с.
355. Методика виконання експертизи (техычно!' ошн-
ки) матер!ал1в. як! приведен! у додатку до зв!ту з анал!зу
безпеки дпочих енергоблок!в АЕС «1мов!ршсний анал!з без-
пеки». ГИД 306.7.02/2.048-01 / Держ. компет ядер, регулю-
вання УкраТни. К., 2001. - 148 с.
356. Методика виконання експертизи (техшчно! ощн-
ки) матер!ал!в, як! приведен! у додатку до звпу з анал!зу
безпеки д!ючих енергоблоОв АЕС «Анал!з запроектних
аварш». ТНД 306.7.02/2.047-01 / Держ. комитет ядер, регулю-
вання УкраТни. - К., 2001. - 115 с.
357. Методика определения рисков и их приемлемых
уровней для декларирования безопасности объектов повы-
шенной опасности / Госкомитет Украины по надзору за
охраной труда. - К.: Основа, 2003. - 128 с.
358. Методические рекомендации по разработке регио-
нальных программ развития ТДК. - М.: Эфтер-СОПС,
1997. - 202 с.
359. Методы исследования сопротивления материалов
деформированию и разрушению при циклическом нагру-
жении / В. Т. Трощенко, В. А. Грязнов, В. А. Стрижало и
др. - К.: Наук, думка, 1974. - 254 с.
360. Методы определения соответствия к АП 25.571
«Обеспечение безопасности конструкции по условиям проч-
ности при длительной эксплуатации». - М.: Минтранс,
1996. -29 с.
361. Механика полета: Общие сведения. Уравнения дви-
жения / С. А. Горбатенко, Э. М. Макашов, Ю. Ф. Полушкин,
Л. В. Шефтель. - М.: Машиностроение, 1969. - 420 с.
362. Механика разрушения и прочность материалов:
Справ, пособие: В 4 т. / Под общ. ред. В. В. Панасю-
ка. - К.: Наук, думка, 1988. - Т. 2. - 620 с.
363. Новак В. О., Макаренко Л. Г., Луцький М. Г. 1нфор-
мащйне забезпечення менеджменту: Навч. пос!б. — К.:
Кондор, 2006. — 462 с.
364. Минченков О. С., Костенко Н. А., Попов Ю. И.
О взаимном влиянии трещиноподобных дефектов, распо-
ложенных в объемных телах // Проблемы прочности. 1990. -
№ 8. - С. 34-37.
365. Мировая экономика: Экономика зарубежных стран:
Учебник / Под. ред. В. П. Колесова и М. Н. Осьмовой. -
М.: Флинта, 2000. - 204 с.
366. Миронов А. Д., Селивестрова Н. Г. Анализ крупных
авиационных происшествий в ГА США, связанных с дея-
тельностью экипажей ВС // Проблемы безопасности поле-
тов. - 1995.-№ II.-С. 3-26.
367. Моделирование объединения рассеянных поверхностных
трещин. Сообщ. I. Вероятностная модель объединения тре-
щин / С. Р. Игнатович, А. Г. Кучер, А. С. Якушенко,
А. В. Башта // Проблемы прочности. - 2004. - № 2. - С. 21-32.
368. Моделирование объединения рассеянных поверхност-
ных трещин. Сообщ. 2. Имитационная модель множествен-
ного разрушения / С. Р. Игнатович, А. Г. Кучер, А. С. Яку-
шенко, А. В. Башта // Проблемы прочности. - 2005. - № I. -
С. 108-117.
369. Модель формування нечггких еталошв для систем
виявлення атак / В. П. Бабак, О. Г. Корченко, 6. В. Пацира
та 1Н. И Защита информации: Сб. науч. тр. - К.: НАУ, 2005. -
Вып. 12. - С. 23-30.
370. Мозгалевский А. В., Гаспаров Д. В. Техническая диа-
гностика. - М_: Высш, шк., 1975. - 203 с.
371. Монокрович Э. И. Гидрометеорологическая ин-
формация в народном хозяйстве. Л.: Гидрометеоиздат,
1980. - 176 с.
372. Мосолов А. Б., Динариев О. К>. Автомодельность и
фрактальная геометрия разрушения // Проблемы прочнос-
ти. 1988. № 1.-С. 3-7.
373. Мочерний С. В. Економ!чний суверештет УкраТни та
шляхи його досягнення. - К.: Вища шк., 1998. - С. 9 17.
374. Мучник В. М. Физика грозы. - Л.: Гидрометеоиз-
дат, 1974. - 351 с.
Список использованной литературы
987
375. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцик-
ловая усталость. - М.: Машиностроение. 1974. - 344 с.
376. Назарин В. Н. Бортовые самописцы высокой техно-
логии // Проблемы безопасности полетов. - 1997. - № 10. -
С. 3-8.
377. Наймарк О. Б., Давыдова М. М. О статистической
термодинамике твердых тел с микротрещинами и автомо-
дельности усталостного разрушения // Проблемы прочнос-
ти. - 1986. -№ I.-C. 91-95.
378. Наставление по производству полетов в граждан-
ской авиации СССР (НПП ГА-85). - М.: Воздуш. трапсп.,
1985. - 254 с.
379. Национальный план для систем CNS/ATM: Инструкт.
материал. Циркуляр 278-AN164. - Монреаль, 2000. - 174 с.
380. Нгуен М. X. Моделирование приближенных рас-
суждений с помощью нечеткозначной вероятностной логи-
ки И Техн, кибернетика. - 1993. - № 5. - С. 43-61.
381. Недосекин Д. Д., Прокопчина С. В., Чернявский Е. А.
Информационные технологии интеллектуализации измери-
тельных процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1995. 185 с.
382. Неймарк М. С., Цесарский Л. Г. Обеспечение без-
опасности полета на всех этапах жизненного цикла самоле-
та на основании единой модели // Надежность и контроль
качества. - 1995. - № 3. - С. 41-52.
383. Неймарк М. С., Цесарский Л. Г. Определение переч-
ня возможных неправильных действий экипажа на основа-
нии универсальной модели // Проблемы безопасности по-
летов. - 1996. - № 1. - С. 8-13.
384. Неймарк М. С., Цесарский Л. Г. Определение степени
опасности функциональных отказов по методу «достраива-
ния событий» // Проблемы безопасности полетов. - 1995. -
№ 1.-С. 37-45.
385. Немец Я. Развитие усталостных трещин // Пробле-
мы прочности. - 1988. - № 7. - С. 9-18.
386. Неразглашение некоторых записей и данных, имею-
щих отношение к авиационному происшествию или инци-
денту: Резолюция 33-й сессии Ассамблеи ICAO от 05.10.2001:
АЗЗ WP 26. AD 10. - Монреаль. 2001. - 241 с.
387. Неразрушающий контроль. Кн. 2. Акустические ме-
тоды контроля: Практ. пособие / И. Н. Ермолов, Н. П. Але-
шин, А. И. Потапов; Под ред. В. В. Сухорукова. М.: Высш.
шк„ 1991.-283 с.
388. Нестерова Л. М. Ошнка ризику зикнень повпря-
них кораблгв у зон! аеродрому // BicH. НАУ. - 2002. - № 3. -
С. 88-91.
389. Неч1тк1 модел! систем виявлення атак на баз! ета-
лон!в 1 евристичних правил / В. П. Бабак, О. Г. Корченко,
С. В Пацира та !н. // Защита информации: Сб. науч. тр. -
К.: НАУ, 2005. - Вып. 12. - С. 31-37.
390. Новожилов Г. В.. Неймарк М. С., Цесарский Л. Г.
Безопасность полета самолета. Концепция и технология. -
М.: Машиностроение, 2003. - 144 с.
391. Новожилов Г. В., Неймарк М. С., Цесарский Л. Г. Обес-
печение безопасности полета гражданских самолетов. Кон-
цепция и технология // Полет. - 2002. - № 10. - С. 40 47.
392. Ноздрин В. И. Взаимодействие летного экипажа и
автоматических систем // Проблемы безопасности полетов. -
2001. - № 4. - С. 20-25.
393. Ноздрин В. И. Проблемы использования бортовых
автоматических систем руководства полетом самолетов высо-
кой технологии // Проблемы безопасности полетов. - 1997. -
№ 11. - С. 25-31.
394. Ноздрин В. И. Расширение понятия «человеческий
фактор» // Проблемы безопасности полетов. - 2001. - № 4. -
С. 25-27.
395. Ноздрин В. И. Столкновение самолетов в воздухе
с птицами Ц Проблемы безопасности полетов. - 2000. -
№ 4. - С. 23-24.
396. Ноздрин В. И. Усиление внимания FAA к изуче-
нию проблемы человеческого фактора // Проблемы без-
опасности полетов. - 1997. - № 3. - С. 10-13.
397. Нормы годности к эксплуатации в СССР воз-
душных трасс (НГЭВТ СССР). - М.: Воздуш. трансп.,
1990. - 69 с.
398. Носов Н. А. Ошибки пилота: психологические при-
чины. М.: Транспорт, 1990. - 64 с.
399. О прогнозировании разрушения горных пород /
С. Н. Журков, В. С. Куксенко, В. А. Петров и др. // Физика
земли. - 1977. - № 6. - С. 11-18.
400. Обзорное выступление Президента Совета Меж-
дународной организации гражданской авиации (ICAO)
д-ра Ассада Котайта на открытии Конференции по авиа-
ционной безопасности на уровне министров (Монреаль,
19 февр. 2002 года). - <www.icao.org>
401. Обоснованное изъятие дисков газотурбинных двига-
телей. Применение методов механики разрушения и нераз-
рушающего контроля / В. Аннис, С. Ван-Вандерхен,
Б. Харрис, Д. Симс // Энерг. машины. - 1981. - № 1. -
С. 184-188.
402. Обробка сигналгв у радюканалах цифрових систем
передавания шформацп / В. П. Бабак, Т. М. Наритник,
Ю. В. Куц, В. Я. Казимиренко. - К: НАУ, 2005. - 476 с.
403. Обрубов А. Г., Грязин В. Е. Динамика полета в усло-
виях сдвига ветра. - Тр. ЦАГИ. 1983. - Вып. 2163. - 24 с.
404. Овчинникова Г. В. Терроризм: Сер. Современные
стандарты в уголовном праве и уголовном процессе / Науч,
редактор проф. Б. В. Волженкин. - СПб., 1998. - 36 с.
405. Определение вероятности падения воздушного
судна на АЭС // Атом, энергия. - 1993. - Т. 74, вып. 1. -
С. 53-58.
406. Орлов О. В. Керування пронесами техшчного об-
слуговування авгацшноТ техники: Навч. пос!бник. - К.: НАУ,
2001,- 108 с.
407. Орлов О. В., Кордяшн Ю. I. Забезпечення ципсносп
системи державного регулювання шдтримання льотног при-
датност! // Вген. КМУЦА. - К., 2002. - № 1. - С. 163-167.
408. Орлов О. В., Кордяшн Ю. I. Концептуалып задач!
пщтримання льотноТ придатност! в цивгльнш агйаци УкраТ-
ни // Ав1ац.-косм. техшка i технолопя. - 2004. - № 2(10). -
С. 58-67.
409. Орловский С. А. Проблемы принятия решений при
нечеткой исходной информации. - М.: Наука, 1981. - 208 с.
410. Основи акустичног екологп / А. Я. Акименко,
В. С. Дщковський, О. I. Запорожець та гн. - Кгровоград:
ТОВ «1мекс-ЛТД», 2002. - 520 с.
411. Оцшювання i прогнозування ресурсу пневматичних
клапашв з електромагштним приводом / О. С. Ситнгков,
Я. Б. Федоричко, О. Г. Кучер, Г. Й. Зайончковський // Пром,
пдравлша ! пневматика: Всеукр. наук.-техн. журн. - 2003. -
№ 2. С. 7-23.
412. Ошибки пилота: человеческий фактор / Пер. с англ.
А. С. Щербакова. М.: Транспорт, 1986. - 262 с.
413. Павлов Б. В. Акустическая диагностика механиз-
мов. М.: Машиностроение, 1971. - 122 с.
988
Список использованной литературы
414. Панасюк В. В. Механика квазихрупкого разруше-
ния материалов. - К.: Наук, думка, 1991. 416 с.
415. Панченко В. Н. Мехашзм вштворення та пшви-
щення в!ддач! основного кап пал у ав!апшприемств. - К.:
Фешкс, 2002. - 364 с.
416. Паркинсон С. Н. Законы Паркинсона / Пер. с англ. -
М.: ООО «Изд-во АСТ», 2002. - 474 с.
417. Пат. 16885 Украша. Способ регулювання коеф!ц!ен-
ту передач! приймального тракту радюлокацшно!' станцп
та пристрш для його реал!зацй / В. П. Дзюбенко, I. Ю. Тро-
ф!мов. - Опубл. 29.08.97, Бюл. № 4.
418. Пат. 36499А Украша. Cnoci6 просторово! локацп
джерел дефекттв, що розвиваються / В. П. Бабак, С. Ф. Фь
лоненко. - Опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3.
419. Пат. 38687А Украша. Перетворювач для прийман-
ня сигналгв АЕ / С. Ф. Фиюненко. - Опубл. 15.05.2001,
Бюл. № 3.
420. Пат. 47257А Украша. Cnoci6 видгдення сигнал!в
акустично! емюп на фон! завад / В. П. Бабак, С. Ф. Фию-
ненко. - Опубл. 17.06.2002, Бюл. № 6.
421. Пат. 53576А. Украша. Cnoci6 лпаководшня з запо-
бшанням несанкцюнованого доступу до керування польо-
том i пристрш для його здшснення / В. П. Бабак, Г. Ф. Ко-
нахович, А. А. Тушк та ш. - Опубл. 15.01.03, Бюл. № 1.
422. Паук С. М. Сети авиационной электросвязи. - М.:
Транспорт, 1986. - 272 с.
423. Пашковский И. М., Поплавский Б. К., Леонов В. А.
Летные испытания самолетов и обработка результатов ис-
пытаний. М.: Машиностроение, 1985. - 413 с.
424. Переберин А. В. О систематизации вейвлет-преобра-
зований // Вычислит, методы и программирование. - 2001. -
Т. 2. С. 13-40.
425. Перов Д. В., Ринкевич А. Б. Фильтрация ультразву-
ковых сигналов лазерного интерферометра с использова-
нием диадного вейвлет-преобразования // Дефектоскопия. -
2002. - № 4. - С. 78-98.
426. Перов Д. В., Ринкевич А. Б., Смородинский Я. Г. Вей-
влетаая фильтрация сигналов ультразвукового дефектоско-
па. - Дефектоскопия. - 2002. - № 12. С. 3-20.
427. Петерсен Т. Б., Ботвина Л. Р. Статистическая мо-
дель накопления повреждаемости в металлах при цикли-
ческом нагружении // Завод, лаб. - 1993. - Т. 59, № I. -
С. 39 42.
428. Петраков А. В., Лагутин В. С. Защита абонентского
телетрафика. - М.: Радио и связь, 2002. - 504 с.
429. Петров В. А. О механизме и кинетике макроразру-
шения // Физика твердого тела. - 1979. - № 12. - С. 3681 -
3686.
430. Пинус Н. 3. Физическая модель турбулентности яс-
ного неба. - М.: Метеорология и гидрология, 1971. - № 6. -
С. 57-66.
431. Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Деформирование и
прочность материалов при сложном напряженном состоя-
нии. - К.: Наук, думка, 1976. - 415 с.
432. Писаренко Г. С., Можаровский Н. С. О критериях
разрушения материалов при термоциклических нагрузках //
Проблемы прочности. - 1969. - № 1. С. 20-25.
433. 1Пдсумки фшансово-господарсько! д!яльносп транс-
портно-дорожнього комплексу Украши за 2003 р. / MiH-во
транс. Украши. К., 2004. - 56 с.
434. Пластическая деформация и разрушение кристалли-
ческих тел. Сообщ. 1. Деформация и развитие микротрещин /
В. И. Бетехтин, В. И. Владимиров, А Г. Кадомцев, А. И. Пет-
ров // Проблемы прочности. - 1979. - № 7. - С. 38-45.
435. Повтряний Кодекс Украши / Мш-во транс. Ук-
раши. - К., 1993. - 36 с.
436. Полный перечень террористических организаций
Мира. - <http://allterror.narod.ru/terr_org.htm>
437. Положения про службове розслшування ав!ашйних
подш на територп Украши (ПРАП-95). Затв. наказом Укр-
ав!атрансу № 268 вщ 28.11.95. - 38 с.
438. Полтавец В. А. Исследование опасных ошибок эки-
пажа по работе с системами самолета и предотвращение их
конструктивными мерами // Проблемы безопасности по-
летов. - 1998. - № 6. - С. 3-13.
439. Полтавец В. А., Плаксина Е. А. Безопасность по-
летов в легкомоторной авиации // Проблемы безопасности
полетов. - 1999. - № 4. - С. 3—12.
440. Пономаренко В. А. Система «человек-человек» и БП //
Проблемы безопасности полетов. - 2001. - № I. - С. 51-59.
441. Пономаренко В. А., Завалова И. Д. Практическая
психология: Проблемы безопасности летного труда. - М.:
Наука, 1994. - 203 с.
442. Попов Ю. В. Комплексная защита зарегистриро-
ванной информации в бортовых устройствах регистрации:
О состоянии стандартизации и унификации требований к
внешним воздействующим факторам при испытаниях защит-
ных бортовых накопителей на сохранность информации //
Проблемы безопасности полетов. - 1996. - № 9. - С. 14-18.
443. Поспелов Д. А. Большие системы: Ситуационное
управление. - М.: Знание, 1975. - 62 с.
444. Поспелов Д. А. Логико-лингвистические модели в
системах управления. - М.: Энергоиздат, 1981. - 232 с.
445. Правила з пошуку та рятування в цившьнш ав!ацп
Украши (ППР ЦА-99) / Держ. департамент ав!ац. транс-
порту Украши. К., 2000. - 52 с.
446. Правила розслшування ав!ашйних подш та шци-
деггпв з цивитьними повпряними судами в УкраТш / Держ.
служба з нагляду за забезпеченням безпеки ав!ацп. - К.,
2005. 160 с.
447. Правила учета степени ответственности зданий и
сооружений при проектировании конструкций. Приложе-
ние к постановлению Госстроя СССР от 19.03.81 № 41,
29.07.82 № 196. - М.: ВИНИТИ, 1982. - 12 с.
448. Практическая диагностика авиационных газотур-
бинных двигателей / Л. П. Лозицкий, В. П. Степаненко,
В. А. Студеникин и др. - М.: Транспорт, 1985. - 102 с.
449. Приборы для неразрушающего контроля материа-
лов и изделий: Справочник / Под ред. В. В. Клюева. - М.:
Машиностроение, 1995. - 850 с.
450. Проблема терроризма на рубеже третьего тысячеле-
тия новой эры человечества. <http://www.e-journal.ru/
p_euro-st3-3.html>
451. Проблема Чорнобильсько! зони вшчуження: Наук,-
техн. зб. - 1998. - Вип. 6. - 182 с.
452. Проблемы синтеза и перспективы развития средств
отображения информации / В. А. Тарасов, Б. М. Гераси-
мов, И. В. Токарев, И. В. Завалин. - К.: Наук, думка,
1988. - 216 с.
453. Прогнозирование изменения функциональных пара-
метров клапанов с электромагнитным приводом при выра-
ботке ресурса / А. Е. Ситников, Я. Б. Федоричко, А. Г. Ку-
чер и др. Ц Пром, гшравлжа i пневматика: Всеукр. наук,-
техн. журн. - 2004. - № 3(5). - С. 10-22.
Список использованной литературы
989
454. Прогнозування втомлсносп слеменлв конструкцп елек-
тромагштних клапан!в при цикличному та импульсному на-
вантаженнях / Ю. М. Рикун1ч, О. 6. Силикон, О. Г. Кучер,
Г. Й. Зайончковський // BicH. СумДУ. - 2003. - № 13(59). -
С. 38 48.
455. Проектирование самолетов / С. М. Егер, В. Ф. Мишин,
Н. К. Лифейцев и др.; Под ред. С. М. Егера. - М.: Машино-
строение, 1983. - 616 с.
456. Прокопенко А. В., Баумштейн М. В. Оценка усталост-
ной живучести компрессорных лопаток ГТД в вероятностном
аспекте // Проблемы прочности. - 1983. - № 11. - С. 74 76.
457. Прокопенко А. В., Черныш О. Н. Развитие коротких
поверхностных усталостных трещин в стали 20X13 и сплаве
ВТ9 // Проблемы прочности. - 1989. - № 5. - С. 12-16.
458. Прокопенко И. Г., Яновский Ф. И. Комплексный ал-
горитм локализации зон опасной турбулентности // Стати-
стические методы обработки информации в авиац. радио-
электрон. системах. - К.: КМУГА, 1995. - С. 29-35.
459. Прокофьев А. И. Надежность и безопасность поле-
тов. - Л.: ОЛАГА, 1980. - 79 с.
460. Проникав А. С. Надежность машин. М.: Машино-
строение, 1978. - 592 с.
461. Прочность и акустическая эмиссия материалов и
элементов конструкций / Под ред. Г. С. Писаренко. - К.:
Наук, думка, 1991.- 231 с.
462. Пугачев В. С. Теория вероятностей и мат. статисти-
ка. - М.: Наука, 1979. - 496 с.
463. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифро-
вой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978. - 847 с.
464. Радиотеплолокация в метеорологии / В. Д. Степа-
ненко, Г. Г. Щукин, Л. П. Бобылев, С. Ю. Матросов. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1987. - 284 с.
465. Развитие авиации. Отчет ICAO. - Монреаль,
2001. - 132 с.
466. Размышления о терроре. - <http://nbp-md.org/
terror.htm>
467. Разработка автоматизированной системы сопрово-
ждения эксплуатации и продления ресурсных показателей
двигателей Д-ЗОКП на самолетах Ил-76 (АС «АЛГОРИТМ
Д-ЗОКП») / Н. С. Кулик, А. В. Тарасенко, В. А. Повороз-
нюк, В. И. Чернов // The world congress «Aviation in the
XXI-st century». - 2003. - C. 317-322.
468. Расследование авиационных происшествий и инци-
дентов. Приложение 13 к Конвенции о международной граж-
данской авиации. - 9-е изд. - Монреаль: ICAO, 2001. - 52 с.
469. Расчет и анализ движения летательных аппаратов:
Инж. справочник / С. А. Горбатенко, Э. М. Макашов.
Ю. Ф. Полушкин, Л. В. Шефтель. - М.: Машиностроение,
1971. 352 с.
470. Расчет конструктивных элементов с трещинами / Под
ред. Н. М. Бородачева. М.: Машиностроение, 1992. - 191 с.
471. Расчет на прочность авиационных газотурбинных
двигателей / Под ред. И. А. Биргера и Н. И. Котерова. - М.:
Машиностроение, 1984. - 208 с.
472. Рева А. Н. Эргономические основы первоначаль-
ной профессиональной подготовки: Дис ... д-ра техн. наук. -
К.: КМУГА. 1996. - 376 с.
473. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. £ Кине-
тическая природа прочности твердых тел. - М.: Наука,
1974. - 560 с.
474. Рекомендательный материал РМ-178А. Оценка со-
ответствия программного обеспечения бортовой аппара-
туры и систем требованиям КТ-178А / МАК/АР. - М.,
1997. - 24 с.
475. Рекомендательный материал РМ-178В. Оценка со-
ответствия программного обеспечения бортовой аппара-
туры и систем требованиям КТ-178В / МАК/АР.
М., 2004. - 42 с.
476. Рибалкй/ В. О., Лазня I. В. Teopifl власность - К.:
Логос, 2000. - 280 с.
477. Розробка фундаментальних принцишв розслщуван-
ня шяащйних под1й в цивыьшй aeiauii. Директива Ради
Свросоюзу вщ 21.11.1994 р. № 94/56. - Монреаль: ICAO,
1994. - 71 с.
478. Ройтман В. М. Общий подход и инженерный ме-
тод оценки стойкости зданий при комбинированных осо-
бых воздействиях типа «удар-взрыв-пожар» // Пожаро-
взрывобезопасность. - 2003. - Т. 12, № 4. - С. 62-67.
479. Романец Ю. В., Тимофеев П. А., Шаньгин В. Ф.
Защита информации в компьютерных системах и сетях /
Под ред. В. Ф. Шаньгина. - 2-е изд., персраб. и доп. - М.:
Радио и связь, 2001. - 376 с.
480. Ромасевич В. Ф., Самойлов Г. А. Практическая аэро-
динамика вертолетов. - М.: Восниздат, 1980. - С. 158-160.
481. Руководство по аэропортовым службам. Ч. 6: Кон-
тролирование препятствий: Doc 9137-AN/898/2. - Монре-
аль: ICAO, 1983. - 68 с.
482. Руководство по всемирной геодезической системе
WGS-84: Doc 9674-AN/946. - Монреаль: ICAO, 1997. - 112 с.
483. Руководство по методике планирования воз-
душного пространства для определения минимумов эше-
лонирования: Doc 9689-AN/953. - Монреаль: ICAO,
1998. - 119 с.
484. Руководство по предотвращению авиационных про-
исшествий. - Монреаль: ICAO, 1984. - 138 с.
485. Руководство по предотвращению авиационных про-
исшествий: Doc 9422. Монреаль: ICAO. 1995. - 148 с.
486. Руководство по представлению данных об авиаци-
онных происшествиях и инцидентах: Doc 9156-AN/900. -
2-е изд. - Монреаль: ICAO, 1987. - 55 с.
487. Руководство по профессиональному психофизио-
логическому отбору в гражданской авиации. Ввод, в дей-
ствие с I июня 1986 г.; Утв. Б. П. Бугаев 27.03.1986 г.
№ 24/И. - М.: Воздуш. трансп., 1986. - 104 с.
488. Руководство по процедурам эксплуатационной ин-
спекции, сертификации и постоянного надзора. - 4-е изд. -
Монреаль: ICAO, 1995. - 59 с.
489. Руководство по психологическому обеспечению от-
бора, подготовки и профессиональной деятельности летно-
го и диспетчерского состава гражданской авиации Россий-
ской Федерации. Ввод, в действие с 01.01.2001. - Ч. 1-5 /
Гос. служба ГА. - М.: Воздуш. граней.. 2001. - 280 с.
490. Руководство по психологическому обеспечению от-
бора, подготовки и профессиональной деятельности летно-
го и диспетчерского состава гражданской авиации Россий-
ской Федерации. Ввод, в действие с 01.01.2001. - Ч. 6:
Приложение к руководству / Гос. служба ГА. - М.: Воз-
душ. трансп.. 2001. - 96 с.
491. Руководство по расследованию авиационных про-
исшествий и инцидентов: Doc 9756 - AN/965. - Монреаль:
ICAO, 2000. - 56 с.
492. Руководство по сертификации и надзору за произ-
водством изделий авиационной техники 21.2С / МАК/АР. -
М„ 2005. - 124 с.
990
Список использованной литературы
493. Руководство по типовым правилам национально-
го регулирования производства полетов и сохранения лет-
ной годности воздушных судов: Doc 9388. - Монреаль:
1САО, 2002. - 138 с.
494. Руководство по требуемым навигационным ха-
рактеристикам (RNP): Doc 9613. - 2-е изд. Монреаль,
ICAO, 1999. - 41 с.
495. Руководство по человеческому фактору. Циркуляр
240. Doc 9683 - AN/144. - Монреаль: 1САО, 1993. - 76 с.
496. Рыбин В. В., Лихачев В. А. Статистика микротрещин
на вязких (чашечных) изломах // Физика металлов и ме-
талловедение. - 1977. - Вып. 5. - С. 1085-1092.
497. Салганик Р. П. Механика тел с большим числом
трещин // Изв. АН СССР. Сер. Механика твердого тела. -
1973. - № 4. - С. 149-158.
498. Самусъ В. М. Количественные оценки безопаснос-
ти полетов: Учебн. пособие. - К.: КИИГА, 1988. - 80 с.
499. Сергиенко И. В., Яненко В. М., Атоев К. Л. Общая
концепция управления риском экологических, техногенных
и социогенных катастроф // Кибернетика и систем, ана-
лиз. - 1997. - № 2. - С. 65-86.
500. Серенсен С. В., Шнейдерович Р. М., Гусенков А. П.
Прочность при малоцикловом нагружении: Основы мето-
дов расчета и испытаний. - М.: Наука, 1975. - 287 с.
501. Серьезное А. Н., Муравьев В. В., Степанов Л. Н.
Локализация сигналов акустической эмиссии в металличе-
ских конструкциях // Дефектоскопия. - 1997. - № 10. -
С. 79-84.
502. Сидоренко М. К. Виброметрия газотурбинных дви-
гателей. - М.: Машиностроение, 1973. - 224 с.
503. Сидоров Н. А. Стилистика программного обеспече-
ния // Проблемы программирования. - 2006. - № 2, 3. -
С. 245-255.
504. Сидоров Н. Восстановление, повторное использова-
ние и переработка // Управляющие системы и машины. -
1998. - № 3, 4. - С. 74-84.
505. Сидоров Н. Применение принципов программной
инженерии в преподавании основ программирования //
Управляющие системы и машины. - 1999. - № 2. -
С 50-59.
506. Сидоров И., Хоменко В. Структура измерителя про-
грамм // Проблеми транспорту: 36. наук, праць. К.: НТУ. -
2005. - Вип. 2. - С. 190 196.
507. Сиратори М., Миеси Т, Мацусита X. Вычислитель-
ная механика разрушения: Пер. с яп. / Под ред. Е. М. Мо-
розова. - М.: Мир, 1986. - 334 с.
508. Сиротин Н. Н., Коровкин Ю. М. Техническая диа-
гностика авиационных газотурбинных двигателей. - М.:
Машиностроение, 1972. - 272 с.
509. Ско тский В. Р. Прибор для регистрации сигналов
акустической эмиссии СВР-4 // Техн, диагностика и нераз-
рушающий контроль. - 1995. - № 1. - С. 71-79.
510. Слесарев Д. А., Барат В. А. Применение вейвлет-
преобразования для анализа сигналов с импульсными
составляющими // Измерит, техника. - 2000. - № 8. -
С. 43—46.
511. Смирнов Н. Н., Ицкович А. А. Обслуживание и ре-
монт авиационной техники по состоянию. - М.: Транспорт.
1980. - 232 с.
512. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных
параметров в задачах со многими критериями. - М.: Наука,
1981.- 108 с.
513. Совершенствование американских самолетных ме-
теорологических РЛС // Радиоэлектроника. Тетр. 3. Обзор /
НИИЭИР. 1983. - С. 41-72.
514. Современные телекоммуникации / Под ред. С. А. Дол-
гого. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 320 с.
515. Соколов А. В., Шаньгин В. Ф. Защита информации в
распределительных корпоративных сетях и системах. - М.:
ДМ К Пресс, 2002. - 636 с.
516. Солохин И. С. Математическая статистика и тех-
нология машиностроения. - М.: Машиностроение,
1981. - 59 с.
517. Соммервил И. Инженерия программного обеспе-
чения. - М_: Вильямс, 2002. - 603 с.
518. Сопротивление материалов деформированию и раз-
рушению: В 2 т. / Под ред. В. Т. Трощенко. - К.: Наук,
думка, 1994. - Т. 2. - 702 с.
519. Сосновский Л. А. Об определении эквивалентного
напряжения на основе статистической теории усталостного
разрушения при сложном напряженном состоянии // Про-
блемы прочности. - 1984. - № 4. - С. 9-12.
520. Состояние БП гражданских воздушных судов стран
СНГ за 1996 г. // Проблемы безопасности полетов. - 1997. -
№ 11. - С. 13-20.
521. Справочник по коэффициентам интенсивности на-
пряжений: В 2 т. / Под ред. Ю. Мураками. - М.: Мир, 1990. -
Т. 1.-448 с.;Т. 2.- 565 с.
522. Справочник по специальным функциям с формула-
ми, графиками и математическими таблицами / Под ред.
М. Абрамовича, И. Стигана. - М.: Наука, 1979. - 832 с.
523. Стандарт Департамента Энергетики США
«DOE-STD-3014-96. DOE Standard. Accident Analysis for
Aircraft Crash Into Hazardous Facilities». Вашингтон: DC,
1979. -110 c.
524. Стандарты ICAO улучшают погоду на востоке //
Новости аэронавигации. - 2001. - № 2, апр. - С. 20-21.
525. Стандарты минимальных эксплуатационных ха-
рактеристик для бортовой метеорологической РЛС с
возможностью обнаружения сдвига ветра DO-220. Special
Committee SC-173, RTCA, 21 Sep. 1993. — Вашингтон:
DC, 1993.
526. Статистические закономерности малоциклового
разрушения / Н. А. Махутов, В. В. Запаринный, Ж. Л. Ба-
зарас и др. М.: Наука, 1989. 254 с.
527. Новак В. О.. Симоненко Ю. Г, Луцький М. Г. 1н-
форматизашя як конкурентна перевага пшприемства //
Формування ринкових вшносин в Укра!нс 36. наук, праць. —
2007. - Вип. 2 (69). - С. 36-39.
528. Стеклов В. К, Беркман Л. Н. Телекоммуникаци-
онные сети. - К.: Техшка, 2000. - 396 с.
529. Степаненко В. Д. Радиолокация в метеорологии. -
Л.: Гидромстеоиздат, 1973. - 344 с.
530. Степанова Л. Н., Лебедев Е. Ю., Кабанов С. И. Ло-
кализация сигналов АЭ при прочностных испытаниях кон-
струкций с использованием пьезоантенны произвольной
формы // Дефектоскопия. 1999. № 9. - С. 47-54.
531. Стрелков 10. К. Инженерная и профессиональная
психология. - М.: Издат. центр «Академия»; Высш. шк..
2001. 360 с.
532. Сугоняко Л. М., Харченко В. П. 1нформащйний кон-
тур розв’язання динам!чних конфлпегних ситуашй систе-
ми аеронавиащйного обслуговування // Bien. КМУЦА.
2000. - № 3-4 (7). - С. 261-267.
Список использованной литературы
991
533. Сула А. С., Ремизов В. В. Диагностирование авиа-
ционных двигателей на переходных и неустановившихся ре-
жимах // Науч.-техн. сб. № 3. - М.: НИИСУ, 1989. - С. 45-48.
534. Тамуж В. П., Куксенко В. С. Микромеханика раз-
рушения полимерных материалов. - Рига: Зинатне,
1978. 296 с.
535. Теймуразов Р. А., Кофман В. Д., Ангелова Л. Н. Сос-
тояние безопасности полетов в ГА государств - участников
Соглашения о ГА и об использовании воздушного про-
странства в 1998 г. и за период 1992 1998 гг.: Доклад МАК //
Проблемы безопасности полетов. - 1999. - № 5. - С. 3-10.
536. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей /
Под ред. С. М. Шляхтенко, В. А. Сосунова. - М.: Машино-
строение, 1979. - 432 с.
537. Теория управления: Терминология. - М.: Наука,
1988. - Вып. 107. - 56 с.
538. Терроризм и международные отношения в первой
половине XX века. - <http://anthropology.ru/ru/texts/yachlov/
terror. html>
539. Тимофеев Н. И. Конструкция и летная эксплуата-
ция НК-8-2У. - М.: Машиностроение, 1973. - 144 с.
540. Тихомиров К). В. Современные проблемы молние-
вой опасности для летательных аппаратов // Проблемы без-
опасности полетов. - 1993. - № 7. - С. 40-48.
541. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения не-
корректных задач. - М.: Наука, 1986. 288 с.
542. Токарев В. И., Запорожец А. И., Страхолес В. В.
Снижение шума при эксплуатации пассажирских самоле-
тов. - К.: Техника. 1990. - 127 с.
543. Требования НАТО по обеспечению качества при
разработке программного обеспечения: AQAP-150. - Брюс-
сель: Изд. НАТО, 1997. - 26 с.
544. Третьяченко Г. Н., Кравчук Л. В.. Буйских К. П. Ис-
следование циклической долговечности сплава ЖС6У при
неоднородном теплонапряженном состоянии // Проблемы
прочности. - 1984. - № 1. - С. 10-14.
545. Третьяченко Г. И., Кравчук Л. В., Куриат Р. И. Не-
сущая способность лопаток газовых турбин при нестацио-
нарном тепловом и силовом воздействии. - К.: Наук, дум-
ка, 1975. - 293 с.
546. Трощенко В. Т. Прочность металлов при перемен-
ных нагрузках. - К.: Наук, думка, 1978. -174 с.
547. Трунов О. К. Обледенение самолетов и средства борь-
бы с ним. - М.: Машиностроение, 1965. - 247 с.
548. Тунаков А. П. Методы оптимизации при доводке и
проектировании газотурбинных двигателей. М.: Машино-
строение, 1979. - 184 с.
549. Угорский А. Э. О параметрических методах тем-
пературно-временной экстраполяции предела длительной
прочности // Проблемы прочности. - 1986. - № 1. - С. 40-43.
550. Ударцев Е. П., Переверзев А. М.. Ищенко С. А. Экс-
плуатационная аэродинамика. Траекторные задачи. К.:
КМУГА, 1998.- 136 с.
551. Укршна в цифрах. 2002. - К.: Техшка, 2003. - 235 с.
552. Управление риском. Риск, устойчивое развитие, си-
нергетика / В. А. Владимиров, Ю. Л. Воробьев, Г. Г. Ма-
линецкий, Н. А. Махутов. - М.: Наука, 2000. 165 с.
553. Усков В. П. Стратегия пилотирования воздушного
судна при сдвиге ветра: Дис... д-ра техн. наук. М.: МИИГА,
1992. - 464 с.
554. Учет событий, связанных с деятельностью чело-
века, при проектировании атомных электростанций. Руко-
водство по безопасности № 50-SG-D5. - Вена: МАГАТЭ,
1983. - 47 с.
555. Учет чрезвычайных ситуаций, возникающих в резуль-
тате деятельности человека, при выборе площадок для атом-
ных станций. Руководство по безопасности № 50-SG-S5. -
Вена: МАГАТЭ, 1983. - 73 с.
556. Федеральный закон Российской Федерации «О тех-
ническом регулировании» (№ 184-ФЗ от 27 декабря 2002 г.,
в ред. Федерального зак. от 09.05.2005, № 45-ФЗ). -
<http://www.consultant.ru>
557. Федченко А. М., Трусилов Н. И. О повреждении
самолетов гражданской авиации электрическими разряда-
ми Ц Тр. ГосНИИГА - 1977. - Вып. 154. - С. 60-65.
558. Ферстер Э., Реец Б. Методы корреляционного и
регрессионного анализа. Руководство для экономистов /
Пер. с нем. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 302 с.
559. Филоненко С. Ф. Акустическая эмиссия. Измере-
ние, контроль, диагностика. - К.: НАУ, 1999. - 304 с.
560. Финкель В. М. Физические основы торможения раз-
рушения. - М.: Металлургия, 1977. - 359 с.
561. Фишман Б. Е., Яновский Ф. И. К теории формирова-
ния радиолокационных сигналов от метеорологических
объектов // Радиотехника. - 1983. - № 11. - С. 56-58.
562. Фомин Я. А. Теория выбросов случайных процес-
сов. М.: Связь, 1980. - 216 с.
563. Фомин Я. А., Тарловский Г. Р. Статистическая теория
распознавания образов. - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.
564. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. -
М.: Машиностроение, 1974. - Т. 1. - 472 с.; Т. 2. - 368 с.
565. Фролов И. И. Профессиональные нагрузки и рабо-
тоспособность летного состава: Справ, авиац. врача. - М.:
Воздуш. трансп., 1993. - Кн. 2. - 324 с.
566. Фролов Н. И. Пути совершенствования врачебного
контроля при медицинском обеспечении полетов на совре-
менном этапе И Совершенствование врачеб. контроля за
летным составом: Сб. ст. для авиац. врачей. - М.: Воениз-
дат. 1993. - С. 5-11.
567. Хазов Б. Ф., Дидусев Б. А. Справочник по расчету
надежности машин на стадии проектирования. - М.: Ма-
шиностроение, 1986. - 224 с.
568. Хандожко Л. А. Оценка экономической эффектив-
ности прогнозов погоды. - Л.: ЛГМИ, 1987. - 50 с.
569. Харченко В. П. Майбутне аерокосм!чних шформа-
щйних систем i керування транспортом // BicH. КМУЦА. -
1999. - № 2. - С. 166-179.
570. Харченко В. П. Оптимгзашя конфггурацп шформа-
щйного поля аеронав1гашйног системи // Bien. КМУЦА. -
2000. -№ 1. - С. 8-14.
571. Харченко В. П. Перспективш напрями розвитку аеро-
навпацп початку XXI столптя // Bien. НАУ. - 2003. - № 1.
С. 41 49.
572. Харченко В. П., Косенко Г. Г., Кукуш А. Г. Байесов-
ская теория совместного разрешения, обнаружения, оце-
нивания и распознавания сигналов // Изв. вузов. Сер.
Радиоэлектроника. - 1994. - Т. 37, № 3. - С. 52-59.
573. Харченко В. П.. Сугоняко Л. М. Процедура шд-
сумовування piurenb в аерокоемгчнш шформащйшй систем!
моюторингу та керування транспортом // Bien. НАУ. -
2001. № 3(10). - С. 124 127.
574. Харченко В. П., Сугоняко Л. М., Алексеев В. М.
Принцип сумгсно!' обробки ошнок ситуацш руху повгтря-
них кораблгв методом послщовного анализу // Bien, центр.
992
Список использованной литературы
наук, центру Транспорт, акад. Украши. - 2000. - № 3. -
С. 19-21.
575. Херст Р., Херст Л. Ошибки пилота: Человеческий
фактор. - М.: Транспорт, 1986. - 262 с.
576. Хилл П. Методы и искусство проектирования. -
М.: Мир, 1973. - 262 с.
577. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. - М.:
Металлургия, 1969. - 750 с.
578. Хорошко В. А., Чекатков А. А. Методы и средства
защиты информации. - К.: Юниор, 2003. - 504 с.
579. Хохлов Е. М. Безопасность полетов и человеческий
фактор: Парадоксы научной истины на рынке интеллекта и
наши приоритеты // Проблемы безопасности полетов. -
1997. - № 4. - С. 6-19.
580. Хэнли Э. Дж., Кумамото X. Надежность техниче-
ских систем и оценка риска. - М.: Машиностроение,
1984. - 528 с.
581. Цвилюк И. С., Авраменко Д. С. Параметрические
методы описания и экстраполяции характеристик длитель-
ной прочности тугоплавких материалов // Проблемы проч-
ности. - 1985. - № 12. - С. 59-63.
582. Циркуляр ICAO № 234 - AN/142. Человеческий фак-
тор: Сб. материалов № 5. Эксплуатационные последствия
автоматизации в оборудованных передовой техникой каби-
нах экипажа. - Монреаль, 1992. - 54 с.
583. Циркуляр ICAO № 247-AN/148. Человеческий фактор
в управлении и организации. - Монреаль, 1993/1994. - 48 с.
584. Циркуляр ICAO № 249 - AN/149. Человеческий
фактор в системах CNS/АТМ: Разработка ориентирован-
ной на человека автоматики и передовой техники для бу-
дущих авиационных систем. - Монреаль, 1994. - 46 с.
585. Челидзе Т. Л. Методы теории перколяции в механи-
ке разрушения // Механика твердого тела. - 1983. - №6. -
С. 114-123.
586. Черепанов Г. П. Современные проблемы механики
разрушения // Проблемы прочности. - 1987. - № 8. С. 3-13.
587. Черкез А. Я. Инженерные расчеты газотурбинных
двигателей методом малых отклонений. - М.: Машиностро-
ение, 1975. - 380 с.
588. Чернецкий В. И. Анализ точности нелинейных сис-
тем управления. - М.: Машиностроение. 1968. - 248 с.
589. Шанявский А. А. Безопасное усталостное разруше-
ние элементов авиаконструкций. - Уфа: Изд-во науч.-техн,
л-ры «Монография», 2003. - 802 с.
590. Шелухин О. И., Лукьянцев Н. Ф. Цифровая обработ-
ка и передача речи. - М.: Радио и связь, 2000. - 456 с.
591. Шерман С. И. Сдвиги и трансформные разломы
литосферы (тектонофизический анализ проблемы) // Про-
блемы разломной тектоники. - Новосибирск: Наука, 1981. -
С. 5-25.
592. Шестой региональный семинар/практикум по конт-
ролю за обеспечением безопасности полетов: ICAO. Киев,
Украина, 24 нояб. - 5 дек. 1997 г. Документация SOP/6-DP/4,
22.05.97 R06/97-2043. - 4 с.
593. Ширман Я. Д. Теоретические основы радиолокации. -
М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.
594. Шкловский Б. И., Эфрос А. Л. Электронные свой-
ства легированных полупроводников. М.: Наука,
1979. - 416 с.
595. Шлаен П. Я. Перспективные направления разви-
тия эргономики в современных условиях // Проблемы пси-
хологии и эргономики. - 2005. - Вып. 3. - С. 3 36.
596. Шлаен П. Я. Проблемные вопросы разработки про-
екта концепции проведения работ по эргономическому обес-
печению проектирования сложных человеко-машинных
комплексов // Проблемы психологии и эргономики. - 2003. -
№ 2. - С. 17-23.
597. Шлемко В. Т, Бшько I. Ф. Економ|чна безпека У край-
ни: сутшсть i напрямки забезпечення. - К.: Н1СД, 2000. - 224 с.
598. Шпилев К. М.. Круглов А. Б. Самолет и природ-
но-климатические условия. - М.: Изд-во МО СССР,
1972. - 176 с.
599. Шупяцкий А. Б., Яновский Ф. И. Влияние микро-
физических и электрических характеристик неоднородно-
стей тропосферы на преобразование поляризационных пара-
метров радиолокационных сигналов // Тез. докл. Всесоюз.
конф, по распространению радиоволн. - Харьков, 1990. -
Ч. 2. С. 96.
600. Щеглов А. Ю. Защита компьютерной информации
от несанкционированного доступа. - СПб.: Наука и техни-
ка, 2004. - 384 с.
601. Экспериментальное изучение взаимодействия и сли-
яния коллинеарных трещин / Н. А. Долотова, В. И. Але-
шин, В. А. Зейлигер, М. И. Бессонов // Проблемы прочно-
сти. -1987. -№ 7. - С. 16-23.
602. Эксплуатация воздушных судов. Приложение 6 к
Конвенции о международной гражданской авиации. - Мон-
реаль: ICAO, 1995. - 115 с.
603. Эргономика', принципы и рекомендации: Метод,
руководство. - М.: ВНИИТЭ, 1983. - 184 с.
604. Эфрос А. Л. Физика и геометрия беспорядка. -М.:
Наука, 1982. - 176 с.
605. Югорский НИИ информационных технологий. -
<http://www.uriit.ru/ponal /jsp/Pages/display MainPage.jsp>
606. Юман М. Молния / Пер. с англ. - М.: Мир.
1972. 285 с.
607. Яновский Ф. И. Бортовые метеонавигационные ра-
диолокаторы. Структура системы и особенности построе-
ния передающих устройств. - К.: КИИГА, 1987. - 80 с.
608. Яновский Ф. И. Бортовые метеонавигационные ра-
диолокаторы. Физические основы, основные параметры и
принципы построения. - К.: КИИГА, 1982. - 82 с.
609. Яновский Ф. И. Влияние движения радиолокатора
на ширину спектра огибающей сигнала, отраженного от
облака рассеивателей // Радиотехника и электроника. 1977. -
Т. 22, № 9. - С. 1972-1974.
610. Яновский Ф. И. Локализация опасных для авиации
метеорологических явлений с борта воздушного судна. - К.:
О-во «Знание» Украины, 1991. - 28 с.
611. Яновский Ф. И. Моделирование процессов взаимо-
действия радиолокационного сигнала с турбулизированным
метеорологическим объектом // Bien. КМУЦА. - 1998. -
Вип. ГС. 125-136.
612. Яновский Ф. И. Об использовании бортовой РЛС
для оценки параметров турбулентности в облаках // Радио-
техника и электроника. - 1974. - Т. 19, № 8. - С. 1963-1965.
613. Яновский Ф. И. Об экспериментальном исследова-
нии влияния параметров турбулентности на рассеяние ла-
зерного излучения // Вопросы авиац. радиотехники: Сб.
науч. тр. К., 1972. Вып. 7. С. 24 26.
614. Яновский Ф. И., Голубчик В. Я., Фишман Б. Э. Об
основных эксплуатационных требованиях к бортовым си-
стемам отображения метеорологической информации граж-
данской авиации // Вопросы оптим. обслуживания и ре-
Список использованной литературы
993
монта АиРЭО воздуш. судов: Сб. науч. тр. - К.: КИИГА.
1985. - С. 96-100.
615. Яновский Ф. И., Паниц В. А. Применение антенны
с управляемой поляризацией для обнаружения зон града
и обледенения // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. - 1996. -
Т. 39, № 10. - С. 32-42.
616. Яновский Ф. И., Фишман Б. Е. Анализ возможно-
стей повышения информативности наблюдений за атмос-
ферным электричеством // Тез. докл. 4-го Всесоюз. сим-
позиума по атмосфер, электричеству. Нальчик, 1990. -
С 23-24.
617. Яновский Ф. И., Фишман Б. Е О тенденциях разви-
тия бортовых радиотехнических средств обеспечения без-
опасности полетов // Теория и практика функцион. исполь-
зования и эксплуатации радиоэлектрон, систем граждан, авиа-
ции: Межвуз. сб. науч. тр. - М.: МИИГА, 1986. - С. 80-84.
618. Яновський Ф. Й. Метеонавйашйш радюлокашйш
системи повпряних суден. - К.: НАУ, 2003. - 302 с.
619. Abren F, Esteves R. The Design of Effel Programs:
Quantitative Evaluation using the MOOD metrics // Pr. of the
TOOLS’96. California, 1996. - P. 756-767.
620. Accident analysis for aircraft crash into hazardous facilities:
DOE-STD-3014-96 / U.S. Department of Energy, 1996. - 215 p.
621. Ackerman P. L., Kanfer R., Goff M. Cognitive and
Noncognitive Determinants and Consequences of Complex Skill
Acquisition I I Journal of Experimental Psychology. - 1995. -
Vol. 4. - P. 270-304.
622. ADREP ICAO / Request 198/80 (USSR). - Montreal,
Canada, 1980. - 18 p.
623. Aeriticol reviev of performance monitorind system on
the basis of the experience obtaine from raitine applications /
Caprili M., Lasseretti B., Signori B., Troverso F // AIAA Pa-
per. - 1979. - № 1006. - P. 87-91.
624. Aircraft spacing system currently under development
would safely increase runvay capacity // ICAO Journal. 1989.
Vol. 53, № 7. - P. 14-17, 28.
625. Airline/Manufacturer Maintenance Program Develop-
ment Document - MSG-3. Revision 2. Originally Issued Sep-
tember 30, 1980/Revision 1. March 31, 1988. Revision 2: Sep-
tember 12, 1993. Prepared By: Maintenance Steering Group-3
Task Force, Air Transport Association of America. Publications -
Air Transport Association of America, 1301 Pennsylvania Ave-
nue, N. W. Washington, DC 20004-1707. - 50 p.
626. Andrenusei M.. Lasseretti R. Problems in foult diagnostics
for engine condition monitoring // Sci. and Techn. aerospace
repts. - 1975. Vol. 13, № 22. - P. 2744-2746.
627. Annual Civil Aviation Report, 2000 // ICAO Journal. -
2001. - Vol. 56, № 6. - P. 10-30.
628. Annual safety report // Brussels, European Organisa-
tion for the Safety of Air Navigation, 2005. - 74 p.
629. ARINC Characteristic 708A Airborne Weather Radar
with Forward Looking Windshear Detection Capability. Pub-
lished: December 27, 1993. - Prepared by the Airlines Electro-
nic Engineering Committee. Adopted by the Airlines Electronic
Engineering Committee: October 21, 1993. Adopted by the in-
dustry: December 27, 1993. - 93 p.
630. Astanin V., Borodachev N. Thermoelasticity three-di-
menhsional contact problem taking into consideration heat re-
lease I/ The World Congress Aviation in the XXI-st Century. -
K.: NAU, 2003. P. 3.38-3.41.
631. Atmospheric and Environmental Research. - <http://
www.aer.com/ science Research/cis/m-projcloud analysis.htm»
632. Avijenis A. The N-Version Approach to Fault-Tolerant
Software // IEEE trans on Software Engineering. - 1985. -
№ 12. - P. 1491-1492.
633. Babak V. P., Gulevez V. D., Seizev Y. V. Safety of Life
Activity. - K.: NAU, 2005. - 94 p.
634. Babak К P. Kharchenko V. P., Yanovsky F. J. Elimina-
tion of Unauthorized Access to the Flight Control by Using
Secondary Radar System. Proc. 2nd IEEE Int. Workshop on
Intelligent Transportation (WIT 2005), Hamburg, March, 2005. -
P. 83-88.
635. Babak V. P., Narytnik T. N., Ilchenko M. E Micro-
wave technologies in telecommunication system. - K.: Techni-
ka, 2002. - 272 p.
636. Bach R. E„ Wingrove R. C. Application of state estima-
tion in aircraft flight data analysis // J. Aircr. - 1985. - № 22(7). -
P 547-554.
637. Bach R. E., Wingrove R. C. The Analysis of Airline
Flight Records for Winds and Performance With Applications to
the Delta 191 Accident // AIAA 13th Atmospheric Flight Me-
chanics Conference, Aug. 18-20. - Williamsburg, 1986.
638. Banerjee M., Mitra S., Pal S. K. Rough fuzzy MLP:
knowledge encoding and classification // IEEE Transactions on
Neural Networks. 1998. - Vol. 9, № 6. - P. 1203-1215.
639. Bate R. Systems Engineering Capability Maturity Mo-
del, v.1.1. - Pitsburge: Carnegi Mellon University. - Nov.
1995. - 325 p.
640. Belkin V. V., Dzubenko V P., Yanovsky F. J. Automatic
Forming of the Earth Surface Map with Airborne Weather Ra-
dars // Proc. int. Conf, on Land Use / Cover Change Dyna-
mics. - Beijing, 2001. - P. 105-116.
641. Belkin V. И, Dzubenko V. P.. Yanovsky F. J. Automa-
tic Mapping and Collision Avoidance with Multifunctional Air-
borne Weather Radar // Proc. IEEE Int. Radar Symposium
IRS. -Dresden, 2003. - P. 167-172.
642. Belkin V. V., Yanovsky F. J. Aircraft Traffic Collision
Avoidance System // Proc. 2nd IEEE Int. Workshop on Intelli-
gent Transportation. - Hamburg, March, 2005. - P. 195-200.
643. Belkin V. V., Yanovsky F. J. Integrated АТС mode S
Transponder and Collision Avoidance System // Proc. IEEE
International Radar Symposium. - Krakow. 2006. - P. 279-282.
644. Bezos G. M.. Dunham R. E„ Gentry G. L. Wind Tunnel
Test Results of Heavy Rain Effects on Airfoil Performance //
AIAA Pap. - 1987. - № 260. - P. 1-7.
645. Bhattacharya A. K.. Parida N., Gope P. C. Monytoring
hydrogen embrittlement cracking using acoustic emission tech-
nique // J. Mater. Sci. - 1992. -Vol. 26, № 6. - P. 1421-1427.
646. Bilwakes K. R. et al. Core Engine Noise Control Pro-
gram. Prediction Methods: FAA-RD-74-125. - Washinghton,
1974. - Vol. 3. - 165 p.
647. Bosch I. Design and Use of Software Architecture. -
New York: Addison Wesliy, 2000. - 353 p.
648. Boulay I. II. Recent in-flight data and electromagnetic
response of aircraft structure struck by lightning / ICAS Proc..
1986 15th Congr. Int. Couns. Aeron. Sci. - London, 1986. -
P. 1497-1505.
649. Bouraou N. I., Gelman I. M. Low-frequency vibro-
acoustical method of forced oscillations // Proc, of the 2nd In-
ternational Conf, on Computer Methods and Inverse Problems
in NDT&D. - Berlin: DGZfP, 1998. - P. 33-40.
650. Bouraou N. I., Gelman I. M. Theoretical bases of forced
oscillation acoustical method for non-destructive testing of
rotative systems // Proc, of the 1998 National Conf, on
994
Список использованной литературы
NOISE-CON. - Purdue University, West Lafayette (USA). -
1998. - P. 353-358.
651. Bouraou N., Marchuk P., Tyapchenko A. Condition
Monitoring Diagnosis Method of Aircraft Engine Rotating De-
tails /1 Proc, of the 15th World Conf, on Non-Destructive
Testing. - Italy: AIPnD, created by NDT.net, 2000. - lip.
652. Bowles R. L. Reducing windshear risk through airborne
systems technology // 17th Congress of the ICAS. - Stockholm,
1990. - 27 p.
653. Brillinger D. An Introduction to Polyspectra // Ann.
Math. Stat. - 1965. - Vol. 36. - P. 1351-1374.
654. Bringi V. N., Chandrasecar V. Polarimetric Doppler
Weather Radar. - Cambridge University Press, 2002. - 635 p.
655. Burov A. Operator functional status and the prediction of
fitness for duty // Operator Functional State: The Assessment and
Prediction of Human Performance Degradation in Complex Tasks /
Edited by G. R. J. Hockey, A. W. K. Gaillard, A. Burov: NATO
Science Series977821.-Amsterdam: IOS Press, 2003,- P. 179-196.
656. Byrne J. P. The calculation of aircraft crash risk in the
UK I I Contract Research Report 150/1997, AEA Technology.
657. California Airport Land Use Planning Handbook Dept,
of Transportation Guidance. January 2002. - Los-Angeles: DEP
Tranfportation, 2002. - 303 p.
658. Carpenter S. H., Gorman M. R. A Waveform Investiga-
tion of the Acoustic Emission Generated during the Deforma-
tion and Cracking of 7075 Aluminum 11 Progress in Acoustic
Emission VII. - Japanese Society for NDI, 1994. - P. 105-111.
659. Carretta T. R., Ree M. J. Air Force Pilot Selection
Tests: What is Measured and What is Predictive? // Aviation,
Space, and Environmental Medicine. - 1996. - Vol. 67, № 3.
P. 279-283.
660. Carretta T. R., Ree M. J. General and Specific Cogni-
tive and Psychomotor Abilities in Personnel Selection: The
Prediction of Training and Job Performance // International
Journal of Selection and Assessment. - 2000. - Vol. 8,
№ 4. - P. 227-236.
661. Cempel C. Diagnostically Oriented Measures of Viro-
acoustical Process // Journal of S. and V. - 1980. - Vol. 73,
№ 4. - P. 547-561.
662. Chessel С. I. Propagation of noise along a finite impe-
dance boundary // Jour, of Acoustic Society of America. -
1977. - Vol. 62. - P. 825-834.
663. Chien C. E, Soroka Ж. Ж. Sound propagation along an
impedance plane 11 Jour, of Sound and Vibration. - 1975. -
Vol. 43, № 1. P. 9-20.
664. Ciavarelli A. P. Flight Safety Foundation Human Fac-
tors Accident / Incident Checklist // Flight Safety Foundation.
Flight Safety Digest. - 2001. № 2. - P. 9-14.
665. Ciavarelli A. P. Human Factors Checklist Provides Tool
for Accident / Incident Investigation // Flight Safety Founda-
tion. Flight Safety Digest. - 2001. № 2. - P. 1 8.
666. Cockpit Resource Management / Ed. By E. L. Wiener,
B. G. Kanki, R. L. Helmreich. - Academic Press; Reprint edi-
tion, November 1995. - 519 p.
667. Cohen L. Time-Frequency Distribution - A Review //
Proc. IEEE. - 1989. Vol. 77, № 7. - P. 941-981.
668. Collins Ж, White P.. Hammond J. Higher Order Spec-
tra: the Bispectrum and Trispectrum // Meeh. Syst. and Signal
Processing. - 1998. Vol. 12, № 3. - P. 375-394.
669. Commission for Aeronautical Meteorology. Advisory
Working Group, Geneva, Switzerland, 18-21 February 2002. -
Final report, 2002. - 34 p.
670. Commission regulation (EC) № 2042/2003 of 20 No-
vember 2003. On the continuing airworthiness of aircraft and
aeronautical products, parts and appliances, and on the approval
of organisations and personnel involved in these tasks (Text with
EEA relevance) / Official Journal of the European Union.
28.11.2003. - L 315/1-L 315/165.
671. Computing Curricula - Software Engineering // Public
Draft 1. - New York: ACM. - July 17, 2003. - 99 p.
672. Considerations for polarimetric upgrades to operational
WSR-88D radars I R. J. Doviak, V. Bringi, A. Ryzhkov, A. Zahrai,
D. Zmic, J. Atmos. Oceanic Tech. - 2000. - № 17. - P. 257-278.
673. Crayston J. ICAO Group Identifies Environmental Prob-
lems Associated with Civil Aviation // ICAO Journal. - 1992,
Aug. - P. 4-5.
674. Cubanian 11-62 Crash // Aviat. Week & Space Tech. -
1995. - № 32. - P. 21-27.
675. Current state of radar meteorology in Russia / G. B. Bry-
lev, V. V. Melnikov, N. F Mikhailov et all // COST 75 Weather
Radar Systems. International Seminar. - Brussels, 1994.-P. 11-18.
676. Daubechies I. Wavelet Transform, Time-Frequency
Localization and Signal Analysis // IEEE Trans. Infor. Theor. -
1990. - Vol. 36, № 5. - P. 961-1005.
677. De Wolf D. A., Russchenbetg H. Ж, Ligthart L. P. Ef-
fective permittivity of and scattering from wet snow and ice drop-
lets at weather radar wavelengths // IEEE Transactions on An-
tennas and Propagation.- 1990. - Vol. 38, № 9. - P. 1317-1325.
678. Decision making of aircraft engine blades condition based
on bispectral analysis of the vibroacoustical signal / N. I. Bouraou,
A. G. Protasov, Yu. V. Sopilka, J. V. Zazhitsky // Rev. of progress
in QNDE, V.24A, eds. by D. O. Thompson and D. E. Chimen-
ti. 2005, AIP. - P. 760-766.
679. DMSP Homepage. - <http://dmsp.ngdc.noaa.gov/
dmsp.html>
680. Dobrzynski Ж M. A European study on landing gear
airframe noise sources // American Institute of Aeronautics and
Astronautics Journal Paper. -2000. P. 1971-2000.
681. Doviak R. J., Zmic D. S. Doppler radar and weather
observations. - New-York: Academic Press, Inc., 1993. - 562 p.
682. Draft Standard IEC6150 Functional safety of electrical
electronic (programmable electronic safety-velated systems). -
Geneva, 1998. - 57 p.
683. Dunegan H. L. An alternative to pencil leads breaks for
simulation of acoustic emission signal sources // The DECI
REPORT. August, 2000. - 5 p.
684. Dunham R. E. Two-Dimensional Wind Tunnel Tests of
Transport-Type Airfoil in a Water Spray // Proc, of AIAA 23th
Aerospace Scientific Meeting, 14-17 Jan. - Reno, 1985. - 22 p.
685. EASA, Annex I. Acceptable Means of Compliance to
Part-M (ED Decision № 2003/19/RM 28/11/2003). - 157 p. -
<http://www.easa.eu.int>
686. EASA. Annex II. Acceptable Means of Compliance to
Part-145 (ED Decision № 2003/19/RM 28/11/2003). - 58 p. -
< http: //w ww.easa.eu. int>
687. £45zl. Annex III. Guidance Material to Part-145
(ED Decision № 2003/19/RM 28/11/2003). 9 p. -
<http://www.easa.eu.int>
688. EASA. Annex IV. Acceptable Means of Compliance to
Part-66 (ED Decision № 2003/19/RM 28/11/2003). - 20 p. -
<http://www.easa.eu.int>
689. £45/1. Annex V. Guidance Material to Part-66
(ED Decision № 2003/19/RM 28/11/2003). - 9 p. -
<http://www.easa.eu.int>
Список использованной литературы
995
690. EASA, Part 145. (ANNEX II COMMISSION REGU-
LATION (EC) № 2042/2003 of 20 November 2003 on the
continuing airworthiness of aircraft and aeronautical products,
parts and appliances, and on the approval of organisations and
personnel involved in these tasks) // Official Gournal of
the europian Union, 29.9.2003. - P. L243.6-L243.79. -
<http://www.easa.eu.int>
691. EASA, Part 21. Certification of aircraft and related products,
parts and appliances, and of design and production organisations
(ANNEX to COMMISSION REGULATION (EC) № 1702/2003
of 24 September 2003) // Official Gournal of the europian Union,
28.11.2003. - P. L3I5.74-L315.151. - <http://www.easa.eu.int>
692. EASA, Part 66 (ANNEX III COMMISSION REGU-
LATION (EC) № 2042/2003 of 20 November 2003 on the
continuing airworthiness of aircraft and aeronautical products,
parts and appliances, and on the approval of organisations and
personnel involved in these tasks) // Official Gournal of
the europian Union, 28.11.2003. - P. L315.49-L315.73. -
<http://www.easa.eu.int>
693. EASA, Part M (ANNEXE COMMISSION REGULA-
TION (EC) № 2042/2003 of 20 November 2003 on the continu-
ing airworthiness of aircraft and aeronautical products, parts and
appliances, and on the approval of organisations and personnel
involved in these tasks) // Official Gournal of the europian Union,
28.11.2003 - P. L3I5.4L315.48. - <http://www.easa.eu.int>
694. Efron B. Bootstrap methods: another look at the jack-
nife I/ Annals of Statistics. - 1979. - № 7. - P. 1-26.
695. Ehrmanntroout B. MADAR; impedementation of large
sise real time data processing System Collag. int. Electron,
etaviat.civ., - Paris, 1972.
696. Eissffeldt H. The Dynamic Air Traffic Control Test
(DAC) // Aviation Psychology: Training and Selection / Ed. by
N. Johnston, R. Fuller and N. McDonald. - Avebury Aviation,
Ashgate Publishing, Aidershot, Hants, 1995. - P. 130 136.
697. Emamni M. R., Burhan T. I., Goldberg A. A. Development
of a systematic methodology of fuzzy logic modeling // IEEE T rans-
actions on Fuzzy Systems. - 1998. - Vol. 6, № 3. - P. 346-361.
698. Environmental protection. Annex 16 to the convention
on international civil aviation. Aircraft noise. - Montreal: ICAO,
1993. - Vol. 1.-126 p.
699. Environmental protection. Annex 16 to the convention
on international civil aviation. Engine Emission. - Montreal:
ICAO, 1993. Vol. 2. 148 p.
700. ESARR I. Safety oversight in ATM. - Brussels: Euro-
control, 2004. - 24 p.
701. ESARR 2. Reporting and assessment of safety occurences
in ATM. Brussels: Eurocontrol, 2000. - 30 p.
702. ESARR 3. Use of safety management systems by ATM
service providers. - Brussels: Eurocontrol, 2000. - 17 p.
703. ESARR 4. Risk assessment and migration in ATM. -
Brussels: Eurocontrol, 2001. - 22 p.
704. ESARR 5. ATM services’ personnel. Brussels: Euro-
control, 2002. - 24 p.
705. ESARR 6. Software in ATM systems. Brussels: Euro-
control, 2003. - 20 p
706. EU transport accident, incident and casualty databases:
current status and future needs // European Transport Safety
Council. - Brussels, 2001. - 26 p.
707. Eumetsat's dissemination schedule. - <http.www.
eumetsat.de/en/area3/dessemin>
708. Europe’s Meteorological Satellite Organisation. - <http://
w w w .eu metsat. de >
709. Experimental and numerical evaluation of fatigue crack
initiation and propagation for IN738LC at 850 °C / B. Fedelich.
H. Frenz. W. Osterle, K. Stark // Mechanisms and Mechanics
of Damage and Failure, ECF 11, ed. J. Petit. - London: EMAS
Chameleon Press, 1996. - P. 1237-1242.
710. Fackrell J. The Interpretation of the Bispectra of Vi-
bration Signals. Pt. 1. Theory // Meeh. Syst. and Signal Proces-
sing. - 1995. - Vol. 9, № 3. - P. 257 266.
711. Farmer E. W. Personality Factors in Aviation // Interna-
tional Journal of Aviation Safety. - September 1984. - С. 117-121.
712. Fedelich B. A stochastic theory for the problem of
multiple surface crack coalescence // Int. Journal of Fract. -
1998. - Vol. 91. - P. 23-45.
713. Federal Meteorological Handbook No. 11, Doppler
Radar Meteorological Observations Part A: System Concepts,
Responsibilities, and Procedures FCM-H11A-2003. - Washing-
ton: DC, June 2003. - 47 p.
714. Felther С. E., Morrow I. D. Microplastic strain Hysteresis
Energy as a Criterion fon Fatigue Fracture Trons // ASME. -
1961.-Vol. 83, № 1. P. 15-22.
715. Flight Simulator Design and performance data requirements /
International Air Transport Association, 1st edition, 1980. - 54 p.
716. Flight WX Inc. - <www.flightwx.com/metar.htm>
717. Forsyth P. J. К unified description of micro and macro-
scopic fatigue crack behaviour // Int. Journal of Fract. - 1983. -
Vol. 5. - P. 3-14.
718. Frank T, Kraiss K-E, Kuhlen T. Comparative analysis of
fuzzy ART and ART-2A network clustering performance // IEEE
Transactions on Neural Networks. 1998. - Vol. 9, № 3. - P. 344-559.
719. Fraser W., Wilson G., Burov A. Prospective and outlook.
Operator functional state assessment / NATO Science Series
RTO-TR-HFM-104. AC/323(HFM-104)TP/48. - Brussels, Feb-
ruary 2004. C. 182-188.
720. Frijters M. P., Van Hengel W., Houben R. J. An integral
safety plan for the high speed train link in the Netherlands //
Proceedings ESREL-98. - Trondheim, 1998. - P. 73-77.
721. Fuzzy Model predictive control / Y. L. Huang, H. H. Lou,
J. P. Gong, T. F. Edgar // IEEE Transactions on Fuzzy Sys-
tems. - 2000. - Vol. 8, № 6. P. 665-679.
722. Gannon R. Wind shear// Pop. Sci. - 1987. - Vol. 230,
№ 3. - P. 66-70, 105-106.
723. Gao N, Brown M. W., Miller K. J. Crack growth morpho-
logy and microstructural changes in 316 stainless steel under creep-
fatigue cycling // Ibid. - 1995. - Vol. 18, № 12. - P. 1407-1422.
724. Gas turbine jet exhaust noise prediction: SAE ARP-876. -
Washington, 1975. - 39 p.
725. Geist R., Smotherman M. Ultrahigh Reliability Estimates
Through Simulation // Proceedings Annual Reliability and
Maintainability Symposium, 1989. P. 350-355.
726. Goyal A. et al. A unified framework for simulationg
Markovian models of highly dependable system // IEEE trans-
actions on computers. - 1992. Vol. 41, № 1. P. 36-51.
727. Haines P. A., Liters J. K. Aerodynamic Penalties of Heavy
Rain on a Landing Airplane // J. of Aircraft. - 1983. - Vol. 20,
№2. P. 111-119.
728. Hamstadt M. A., O’Gallagher A., Gary J. Modeling of buried
acoustic emission monopole and dipole sources with a finite element
technique//J. of acoustic emission.- 1999. Vol. 17,№3-4. P.97-110.
729. Heijnen S. H., Ligthart L. P. TARA: Development of a
new Transportable Atmospheric Radar // Proc. 5th international
Conf. Radar Systems, session Radar Systems I. - Brest, France,
1999. - P. 223-226.
996
Список использованной литературы
730. Hildebrand Р. Н., Оуе R. A., Carbone R. Е. X-band vs
C-band aircraft radar the relative effects of beamwidth and at-
tenuation in severe storm situations // Journal of Applied Meteo-
rology. - 1981. - Vol. 20, № II. - P. 1353-1361.
731. Hockey G. R., Wasted D. G., Sauer J. Effects of sleep
deprivation and user-interface on complex performance: A multi-
level analysis of compensatory control // Human Factors. -
1998. - Vol. 40. - P. 233-253.
732. Home Page NASA - < http://www.nasa.gov/>; NASA’s
GOES page for a wealth of related weather satellite information. -
<http://climate.gsfc.nasa.gov/~chesters/ text/goesnew.html>
733. Horne J. A. Why we sleep: The functions of sleep in
humans and other mammals. - Oxford University Press, 1988. -
128 p.
734. Huff R. G., Clark В. I. Interim Prediction Methods for
Low Frequency Core Engine Noise. - NASA-TM-71627. -
Washington, 1974. - 23 p.
735. Human Factors Digest №. 2 - Flight Crew Training:
Cockpit Resource Management (CRM) and Line Oriented Flight
Training (LOFT): Circ 217/ ICAO. - Brussels, 1996. - 64 p.
736. Human Factors Digest № 7 - Investigation of Human
Factors in Accidents and Incidents: Circ 240 / ICAO. - Brussels,
2004. - 64 p.
737. Human Factors in Aviation / Ed. By David C. Nagel,
Earl L. Weiner. - San Diego: Academic Press, 1989. - 684 p.
738. Human Factors Integration in Future ATM Systems -
Design Concepts and Philosophies / EUROCONTROL.
HRS/HSP-003-REP-01. - 2002. - 88 p.
739. Human Factors Training Manual: Doc 9683 / ICAO. -
Brussels, 2003. - 308 p.
740. Human Factors Training Manual: Doc 9683 / ICAO. -
Montreal, 1999. - 304 p.
741. Hurst R., Hurst L. R., eds. Pilot Error (2nd Edition). -
London: Granada Publishing Ltd. 1978. - 356 p.
742. IATA. IOSA Standards Manual. Revision number 3.
Effective June 2004. Montreal - Geneva. 351 p.
743. IATA. OPERATIONAL SAFETY AUDIT - Programme
Manual. 2nd Edition. Effective November 2004. Montreal -
Geneva. - 100 p.
744. ICAO, «Airworthiness Manual. Vol. 1. Organization and
Procedures»: Doc 9760 - AN/967. First Edition. - 2001. 91 p.
745. ICAO, Annex 3 - Meteorological Service for Interna-
tional Air Navigation. 14th edition, July 2001. - 154 p.
746. Ignatovich S., Ninasivincha Soto F. F. A statistical mo-
del for coalescence of dispersed flaws // Fracture from Defects /
Eds.: M. W. Brown, E. R. de los Rios and K. J. Miller. EMAS
Publishing, UK, 1998. - Vol. 2. - P. 1077-1082.
747. Ignatovich S., Ninasivincha Soto F. F. A stochastic mo-
del for plural fracture // Low Cycle Fatigue and Elasto-Plastic
Behaviour of Materials / Eds.: K.-T. Rie and P. D. Portella -
Elsevier, Amsterdam-Lausanne-New York-Oxford Shannon
Singapore-Tokyo, 1998. - P. 541-545.
748. Indicator 19: Internalisation of external costs. European
Environment Agency, 1999. 6 c.
749. Investigation and prevention of aircraft accidents /
M. F. Davidenko, V.I. Tokarev, A. I. Zaporozhets end et. - Train-
ing manual, 2001. - 172 p.
750. James E. Evans and Elizabeth R. Ducot. The Integrated
Terminal Weather System (ITWS) // The Lincoln Laboratory
Journal. 1994 - Vol. 7, №. 2. - P. 449-474.
751. JAR-OPS I. Commercial Air Transportation (Aero-
planes). Amendment 11.1 August 2006 (section I downloadable
version from JAA website). - 2006. - 183 p. - <http://
www.jaa.nl/operations/publicarea.html>
752. Jellison T. G., Pratt N. S. Etall.XMAN an expert main-
tenance tool. // IEEE Intern. Autom. Test. Couf. - San Anto-
nio, Tex. Sept. 8-11, 1986. Proc., New York, 1986. - P. 29-
35.
753. Jensen R. S. Aviation Psychology // Gower Technical
Press. 1989.-412 p.
754. Jin Y. Fuzzy modeling of high-dimensional systems: Com-
plexity reduction and enterpretability Improvement // IEEE Trans-
actions on Fuzzy Systems. - 2000. - Vol. 8, №. 2 - P. 212-222.
755. Johnson M., Gudmundson P. Broad-band transient re-
cording and characterization of acoustic emission events in com-
posite laminates: Report 255 / Department of solid mechanics,
Royal institute of technology. - Stockholm, 1999.
756. Jon J., Chen Ye-Haw. Langari R. On the stability
issues of linear Takagi-Sugeno fuzzy models // IEEE Transac-
tions on Fuzzy Systems. - 1998. - Vol. 6, № 3. - P. 402 410.
757. Jones M. B., Kennedy R. S., Turnage J. J. Performance
Tests and Fitness for Duty: Some Strategic Considerations //
Advances in Industrial Ergonomics and Safety VII / Edited by
A. C. Bittner and P. C. Champney. - Taylor and Francis, Lon-
don, 1995. - P. 477-484.
758. Kasianow W. Statystyctne modelowanie w Dynamice
tofy i Identyfikacja. - Warszawa, 1999. - 326 p.
759. Kennedy R S., Jone M. B., Drexler J. M., Rugotzke G. G.
Comparison of Two Batteries for Fitness-for-Duty Testing //
We Have a Solution! Proceedings of the Human Factors and
Ergonomics Society 43rd Annual Meeting, Houston, Texas,
September 27-October I, 1999. - The Human Factors and
Ergonomics Society, Santa Monica, California. 1999. - Vol. 1. -
P. 607 611.
760. Kennedy R. S.. Turnage J. J., Lane N. E. Application of
a Portable Microcomputer Mental Acuity Battery for Fitness-
for-Duty Assessment in Power Plant Operations // Conference
Record for 1988 IEEE Fourth Conference on Human Factors
and Power Plants, Monterey, California, June 5-9, 1988 / Edi-
ted by E. W. Hagen. - Institute of Electrical and Electronics
Engineers. - New York, 1988. - P. 551-558.
761. Kessler E.. Lee J. T, Wilk К. E. Association between
aircraft measurements of turbulence and weather measurements //
Bull. Amer. Meteor. Soc. - 1965. - P. 443-448.
762. Kharchenko V. P. Aeronavigation system in the 21st
century I Hunkuk Univercity Korea, 2002. - P. 202-207.
763. Klein V., Batterson J. G. Aerodynamic parameters esti-
mated from flight and wind tunnel data // J. Aircr. - 1986.
№ 23(4). - P. 306-312.
764. Klein V., Morgan D. R. Estimation of bias errors in
measured airplane responses using maximum likelihood method //
AIAA Paper. - 1983. - №. 69-315. P. 76-79.
765. Klein V., Schiess J. R. Compatibility check of mea-
sured aircraft responses using cinematic equations and extend-
ed Kalman filter // AIAA Paper. - 1978. №. 78 1344.
P. 342 439.
766. Kppel S., Vogel T. Localization and identification of
cracking mechanisms in reinforced concrete using acoustic emis-
sion analysis // Proc. 4 Intern. Conf, on Bridge management. -
Surrey, 2000. P. 88 95.
767. Krausz A. S. The random walk theory of crack propaga-
tion // Eng. Fract. Meeh. 1979. - № 12(4). P. 499-504.
768. Lamoureux T. The influence of aircraft proximity
data on the subjective mental workload of controllers in the
Список использованной литературы
997
air traffic control task // Ergonomics. - 1999. - № 42(11).
P. 1482 1491.
769. Lankford J. The influence of microstructure on the
growth of small fatigue cracks I I Fatigue Fract. Eng. Mater.
Stractur. 1985. - Vol. 8. № 2. - P. 161-175.
770. Learmount D. Hard Lessons // Flight int. - 2000. - Vol.
158, № 4739. - P. 62 64.
771. Lester P. F, Bach R. E. An extreme clear air turbulence
incident associated with a strong downslope windstorm. // AIAA
Pap. - 1986. - № 329. - 7 p.
772. Ligthari L. P., Nieuwkerk L. P., van Sinttruyen J. S.
FM-CW Delft Atmospheric Research Radar // IEE Proc. F.
1980. - Vol. 127, № 6. - P. 421 426.
773. Ligthari L. P., Yanovsky F. J., Prokopenko I. G. Adap-
tive algorithms for radar detection of turbulent zones in clouds
and precipitation // IEEE Trans. AES. - 2003. - Vol. 39,
№ 1. - P. 357-369.
774. Lindborg U. A statistical model for the linking of mi-
crocracks I I Acta Met. - 1969. - № 17. - P. 521-526.
775. Loper R. L., Wilson J. R. FAA moves out on solving
windshear problem // Interafvia. - 1989. - Vol. 44, № 3. -
P. 260-263.
776. Lopes J., Yeldham I., Oliver K. Overview of wavelet/
neural network fault diagnosis method applied to rotating ma-
chinery // Proceedings of the 50 Meeting of the Mechanical
Failure Prevention Group. - 1996. - P. 405-417.
777. Lorenz M., Kidd I. Object-Oriented Software Metiics. -
New York: Pr.-Hali, 1994. - 146 p.
778. Luers J. K, Haines P. A. The Effect of Heavy Rain on
Wind Shear Attributed accidents // Proc, of AIAA, 19th Conf.,
Jan. 12-15, 1981: AIAA-81-0390. - P. 17-21.
779. Madej H. Early Detection of Gear Faults Using Time-
Frequency Distribution // Machine Dynamics Problems. - 2003. -
Vol. 27, № 3. - P. 93-102.
780. Mahapatra Pravas R.. Zrnic Dusan S. Influence de la
meteorologiy sur la securite pour la navugation aerienne civile
dans les annees futures // Navigation. - 1987. - Vol. 35, № 137. -
P. 45-65.
781. Mailat S. A. Theory for Multiresolution Signal Decom-
position: The Wavelet Representation // IEEE Trans. PAMI.
1989. - Vol. 11, №. 7. - P. 674-693.
782. Manson S. S. Interferense between fatigue creep and
fracture // International Journal of Fracture Mechanies. - 1966,
March. - Vol. 2, № 1. - P. 327-361.
783. Melvin IV. Terminal weather // Flight int. - 1987. -
Vol. 131, № 4063. - P. 44-46, 48.
784. Merrington G. L. 1988.A Modified Least Squares Esti-
mator for Turbin Identification, ARL Aero Prop T. M. 445.
785. Merrington G. L., 1989. Fault Diagnosis of Gas Turbine
From Transient Data, ARL Aero Prop T. M. 635.
786. METAR-. Airport weather reports. <http://
www.allmetsat.com/en/metar.html>
787. Microwave in Ukraine / A. I. Nosich. Y. M. Poplavko.
D. M. Vavriv, F J. Yanovsky // IEEE Microwave Magazine.
December, 2002. - P. 82-90.
788. Miele A., Wang T. Melvin W. W. Guidance Strategies for
Near Optimum Take-Off Performance in a Windshear //Journal
off Optimization Theory and Application. - 1986. № 1. - P. 1 47.
789. Miller K. J. The short crack problem // Fatigue Fract.
Eng. Mater. Stractur. - 1982. - Vol. 5, № 3. - P. 223-232.
790. MIT Lincoln Lab. - <http://www.ll.mit.edu/Aviation-
Weather/index4.html>
791. Mumpower J. An analysis of the de minimis strategy for
risk management // Risk Analysis. - 1992. - Vol. 6, № 41986. -
P. 437 446.
792. Murphy E. A. Wind-shear recovery: keep the thrust
up and the nose up // ICAO Bull. - 1987. - Vol. 42,
№ 4. - 11 p.
793. Nagel D. C. Automation and Human Error // Paper
presented at Air Line Pilots Association Symposium «Beyond
Pilot Error». - Washington: DC, 1983. P. 326-332.
794. Noorman R. W., Nordwall B. D., Eiorino F. Long-
term fix ordered for problematic rudder // Aviation week and
space technology. - 2000. - Vo). 152, № 7. - P. 22-24.
795. NTSB. Annual Review of Aviation Accident Data:
U.S. General Aviation. - 1997. - 28 p.
796. NUREG/CR-5042, Evaluation of External Hazards to
Nuclear Power Plants in the United States. LLNL for US NRC /
C. Y. Kimura, R. J. Budnitz. - 1987 - 23 p.
797. Ochi Y., Ishii A., Sasaki S. K. An experimental and
statistical investigation of surface fatigue crack initiation and
growth I/ Fatigue Fract. Eng. Mater. Structure. - 1985. - Vol. 8,
№ 4. - P. 327-339.
798. Olshewski J., Ziebs J., Fedelich B., and el. Modellierung
des SchSdigungsverhaltens der Legierung IN 738 LC unter
mehrachsigerthermisch-mechanischer Beanspruchung. In: Sonder-
forschungsbereich 339 «Schaufeln und Scheiben in Gasturbinen-
Werkstoff- und Bauteiiverhalten», Teilprojekt C2, AbschluMbe-
richt, TU Berlin, 1997. P. 1-63.
799. Park Y., Kim Y. A method of minimizing interference
in Wigner-Ville distribution and its application in acoustics and
vibration signal // Proceedings of the 1997 National Conference
on Noise Control Engineering, Pennsylvania State University,
June 1997, USA. - 1997. - Book 1. - P 331-336.
800. Parkins R. N.. Singh P. M. Stress corrosion crack coa-
lescence 11 Corrosion. - 1990. - Vol. 46, № 6. - P. 485-499.
801. Pat. 4023408 USA. Device for the detection of electric
activity in atmosphere / P. A. Ryan, N. Spitser, May 17, 1977.
802. Pat. 4672305 USA. Storm warning method and appara-
tus / E.W. Coleman. June 9, 1987.
803. Pat. (siTllWL USA. Icing hazard avoidance system and
method using dual-polarization airborne radar. United States /
R. A. Kropfli et al., April 23, 2002.
804. Patrick G. T. W., Gilbert J. A. On the effects of loss of
sleep. Psychological Review. - 1896. - № 3. - P. 469-483.
805. Peoples Right to Safety. Montreal Declaration. 6th World
Conference on injury Prevention and Control Montreal, Cana-
da, 15th May 2002. - 4 p.
806. Pflegger T. Software Measurements. - New York: Addi-
son Weslly, 2000. - 503 p.
807. Philips E. United 747 Incident Spotlights Pilot Trai-
ning, Safety Issues // Aviation Week and Space Technology. -
1999. Vol. 150, № 13. - P. 22-30.
808. Phillips E. H. NASA Tests Indicate Heavy Rainfall Can
Reduce Lift at High Angles of Attack. Aviation Week & Space
Technology. 1989. - № 28. - P. 7-13.
809. Piers M. A. The development of a method for the ana-
lysis of societal and individual risk due to aircraft accidents in the
vicinity of airports: NLR CR 93382 L. - Amsterdam. 1993. -
84 p
810. Pikaar A. J., de Jong C. J. M., Weijts J. An enhanced
method for the calculation of third party risk around large air-
ports with application to Schiphol // National Aerospace Labo-
ratory NLR: NLR-CR 2000-147. Amsterdam, 2000. - 104 p.
998
Список использованной литературы
811. Pitertsev A.. Yanovsky Е Mathematical Modeling and
Simulation of Backscattering from Hydrometeors of Different
Types // Proceedings 10th International Conference on Mathe-
matical Methods in Electromagnetic Theory. - Dnipropetrovsk,
Ukraine, 2004. - P. 292 294.
812. Pokrovsky V. I., Belkin V. V., Yanovsky F. J. Airborne
Weather Radar for Windshear Detection. Proceedings 18th In-
ternational Conference on Applied Electromagnetics and Com-
munications (ICECom 2005). - Dubrovnik, Croatia, 2005.
P. 357-360.
813. Prediction procedure for near-field and far-field pro-
peller noise: SAE, AIR-1407. - Washington, 1977. - 22 p.
814. Progress In Flow Crowth and Fracture Toughness Tes-
ting, ASTM STP, 536, American Society for Testing and Ma-
terials. - 1973. - 491 p.
815. Public health impact of laige airports. EXEC UTTVE SU M-
MARY. EU Committee on Transport and Tourism. - 1998. - 12 p.
816. Quality Assurance Control for Product Acceptance Soft-
ware. Advisory Circular 21-36, Washington, D. C.: DOT/FAA,
11 August, 1993. - 48 p.
817. Radar Doppler polarimetry applied to precipitation
measurements: introduction of the spectral differential reflec-
tivity / С. M. H. Unal, D. N. Moisseev, F. J. Yanovsky,
H. W. J. Russchenberg. American Meteor. Soc. 30th Int. Conf.
Radar Meteorology, Munich, Germany. 2001. - P. 316-318.
818. Radar Estimation of Turbulence Eddy Dissipation Rate
in Rain / F. J. Yanovsky, I. G. Prokopenko, К. I. Prokopenko
et al // IEEE Int. Geoscience and Remote Sensing Symposium. -
Toronto, Canada, 2002. - Vol. 1. - P. 63-65.
819. Radkowski S. Use of the vibroacoustic signal in dia-
gnostics of early stage railure // Machine Dynamics Problems.
2003. - Vol. 27, № 3. - P. 9-22.
820. Ray R. S., MacGorman D. R., Rust IV. D., Taylor L. W.
Lightning location relative to storm structure in a supercell storm, a
multicell storm // J. Geophys. Res. - 1987. - № 92. - P. 5713—
5724.
821. Recent Canadian Research on Aircraft in-Flight icing /
G. A. Isaac, S. G. Cober, J. W. Strapp. A. V. Korolev et al //
Canadian Aeronautics and Space Journal. - September 2001. -
Vol. 47, № 3. - P. 1-9.
822. Rees W. G. Physical principles of remote sensing. -
Cambridge University Press, 1990. - 247 p.
823. Reich P. G. Analysis of Long-Range Air Traffic Systems
Separation Standards 1, II, III // Journal of the Institute of
Navigation, 1966. - 205 p.
824. Remtech Inc. Sodar Technical Description. - <http://
www.remtechinc.com/techl.htm>, (Updated: 11/2002).
825. Rhode R. К Some Effect of Rainfall on Flight of Airplanes
and on Instrument Indications//NACATN 803, April, 1941,-103 p.
826. Riordan P. Weather Extremes Around the World. Earth
Science Laboratory/ TR7045ES. - 1970. - 74 p.
827. Robertson A., Park K.r Alvin K. Identification of struc-
tural dynamics models using wavelet-generated impulse response
data // ASME J. Vib. Acoust. - 1998. - Vol. 120. - P. 261-
266.
828. Rome H. J., Krishnan E Causal probability model for
transoceanic track separations with applications to automatic depen-
dent surveillance / Position, Location and Navigation Symposium
(PLANS), IEEE, Orlando, Florida. December 1989. P. 353-365.
829. Ross G. P., Kessler E. Measurement by Aircraft of Con-
densed Water in Great Plains Thunderstorm // National Severe
Storms Publication: TN-49-NSSP-19. 1966. P. 18-27.
830. RTCA/DO-178B. Software considerations in airborne sys-
tems and equipment certification. Washington: RTCA, 1992. 106 p.
831. Rudder Mulfanction Causes Loss of Control of Boeing
737 // Accident Prevention, N. Y_: FSF Editorial Staff. - 1999. -
Vol. 56, № 9. - P. 1 16.
832. Rudich R. S. Weather - involved US air carrier acci-
dents 1962 - 1984: A compendium and brief summary // AIAA
Pap. - 1986. - № 327. - 7 p.
833. Ruff G. A. Verification and Application of the Icing Sca-
ling Equations // AIAA Pap. - 1985. - № 85-0212. - P. 71-83.
834. Safety and security. Thematic synthesis of transport
research results. Paper 7 of 10. Issued by: The EXTRA project,
within the European Community’s Transport RTD Programme. -
Bruxellf: European Community’s. - 24 c.
835. Sallee G. P., Gibbons D. M. Propulsion System Mal-
function Plus Inappropriate Crew Response (PSM+ICR) // Flight
Safety Dig. -1999. - Vol. 18, № 11-12. - P. 1-202.
836. Seaman L., Curran D. R., Shockey D. A. Computa-
tional models for ductile and brittle fracture // J. Applied Phy-
sics. - 1976. - Vol. 47, № 11. - P. 4814-4826.
837. Shaped S. A., Wiegmann D. A. Human Factors Analy-
sis and Classification System // Flight Safety Foundation. Flight
Safety Digest. - 2001. - № 2. - P. 15-28.
838. Shaw M. Prospects for an Engineering Discipline of
Software // IEEE Software. Nov. - 1990. - P.15-24.
839. Sidorov N. Software Stylistics. - Kiev: Proceedings of
NAU. - 2005. - № 2(24). - P. 98-103.
840. Sinitsyn R. B., Beletsky A. J., Yanovsky F.J. Noise signal for
sodarapplication. «Applied Radioelectronics» (Прикпаднарашоелек-
трошка, IPE, HAH Украши). - 2003. - T. 3, № 4. - P. 35-38.
841. Sotirios J. Vahaviolos. Advanced AE instrumentation con-
cepts with real time source identification through correlation pions
and software filtering // Paper is presentation to the «Comitte of
Science and Technology of the USSR», Dec. 18 19, 1985. -lip.
842. Sparaco P. Conditioned Reflexes Cited in Tarom A310
Incident // Aviation Week and Space Technology. - 2000. -
Vol. 152, № 14. 51 p.
843. Statistical information of the Flight Safety Foundation. -
<http://aviation-safety.net/statistics/>
844. Statistical Summary of Commercial Jet Aircraft Acci-
dents, Worldwide Operations, 1988-1997 // Group Boeing Com-
mercial Airplane Group. - Seattle, WA Anon. 1998. - 34 p.
845. Stickland J. Meteorologicial experts evaluate different
methods for measuring and reporting inflight turbulence // ICAO
Journal. - 1998. - Vol. 53, № 7. - P. 5-6, 27-28.
846. Stone J. R. An improved prediction method for noise
generation by conventional profile coaxial jets // AIAA Paper. -
1981. - 31 p.
847. Study Absolves Twin Tower Trusses // Engineering
News-Record, Fireproofing by Nadine M. Post. - Washington,
2002. - Vol. 249, № 19. - P. 12-14.
848. Suh С. M., Yuuki R., Kitagawa H. Fatigue microcracks
in a low carbon steel // Fatigue Fract. Eng. Mater. Stractur. -
1985. Vol. 8, № 2. - P. 193-203.
849. System Safety Management Program / Order 8040.4,
DOT, FAA, 6/26/98. - Washington, 1998. - 83 p.
850. Szodruch J., Nirsche W., Olsson J. The Role of Experi-
mental Aerodynamics In Future Transport Aircraft Design //
AIAA Pap. - 1987. - № 1371. - P. 412 418.
851. Taylor S. EUMETNET AMDAR. Workshop on the
use of measurements from Commercial Aircraft. Toulouse, France -
12/13th November 2002. Part 1. - 32 p.; part 2. - 11 p.
852. The WEFAX dissemination standard. - <http://www.
nottingham.ac.uk /meteosat /wefax. html>
853. Thorin O. On the infinite divisibility of the lognormal
distribution // Scand. Actuar. J. - 1977. - № 3. P. 121-148.
854. Tom Fahey, Peter Ried. Turbulence may be greater
problem for commercial aviation then available statistics indicate //
ICAO Journal. - 1998. Vol. 53, № 7. - P. 8-10.
855. ToquamJ. L.. Bittner A. C. Performance-Based Testing
for Fitness-For-Duty (FFD): Ready for industrial Applications
or Not // Advances in Industrial Ergonomics and Safety VI /
Список использованной литературы
999
Edited by F. Aghazadeh. - Taylor & Francis, London, 1994. -
P. 11-17.
856. Torii K., Matsnmoto K. Ginger 2: An Environment for
Computer-Aided Empirical Software Engineering//lEEETrans.
on Software Engineering. - 1999. - Vol. 25, № 4. - P. 474-480.
857. Turpeintn O. Effort to improve forecasting of turbu-
lence focuses on providing operationally useful data // ICAO
Journal. - 1998. - Vol. 53, № 7. - P. 7-26.
858. U. S. accident rates tallied for general aviation // Aviat.
Week and Space Technol. - 1987. - Vol. 126, № 18. - 83 p.
859. Understanding RISK Analysis. A Short Guide for
Health, Safety, and Environmental Policy Making. - INTERNET
EDITION, American Chemical Society, 1998. - 34 c.
860. Urban L. A. Engine condition monitoring by gas pase
papatore. // Paper AIAA. № 72-92. - 8 p.
861. Urban L. A. Parameters selection for multiple faults
diagnostic of gas turbine engine-ASME. Paper ASME.
№ 74-GT-62. 1974. - 9 p.
862. US DOD flight Information Handbook. - <htpps://
www.NACO.FAA.gov/ecomp/ProductDetails.aspx7ProductlD-
FIHB>
863. USA Federal Aviation Agency Strategic Plan. Safety. -
Washington, 2001. 48 p.
864. Use of expanded AIDS in engine health monitoring on
the CFG-80 engine for the A310 airbus Neese W. A. «SAE
eehn.Pap.Ser.», 1984, № 841505.
865. Van Damme D., Kjaer-Hansen J., Amat A.-L. Human Fac-
tors in the Investigation of Accidents and Incidents: HUM.ET1.ST13-
3000-REP.02. - Brussels: EUROCONTROL, 1998. - 62 p.
866. Van Gorp, J. J., Ligthart L. P. Doppler weather radar
network to measure the local wind field at an airport // Ad-
vanced weather radar systems, COST-75 International semi-
nar, European Commission. - Locarno, Switzerland. 1998. -
P. 460 466.
867. Veltman FL, Wilson G„ Burov O. Cognitive load. Operator
functional state assessment / NATO Science Series RTO-TR HFM-
104. AC/323(HFM-104)TP/48. - Brussels. 2004. - C. 239-243.
868. Veruzhsky Yu., Tokarevsky V. Probalistic and Determinis-
tic Risk Assessment for Extreme Objects and Ecologically Hazar-
dous Systems. - K.: Bien. НАУ. - № 2. - 2003. - P. 4.34-4.41.
869. Williams H. L., Lubin A. Speeded addition and sleep
loss I Journal of Experimental Psychology. - 1967. - № 73. -
P. 313 317.
870. Wingrove R. C. Quasi-linearization technique for estima-
ting aircraft states from flight data // J. Aircr. - 1973. - № 10(5). -
P. 303-307.
871. Winkler T., Bruckner-toil A.. Riesch-Oppermann H.
Statistical characterization of random crack patterns caused by
thermal fatigue // Fatigue Fract. Eng. Mater. Structur. - 1992. -
Vol. 15. № 10. - P. 1025-1039.
872. WMO Commission for Aeronautical Meteorology, 12th
Session, Montreal, 16-20 September 2002. Abridged Final Re-
port with Resolutions and Recommendations. 2002. 56 p.
873. WWW Global Observing System. - <htpp://
www.wmo.ch/web/www/OSY/GOS.html>
874. Xin X. J., De Los Rios E. R. interactive effect of two
coplanar cracks on plastic yielding and coalescence // Fatigue Fract.
Eng. Mater. Structure. - 1994. - Vol. 17, № 9. P. 1043- 1056.
875. Yanovski F. J., Ligthart L. P., Russchenberg H. W. J.
Comparison of Modeled and Measured Doppler-Polarimetric
Parameters of Radar Signal Reflected from Rain // Procee-
dings of the 2000 International Symposium on Antennas and
Propagation (ISAP2000). Fukuoka, Japan, 2000. - Vol. 3. -
P. 951-955.
876. Yanovsky F. Airport weather radar system for wind
shear detection and prediction (AWERS/W1SDP//Report 1RC-
TR-S-006-03. - The Netherlands. TU-Delft, 2003. - P. 19.
877. Yanovsky F. J. Doppler-Polarimetric Approach for Su-
percooled Water Detection in Clouds and Precipitation by Air-
borne Weather Radar. Proceedings. International Radar Sympo-
sium. - Warsawa, 2004. - P. 93-100.
878. Yanovsky F. J. Evolution and Prospects of Airborne
Weather Radar Functionally and Technology // Proc. 18th IEEE
Int. Conf. Applied Electromagnetics and Communications. -
Dubrovnik, Croatia, 2005. - P. 349-352.
879. Yanovsky F. J. Microwave Remote Sensing of Atmo-
sphere. - K.: NAU, 2001. - 76 p.
880. Yanovsky F. J. Phenomenological Models of Doppler-
Polarimetric Microwave Remote Sensing of Clouds and Precipi-
tation. Proceedings, 2002 // IEEE International Geoscience and
Remote Sensing Symposium. - Toronto, 2002. - P. 131-134.
881. Yanovsky F. J. Polarimetric Technique for Aircraft Icing
Alert Using Airborne Radar. Proceedings of the European Radar //
Conference EuRAD 2004. - Amsterdam, 2004. P. 33-36.
882. Yanovsky F. J. Use of signal polarization properties - the
way to improvement of weather radar parameters // Proceedings
of the Third International Workshop on Radar Polarimetry, 21-
23 March, 1995. - Nantes, France, 1995. - P. 578-589.
883. Yanovsky F. J., Braun I. M. Models of Scattering on
Hailstones in X-band // Proceedings of the European Radar
Conference EuRAD 2004. - Amsterdam, 2004. - P. 229-232.
884. Yanovsky F. J., Glushko D. N., Lawama A. Flight
Safety: Passive Measurement of the Distance to Lightning Source
from an Airplane // Proc. 2nd IEEE Int. Workshop on Intelli-
gent Transportation (WIT 2005). Hamburg, 2005. - P. 181
186.
885. Yanovsky F. J., Prokopenko I. G., Ligthart L. P. Radar
turbulence detection: statistical synthesis and experimental check
of adaptive algorithms // Proc. Int. Society for Optical Engi-
neering (SPIE). Vol. 6159: Photonics Applications in Astrono-
my. Communications, Industry, and High-Energy Physics
Experiments IV. - Feb., 2006. - P. 322-329.
886. Yanovsky F. J., Russchenberg H. W. J., Unal С. M. H.
Retrieval of Information about Turbulence in Rain by Using
Doppler-Polarimetric Radar // IEEE Trans. MTT. - Feb., 2005.
Vol. 53, № 2. - P. 444 450.
887. Yanovsky F. J., Sinitsyn R. B., Braun I. M. Recognition
of hail areas with polarimetric radar by the Method of Potential
Functions /I IEEE IGARSS, Toronto, Canada, 2002. Vol. 5. -
P. 2835-2837.
888. Yanovsky F. Methods and Means of Remote Defini-
tion of Clouds’ Electrical Structure // Physics and Chemistry
of the Earth. 1997. Vol. 22, № 3-4. - P. 241 245.
889. Years of Radar. Contributions from Various Countries.
German Institute of Navigation. - Bonn, 2005. - 238 p.
890. Zadeh L. A. Fuzzy logic, neural networks and soft com-
puting // Communications of the ACM. - 1994. - Vol. 37, № 3. -
P. 77-84.
891. Zaporozhets O., Tokarev V. Aircraft noise modelling for
environmental assessment around airports // Applied Acoustics. -
1998. - Vol. 55, № 2. - P. 99 127.
892. Zaporozhets O.. Tokarev V. Predicted flight procedures
for minimum noise impact // Applied Acoustics. 1998. - Vol. 55.
№ 2. - P. 128-140.
893. Zheng K., Whitehouse D. The application of the Wigner
distribution function to machine tool monitoring // J. of Meeh.
Eng. Sc. - 1992. Vol. 206, № 4. - P. 242-264.
894. Zrnic D. S., Forsyth D. E. Multipurpose Phased Array
Radar Civilian Applications? Proceedings Microwaves, Radar
and Remote Sensing International Workshop (MRRS 2005). -
Kiev, Ukraine, 2005. - P. 62-70.
895. Zuzewicz K„ Kwarecki K, Waterhouse J. Circadian rhythm
of heart rate, unitary cortisol excretion, and sleep in civil air traffic
controllers//[ntJ.Occup. Saf. Ergon.-2000. №6(3). P. 383 392.
Наукове видання
Кулик Микола Серпйович,
Харченко Володимир Петрович,
Луцький Максим Георпйович та 1н.
ЕНЦИКЛОПЕД1Я БЕЗПЕКИ АВ1АЦП
За редакщею заслуженого (Няча науки i техники,
лауреата Державно! преми Украши М. С. Кулика
Росшською мовою
Редактора О. К. Артеменко, О. В. Боброва, П. Ф. Боброва,
О. Г. Гриценко, С. К. Кашка
Художне оформления В. О. Гурлева
Художшй редактор С. В. Анненков
Техшчний редактор К. €. Ставрова
Комп’ютерпа верстка А. Р. Романовськсл, О. Д. Ткаченко
Коректори Ю. М. Вальчук, Ю. О. Щербак
Пщп. до друку 11.08.2008 р.
Формат 84x108 716. Патр офсет.
Друк офсет. Гаржтура Tinies.
Умов. друк. арк. 105,0. Обл.-вид. арк. 113,71.
Тираж 1000 пр. Зам. № 8-470.
Видавнинтво “Техн1ка”.
04053 Кшв. вул. Обсерваторна, 25.
Тел (044) 272-10-80. Факс (044) 272-10-88.
E-mail: technika.pub@gniail.com
Cbltoiitbo про внесения до Державного реестру УкраТнн
суб’с KTin иилавничоТ справи ДК № 357 вш 12.03.2001 р.
Вмдруковано на Бсчоцерювськш khiixkobhi фабри ui.
09117 Биа Церква, вул. Леся Курбаса, 4.
С В1ДОИТВО про внесения до Державного реестру УкраТнн
субскпв вилавничо! справи ДК № 567 ви 14.08.2001 р.
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ
АВИАЦИИ