Студенты Техниона создали алгоритм для безопасной посадки самолета при отказе двигателей

Алгоритм выбора маршрута вынужденной посадки уже доказал свою эффективность на летных испытаниях

Когда в январе 2009 года американский пилот Чесли Салленбергер посадил свой Аэробус-320 на воду Гудзона и спас 155 пассажиров и членов экипажа, его подвиг стал результатом отказа обоих двигателей в результате попадания в них стаи птиц. В августе этого года двигатель частного самолета отказал из-за сбоя в подаче топлива, и пилоту чудом удалось приземлиться на шоссе в Вашингтоне.

Отказ двигателя - это постоянная и весьма серьезная угроза безопасности авиаперевозок. Он может быть вызван неисправностью двигателя, утечкой топлива или неправильным техническим обслуживанием самолета. Столь серьезный инцидент, особенно в сочетании с неблагоприятными погодными условиями и препятствиями, создаваемыми рельефом местности, может быть смертельно опасен для пассажиров и экипажа.

Профессор факультета аэрокосмического машиностроения израильского Техниона Йосеф Бен-Ашер занимается проблемой отказа авиационных двигателей уже почти 20 лет. Тревожный тренд числа авиакатастроф, связанных с потерей тяги, побудило еще одну группу исследователей Техниона во главе с профессором Нахумом Шимкиным, деканом электротехнического факультета им. Витерби, подключиться к разработке разработать алгортим оптимального решения этой проблемы в режиме реального времени. В исследовании также участвуют доктор А. Бар-Гиль, аспиранты Э. Риппель, А. Адлер, У. Осокин и Д. Сегал.

Разработанный ими алгоритм вычисляет (и периодически перепроверяет) глобально оптимальную траекторию с точки зрения минимальной потери высоты, учитывая сгенерированные при расчетном снижении препятствия местности и предполагаемую интенсивность лобового и бокового ветра.

«Поскольку мы стремимся помочь пилоту, находящемуся в сильном стрессовом состоянии, мы были обязаны проверить алгоритм в реальном полете», - рассказывают исследователи. "Мы провели летное испытание нашего алгоритма на Сессне-172, поставив себе целью продемонстрировать как оптимальный выбор взлетно-посадочной полосы, так и генерацию траектории снижения, а также способность пилота в чрезвычайной ситуации следовать этой траектории."

В течение 2018/2019 учебного года студенты продолжали работать над этой задачей в рамках лаборатории контрольной роботехники и машинного обучения во главе с Коби Кохаем. Основной проблемой для реализации алгоритма на борту самолета была необходимость сделать так, чтобы бортовое испытательное оборудование не вступало в контакт с системами самолета - ни механическими, ни электрическими. Студенты Техниона справились с задачей, успешно разработав автономную экспериментальную установку, которая сама способна, например, оценивать интенсивность и направление ветра в режиме реального времени.

Студенты разработали и специальную компьютерную симуляцию для тестирования реализации алгоритма. Она включает в себя моделирование полета, создание оптимальной траектории снижения к предпочтительной взлетно-посадочной полосе и вывод на экран подсказок для пилота, чтобы сделать его работу в чрезвычайной ситуации как можно проще. Эта симуляционная среда внесла огромный вклад в отладку программного обеспечения на самолете и успех всего эксперимента.

При введении условия эксперимента - отказ двигателя Сессны к западу от горы Фавор на севере Израиля - и координат возможных посадочных полос к востоку от горы, алгоритм сумел выбрать лучшее место для посадки и рассчитать оптимальную траекторию, удобную для отслеживания летчиком-испытателем. Пилот правильно обогнул гору Фавор и сообщил, что динамика отслеживания сигналов была удовлетворительной.

 Результаты работы алгоритма на дисплее пилота.

​Правая сторона пилотного дисплея отображает динамически генерируемые путевые точки (Way Points). Следуя этим путевым точкам, пилот огибает гору на пути к оптимальной посадочной полосе. Алгоритм многократно проверяет правильность первоначально выбранной оптимальной траектории (зеленый цвет), в то время как черная стрелка указывает на альтернативные (красные) маршруты. Центральный экран (черный круг в центре) символизирует летательный аппарат, а красные точки обозначают возможные посадочные полосы. Левая сторона дисплея пилота - символ «V» с «крыльями» - обозначает направление вектора скорости самолета. Для отслеживания оптимальной траектории, рассчитанной по алгоритму, пилот должен выровнять этот символ с двумя желтыми треугольниками.

Таким образом, исследователи проверили свою концепцию в полете, подвердив способность алгоритма обеспечивать пилоту оптимальную траекторию в режиме реального времени. Глобально оптимальный алгоритм реального времени, разработанный исследовательской группой Техниона, может быть легко применен на самолетах гражданской авиации, а также беспилотных летательных аппаратах.

Исследование было частично поддержано министерством обороны Израиля.

Источник: MFA
Фото: Pixabay