2.1. Полёты при неисправности бортового оборудования: дрейф, помехи, вибрации #

• Подготовить тренажёр по статье 2.0: сохранить набор параметров, проверить отказную логику (FS_EKF_ACTION = 1 — посадка при рассогласовании оценки).
• Барометр: SIM_BARO_DRIFT (скорость дрейфа высоты, м/с), SIM_BARO_GLITCH (скачок показания, м), SIM_BARO_FREEZE = 1 (заморозка), SIM_BARO_DISABLE = 1 (полный отказ).
• Компас: SIM_MAG_MOT (вектор помехи от двигателей), SIM_MAG1_OFS_X, SIM_MAG1_OFS_Y, SIM_MAG1_OFS_Z (смещения поля), SIM_MAG_RND (шум).
• Вибрации: SIM_VIB_MOT_MAX (амплитуда вибрации от двигателей, м/с²), SIM_VIB_FREQ (частота, Гц), SIM_VIB_MOT_MASK (маска двигателей).
• Отмена сценария — возврат параметров к нулевым значениям из карточки (статья 2.0, раздел 3.3).

• Открыть панель сообщений (вкладка FLIGHT DATA); включить речевые сообщения на события EKF variance, Baro, Compass.
• Добавить на индикатор поля высоты: барометрическая высота, спутниковая высота (GPS Alt), вибрации VIBE X, Y, Z — для перекрёстного контроля.
• После каждого сценария выгружать журнал и смотреть сообщения EV (события), ERR (ошибки), VIBE (вибрации), а также кривые расхождения оценок высоты и курса.
• Результаты заносить в протокол занятия (статья 0.6).

• До ввода назвать вслух: признак дрейфа (линейный рост расхождения барометрической и спутниковой высоты), поведение аппарата в режиме удержания высоты (медленный набор или снижение), порог решения 5 м, ожидаемое время обнаружения 10 с (задача 1).
• Выполнить висение на 30 м в режиме удержания позиции; инструктор вводит SIM_BARO_DRIFT = 0,5.
• Пилот обнаруживает дрейф по расхождению источников или по движению аппарата, объявляет отказ вслух, переходит в режим, не зависящий от барометра (удержание по спутниковой высоте при её доступности либо ручное управление тягой), и выполняет посадку.
• Разобрать по журналу: момент появления признака, время обнаружения, фактическая траектория по высоте.
• Повторить с дрейфом отрицательного знака (снижение) — три выполнения подряд.

Критерий: обнаружение не более 10 с; отклонение фактической высоты от заданной на момент решения не более 5 м; посадка в пределах допусков статьи 1.1.04.

• Инструктор вводит SIM_BARO_GLITCH = 10 (скачок показания на 10 м): пилот наблюдает реакцию фильтра — кратковременное движение и подавление скачка, читает сообщение телеметрии.
• Обсудить: почему единичный скачок подавляется фильтром, а систематический дрейф (элемент 1) — нет.
• Ввести SIM_BARO_FREEZE = 1: показание замирает; пилот выполняет медленное снижение и наблюдает рост расхождения с фактической высотой.
• Обнаружив расхождение более 5 м, объявить отказ, прекратить снижение, перейти на спутниковую высоту и выполнить посадку.
• Повторить три раза: время обнаружения заморозки не более 10 с.

Критерий: пилот объясняет разницу реакции фильтра на скачок и на дрейф; заморозка обнаруживается по расхождению источников не более чем за 10 с; посадка выполнена с контролем высоты по резервному источнику.

• До ввода назвать вслух: признак (предупреждение Compass variance, расхождение курса и направления движения), поведение в удержании позиции — круговое расхождение с растущим радиусом (задача 2).
• Выполнить висение на 30 м; инструктор вводит SIM_MAG_MOT (помеха от двигателей).
• Пилот распознаёт расхождение, объявляет отказ, переходит в режим удержания высоты (курс удерживается вручную по изображению карты и наземным ориентирам) и выполняет посадку.
• Разобрать по журналу: скорость роста радиуса расхождения, время до перехода в безопасный режим.
• Повторить три раза подряд; один раз ввести помеху в полёте по схеме (не в висении) и сравнить сложность распознавания.

Критерий: распознавание не более 10 с от начала расхождения; радиус расхождения на момент перехода не более 10 м; аппарат не выходит за границы зоны; посадка в пределах допусков.

• До ввода назвать вслух норматив: VIBE не более 30 м/с², клиппинг минимален; источник вибраций в реальной эксплуатации — дисбаланс пропеллера, повреждение крепежа, резонанс рамы.
• Инструктор вводит SIM_VIB_MOT_MAX = 40: пилот наблюдает дрожание аппарата в удержании позиции, предупреждения EKF, рост значений VIBE.
• Оценить по индикаторам: уровень вибраций, качество удержания позиции (дрожание 1 м и более).
• Принять решение вслух: снижение агрессии пилотирования, переход в режим удержания высоты и посадка в ближайшем подходящем месте.
• Повторить с SIM_VIB_MOT_MAX = 20 (ниже порога): убедиться, что удержание позиции работоспособно, и записать различие признаков.

Критерий: пилот читает значения VIBE и сравнивает с нормативом 30 м/с²; решение принимается по превышению порога, а не по субъективной оценке дрожания; посадка в пределах допусков.

Задача. Барометрическая высота дрейфует со скоростью 0,5 м/с; спутниковая высота достоверна. Порог принятия решения — расхождение 5 м. Требуется определить время обнаружения дрейфа перекрёстным контролем, смещение фактической высоты аппарата за это время в режиме удержания высоты и время обнаружения без перекрёстного контроля (по предупреждению EKF — 15 с).

Заданные параметры:

Искомые параметры: время обнаружения перекрёстным контролем (с); смещение фактической высоты за это время (м); выигрыш во времени относительно предупреждения EKF (с).

Решение.

1. Время достижения порога: \( t = 5 / 0{,}5 = 10\ \text{с} \).
2. Смещение фактической высоты: в режиме удержания аппарат следует за дрейфующим показанием; за 10 с фактическая высота уходит на \( 0{,}5 \cdot 10 = 5\ \text{м} \) в сторону дрейфа.
3. Сравнение: предупреждение EKF приходит через 15 с — на 5 с позже; за это время смещение достигло бы 7,5 м.
4. При отсутствии перекрёстного контроля и предупреждений дрейф обнаруживается по последствию (столкновение с препятствием или выход из зоны) — через десятки секунд: смещение 15–25 м.

Ответ: перекрёстный контроль обнаруживает дрейф за 10 с при смещении 5 м; предупреждение EKF — за 15 с при смещении 7,5 м; без контроля смещение достигает десятков метров.

Вывод. Перекрёстный контроль источников — самый быстрый способ обнаружения дрейфа: он опережает и автоматику, и последствия. Цена контроля — взгляд на индикатор раз в минуту; цена отсутствия контроля — потеря безопасной высоты или положения раньше, чем пилот поймёт причину.

Задача. Помеха компаса создаёт ошибку курса 15°. Автоматика удержания позиции выполняет корректирующие движения со скоростью до 1 м/с; из-за ошибки курса корректировка направлена под углом к истинному смещению. Требуется оценить скорость роста боковой ошибки и радиус кругового расхождения за первые 20 секунд, а также сформулировать признак для распознавания.

Заданные параметры:

Искомые параметры: боковая составляющая корректировки (м/с); рост боковой ошибки за 20 с (м); характер движения; признак для распознавания.

Решение.

1. Боковая составляющая: \( v_{кор} \cdot \sin 15° = 1 \cdot 0{,}26 = 0{,}26\ \text{м/с} \).
2. Рост боковой ошибки за 20 с: \( 0{,}26 \cdot 20 = 5{,}2\ \text{м} \); коррекция на новое смещение снова выполняется под ошибочным углом — траектория закручивается в спираль.
3. Радиус расхождения: при типичных параметрах контура (период коррекции около 10–15 с) радиус спирали за первые 20 с растёт от нуля до 5–10 м — движение заметно визуально и по карте.
4. Признак: аппарат смещается по дуге при отсутствии ветра и команд пилота; направление движения не совпадает с направлением, куда повёрнут аппарат (проверка по спутниковому путевому углу).

Ответ: боковая составляющая корректировки 0,26 м/с; за 20 секунд ошибка достигает 5 м и продолжает расти по спирали; признак — дуговое смещение без ветра и расхождение курса с направлением движения.

Вывод. Круговое расхождение развивается медленно в начале и быстро в конце — радиус растёт с каждым витком. Распознать его нужно на первой дуге (5–10 м), пока аппарат не вышел за границы зоны и не приблизился к препятствиям; действие — выход из режима удержания позиции (лестница деградации), а не парирование спирали органами управления.

Задача. Вибрация корпуса от дисбаланса пропеллера пропорциональна квадрату оборотов двигателей. На режиме 50 % газа (6000 оборотов в минуту) измеренный уровень VIBE составляет 10 м/с². Требуется определить уровень вибраций на полном газу (9000 оборотов в минуту), сравнить с нормативом 30 м/с² и определить обороты, при которых норматив достигается.

Заданные параметры:

Искомые параметры: VIBE при 9000 оборотов (м/с²); обороты достижения норматива; запас по режиму.

Решение.

1. Отношение оборотов: \( 9000 / 6000 = 1{,}5 \); отношение вибраций: \( 1{,}5^{2} = 2{,}25 \).
2. VIBE на полном газу: \( 10 \cdot 2{,}25 = 22{,}5\ \text{м/с}^{2} \) — ниже норматива 30 м/с², но запас небольшой.
3. Обороты достижения норматива: \( \sqrt{30 / 10} = 1{,}73 \); \( 6000 \cdot 1{,}73 = 10400 \) оборотов в минуту — недостижимы в нормальном полёте.
4. Интерпретация: при исправном аппарате вибрации в норме на всех режимах; превышение порога на крейсерском газу означает дефект (дисбаланс, повреждение пропеллера, ослабление крепежа) — в реальной эксплуатации это запрет полёта по результатам проверки PreArm.

Ответ: VIBE при 9000 оборотов — 22,5 м/с² (норматив не превышен); порог 30 м/с² достигается при 10400 оборотов; превышение порога в нормальном полёте — признак дефекта, а не режима.

Вывод. Квадратичная зависимость объясняет, почему вибрации «терпимые» на висении становятся опасными в энергичном манёвре: рост газа на 30–40 % увеличивает вибрации в полтора-два раза. Проверка уровня VIBE входит в предполётную подготовку (статья 2.8), а сценарий элемента 4 учит действовать, если порог превышен в полёте.