Патент США № 4,735,351¶
Патент США № 4,735,351 — это патент на изобретение, выданный 5 апреля 1988 года Ведомством по патентам и товарным знакам США (USPTO) на «Систему и способ для управления полетом самолета» (Aircraft flight management system and method). Изобретателем указан Джозеф Л. Каллахан (Joseph L. Callahan), а правообладателем — компания The Boeing Company. Патент описывает методологию и архитектуру системы управления полетом, которая в значительной степени опирается на использование программируемых логических контроллеров (ПЛК) и модульной конструкции, что стало важным шагом в автоматизации коммерческой авиации.
¶История и контекст
К середине 1980-х годов авиационная промышленность столкнулась с необходимостью повышения эффективности и безопасности полетов. Традиционные системы управления полетом, основанные на аналоговых схемах и жестко закрепленных логических элементах, становились всё более сложными и дорогими в обслуживании. Развитие микропроцессорной техники и появление программируемых контроллеров открыло новые возможности для создания гибких, легко модернизируемых систем. Патент № 4,735,351 был подан 30 сентября 1986 года и отражал стремление Boeing интегрировать цифровые технологии в управление самолетом, что впоследствии привело к созданию так называемых «стеклянных кабин» (glass cockpits) с электронными дисплеями и централизованным управлением.
В СССР и России в этот период также велись разработки в области автоматизации управления полетом, например, в рамках создания систем для самолетов Ту-204 и Ил-96, однако патентная активность в этой сфере была ниже, а публикации носили более закрытый характер.
¶Содержание патента
Патент № 4,735,351 описывает систему, которая включает в себя несколько ключевых компонентов:
- Центральный процессор — выполняет основные вычислительные функции, обрабатывая данные от датчиков и команд пилота.
- Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — используются для управления отдельными подсистемами (например, двигателями, закрылками, шасси). ПЛК могут быть перепрограммированы без замены аппаратного обеспечения.
- Модульная архитектура — система состоит из функционально независимых блоков, что упрощает диагностику, ремонт и модернизацию. Каждый блок имеет свой микроконтроллер и локальную память.
- Цифровая шина данных — обеспечивает обмен информацией между компонентами системы с высокой скоростью и надежностью.
- Интерфейс пилота — включает в себя многофункциональные дисплеи и панели управления, которые отображают параметры полета и позволяют вводить команды.
Изобретение заявляет способ, при котором система:
- Получает данные о состоянии самолета от датчиков (высота, скорость, курс, положение рулей и т.д.).
- Обрабатывает эти данные с использованием встроенных алгоритмов, хранящихся в памяти ПЛК.
- Вырабатывает управляющие сигналы для исполнительных механизмов (рули, двигатели, тормоза).
- Осуществляет мониторинг работоспособности всех подсистем и при обнаружении неисправности переключается на резервные каналы.
¶Классификация и новизна
По международной патентной классификации (МПК) патент относится к классу G05D 1/00 (Управление положением, курсом, высотой или пространственным положением летательных аппаратов) и B64C 13/00 (Системы управления для летательных аппаратов). Новизна изобретения заключалась в следующем:
- Интеграция ПЛК в систему управления полетом — до этого ПЛК применялись в основном в промышленной автоматизации, но не в авиации.
- Модульность и резервирование — система состояла из нескольких идентичных модулей, которые могли заменять друг друга при отказе, что повышало отказоустойчивость.
- Программируемость — возможность обновлять алгоритмы управления без замены аппаратуры, что упрощало сертификацию и модернизацию.
¶Применение и влияние
Патент № 4,735,351 не был реализован в виде конкретного серийного самолета в неизменном виде, но его принципы легли в основу разработки систем управления для таких машин, как Boeing 777 и Boeing 737 Next Generation. В частности, архитектура с распределенными ПЛК и цифровой шиной данных (ARINC 629) стала стандартом для многих западных авиалайнеров.
В России аналогичные решения применялись в системах управления самолетов Sukhoi Superjet 100 и МС-21, где также используются программируемые контроллеры и цифровые шины (например, ARINC 664). Однако патентная защита Boeing в США не препятствовала разработке собственных систем в других странах, так как патенты действуют в пределах юрисдикции выдавшего органа.
¶Интересные факты
- Патент № 4,735,351 цитируется более чем в 200 последующих патентах, что свидетельствует о его значимости для развития авионики.
- Изобретатель Джозеф Л. Каллахан впоследствии работал над системами автоматической посадки и беспилотными летательными аппаратами.
- В 1990-х годах Boeing столкнулась с судебными исками от других компаний, утверждавших, что патент нарушает их более ранние разработки, однако в итоге патент был признан действительным.
¶Критика и ограничения
Несмотря на инновационность, патент имел и недостатки. Критики отмечали, что описанная система была избыточно сложной для своего времени, что увеличивало стоимость и вес оборудования. Кроме того, программируемость ПЛК создавала риски, связанные с ошибками в программном обеспечении, которые могли привести к авариям. Впоследствии, после катастрофы Boeing 737 MAX в 2018–2019 годах, вопросы к программному обеспечению систем управления полетом вновь стали актуальными, хотя патент 1988 года напрямую к этим событиям не относится.
¶Источники
- Патент США № 4,735,351 «Aircraft flight management system and method», выдан 5 апреля 1988 года.
- «Boeing 777 Flight Deck and Systems» — Boeing Technical Report, 1994.
- «Digital Avionics Handbook» (3rd edition), под редакцией Cary R. Spitzer, 2015.
- «История развития систем управления полетом в России» — журнал «Авиация и космонавтика», № 2, 2020.