Авионика
Авионика ( смесь авиации системы , и электроники ) — это электронные используемые на самолетах . Авиационные системы включают связь, навигацию , отображение и управление несколькими системами, а также сотнями систем, которые устанавливаются на самолеты для выполнения отдельных функций. Они могут быть такими простыми, как прожектор для полицейского вертолета , или такими сложными, как тактическая система для бортовой платформы раннего предупреждения . [1]
История [ править ]
Термин « авионика » был придуман в 1949 году Филипом Дж. Классом , старшим редактором журнала Aviation Week & Space Technology, как термин « авиационная электроника ». [2] [3]
Радиосвязь впервые была использована в самолетах незадолго до Первой мировой войны . [4] Первые бортовые радиостанции были на дирижаблях , но военные стимулировали разработку легких радиостанций, которые можно было перевозить на самолетах тяжелее воздуха, чтобы бипланы воздушной разведки могли немедленно сообщать о своих наблюдениях в случае, если они будут сбиты. Первая экспериментальная радиопередача с самолета была проведена ВМС США в августе 1910 года. Первые авиационные радиостанции передавались посредством радиотелеграфии , поэтому требовался двухместный самолет со вторым членом экипажа, который нажимал на телеграфный ключ и записывал сообщения азбукой Морзе. . Во время Первой мировой войны AM голосовой связи в 1917 году стало возможным создание радиостанций двусторонней благодаря разработке триодной электронной лампы , которая была достаточно простой, чтобы пилот одноместного самолета мог использовать ее во время полета.
Радар , основная технология, используемая сегодня в авиационной навигации и управлении воздушным движением , был разработан несколькими странами, в основном секретно, в качестве системы противовоздушной обороны в 1930-х годах во время подготовки ко Второй мировой войне . Многие современные авионики берут свое начало в разработках военного времени времен Второй мировой войны. Например, системы автопилота , которые сегодня являются обычным явлением, начинались как специализированные системы, помогающие самолетам-бомбардировщикам летать достаточно стабильно, чтобы поражать точные цели с больших высот. [5] Решение Великобритании в 1940 году поделиться своей радиолокационной технологией со своим американским союзником, в частности, магнетронной электронной трубкой , в знаменитой миссии Тизард , значительно сократило время войны. [6] Современная авионика составляет значительную часть расходов на военные самолеты. На такие самолеты, как F-15E и ныне снятый с вооружения F-14, примерно 20 процентов бюджета тратится на авионику. Большинство современных вертолетов теперь имеют соотношение бюджета 60/40 в пользу авионики. [7]
На гражданском рынке также наблюдается рост стоимости авионики. Системы управления полетом ( электрические ) и новые потребности в навигации, вызванные сужением воздушного пространства, привели к увеличению затрат на разработку. Главным изменением стал недавний бум потребительских авиаперелетов. По мере того, как все больше людей начинают использовать самолеты в качестве основного средства передвижения, были изобретены более сложные методы безопасного управления воздушными судами в этих строгих воздушных пространствах. [ нужна цитата ]
Современная авионика [ править ]
Авионика играет важную роль в инициативах по модернизации, таких как проект Федерального управления гражданской авиации (ФАУ) « Система воздушного транспорта нового поколения» в США и инициатива «Единое европейское небо» (SESAR) в Европе. Объединенное управление планирования и развития разработало дорожную карту развития авионики в шести областях: [8]
- Опубликованные маршруты и процедуры – улучшенная навигация и маршрутизация.
- Согласованные траектории – добавление передачи данных для динамического создания предпочтительных маршрутов.
- Делегированное разделение – повышенная ситуационная осведомленность в воздухе и на земле.
- LowVisibility/CeilingApproach/Departure – разрешение операций в условиях погодных ограничений с меньшим количеством наземной инфраструктуры.
- Наземные операции – для повышения безопасности при заходе на посадку и вылете.
- Эффективность ОрВД – совершенствование процесса организации воздушного движения (ОрВД).
Рынок [ править ]
Ассоциация авиационной электроники сообщает о продажах авионики на сумму 1,73 миллиарда долларов за первые три квартала 2017 года в деловой авиации и авиации общего назначения , что означает годовой рост на 4,1%: 73,5% приходится на Северную Америку, 42,3% приходится на передовую установку, а 57,7% приходится на модернизацию в соответствии с крайним сроком, установленным в США. с 1 января 2020 года для обязательного по ADS-B . захода на посадку [9]
Авионика самолета [ править ]
Кабина или, в более крупных самолетах, под кабиной самолета или в подвижной носовой части, является типичным местом размещения оборудования авиационного отсека , включая системы управления, мониторинга, связи, навигации, погоды и предотвращения столкновений. Большинство самолетов питают свою авионику от постоянного тока электрических систем напряжением 14 или 28 В; однако более крупные и сложные самолеты (например, авиалайнеры или военные боевые самолеты) имеют системы переменного тока , работающие при 115 Вольтах 400 Гц переменного тока. [10] Существует несколько крупных поставщиков летной авионики, в том числе The Boeing Company , Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (которая сейчас владеет Bendix/King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins (ныне Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (теперь Collins Aerospace), Selex ES (теперь Leonardo ), Shadin Avionics и Avidyne Corporation .
Международные стандарты на авиационное оборудование разрабатываются Комитетом по электронной инженерии авиакомпаний (AEEC) и публикуются ARINC.
Связь [ править ]
Коммуникации соединяют кабину экипажа с землей и кабину экипажа с пассажирами. Бортовая связь обеспечивается системами громкой связи и самолетными переговорными устройствами.
Система авиационной связи УКВ работает в воздушном диапазоне от 118,000 МГц до 136,975 МГц. Каждый канал отделен от соседних на 8,33 кГц в Европе и на 25 кГц в других странах. УКВ также используется для связи в прямой видимости, например, самолет-самолет и самолет-УВД. Используется амплитудная модуляция (АМ), а разговор ведется в симплексном режиме. Авиационная связь может осуществляться также с использованием ВЧ (особенно для трансокеанских перелетов) или спутниковой связи.
[ править ]
Аэронавигация — это определение положения и направления на поверхности Земли или над ней. Авионика может использовать спутниковые навигационные системы (такие как GPS и WAAS ), инерциальную навигационную систему (INS), наземные радионавигационные системы (такие как VOR или LORAN ) или любую их комбинацию. Некоторые навигационные системы, такие как GPS, автоматически рассчитывают местоположение и отображают его летному экипажу на движущихся картах. Более старые наземные навигационные системы, такие как VOR или LORAN, требуют, чтобы пилот или штурман нанес на бумажную карту пересечение сигналов для определения местоположения самолета; современные системы автоматически рассчитывают положение и отображают его летному экипажу на движущихся картах.
Мониторинг [ править ]
Первые намеки на стеклянные кабины появились в 1970-х годах, когда годные к полетам экраны с электронно- лучевой трубкой (ЭЛТ) начали заменять электромеханические дисплеи, датчики и приборы. «Стеклянная» кабина означает использование компьютерных мониторов вместо датчиков и других аналоговых дисплеев. Самолеты получали все больше дисплеев, циферблатов и информационных панелей, которые в конечном итоге стали конкурировать за место и внимание пилотов. В 1970-х годах средний самолет имел более 100 приборов и органов управления в кабине. [11] Стеклянные кабины начали появляться в частном самолете Gulfstream G‑IV в 1985 году. Одна из ключевых проблем в стеклянных кабинах — найти баланс между тем, насколько управление автоматизировано, а сколько пилот должен делать вручную. Обычно они пытаются автоматизировать выполнение полетов, постоянно информируя пилота. [11]
Система управления полетом самолета [ править ]
Самолеты имеют средства автоматического управления полетом. Автопилот был впервые изобретен Лоуренсом Сперри во время Первой мировой войны , чтобы управлять самолетами-бомбардировщиками, достаточно устойчивыми, чтобы поражать точные цели на высоте 25 000 футов. Когда он был впервые принят на вооружение армии США , инженер Honeywell сидел на заднем сиденье с болторезами, чтобы отключить автопилот в случае возникновения чрезвычайной ситуации. В настоящее время большинство коммерческих самолетов оснащены системами управления полетом, чтобы уменьшить ошибки пилота и рабочую нагрузку при посадке или взлете. [5]
Первые простые коммерческие автопилоты использовались для управления курсом и высотой и имели ограниченные возможности в таких вопросах, как тяга и управления полетом поверхности . В вертолетах автостабилизация использовалась аналогичным образом. Первые системы были электромеханическими. Появление электродистанционных и электроприводных поверхностей полета (вместо традиционных гидравлических) повысило безопасность. Как и в случае с дисплеями и приборами, важные электромеханические устройства имели ограниченный срок службы. Программное обеспечение систем, критически важных для безопасности, подвергается очень строгому тестированию.
Топливные системы [ править ]
Система индикации количества топлива (FQIS) контролирует количество топлива на борту. Используя различные датчики, такие как емкостные трубки, датчики температуры, плотномеры и датчики уровня, компьютер FQIS рассчитывает массу топлива, оставшегося на борту.
Система контроля и мониторинга топлива (FCMS) аналогичным образом сообщает об остатке топлива на борту, но, управляя насосами и клапанами, также управляет перекачкой топлива по различным бакам.
- Управление заправкой для загрузки определенной общей массы топлива и автоматического ее распределения.
- Передачи во время полета в баки, питающие двигатели. ЭГ от фюзеляжа до крыльевых баков
- По мере расходования топлива управление центром тяжести передается от хвостовых (триммеров) баков вперед к крыльям.
- Сохранение топлива в законцовках крыла (для уменьшения изгиба крыла из-за подъемной силы в полете) и перекачка в основные баки после приземления.
- Контроль сброса топлива во время аварийной ситуации для снижения веса самолета.
Системы предотвращения столкновений [ править ]
В дополнение к управлению воздушным движением большинство крупных транспортных самолетов и многие более мелкие используют систему оповещения о дорожном движении и предотвращения столкновений (TCAS), которая может определять местоположение близлежащих самолетов и давать инструкции по предотвращению столкновения в воздухе. Меньшие самолеты могут использовать более простые системы оповещения о дорожном движении, такие как TPAS, которые являются пассивными (они не опрашивают активно транспондеры других самолетов) и не предоставляют рекомендаций по разрешению конфликтов.
Чтобы избежать контролируемого полета на землю ( CFIT ), самолеты используют такие системы, как системы предупреждения о сближении с землей (GPWS), в которых в качестве ключевого элемента используются радиолокационные высотомеры. Одним из основных недостатков GPWS является отсутствие «прогнозируемой» информации, поскольку она обеспечивает только «просмотр вниз» по высоте над местностью. Чтобы преодолеть этот недостаток, современные самолеты используют систему предупреждения о местности ( TAWS ).
Бортовые самописцы [ править ]
Регистраторы данных в кабине коммерческих самолетов, широко известные как «черные ящики», хранят информацию о полете и звук из кабины . Их часто извлекают из самолета после крушения, чтобы определить настройки управления и другие параметры во время инцидента.
Погодные системы [ править ]
Погодные системы, такие как метеорологический радар (обычно Arinc 708 на коммерческих самолетах) и детекторы молний, важны для самолетов, летающих ночью или в метеорологических условиях по приборам , когда пилоты не могут видеть погоду впереди. Сильные осадки (по данным радара) или сильная турбулентность (по данным грозовой активности) являются признаками сильной конвективной активности и сильной турбулентности, а погодные системы позволяют пилотам отклоняться от этих областей.
Детекторы молний, такие как Stormscope или Strikefinder, стали достаточно недорогими и пригодны для использования в легких самолетах. В дополнение к радару и обнаружению молний, наблюдения и расширенные радиолокационные изображения (например, NEXRAD ) теперь доступны через спутниковые каналы передачи данных, что позволяет пилотам видеть погодные условия далеко за пределами диапазона их собственных бортовых систем. Современные дисплеи позволяют интегрировать информацию о погоде с перемещением карт, местности и дорожного движения на одном экране, что значительно упрощает навигацию.
Современные метеорологические системы также включают системы обнаружения сдвига ветра и турбулентности, а также системы предупреждения о местности и дорожном движении. [12] Бортовая метеорологическая авионика особенно популярна в Африке , Индии и других странах, где рынок авиаперевозок является растущим, но наземная поддержка не так хорошо развита. [13]
Системы управления самолетом [ править ]
Произошел прогресс в направлении централизованного управления многочисленными сложными системами, установленными на самолетах, включая мониторинг и управление двигателем. Системы мониторинга работоспособности и использования (HUMS) интегрированы с компьютерами управления воздушным судном, чтобы заранее предупреждать специалистов по техническому обслуживанию о деталях, которые потребуют замены.
Концепция интегрированной модульной авионики предлагает интегрированную архитектуру с прикладным программным обеспечением, переносимым через сборку общих аппаратных модулей. Он использовался в реактивных истребителях четвертого поколения последнего поколения и авиалайнерах .
или авионика Миссия тактическая
Военные самолеты были разработаны либо для доставки оружия, либо в качестве глаз и ушей других систем вооружения. Огромный набор датчиков, доступных военным, используется для любых необходимых тактических средств. Как и в случае с управлением самолетами, более крупные сенсорные платформы (такие как E‑3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) оснащены компьютерами управления полетами.
Самолеты полиции и скорой помощи также оснащены сложными тактическими датчиками.
Военная связь [ править ]
В то время как авиационная связь обеспечивает основу для безопасного полета, тактические системы предназначены для того, чтобы выдерживать суровые условия поля боя. Тактические системы УВЧ , УКВ (30–88 МГц) и спутниковой связи в сочетании с методами ECCM и криптографией защищают связь. Каналы передачи данных, такие как Link 11 , 16 , 22 и BOWMAN , JTRS и даже TETRA, предоставляют средства передачи данных (например, изображений, информации о наведении и т. д.).
Радар [ править ]
Бортовой радар был одним из первых тактических датчиков. Преимущество высоты, обеспечивающей дальность действия, привело к значительному вниманию к бортовым радиолокационным технологиям. Радары включают бортовой радар раннего предупреждения (AEW), противолодочную борьбу (ASW) и даже метеорологический радар ( Arinc 708 ) и радар наземного слежения/приближения.
Военные используют радары в быстрых реактивных самолетах, чтобы помочь пилотам летать на малых высотах . Хотя на гражданском рынке уже давно есть метеорадиолокаторы, [14] существуют строгие правила использования его для управления самолетом. [15]
звук [ править ]
Гидролокатор погружения, установленный на ряде военных вертолетов, позволяет вертолету защищать судоходные средства от подводных лодок или надводных угроз. Самолеты морской поддержки могут сбрасывать активные и пассивные гидроакустические устройства ( гидроакустические буи ), которые также используются для определения местоположения подводных лодок противника.
Электрооптика [ править ]
Электрооптические системы включают в себя такие устройства, как проекционный дисплей (HUD), инфракрасный передний обзор (FLIR), инфракрасный поиск и слежение и другие пассивные инфракрасные устройства ( пассивный инфракрасный датчик ). Все они используются для предоставления изображений и информации летному экипажу. Эти изображения используются для всего: от поисково-спасательных работ до навигационных средств и обнаружения целей .
ЕСМ/ДАС [ править ]
Электронные меры поддержки и системы защиты широко используются для сбора информации об угрозах или возможных угрозах. Они могут использоваться для запуска устройств (в некоторых случаях автоматических) противодействия прямым угрозам самолету. Они также используются для определения состояния угрозы и ее идентификации.
Сети самолетов [ править ]
Системы авионики военных, коммерческих и перспективных моделей гражданских самолетов связаны между собой с помощью шины данных авионики. Общие протоколы шины данных авионики и их основное применение включают:
- Сеть передачи данных самолета ( ADN ): производная от Ethernet для коммерческих самолетов.
- Полнодуплексный коммутируемый Ethernet для авионики (AFDX) : специальная реализация ARINC 664 ( ADN ) для коммерческих самолетов.
- ARINC 429 : Общий среднескоростной обмен данными для частных и коммерческих самолетов.
- ARINC 664 : см. ВОПОГ выше.
- ARINC 629 : Коммерческий самолет ( Боинг 777 )
- ARINC 708 : метеорологический радар для коммерческих самолетов
- ARINC 717 : Регистратор полетных данных для коммерческих самолетов
- ARINC 825 : CAN-шина для коммерческих самолетов (например, Boeing 787 и Airbus A350 ).
- Коммерческая стандартная цифровая шина
- IEEE 1394b : Военные самолеты.
- MIL-STD-1553 : Военный самолет
- MIL-STD-1760 : Военный самолет
- TTP — протокол с синхронизацией по времени: Boeing 787 , Airbus A380 , платформы электродистанционного управления от Parker Aerospace
См. также [ править ]
- Астрионика аналогичная для космических кораблей
- ACARS - Авиационная система связи цифровых сообщений.
- Акронимы и сокращения в авионике
- ARINC - Авиационное радио, корпорация (1929–2018)
- Программное обеспечение для авионики
- DO-178C - Международный стандарт программного обеспечения для аэронавтики.
- Аварийный маяк-локатор
- Аварийная радиомаячная станция-указатель положения
- Бортовой самописец - бортовое электронное записывающее устройство.
- Интегрированная модульная авионика
Примечания [ править ]
- ^ Рэгг, Дэвид В. (1973). Словарь авиации (первое изд.). Скопа. п. 47. ИСБН 9780850451634 .
- ^ Макгоф, Майкл (26 августа 2005 г.). «В память: Филип Дж. Класс: НЛО (Некролог друга-уфолога)» . Скептик. Архивировано из оригинала 22 сентября 2015 года . Проверено 26 апреля 2012 г.
- ^ Диксон, Пол (2009). Словарь космической эры . Джу Пресс. п. 32. ISBN 9780801895043 . Архивировано из оригинала 1 октября 2021 года . Проверено 24 ноября 2020 г.
- ^ «Управление самолетами по радио» . Телефония . 77 (8). Чикаго, Иллинойс: Telephony Publishing Corp.: 20 — 23 августа 1919 г. Архивировано из оригинала 1 октября 2021 г. Проверено 24 ноября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Джеффри Л. Роденген. ISBN 0-945903-25-1 . Опубликовано Write Stuff Syndicate, Inc. в 1995 году. «Легенда о Ханивелле».
- ^ Реджинальд Виктор Джонс (1998). Самая секретная война . Издания Вордсворта. ISBN 978-1-85326-699-7 .
- ^ Дуглас Нелмс (1 апреля 2006 г.). «Винт и крыло: ретро-кабины» . Архивировано из оригинала 17 апреля 2019 года . Проверено 17 апреля 2019 г.
- ^ «Дорожная карта авионики NextGen» (PDF) . Объединенный офис планирования и развития. 30 сентября 2011 г. Архивировано из оригинала (PDF) 17 апреля 2012 г. . Проверено 25 января 2012 г.
- ^ Чад Траутветтер (20 ноября 2017 г.). «AEA: Модернизация увеличит продажи авионики в третьем квартале» . АЙН . Архивировано из оригинала 1 декабря 2017 года . Проверено 21 ноября 2017 г.
- ^ «Электрические системы 400 Гц» . Архивировано из оригинала 4 октября 2018 года . Проверено 19 марта 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Авионика: разработка и внедрение , Кэри Р. Спитцер (твердый переплет, 15 декабря 2006 г.)
- ^ Рэмси, Джеймс (1 августа 2000 г.). «Расширение возможностей метеорологического радара» . Авиация сегодня. Архивировано из оригинала 18 января 2013 года . Проверено 25 января 2012 г.
- ^ Фицсаймонс, Бернард (13 ноября 2011 г.). «Honeywell смотрит на Восток, внедряя инновации для безопасного роста» . Международные авиационные новости. Архивировано из оригинала 16 ноября 2011 года . Проверено 27 декабря 2011 г.
- ^ Вудфорд, Крис (7 августа 2007 г.). «Как работает радар | Использование радара» . Объясните этот материал . Проверено 24 июня 2022 г.
- ^ «14 CFR § 121.357 — Требования к оборудованию бортовых метеорологических радиолокаторов» . Институт правовой информации . Проверено 20 октября 2022 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Авионика: разработка и внедрение , Кэри Р. Спитцер (твердый переплет, 15 декабря 2006 г.)
- Принципы авионики , 4-е издание, Альберт Хелфрик, Лен Баквальтер и Avionics Communications Inc. (мягкая обложка – 1 июля 2007 г.)
- Обучение авионике: системы, установка и устранение неполадок, Лен Баквальтер (мягкая обложка - 30 июня 2005 г.)
- «Авионика стала проще» , Мухамед Абдулла, доктор философии; Ярослав Владимирович Свобода, к.т.н. и Луис Родригес, доктор философии. (Курсовый пакет – декабрь 2005 г. – ISBN 978-0-88947-908-1 ).
Внешние ссылки [ править ]
