Авиация в эпоху цифровых технологий
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2014 г. ) |
Обычно считается, что информационный век наступил вместе с Интернетом, поскольку он развивался в 1970-е годы, распространялся в 1980-е годы и продолжает развиваться по сей день. Примерно в то же время постепенно началось внедрение цифровых технологий в авиации и продолжается по сей день.
Использование цифровых компьютеров при проектировании самолетов было разработано крупными аэрокосмическими компаниями на протяжении 1970-х годов и включало такие методы, как CAD, CAM, анализ напряжений структурных компонентов с использованием FEA и аэродинамическое моделирование. [ 1 ] Композиционные материалы лучше, чем металл, поддаются текучим «органическим» аэродинамическим формам высокой эффективности, а появление сложного компьютерного проектирования и моделирования привело к расширению использования этих материалов и форм.
Цифровые системы также появились в самих самолетах и постоянно совершенствовались. Первые испытания FADEC ( полное цифровое управление двигателем ) прошли в 1968 году, а первая действующая система была введена в эксплуатацию в 1985 году. [ 2 ] [ 3 ] Первая действующая полностью авторитетная электродистанционная система была разработана для General Dynamics F-16 Fighting Falcon , и ее внедрение в 1978 году ознаменовало революцию в решении задачи обеспечения устойчивости в полете от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Такое использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и придать ему искусственное «ощущение», помогающее пилотам выполнять их основную задачу. Тем временем «стеклянная кабина» заменяла традиционные аналоговые электромеханические приборы графическими цифровыми дисплеями, которые могли отображать любую выбранную информацию. Ранние стеклянные кабины предоставляли менее важную полетную информацию в виде системы EFIS, а полностью стеклянные системы появились с 1988 года.
Эпоха холодной войны закончилась вскоре после появления цифровых технологий, что привело к заметному сокращению военной авиации среди крупных держав. В последнее время рост экономики Индии и Китая стимулировал развитие военной авиации в этих странах.
Самолет
[ редактировать ]Расслабленная статическая устойчивость
[ редактировать ]Первая действующая полностью авторитетная электродистанционная система была разработана для General Dynamics F-16 Fighting Falcon , и ее внедрение в 1978 году ознаменовало революцию в решении задачи обеспечения устойчивости в полете от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Такое использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и придать ему искусственное «ощущение», помогающее пилотам выполнять их основную задачу.
Композитные материалы
[ редактировать ]Композиционные материалы лучше, чем металл, поддаются текучим «органическим» аэродинамическим формам высокой эффективности, а появление сложного компьютерного проектирования и моделирования привело к расширению использования этих материалов и форм.
Двигатели
[ редактировать ]В этот период наблюдался всплеск использования электроэнергетических систем для легких самолетов и БПЛА. Благоприятные технологии включают широкую доступность и доступность новых высокопроизводительных аккумуляторных технологий, высокопрочных редкоземельных магнитов в электродвигателях, снижение стоимости солнечных элементов и сложных компьютеризированных систем контроля и управления.
Между тем, традиционные авиационные двигатели, как поршневые, так и турбинные, продолжают процесс совершенствования, становясь все более надежными и экономичными, и в то же время менее загрязняющими окружающую среду.
Авионика
[ редактировать ]Цифровые системы также появились в самих самолетах и постоянно совершенствовались. Ранние цифровые системы были автономными и имели ограниченную функциональность. Первые испытания FADEC ( полное цифровое управление двигателем ) прошли в 1968 году, а первая действующая система была введена в эксплуатацию в 1985 году. [ 2 ] [ 3 ]
Интегрированным системам данных требуется цифровая шина данных. Шина MIL-STD-1553 первую действующую полностью авторитетную электродистанционную была определена в 1973 году. Это позволило разработать систему для самолета General Dynamics F-16 Fighting Falcon . Появление этого самолета в 1978 году ознаменовало революцию в решении задачи обеспечения устойчивости в полете от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Такое использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и придать ему искусственное «ощущение», помогающее пилотам выполнять их основную задачу. Тем временем «стеклянная кабина» заменяла традиционные аналоговые электромеханические приборы графическими цифровыми дисплеями, которые могли отображать любую выбранную информацию. Ранние стеклянные кабины предоставляли менее важную полетную информацию в виде системы EFIS, а полностью стеклянные системы появились с 1988 года.
Беспилотные летательные аппараты
[ редактировать ]До наступления цифровой эпохи беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или дроны имели ограниченное применение, поскольку имели либо ограниченные возможности наведения, либо уязвимую линию радиоуправления с дистанционным пилотом.
Разработка легких и недорогих датчиков, таких как цифровые камеры, вместе с технологиями мобильных вычислений позволили БПЛА стать более сложными и принимать решения по автономному полету. БПЛА все чаще используются как в гражданских, так и в военных целях.
БПЛА являются привлекательным оружием нападения, поскольку они сочетают в себе гибкость и огневую мощь пилотируемого самолета с возможностью использования ракеты. Они вышли на передний план благодаря их использованию для хирургических ударов класса «воздух-земля» в Афганистане . Однако такое использование является спорным из-за риска ошибочной гибели мирных жителей.
В 21 веке гражданские БПЛА, такие как квадрокоптер, все чаще используются в развлекательных целях и для воздушного наблюдения с помощью цифровой камеры.
Микро-БПЛА достаточно мал, чтобы его можно было перевозить одновременно, и они находят применение в военной разведке и научных исследованиях.
Гражданская авиация
[ редактировать ]В этот период гражданская авиация продолжала расширяться. Авиалайнеры и двигатели стали больше и экономичнее, а цифровые системы постепенно взяли на себя управление полетом и другую авионику. Современные реактивные авиалайнеры имеют стеклянные кабины , полнофункциональный цифровой двигатель и электродистанционное компьютеризированное управление полетом, а с недавних пор — возможность подключения к мобильному Интернету.
Основные сбои в авиаперевозках в 21 веке включали закрытие воздушного пространства США из-за терактов 11 сентября и закрытие большей части европейского воздушного пространства после извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в 2010 году .
Авиация общего назначения
[ редактировать ]Популярность сверхлегких и сверхлегких самолетов возросла наряду с другими видами спорта, такими как полеты на параплане .
В 1986 году Дик Рутан и Джина Йегер совершили путешествие на «Рутан Вояджере» кругосветное без остановок и без дозаправки в воздухе.
В 1999 году Бертран Пиккар стал первым человеком, облетевшим Землю на воздушном шаре.
Военная авиация
[ редактировать ]Использование цифровых электродистанционных систем и смягченной статической устойчивости обеспечило военным самолетам повышенную маневренность без ущерба для безопасности и летных качеств. Стали возможными продвинутые тактические маневры, такие как «Кобра» Пугачева .
Ракеты
[ редактировать ]Цифровые технологии позволили системам наведения ракет уменьшиться в размерах, а также рассчитывать и корректировать траекторию их полета на маршруте. Использование бортовых карт, программного обеспечения для обработки видео и сравнения местности ( TERCOM ) обеспечило крылатым ракетам беспрецедентную точность.
Скрытность
[ редактировать ]В послевоенный период радиолокационное обнаружение представляло постоянную угрозу для злоумышленника. Штурмовики разработали тактику полета на малой высоте, «под радаром», где они были скрыты от радиолокационных станций холмами и другими препятствиями. Появление радиолокационных цепей малой высоты в качестве защиты от крылатых ракет сделало эту тактику все более сложной. В то же время достижения в области материалов, поглощающих электромагнитное излучение (RAM), и методов электромагнитного моделирования дали возможность разработать «незаметные» самолеты, которые были бы невидимы для защищающегося радара. Первый малозаметный штурмовик Lockheed F-117 Nighthawk поступил на вооружение в 1983 году. Сегодня малозаметность является требованием для любого современного штурмовика. [ нужна ссылка ]
Наземная деятельность
[ редактировать ]Комиссия по столетию полетов США была создана в 1999 году с целью стимулирования самого широкого национального и международного участия в праздновании 100-летия полетов с использованием двигателя. [ 4 ] Он рекламировал и поощрял ряд программ, проектов и мероприятий, направленных на ознакомление людей с историей авиации.
Производство
[ редактировать ]Широкое использование цифровых технологий при проектировании и производстве привело к революции в проектировании самолетов. Теперь конструктор может создать самолет, смоделировать его аэродинамические и механические характеристики, спроектировать производственные компоненты и произвести их в цеху — и все это в единой сквозной цифровой области.
Растущее использование волокнистых композиционных материалов также привело к появлению все более крупных автоклавов для нанесения и отверждения смолы, которая связывает конструкционные волокна на месте. Также необходимо было разработать новые методы испытаний и проверок, поскольку виды и симптомы отказов композитных компонентов, как правило, сильно отличаются от тех, которые изготовлены из металла. Например, слои волокна могут расслаиваться внутри многослойного компонента, ослабляя его без видимых внешних признаков растрескивания. В то время как металлическая оболочка имеет тенденцию проводить ток от удара молнии во всех направлениях и экранировать чувствительные компоненты, углеродное волокно имеет тенденцию проводить ток вдоль волокон и пропускать больше энергии внутрь, что требует более тщательного проектирования для защиты критически важных компонентов полета. от молнии ЭМИ .
Растущая сложность систем авионики привела к увеличению времени разработки. В частности, использование цифровых систем управления полетом, таких как электродистанционное управление, привело к постоянному усложнению и усложнению программного обеспечения управления, на разработку и проверку которого может уйти много лет. В течение этого периода любое изменение физической конструкции самолета может потребовать пересмотра и повторной проверки соответствующего программного обеспечения.
Управление воздушным движением
[ редактировать ]По мере того, как в 2000-х годах компьютеры становились все более совершенными, они начали брать на себя рутинные аспекты задач авиадиспетчеров. До этого все воздушное движение в близлежащем воздушном пространстве отслеживалось и отображалось, а авиадиспетчер отвечал за мониторинг его местоположения и оценку необходимости принятия мер. Современные компьютеризированные системы способны отслеживать траектории полета гораздо большего количества самолетов в данный момент, что позволяет диспетчеру управлять большим количеством самолетов и сосредоточиться на процессах принятия решений и последующих действий.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Введение в анализ методом конечных элементов. Архивировано 14 мая 2011 г. в Wayback Machine , Лаборатория научного визуального анализа (обнаружено 21 февраля 2014 г.).
- ^ Перейти обратно: а б «1968 | 2110 | Архив полётов» . www.flightglobal.com . Архивировано из оригинала 31 декабря 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Ганстон (1990) Авионика: история и технологии авиационной электроники Патрик Стивенс Лтд., Веллингборо, Великобритания. 254 стр., ISBN 1-85260-133-7
- ^ Резюме , Комиссия по празднованию столетия полетов США, заархивировано из оригинала 24 сентября 2006 г.