Авионика - это электронные системы, используемые на самолетах , искусственных спутниках и космических кораблях . Авионические системы включают в себя связь, навигацию, отображение и управление несколькими системами, а также сотни систем, которые устанавливаются на самолетах для выполнения отдельных функций. Они могут быть как простыми, как прожектор для полицейского вертолета, так и сложными, как тактическая система для бортовой платформы раннего предупреждения . Термин « авионика» представляет собой сочетание слов « авиация» и « электроника» .
История [ править ]
Термин « авионика » был придуман в 1949 году Филипом Дж. Классом , старшим редактором журнала Aviation Week & Space Technology, в качестве дополнения к « авиационной электронике ». [1] [2]
Радиосвязь была впервые использована в самолетах незадолго до Первой мировой войны . [3] Первые бортовые радиостанции были в цеппелинах , но военные стимулировали разработку легких радиоприемников, которые можно было нести на кораблях тяжелее воздуха, чтобы воздушные разведывательные бипланы могли немедленно сообщать о своих наблюдениях в случае, если они были сбиты. Первая экспериментальная радиопередача с самолета была проведена ВМС США в августе 1910 года. Первые авиационные радиостанции передавались по радиотелеграфии , поэтому им потребовался двухместный самолет со вторым членом экипажа, который нажимал на кнопку телеграфа для написания сообщений кодом Морзе. Во время Первой мировой войны голосовые двухсторонние радиоприемники AM стали возможны в 1917 году благодаря разработке триодной вакуумной лампы , которая была достаточно простой, чтобы пилот одноместного самолета мог использовать ее во время полета.
Радар , центральная технология, используемая сегодня в авианавигации и управлении воздушным движением , был разработан несколькими странами, в основном в секрете, в качестве системы ПВО в 1930-х годах в преддверии Второй мировой войны . Многие современные авионики возникли во время Второй мировой войны. Например, системы автопилота , которые сегодня являются обычным явлением, начинались как специализированные системы, помогающие самолетам-бомбардировщикам летать достаточно стабильно, чтобы поражать высокоточные цели с большой высоты. [4] Решение Великобритании 1940 года поделиться своей радарной технологией со своим союзником из США, в частности, вакуумной трубкой с магнетроном , в знаменитой миссии Тизарда., значительно сократила войну. [5] Современная авионика составляет значительную часть расходов на военные самолеты. На авионику у таких самолетов, как F ‑ 15E и ныне списанный F ‑ 14 , тратится примерно 20 процентов своего бюджета. Бюджет большинства современных вертолетов теперь составляет 60/40 в пользу авионики. [6]
На гражданском рынке также наблюдается рост стоимости авионики. Системы управления полетом ( беспроводные ) и новые потребности в навигации, вызванные более узким воздушным пространством, увеличили затраты на разработку. Основным изменением стал недавний бум потребительских авиаперевозок. По мере того как все больше людей начинают использовать самолеты в качестве основного средства передвижения, были изобретены более сложные методы безопасного управления самолетами в этих строго ограниченных воздушных пространствах. [ необходима цитата ]
Современная авионика [ править ]
Авионика играет важную роль в инициативах по модернизации, таких как проект Федерального авиационного управления (FAA) по созданию системы воздушного транспорта нового поколения в США и инициатива по исследованию ОрВД в едином европейском небе (SESAR) в Европе. Объединенное бюро планирования и развития выдвинул план для авионики в шести областях: [7]
- Опубликованные маршруты и процедуры - улучшенная навигация и маршрутизация
- Согласованные траектории - добавление передачи данных для динамического создания предпочтительных маршрутов
- Делегированное разделение - повышение ситуационной осведомленности в воздухе и на земле
- LowVisibility / CeilingApproach / Departure - возможность работы в условиях погодных условий с меньшей наземной инфраструктурой
- Наземные операции - для повышения безопасности при заходе на посадку и отбытии.
- Эффективность банкоматов - улучшение процесса банкоматов
Рынок [ править ]
Ассоциация авиационной электроники сообщает о продажах авионики в бизнес- авиации и авиации общего назначения на 1,73 миллиарда долларов за первые три квартала 2017 года , что означает ежегодное улучшение на 4,1%: 73,5% приходятся на Северную Америку, предварительная установка составляет 42,3%, а 57,7% приходятся на модернизацию в качестве крайнего срока в США. от 1 января 2020 г. для обязательного захода на посадку по ADS-B . [8]
Авионика [ править ]
Кабина самолета - это типичное место для размещения авионического оборудования, включая системы управления, мониторинга, связи, навигации, погоды и предотвращения столкновений. Большинство самолетов питают свою авионику от электрических систем постоянного тока на 14 или 28 В ; однако более крупные и сложные самолеты (такие как авиалайнеры или военные боевые самолеты) имеют системы переменного тока , работающие при 400 Гц, 115 вольт переменного тока. [9] Есть несколько крупных производителей бортовой авионики, включая Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (которая теперь владеет Bendix / King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins.(теперь Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (теперь Collins Aerospace), Selex ES (теперь Leonardo SpA ), Shadin Avionics и Avidyne Corporation .
Международные стандарты на оборудование авионики разрабатываются Комитетом по электронной инженерии авиакомпаний (AEEC) и публикуются ARINC.
Связь [ править ]
Коммуникации соединяют кабину пилота с землей и кабину пилота с пассажирами. Бортовую связь обеспечивают системы громкой связи и бортовые переговорные устройства.
Авиационная система связи VHF работает в воздушном диапазоне от 118 000 МГц до 136,975 МГц. Каждый канал отстоит от соседних на 8,33 кГц в Европе и 25 кГц в других местах. VHF также используется для связи в пределах прямой видимости, такой как самолет-самолет и самолет-орган УВД. Используется амплитудная модуляция (AM), и разговор ведется в симплексном режиме. Связь с самолетом также может осуществляться с использованием ВЧ (особенно для трансокеанских перелетов) или спутниковой связи.
[ править ]
Аэронавигация - это определение местоположения и направления на поверхности Земли или над ней. Авионика может использовать спутниковые навигационные системы (такие как GPS и WAAS ), INS (инерциальная навигационная система), наземные радионавигационные системы (такие как VOR или LORAN).) или любое их сочетание. Некоторые навигационные системы, такие как GPS, автоматически рассчитывают положение и отображают его летному экипажу на дисплеях движущихся карт. Более старые наземные навигационные системы, такие как VOR или LORAN, требуют, чтобы пилот или штурман наносили пересечение сигналов на бумажную карту для определения местоположения самолета; современные системы автоматически рассчитывают положение и отображают его летному экипажу на дисплеях движущихся карт.
Мониторинг [ править ]
Первые намеки на стеклянные кабины появились в 1970-х годах, когда пригодные для полета экраны на электронно-лучевых трубках (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 конкурировали за пространство и внимание пилотов. В 1970-х годах в кабине среднего самолета было более 100 приборов и органов управления. [10] Стеклянные кабины стали появляться вместе с Gulfstream.Частный самолет G ‑ IV в 1985 году. Одна из ключевых задач в стеклянных кабинах - найти баланс между тем, насколько автоматизировано управление и сколько пилот должен делать вручную. Обычно они стараются автоматизировать полет, постоянно информируя пилота. [10]
Система управления полетом самолета [ править ]
Самолеты имеют средства автоматического управления полетом. Автопилот был впервые изобретен Лоуренсом Сперри во время Первой мировой войны для управления самолетами-бомбардировщиками, способными поражать точные цели с расстояния 25 000 футов. Когда он был впервые принят на вооружение вооруженными силами США , инженер Honeywell сидел на заднем сиденье с болторезными инструментами, чтобы отключить автопилот в случае возникновения чрезвычайной ситуации. В настоящее время большинство коммерческих самолетов оснащено системами управления полетом, чтобы снизить количество ошибок пилотов и снизить нагрузку на них при посадке или взлете. [4]
Первые простые коммерческие автопилоты использовались для управления курсом и высотой и обладали ограниченными полномочиями в таких вещах, как тяга и поверхности управления полетом. В вертолетах автостабилизация использовалась аналогичным образом. Первые системы были электромеханическими. Появление системы Fly-by-Wire и управляемых электроприводом поверхностей полета (а не традиционных гидравлических) повысило безопасность. Как и в случае с дисплеями и приборами, критические устройства, которые были электромеханическими, имели ограниченный срок службы. Программное обеспечение критически важных для безопасности систем проходит очень строгое тестирование.
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) сообщает о топливе, оставшемся на борту, аналогичным образом, но, управляя насосами и клапанами, также управляет перемещением топлива вокруг различных резервуаров.
- Контроль заправки для загрузки определенной общей массы топлива и его автоматического распределения.
- Переходы во время полета к танкам, питающим двигатели. ЭГ от фюзеляжа до крыльевых баков
- Управление центром тяжести передается от хвостовых (дифферентных) баков к крыльям по мере израсходования топлива.
- Сохранение топлива в законцовках крыла (чтобы помочь предотвратить изгиб крыльев из-за подъемной силы в полете) и передача топлива в основные баки после приземления.
- Контроль за выбросом 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 предупреждения о дорожном движении и предотвращения столкновений (TCAS), которая может определять местоположение ближайшего самолета и предоставлять инструкции по предотвращению столкновения в воздухе. Небольшие воздушные суда могут использовать более простые системы оповещения о дорожном движении, такие как TPAS, которые являются пассивными (они не опрашивают приемоответчики других воздушных судов активно ) и не предоставляют рекомендаций по разрешению конфликтов.
Чтобы избежать управляемого полета над землей ( CFIT ), в самолетах используются такие системы, как системы предупреждения о приближении к земле (GPWS), в которых в качестве ключевого элемента используются радиолокационные высотомеры. Одним из основных недостатков GPWS является отсутствие прогнозируемой информации, поскольку он обеспечивает только высоту над землей при наблюдении вниз. Чтобы преодолеть этот недостаток, современные самолеты используют систему предупреждения о рельефе местности ( TAWS ).
Самописцы [ править ]
Регистраторы данных из кабины 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 ]
Метеорологические системы, такие как метеорологический радар (обычно Arinc 708 на коммерческих самолетах) и детекторы молний важны для самолетов, летающих ночью или в метеорологических условиях , когда пилоты не могут видеть погоду впереди. Сильные осадки (по данным радара) или сильная турбулентность (по данным молнии) 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, чтобы их можно было использовать для легких самолетов. Помимо радаров и обнаружения молний, наблюдения и расширенные радиолокационные изображения (такие как NEXRAD ) теперь доступны через каналы спутниковой передачи данных, что позволяет пилотам видеть погодные условия далеко за пределами диапазона их собственных бортовых систем. Современные дисплеи позволяют объединять информацию о погоде с движущимися картами, рельефом и дорожным движением на одном экране, что значительно упрощает навигацию.
Современные погодные системы также включают в себя системы обнаружения сдвига ветра и турбулентности, а также системы предупреждения о местности и дорожном движении. [11] Бортовая метеорологическая авионика особенно популярна в Африке, Индии и других странах, где воздушные перевозки являются растущим рынком, но наземная поддержка не так хорошо развита. [12]
Системы управления самолетом [ править ]
Наблюдается прогресс в направлении централизованного управления множеством сложных систем, установленных на самолетах, включая мониторинг и управление двигателем. Системы мониторинга работоспособности и использования (HUMS) интегрированы с компьютерами управления воздушным судном, чтобы своевременно предупреждать обслуживающий персонал о деталях, которые потребуют замены.
Концепция интегрированной модульной авионики предлагает интегрированную архитектуру с прикладным программным обеспечением, переносимым через совокупность общих аппаратных модулей. Он использовался в реактивных истребителях четвертого поколения и авиалайнерах последнего поколения .
Миссия или тактическая авионика [ править ]
Военные самолеты были разработаны либо для доставки оружия, либо для того, чтобы быть глазами и ушами других систем оружия. Огромный набор датчиков, доступных военным, используется для любых тактических средств. Как и в случае с управлением самолетом, более крупные сенсорные платформы (такие как E ‑ 3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) имеют компьютеры для управления полетами.
Самолеты полиции и EMS также оснащены современными тактическими датчиками.
Военная связь [ править ]
В то время как авиационная связь обеспечивает основу для безопасного полета, тактические системы спроектированы таким образом, чтобы выдерживать суровые условия боя. Системы UHF , VHF Tactical (30–88 МГц) и SatCom в сочетании с методами ECCM и криптографией обеспечивают безопасность связи. Каналы передачи данных, такие как Link 11 , 16 , 22 и BOWMAN , JTRS и даже TETRA, предоставляют средства передачи данных (таких как изображения, информация о наведении и т. Д.).
Радар [ править ]
Бортовой радар был одним из первых тактических датчиков. Преимущество обеспечения дальности полета означало, что значительное внимание уделяется технологиям бортовых радаров. Радиолокаторы включают в себя бортовые радиолокационные станции раннего предупреждения (AEW), противолодочные боевые действия (ASW) и даже метеорологические радиолокаторы ( Arinc 708 ) и радиолокаторы слежения за землей / приближения.
Военные используют радар в быстрых реактивных самолетах, чтобы помочь пилотам летать на малых высотах . Хотя на гражданском рынке уже давно есть метеорологический радар, существуют строгие правила использования его для управления самолетом. [ необходима цитата ]
Сонар [ править ]
Погружной гидролокатор, установленный на ряде военных вертолетов, позволяет вертолету защищать транспортные средства от подводных лодок или наземных 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), передний инфракрасный порт (FLIR), инфракрасный поиск и отслеживание 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 операций до средств навигации и обнаружения целей .
ESM / DAS [ править ]
Электронные средства поддержки и защитные системы широко используются для сбора информации об угрозах или возможных угрозах. Их можно использовать для запуска устройств (в некоторых случаях автоматически) для противодействия прямым угрозам, исходящим от самолета. Они также используются для определения состояния угрозы и ее идентификации.
Сети самолетов [ править ]
Системы авионики в военных, коммерческих и перспективных моделях гражданских самолетов связаны между собой с помощью шины данных авионики. Общие протоколы шины данных авионики с их основным применением включают:
- Сеть передачи данных самолета ( ADN ): производная Ethernet для коммерческих самолетов
- Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX) : конкретная реализация ARINC 664 ( ADN ) для коммерческих самолетов
- ARINC 429 : общий доступ к данным на средней скорости для частных и коммерческих самолетов
- ARINC 664 : см. ADN выше
- ARINC 629 : Коммерческий самолет ( Boeing 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 : военный самолет
- MIL-STD-1553 : Военный самолет
- MIL-STD-1760 : Военный самолет
- TTP - протокол с синхронизацией по времени: Boeing 787 , Airbus A380 , платформы срабатывания Fly-By-Wire от Parker Aerospace
- TTEthernet - Ethernet с синхронизацией по времени: космический корабль Орион
См. Также [ править ]
- ACARS
- Акронимы и сокращения в авионике
- ARINC
- Программное обеспечение авионики
- DO-178C
- Аварийный локаторный маяк
- Радиомаяк-указатель места бедствия
- Самописец полета
- Интегрированная модульная авионика
Примечания [ править ]
- ^ McGough, Майкл (26 августа 2005). "In Memoriam: Филип Дж. Класс: НЛО (Некролог друга-уфолога)" . Скептик . Проверено 26 апреля 2012 года .
- ^ Диксон, Пол (2009). Словарь космической эры . JHU Press. п. 32. ISBN 9780801895043.
- ^ "Направление самолетов по беспроводной связи" . Телефония . Chicago, IL: Телефония Publishing Corp. 77 (8): 20. 23 августа 1919.
- ^ a b Джеффри Л. Роденген. ISBN 0-945903-25-1 . Опубликовано Write Stuff Syndicate, Inc. в 1995 году. «Легенда о Honeywell».
- ↑ Реджинальд Виктор Джонс (1998). Самая секретная война . ISBN 978-1-85326-699-7.
- ^ Дуглас Nelms (1 апреля 2006). "Ротор и крыло: Ретро кокпиты" .
- ^ "Дорожная карта авионики следующего поколения" (PDF) . Совместный офис планирования и развития. 30 сентября 2011 года Архивировано из оригинального (PDF) от 17 апреля 2012 года . Проверено 25 января 2012 года .
- ^ Чад Trautvetter (20 ноября 2017). «AEA: Модернизация продаж лифтовой авионики до 3 кв.» . AIN .
- ^ Электрические системы 400 Гц
- ^ a b Авионика: разработка и внедрение Кэри Р. Спитцер (в твердом переплете - 15 декабря 2006 г.)
- ↑ Рэмси, Джеймс (1 августа 2000 г.). «Расширение масштабов метеорологического радара» . Авиация сегодня . Проверено 25 января 2012 года .
- ^ Fitzsimons, Bernard (13 ноября 2011). «Honeywell смотрит на восток, внедряя инновации для безопасного роста» . Авиационные международные новости . Проверено 27 декабря 2011 года .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Авионика: разработка и внедрение Кэри Р. Спитцер (твердый переплет - 15 декабря 2006 г.)
- Принципы авионики , 4-е издание Альберта Хелфрика, Лена Баквальтера и Avionics Communications Inc. (Мягкая обложка - 1 июля 2007 г.)
- Обучение авионике: системы, установка и устранение неисправностей , Лен Баквалтер (мягкая обложка - 30 июня 2005 г.)
- Avionics Made Simple , Мухамед Абдулла, доктор философии; Свобода Ярослав Викторович, канд. и Луис Родригес, доктор философии. (Coursepack - декабрь 2005 г. - ISBN 978-0-88947-908-1 ).
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме авионики . |
 | Поищите авионику в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Авионика в коммерческих самолетах
- Ассоциация авиационной электроники (AEA)
- Руководство пилота по авионике
- Комитет по стандартизации авиационных систем
- Авионика космических шаттлов
- Журнал Aviation Today Avionics
- Домашняя страница RAES Avionics
