Avionics

Radar och annan flygelektronik i näsan på en Cessna Citation I/SP
F-105 Thunderchief med flygelektronik utlagd

Avionik (en blandning av flyg och elektronik ) är de elektroniska system som används på flygplan . Avioniska system inkluderar kommunikation, navigering , visning och hantering av flera system och de hundratals system som är monterade på flygplan för att utföra individuella funktioner. Dessa kan vara så enkla som en strålkastare för en polishelikopter eller lika komplicerade som det taktiska systemet för en luftburen plattform för tidig varning .

Historia

Termen " flygelektronik " myntades 1949 av Philip J. Klass , senior redaktör på tidningen Aviation Week & Space Technology som en portmanteau av " flygelektronik ".

Radiokommunikation användes först i flygplan strax före första världskriget . De första luftburna radioapparaterna var i zeppelinare , men militären utlöste utvecklingen av lätta radioapparater som kunde bäras av tyngre än luftfarkoster, så att flygspaningsbiplan kunde rapportera sina observationer omedelbart ifall de skulle skjutas ner. Den första experimentella radiosändningen från ett flygplan genomfördes av den amerikanska flottan i augusti 1910. De första flygplansradioapparaterna sändes med radiotelegrafi, så de krävde tvåsitsiga flygplan med en andra besättningsman för att trycka på en telegrafknapp för att stava meddelanden med morsekod . Under första världskriget gjordes tvåvägsradioapparater för AM- röst möjliga 1917 genom utvecklingen av triodvakuumröret , som var tillräckligt enkelt för att piloten i ett flygplan med ett säte kunde använda det när han flög.

Radar , den centrala tekniken som används idag inom flygnavigering och flygledning , utvecklades av flera nationer, främst i hemlighet, som ett luftvärnssystem på 1930-talet under upptakten till andra världskriget . Många moderna flygelektronik har sitt ursprung i andra världskrigets utveckling. Till exempel autopilotsystem som är vanliga idag som specialiserade system för att hjälpa bombplan att flyga tillräckligt stadigt för att träffa precisionsmål från höga höjder. Storbritanniens beslut från 1940 att dela sin radarteknologi med sin amerikanska allierade, särskilt magnetronvakuumröret, i det berömda Tizard-uppdraget , förkortade kriget avsevärt. Modern flygelektronik är en betydande del av utgifterna för militära flygplan. Flygplan som F-15E och den nu pensionerade F-14 har ungefär 20 procent av sin budget spenderad på flygelektronik. De flesta moderna helikoptrar har nu budgetfördelningar på 60/40 till förmån för flygelektronik.

Den civila marknaden har också sett en ökning av kostnaderna för flygelektronik. Flygkontrollsystem ( fly-by-wire ) och nya navigeringsbehov till följd av snävare luftrum har drivit upp utvecklingskostnaderna. Den största förändringen har varit den senaste tidens boom i konsumentflyg. I takt med att fler människor börjar använda flygplan som sin primära transportmetod har mer utarbetade metoder för att kontrollera flygplan på ett säkert sätt i dessa högt restriktiva luftrum uppfunnits. [ citat behövs ]

Modern flygelektronik

Avionics spelar en viktig roll i moderniseringsinitiativ som Federal Aviation Administrations (FAA) nästa generations flygtransportsystemprojekt i USA och initiativet Single European Sky ATM Research (SESAR) i Europa. Det gemensamma planerings- och utvecklingskontoret lade fram en färdplan för flygelektronik inom sex områden:

  • Publicerade rutter och procedurer – Förbättrad navigering och rutt
  • Förhandlade banor – Lägga till datakommunikation för att skapa föredragna rutter dynamiskt
  • Delegerad separation – Förbättrad situationsmedvetenhet i luften och på marken
  • LowVisibility/CeilingApproach/Departure – Tillåter verksamhet med väderbegränsningar med mindre markinfrastruktur
  • Ytoperationer – För att öka säkerheten vid inflygning och avgång
  • ATM-effektivitet – Förbättring av ATM-processen

Marknadsföra

Aircraft Electronics Association rapporterar 1,73 miljarder dollar försäljning av flygelektronik för de första tre kvartalen av 2017 inom affärs- och allmänflyg , en förbättring på 4,1 % per år: 73,5 % kom från Nordamerika, framåtpassning representerade 42,3 % medan 57,7 % var eftermontering som USA:s deadline den 1 januari 2020 för obligatorisk ADS-B out-metod.

Flygplans avionik

Ett flygplans cockpit är en typisk plats för flygutrustning, inklusive kontroll, övervakning, kommunikation, navigering, väder och anti-kollisionssystem. Majoriteten av flygplanen driver sin avionik med 14- eller 28-volts likströmssystem ; men större, mer sofistikerade flygplan (som flygplan eller militära stridsflygplan) har AC -system som arbetar vid 400 Hz, 115 volt AC. Det finns flera stora leverantörer av flygelektronik, inklusive The Boeing Company , Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (som nu äger Bendix/King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins (nu Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (nu Collins Aerospace), Selex ES (nu Leonardo SpA ), Shadin Avionics och Avidyne Corporation .

Internationella standarder för flygelektronikutrustning utarbetas av Airlines Electronic Engineering Committee (AEEC) och publiceras av ARINC.

Kommunikationer

Kommunikation kopplar cockpit till marken och cockpit till passagerarna. Kommunikation ombord tillhandahålls av högtalarsystem och porttelefoner för luftfartyg.

VHF-flygkommunikationssystemet fungerar på luftbandet 118.000 MHz till 136.975 MHz. Varje kanal är åtskild från de intilliggande med 8,33 kHz i Europa, 25 kHz på andra håll. VHF används också för siktlinjekommunikation som flygplan-till-flygplan och flygplan-till-ATC. Amplitudmodulering (AM) används och samtalet utförs i simplexläge . Flygplanskommunikation kan också ske med hjälp av HF (särskilt för trans-oceaniska flygningar) eller satellitkommunikation.

Se även: Flygplanskommunikationsadressering och rapporteringssystem

Navigering

Huvudartikel: Flygnavigering

Flygnavigering är bestämning av position och riktning på eller ovanför jordens yta. Avionics kan använda satellitnavigeringssystem (som GPS och WAAS ), tröghetsnavigeringssystem (INS), markbaserade radionavigeringssystem (som VOR eller LORAN ) eller vilken kombination som helst därav. Vissa navigationssystem som GPS beräknar positionen automatiskt och visar den för flygbesättningen på rörliga kartskärmar. Äldre markbaserade navigationssystem som VOR eller LORAN kräver att en pilot eller navigator plottar signalernas skärningspunkt på en papperskarta för att bestämma ett flygplans plats; moderna system beräknar positionen automatiskt och visar den för flygbesättningen på rörliga kartdisplayer.

Övervakning

Huvudartikel: Glascockpit
Airbus A380 glascockpit med utdragbara tangentbord och två breda datorskärmar på sidorna för piloter

De första antydningarna om glascockpits dök upp på 1970-talet när flygvärdiga katodstrålerör (CRT)-skärmar började ersätta elektromekaniska displayer, mätare och instrument. En "glas" cockpit hänvisar till användningen av datorskärmar istället för mätare och andra analoga skärmar. Flygplanen fick successivt fler skärmar, rattar och informationspaneler som så småningom konkurrerade om utrymmet och pilotens uppmärksamhet. På 1970-talet hade det genomsnittliga flygplanet mer än 100 cockpitinstrument och kontroller. Glascockpits började skapas med Gulfstream G-IV privatjet 1985. En av de viktigaste utmaningarna i glascockpits är att balansera hur mycket kontroll som är automatiserad och hur mycket piloten ska göra manuellt. I allmänhet försöker de att automatisera flygoperationer samtidigt som piloten ständigt informeras.

Flygkontrollsystem för flygplan

Huvudartikel: Flygkontrollsystem för flygplan

Flygplan har medel för att automatiskt kontrollera flygningen. Autopiloten uppfanns först av Lawrence Sperry under första världskriget för att flyga bombplan tillräckligt stadigt för att träffa exakta mål från 25 000 fot. När det först antogs av den amerikanska militären satt en Honeywell- ingenjör i baksätet med bultsaxar för att koppla bort autopiloten i nödfall. Nuförtiden är de flesta kommersiella plan utrustade med flygkontrollsystem för flygplan för att minska pilotfel och arbetsbelastning vid landning eller start.

De första enkla kommersiella autopiloterna användes för att styra kurs och höjd och hade begränsad auktoritet på saker som dragkraft och flygkontrollytor . I helikoptrar användes autostabilisering på liknande sätt. De första systemen var elektromekaniska. Tillkomsten av fly-by-wire och elektromanövrerade flygytor (snarare än den traditionella hydrauliska) har ökat säkerheten. Liksom med displayer och instrument hade kritiska enheter som var elektromekaniska en begränsad livslängd. Med säkerhetskritiska system är mjukvaran mycket strikt testad.

Bränslesystem

Fuel Quantity Indication System (FQIS) övervakar mängden bränsle ombord. Med hjälp av olika sensorer, såsom kapacitansrör, temperatursensorer, densitometrar och nivåsensorer, beräknar FQIS-datorn mängden bränsle som finns kvar ombord.

Fuel Control and Monitoring System (FCMS) rapporterar bränsle som finns kvar ombord på ett liknande sätt, men genom att kontrollera pumpar och ventiler hanterar det också bränsleöverföringar runt olika tankar.

  • Tankningskontroll för att ladda upp till en viss total massa bränsle och distribuera det automatiskt.
  • Överförs under flygning till tankarna som matar motorerna. EG från flygkropp till vingtankar
  • Tyngdpunktskontrollen överförs från baktanken (trim) och framåt till vingarna när bränsle förbrukas
  • Bibehålla bränsle i vingspetsarna (för att hjälpa till att stoppa vingarnas böjning på grund av lyft under flygning) och förflyttning till huvudtankarna efter landning
  • Styrning av bränsleutsläpp under en nödsituation för att minska flygplanets vikt.

System för att undvika kollisioner

Huvudartikel: System för undvikande av flygplanskollisioner

För att komplettera flygtrafikledningen använder de flesta stora transportflygplan och många mindre ett trafikvarnings- och kollisionsundvikande system ( TCAS), som kan upptäcka platsen för närliggande flygplan och ge instruktioner för att undvika en kollision i luften. Mindre flygplan kan använda enklare trafikvarningssystem som TPAS, som är passiva (de förhör inte aktivt transpondrar ) och inte ger råd för konfliktlösning.

För att undvika kontrollerad flygning in i terräng ( CFIT ) använder flygplan system som marknära varningssystem (GPWS), som använder radarhöjdmätare som ett nyckelelement. En av de stora svagheterna med GPWS är bristen på "look-ahead"-information, eftersom den bara ger höjd över terräng "look-down". För att övervinna denna svaghet använder moderna flygplan ett varningssystem för terrängmedvetenhet ( TAWS ).

Flyginspelare

Huvudartikel: Flight recorder

Kommersiella flygplanscockpitdatainspelare, allmänt kända som "svarta lådor", lagrar flyginformation och ljud från cockpiten . De återvinns ofta från ett flygplan efter en krasch för att fastställa kontrollinställningar och andra parametrar under incidenten.

Vädersystem

Huvudartiklar: Väderradar och blixtdetektor

Vädersystem som väderradar (typiskt Arinc 708 på kommersiella flygplan) och blixtdetektorer är viktiga för flygplan som flyger på natten eller under instrumentmeteorologiska förhållanden , där det inte är möjligt för piloter att se vädret framåt. Kraftig nederbörd (som avkänns av radar) eller kraftig turbulens (avkännas av blixtaktivitet) är båda indikationer på stark konvektiv aktivitet och kraftig turbulens, och vädersystem tillåter piloter att avvika runt dessa områden.

Blixtdetektorer som Stormscope eller Strikefinder har blivit så billiga att de är praktiska för lätta flygplan. Förutom radar- och blixtavkänning är nu observationer och utökade radarbilder (som NEXRAD ) tillgängliga via satellitdataanslutningar, vilket gör att piloter kan se väderförhållanden långt utanför räckvidden för sina egna flygsystem. Moderna skärmar gör att väderinformation kan integreras med rörliga kartor, terräng och trafik på en enda skärm, vilket avsevärt förenklar navigeringen.

Moderna vädersystem inkluderar även vindskjuvning och turbulensdetektering samt terräng- och trafikvarningssystem. Väderavionik i flygplan är särskilt populärt i Afrika, Indien och andra länder där flygresor är en växande marknad, men markstödet inte är lika väl utvecklat.

Flygplansledningssystem

Det har skett en utveckling mot centraliserad kontroll av de många komplexa systemen som är monterade på flygplan, inklusive motorövervakning och hantering. Hälso- och användningsövervakningssystem ( HUMS) är integrerade med flygplanshanteringsdatorer för att ge underhållare tidiga varningar om delar som behöver bytas ut.

Det integrerade modulära flygelektronikkonceptet föreslår en integrerad arkitektur med applikationsprogramvara som är portabel över en samling vanliga hårdvarumoduler. Den har använts i fjärde generationens jetjaktplan och den senaste generationens flygplan .

Uppdrag eller taktisk flygteknik

Militära flygplan har designats antingen för att leverera ett vapen eller för att vara ögon och öron för andra vapensystem. Det stora utbudet av sensorer som är tillgängliga för militären används för vilka taktiska medel som krävs. Precis som med flygplanshantering har de större sensorplattformarna (som E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) uppdragshanteringsdatorer.

Polis och EMS flygplan bär också sofistikerade taktiska sensorer.

Militär kommunikation

Medan flygplanskommunikation utgör ryggraden för säker flygning, är de taktiska systemen utformade för att motstå påfrestningarna på slagfältet. UHF , VHF Tactical (30–88 MHz) och SatCom-system kombinerat med ECCM- metoder och kryptografi säkrar kommunikationen. Datalänkar som Link 11 , 16 , 22 och BOWMAN , JTRS och till och med TETRA tillhandahåller möjligheten att överföra data (såsom bilder, målinformation etc.).

Radar

Luftburen radar var en av de första taktiska sensorerna. Fördelarna med att tillhandahålla räckvidd på höjden har inneburit ett betydande fokus på luftburen radarteknik. Radarerna inkluderar luftburen tidig varning (AEW), anti-ubåtskrigföring (ASW) och till och med väderradar ( Arinc 708 ) och markspårning/närhetsradar.

Militären använder radar i snabba jetplan för att hjälpa piloter att flyga på låga nivåer . Medan den civila marknaden har haft väderradar ett tag, finns det strikta regler för att använda den för att navigera flygplanet.

Ekolod

Doppning av ekolod monterad på en rad militärhelikoptrar gör att helikoptern kan skydda frakttillgångar från ubåtar eller ythot. Maritima stödflygplan kan släppa aktiva och passiva ekolodsanordningar ( sonoboyar ) och dessa används också för att bestämma platsen för fiendens ubåtar.

Elektrooptik

Elektrooptiska system inkluderar enheter som head-up display (HUD), framåtblickande infraröd (FLIR), infraröd sökning och spårning och andra passiva infraröda enheter ( passiv infraröd sensor ). Dessa används alla för att tillhandahålla bilder och information till flygbesättningen. Dessa bilder används för allt från sök och räddning till navigationshjälpmedel och målinsamling .

ESM/DAS

Elektroniska stödåtgärder och defensiva hjälpmedelssystem används flitigt för att samla in information om hot eller möjliga hot. De kan användas för att starta enheter (i vissa fall automatiskt) för att motverka direkta hot mot flygplanet. De används också för att fastställa tillståndet för ett hot och identifiera det.

Flygplansnätverk

Avioniksystemen i militära, kommersiella och avancerade modeller av civila flygplan är sammankopplade med hjälp av en flygelektronikdatabuss. Vanliga avionikdatabussprotokoll, med deras primära tillämpning, inkluderar:

Se även

Anteckningar

Vidare läsning

  • Avionics: Development and Implementation av Cary R. Spitzer (Inbunden – 15 december 2006)
  • Principles of Avionics , 4:e upplagan av Albert Helfrick, Len Buckwalter och Avionics Communications Inc. (Paperback – 1 juli 2007)
  • Avionikutbildning: system, installation och felsökning av Len Buckwalter (Paperback – 30 juni 2005)
  •   Avionics Made Simple , av Mouhamed Abdulla, Ph.D.; Jaroslav V. Svoboda, Ph.D. och Luis Rodrigues, Ph.D. (Kurspaket – dec. 2005 – ISBN 978-0-88947-908-1 ).

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Avionics&oldid=1122941646 "