Авионика
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Июня 2015 в 09:37, реферат
Описание работы
Сравнительно недавно на планете отметили юбилей - 100 лет со
дня первого полета аэроплана братьев Райт. Для эволюции технических
средств - срок довольно большой, но метаморфозы летательных аппаратов не
могут не впечатлять. На самолетах первых конструкций, сделанных из
обтянутых парусиной деревянных реек и развивавших скорость, которая
ныне даже автомобилистам представляется едва ли не черепашьей, мог
летать только пилот и в лучшем случае еще один человек. Современные
лайнеры вмещают почти столько же пассажиров, сколько перевозит
железнодорожный состав, а истребители летают в несколько раз быстрее
звука.
Содержание работы
1 Введение…………………………………………………………………..……..3
2 Авионика…………………………………………………………………..….....4
3 Авионика - всё видящее око…………………………………………………....6
4 «Глаза» самолета………………………………………..…………………...….9
Avionics for MSFS (addons)……………………………………………………...10
5 Острота зрения радара…………………………………………...……………16
6 Области применения мониторинговой авионики…………………………...16
7 Глобальная организация воздушного движения…………………………….19
8 Летать экономичнее и с меньшим риском…………………………………...21
9 Авионика ближайшей перспективы………………………………………….23
10 Авионика и ПНК……………………………………………………………...29
10.1 Из истории……………………………………………………………29
10.2 Пилотажно-Навигационный комплекс (ПНК)……………………..30
10.3 Монитор параметров работы двигателя (МПД)…………………...32
11 Заключение……………………………………………………………………34
Список литературы………………
Файлы: 1 файл
Оглавление
1 Введение…………………………………………………………………..……..3
2 Авионика…………………………………………………………………..….....4
3 Авионика - всё видящее око…………………………………………………....6
4 «Глаза» самолета………………………………………..…………………...….9
Avionics for MSFS (addons)……………………………………………………...10
5 Острота зрения радара…………………………………………...……………16
6 Области применения мониторинговой авионики…………………………...16
7 Глобальная организация воздушного движения…………………………….19
8 Летать экономичнее и с меньшим риском…………………………………...21
9 Авионика ближайшей перспективы………………………………………….23
10 Авионика и ПНК……………………………………………………………...29
10.1 Из истории……………………………………………………………29
10.2 Пилотажно-Навигационный комплекс (ПНК)……………………..30
10.3 Монитор параметров работы двигателя (МПД)…………………...32
11 Заключение……………………………………………………………………34
Список литературы…………………………………………………………........34
2
1 Введение
Термин «авионика» появился на Западе в начале 1970. К этому
моменту электронная техника достигла такого уровня развития, когда стало
возможно применять электронные устройства в бортовых авиационных
системах, и за счет этого существенно улучшать качественные показатели
применения авиации. Тогда же появились и первые бортовые электронные
вычислители
(компьютеры),
а
также
принципиально
новые
автоматизированные и автоматические системы управления и контроля.
Сравнительно недавно на планете отметили юбилей - 100 лет со
дня первого полета аэроплана братьев Райт. Для эволюции технических
средств - срок довольно большой, но метаморфозы летательных аппаратов не
могут не впечатлять. На самолетах первых конструкций, сделанных из
обтянутых парусиной деревянных реек и развивавших скорость, которая
ныне даже автомобилистам представляется едва ли не черепашьей, мог
летать только пилот и в лучшем случае еще один человек. Современные
лайнеры вмещают почти столько же пассажиров, сколько перевозит
железнодорожный состав, а истребители летают в несколько раз быстрее
звука. Летчикам стало слишком трудно следить за мгновенно меняющейся
обстановкой и управлять могучими машинами. А для успешного решения
задач военной разведки понадобились (и уже созданы) беспилотные
летательные аппараты (БПЛА), в том числе микроэлектромеханические,
размером с насекомых - жуков, стрекоз и т.п. Эти аппараты используют как
на открытом воздухе, так и в помещениях для подслушивания и
подглядывания. Разумеется, людей на таких малютках быть не может, но
управлять ими необходимо. В связи с этим и возникла новая отрасль
технических наук под названием "авионика", т.е. авиация + электроника.
Другими словами, эта дисциплина в основном занимается электронной
начинкой современных летательных средств. Кстати, и весь комплекс
бортовых электронных устройств также называется авионикой. Данное
оборудование
включает
радиостанции,
контрольно-измерительную
3
аппаратуру, бортовые радары и компьютеры, "черные ящики". Оно
используется для управления полетом и работой самых разнообразных
технических средств - самолетов, вертолетов, экранопланов, ракет и БПЛА.
Воздушная среда является для них источником подъемной силы, а в военной
области при необходимости - "возмутителем" движения, позволяющим
обеспечить требуемую траекторию и состояние летающего объекта,
например управляемых бомб.
Авионика обеспечивает полет различных авиационных средств, в
том числе управляемых на расстоянии воздушных шаров и авиамоделей,
доставляющих источники радиопомех в районы боевых действий, и
выполнение ими поставленных задач. В гражданской авиации с помощью
авионики осуществляют рациональную организацию воздушного движения
(ОВД), обеспечивают безопасность и комфорт пассажиров и экипажа,
сохранность доставляемых воздушными судами грузов. Большую роль
играет авионика при проведении хозяйственных работ: монтаже громоздких
строительных конструкций, обработке сельскохозяйственных угодий,
разведке полезных ископаемых, тушении пожаров, действиях в очагах
чрезвычайных ситуаций и т.д.[1]
2 Авионика
Авионика (бортовое радиоэлектронное оборудование) - совокупность
всех электронных систем, разработанных для использования в авиации в
качестве бортовой электроники. На базовом уровне это системы
коммуникации, навигации, отображения и управления различными
устройствами - от сложных (например, радара) до простейших (например,
поискового прожектора полицейского вертолёта). В отечественной системе
гражданского воздушного флота принято деление на специалистов АиРЭО
4
(Авиационное и радиоэлектронное оборудование, «обезьянки») и на
специалистов по самолёту и двигателю (СиД, «слоны»).
В Военно-воздушных силах РФ исторически сложилось чёткое деление
бортового оборудования летательных аппаратов (ЛА) на бортовое
радиоэлектронное оборудование (БРЭО, для своей работы оно излучает
и/или принимает радиоволны) и авиационное оборудование (АО).
Большинство систем АО тоже содержат в своём составе электронные
компоненты и узлы, но во время своей работы не используют радиоволны.
На борту военных летательных аппаратов также присутствуют системы
авиационного вооружения (АВ), которые в абсолютном большинстве
содержат электронные узлы, но являются отдельным видом оборудования.
Термин «авионика» появился на Западе в начале 1970. К этому
моменту электронная техника достигла такого уровня развития, когда стало
возможно применять электронные устройства в бортовых авиационных
системах, и за счет этого существенно улучшать качественные показатели
применения авиации. Тогда же появились и первые бортовые электронные
вычислители
(компьютеры),
а
также
принципиально
новые
автоматизированные и автоматические системы управления и контроля.
Первоначально основным заказчиком и потребителем авиационной
электроники были военные. Логика развития военной авиации быстро
привела к ситуации, когда военные ЛА не могут не только выполнять боевые
задачи без использования электронных технических средств, но даже и
просто летать на требуемых режимах полёта. Сейчас стоимость систем
авионики составляет большую часть общей стоимости летательного
аппарата. К примеру, для истребителей F - 15E и F - 14 стоимость авионики
составляет около 80 % от общей стоимости самолёта. В настоящее время
электронные системы широко применяются и в гражданской авиации,
например, системы
управления полетом и
пилотажно-навигационные
комплексы [2].
5
3 Авионика – все видящее око
Боевые характеристики военной авиационной техники определяются,
прежде всего, уровнем систем авионики. Бортовые компьютеризированные
устройства не только берут на себя многие рутинные процедуры
пилотирования, они
способны
эффективно
парировать
внезапно
возникающие угрозы. Поэтому крайне важное значение приобретает
мониторинг, то есть поиск и обнаружение "объектов" на земле и в воздушном
пространстве и оценка их с точки зрения успешного выполнения
поставленной задачи.
Одной из главных функций военной авиации была и остается разведка.
Во время Второй мировой войны пилоты могли рассчитывать лишь на
собственные глаза да и на фотокамеры, установленные на самолете. Ныне
разведку ведут, используя мониторинговые радиоэлектронные системы. Эти
системы перспективны и в хозяйственных областях.
Средства авионики регистрируют как собственное излучение
наблюдаемого объекта от работающих на нем радиосредств или источников
тепла, так и электромагнитные волны, которые отражаются от него при
облучении радаром, расположенным непосредственно на самолете-
разведчике. Сейчас все чаще, и не только в военной области, прибегают к
радиолокационной разведке "с подсвечиванием". Объекты на земле или в
воздушном пространстве облучают внешними источниками, а отраженный
сигнал регистрируется антенной самолета-разведчика, работающей на прием.
Но самое главное состоит даже не в том, чтобы обнаружить объект, а в
том, чтобы идентифицировать его, то есть ответить на вопрос: "Что же мы,
собственно, наблюдаем?" Это одна из самых сложных задач, стоящих перед
системами авионики. Чтобы решить ее, нельзя обойтись без самых
современных средств вычислительной техники. Разработчики авионики
используют и достижения радиофизики - области науки, основателем
которой во всем мире по праву считается член-корреспондент АН СССР
Сергей Михайлович Рытов. Распознать объект удается благодаря тому, что
6
механизмы рассеяния и поглощения посылаемых в его сторону радиоволн
тесно связаны с физическими и геометрическими характеристиками объекта.
Дополнительную информацию можно получить по характеру его
собственного излучения.
Например, металлические предметы практически целиком отражают
падающие на них волны. Степень же поглощения волны веществом зависит
от его диэлектрической и магнитной проницаемости.
В мониторинговой авионике стремятся использовать чрезвычайно
широкий частотный спектр электромагнитных волн - с длинами от долей
миллиметра до сотен метров. Это связано с тем, что изображение на дисплее
зависит от длины волны, на которой работает радиолокатор: насколько
сильно отражает или поглощает объект падающее на него электромагнитное
излучение определяется, прежде всего, длиной волны, а также размерами
самого объекта и различными неоднородностями физических и
геометрических характеристик. Например, самолеты, выполненные по
технологии "стелс", имеют такой филигранно подобранный набор
геометрических форм и электрофизических свойств поверхности, что для
определенного, "освоенного" противником диапазона волн отраженный
сигнал попросту отсутствует. В более длинноволновой или более
высокочастотной области эти "невидимки" обнаруживаются.
Сегодня, как правило, радиолокатор формирует и обрабатывает
сигналы в нескольких частотных диапазонах. Если эти диапазоны
значительно разнесены друг от друга, то на соответствующих изображениях
мы обнаружим разные детали объекта. То же самое, кстати, будет, если
сравнить картины звездного неба, полученные с помощью оптического
телескопа и радиотелескопа.
В начале эры радиолокации разработчики делали ставку на волны
УВЧ- и СВЧ-диапазонов, то есть пытались "разглядеть" возможно более
мелкие предметы: объект отражал волну, если его размеры были больше
длины волны или сопоставимы с ней. Однако впоследствии оказалось, что не
7
так просто обнаружить, например, колонны военной техники, если они
движутся по дороге, обсаженной деревьями: листва как покрывало отражала
сантиметровые волны, пряча
под
собой
корпуса танков и
бронетранспортеров. А ракетную шахту можно было замаскировать
обычным стогом сена.
Теперь радиолокаторы все чаще "осваивают" низкочастотный
диапазон, волны которого проникают даже сквозь почву и позволяют
обнаружить закопанные и укрытые объекты. Примером может служить
четырехчастотный радиолокационный комплекс "Имарк", за создание
которого его авторы - сотрудники Московского научно-исследовательского
института приборостроения - получили в 2000 году Государственную
премию РФ. Этот радиолокатор формирует и обрабатывает сигналы на
длинах волн 3,9; 23; 68 и 254 см. Так вот, на самой длинной волне - 2,54 м -
комплекс "видит" скопления грунтовых вод, различные геологические
структуры, в том числе и алмазные трубки. Сигналы этих частот проникают
и под лед, а при работе на волне 3,9 см от радара в чистом поле не укроется
даже заяц.
Если же облучать объект последовательно или сразу волнами
нескольких диапазонов, то можно, с одной стороны, выявить его структуру, а
с другой -"устранить" препятствия, мешающие наблюдению: растительность,
земной и водный покров, туман и облака.
Несколько лет назад на нефтепроводе в Республике Коми произошла
авария, но стояла зима, и разлившуюся нефть тут же засыпало снегом.
Дожидаться весны - нефть пропитает почву и погубит все живое. На поиск
места аварии вылетел самолет с многочастотным радаром и точно обнаружил
скрытые границы пятна.
Ныне в авионике стали использовать прежде экзотические
сверхширокополосные сигналы, занимающие полосу частот в несколько
гигагерц, - в результате можно сформировать еще более детальную картину.
Кроме того, сверхширокополосные сигналы крайне трудно обнаружить,
8
поэтому, используя их, можно скрыть не только передаваемую информацию,
но и сам факт ее передачи.[3][10]
4 «Глаза» самолета
Если нам нужно взглянуть в сторону, мы либо поворачиваем голову,
либо переводим взгляд. Примерно таким же образом можно осуществлять
радиолокацию. Правда, когда речь заходит о радаре, мы, как правило,
представляем себе вращающееся или качающееся сооружение, которое
состоит из излучателя и отражателя (зеркальной антенны).
Однако еще в 1937 году американские исследователи Г. Фрис и К.
Фельдман выдвинули идею так называемой управляемой антенной решетки.
Принцип
действия этого
устройства основан
на положении,
сформулированном в 1933 году российским ученым В. А. Котельниковым в
виде теоремы, получившей его имя. Он доказал, что практически любой
сигнал можно восстановить, имея ряд его мгновенных значений, взятых
через равные промежутки времени. Причем интервал между отсчетами
должен быть меньше полупериода высшей гармоники сигнала.
Антенная решетка представляет собой размещенную в плоскости
совокупность отстоящих на одинаковом расстоянии друг от друга небольших
излучателей (модулей). Иначе говоря, их можно, согласно теории
Котельникова, принять за отсчетчики, если расстояния между ними не
превышают половины излучаемой или принимаемой антенной решеткой
длины волны. С помощью фазовращателей можно так подобрать фазу
излучения каждого модуля, что решетка в целом станет излучать острый луч,
причем такой же, как излучала бы зеркальная антенна, размер которой равен
всей антенной решетке - от первого модуля до последнего. По этому лучу
никак нельзя заметить, что антенна "дырявая", то есть что в ней есть
просветы между модулями.
Более того, согласованно меняя фазы модулей, можно заставить луч
отклоняться, и при механически неподвижной решетке будет происходить
9
сканирование пространства - совсем как мы, не поворачивая головы, глазами
просматриваем страницу книги.
Такой решеткой можно формировать и несколько лучей, причем
каждый со своей динамикой. В результате получается многолучевая антенная
решетка - такими сегодня оснащаются современные истребители.
Дальнейшие успехи микроэлектроники предоставили в распоряжение
конструкторов малогабаритные твердотельные (то есть построенные по
принципу интегральных схем) передатчики и приемники, которые прямо
напрашивались на роль антенных модулей. Так появились активные
фазированные антенные решетки (АФАР) с модулями, усиливающими
излучаемый и принимаемый сигналы (на фото справа). В целом передатчик
радара, как наиболее энергетически емкое устройство авионики, оказался
"размазанным" по антенной решетке и стал одним из самых надежных
элементов: при поломках нескольких твердотельных модулей существенного
снижения характеристик не происходит (прежде у радаров с пассивной
решеткой, если передатчик выходил из строя, самолет становился
"слепым").[3][10]
Avionics for MSFS (addons)
The EXP5000 PFD displays standard flight instrumentation including
attitude direction indicator (EADI), horizontal situation indicator (EHSI), altitude,
airspeed, vertical speed, moving map, terrain, and traffic, on large high resolution
displays that are easy-to-read. The MFD displays checklists, traffic warnings,
engine data, and navigation features such as: Fixes, VOR's, NDB's, Class B,C, & D
Airspace, Traffic, Traffic Warnings, Runway Depictions in Information Pages, and
Runway Depictions on Airport Map Icons.
10
Mindstar Aviation
Garmin G1000
REALITY XP
Flightline T analogue gauges.
Flightline T™ is designed to replace the basic six-pack on the instrument panel,
those basic items that any pilot relies on to give him or her feedback on what the
plane is doing flight-wise at any given moment. For those just getting into the
world of flying, these instruments include the attitude indicator, directional gyro,
airspeed indicator, vertical speed indicator, altimeter, and turn coordinator. All in
all, 29 instruments are provided for the task, including generic types, two sets
made to represent makes by Cessna and Beechcraft, and one for Bendix King
(KI256 ADI, KI525 HSI, and the KA51 in both horizontal and vertical option).
11
Flightline N analogue gauges.
Flightline N™ is designed to replace the navigation gauges found in non-glass
aircraft. For those just getting into the world of flying, these instruments include
the very-high-frequency omnidirectional radio (VOR), the automatic direction
finder (ADF), the radio magnetic indicator (RMI), standby altimeter. In addition,
Flightline N™ features a complete simulation of the STEC 55X autopilot including
the ST-55X, the ST645 remote annunciator and the ST360 altitude selector and
alerter.
GNS 430 WAAS XP GPS.
GNS 430W XP™ is an all-in-one GPS/Nav/Comm solution. It features a WAAS-
certified GPS, 2280-channel capacity comm and 200-channel ILS/VOR with
localizer and glideslope. Traditionally it would take a host of components to
provide the capabilities of this one smart box. High-speed 5 Hz processing makes
12
navigation calculations and map redraw rates five times faster than earlier GNS
series navigators.
Wx500 Weather Radar.
The Wx500 is the industry-leading weather radar simulation for Flight Simulator.
For the first time a true weather radar is available for Flight Simulator. The new
technology proved to reliably detect the clouds and water bodies position and
actually distinguish between the several types.
Sandel SN 3308 XP EFIS.
The Sandel SN3308 XP packs the essential features of an EFIS navigation display
into a standard three-inch instrument, at a fraction of the cost of a full EFIS. By
combining the functions of an HSI, an RMI, a moving map and a Stormscope®
display into one instrument, the SN3308 ties together the critical elements of
situational awareness. And by adding to that a 3-light marker beacon and GPS
annunciator displays, the SN3308 becomes the virtual equivalent of an EFIS nav
display, sized and priced for GA cockpits.
13
Sandel ST3400 XP TAWS.
Pairing an incredibly bright, light-bending display with an affordable TSO’d Class
A or B TAWS is pretty impressive. Packaging everything in a single 3-ATI, panel-
mounted unit with TCAS, navigation and a WAAS sensor is nothing short of
mind-blowing. That’s why the ST3400 TAWS/RMI has become the new standard
in terrain avoidance. And that’s not to mention our wealth of features, like a pilot-
friendly interface to make the ST3400 easy to use.
The ST3400 can also function as a normal Radio Magnetic Indicator (RMI). This
feature allows a primary and secondary navigation source, selectable from VOR,
ADF or GPS/FMS. If a terrain warning occurs when running in RMI mode, it will
automatically enter the terrain mode in order to give a possible rapid response to
the threat.
Jetline 2 EFIS.
14
The Jetline 2 XP is something of a classic of its kind. The package includes an
EADI and EHSI which can be used to replace the ADI and HSI of a variety of
Flight Simulator aircraft. You also get a so-called radio tuning unit (RTU) and a
Traffic Collision Avoidance System (TCAS).
Jetline 4 EFIS.
The Jetline 4 XP is the industry-leading integrated avionics system for both
regional and business aircraft. With side-by-side primary flight, multifunction and
engine displays, information is made exceptionally useable and convenient. By
reducing pilot scan, situational awareness is increased. In short, the system
performs like a natural extension of the pilot. You also get a so-called radio tuning
unit (RTU), a Traffic Collision Avoidance System (TCAS) and a Ground
Proximity and Warning System (GPWS).
Flightline Apollo GPS.
Flightline Apollo is the industry-leading ultra-realistic simulation of the UPS
Aviation Technologies Apollo GX and Slim Line series of avionics products. From
the accuracy of the GPS simulation, to the extended list of features and the
15
authenticity of its operating mode, no wonder it is also the only Flight Simulator
add-on sealed with the acclaimed UPS Aviation Technologies GPS brand: Apollo
. [6]
5 Острота зрения радара
Способность видеть предметы зависит не только от длины отражаемой
ими электромагнитной волны. Иначе мы могли бы разглядеть любые
микроорганизмы в световых лучах, длина волны которых меньше
микрометра. Нам же для этого требуется микроскоп, поскольку разрешающая
способность человеческого глаза ограничена.
Четкость изображения, получаемого с помощью антенной решетки,
зависит от ее размеров и определяется параметром, называемым раскрывом
антенны или апертурой. Угловая разрешающая способность (рад
-1
)
приблизительно равна отношению длины излучаемой и (или) принимаемой
волны к апертуре антенны. Следовательно, чем крупнее антенна и чем
меньше длина волны, тем более четким получается изображение.
Чтобы увеличить апертуру антенной решетки и таким образом
повысить остроту зрения радара, в первую очередь приходит мысль разнести
модули по фюзеляжу самолета. Появились авиационные радары с
вдольфюзеляжной антенной. Затем "в ход пошли" крылья, причем управлять
фазами сигналов отдельных модулей стало сложнее: антенная решетка
представляет собой плоскость, а форма самолета очень сложная.
Приходилось учитывать смещение каждого модуля от плоскости и
соответственно подбирать для него фазу.[3][10]
6 Области применения мониторинговой авионики
16
В условиях боевых действий:
- обнаружение различных военных целей (в том числе и укрытых);
- предотвращение военных и террористических акций;
- обнаружение складов оружия, минных полей, военных лагерей, новых
троп и дорог.
В условиях чрезвычайных ситуаций:
- оценка последствий паводков, прибрежных штормов, сезонных
дождей и таяния снегов;
- определение границ ареалов, пораженных болезнями, нашествием
насекомых и грызунов, кислотными дождями, пожарами, засухами,
наводнениями;
- обнаружение коронных разрядов на ЛЭП, аварий на подземных
нефте-, газо- и водопроводах и канализационных сетях;
- поиск мелких объектов в районах катастроф: катеров, шлюпок,
обломков и т.д.;
- оценка морского волнения, силы и направления ветра при
выполнении аварийно-спасательных работ на море;
- оценка загрязнения акваторий нефтяной пленкой толщиной от
нескольких микрометров;
- обнаружение в Арктике терпящих бедствие людей, укрывшихся под
толщей снега или под торосами;
- обнаружение утечек нефти из трубопроводов.
Для научных целей:
- проведение гидрологических и гляциологических наблюдений, оценка
влажности почв, снежного покрова, состояния айсбергов, ледников, вечной
мерзлоты;
- картография морских льдов и оценка эволюции льдин;
- дистанционная археология (обнаружение районов поселений древних
культур и ведущих туда бывших транспортных путей);
- контроль за популяциями вымирающих видов флоры и фауны;
17
- проведение топографических и литологических измерений;
- оценка динамики земной коры;
- оценка активности вулканов и последствий вулканической
деятельности, включая течения лавы и грязевых потоков;
- оценка сейсмической активности и прогнозирование зон разломов;
- картография суши и морской поверхности.
Для хозяйственных целей:
-оценка характеристик окружающей среды (от регионального масштаба
до глобального);
-точное картографирование дорог;
-определение наличия наземных и подземных биомасс;
-обнаружение нелегальных дорог в горных и лесных районах и
заповедниках, выявление незаконных промыслов;
-описание лесных, сельскохозяйственных и рыболовных экосистем;
-классификация и оценка состояния почв, болот, озер;
-прогнозирование урожаев;
-оценка состояния экосистем полярных районов;
-определение состояния лесных экосистем;
-обнаружение легальных и нелегальных лесных вырубок;
-обнаружение предвестников землетрясений;
-определение зон подтопления в районах водохранилищ;
-определение зон засоления при обмелении водоемов и эксплуатации
мелиоративных сооружений;
-оценка экологического состояния открытых разработок полезных
ископаемых;
-обнаружение
объектов
и
сооружений,
скрытых
густой
растительностью или заглубленных в грунт;
-оценка геоэкологических процессов, связанных с распространением
загрязненных почвенных вод;
18
-выявление скрытого
процесса
подпочвенного
подтопления
хозяйственных земель.[3]
7 Глобальная организация воздушного движения
В настоящее время гражданская авионика развивается в рамках проекта
CNS/ATM, реализуемого под эгидой Международного комитета организации
авиационных сообщений (ИКАО). Он был основан в 1944 году со
штаб-квартирой в Монреале. В его задачи входят, в частности, разработка
международных стандартов в области гражданской авиации, повышение
безопасности полетов, обобщение опыта подготовки кадров.
Название CNS/ATM представляет собой аббревиатуру из первых букв
английских слов, которые выражают суть концепции гражданской авионики
на современном этапе. Одна его половина расшифровывается как
Сommunications, Navigation, Surveillance, что в переводе означает "связь,
навигация, наблюдение"; другая - это Air Traffic Management, то есть
"организация воздушного движения". Иначе говоря, авионика, ведя
наблюдение, устанавливая и поддерживая связь, осуществляя навигацию,
способствует
организации
воздушного
движения.
Указанный проект является самым крупным и дорогим в истории
гражданской авиации, он уже сейчас дал мощнейший импульс развитию
новых технологий. В итоге разнообразные суда будут двигаться в воздушном
пространстве свободно, как это сейчас происходит, например, на
автомобильном транспорте, где решения принимают сами водители на
основе анализа информации о других участниках движения.
Количество полетов в последнее время сильно возросло, и
интенсивность
воздушного
движения продолжает
увеличиваться.
Существующие наземные и бортовые информационные средства просто не в
состоянии обеспечить требуемый уровень безопасности полетов.
19
Дополнительно осложняет ситуацию система правил полетов, жестко
разделяющая воздушное пространство на зоны, или эшелоны. Эшелон - это
некий туннель с незримыми стенками, и экипаж в полете не имеет права
выходить за них. Эшелонирование воздушного пространства сейчас
осуществляют исключительно наземные диспетчерские службы, передавая
друг другу летящее воздушное судно, как эстафетную палочку.
Подобная технология крайне затрудняет организацию полетов бурно
развивающейся в последнее время так называемой малой авиации, или
авиации общего назначения. Используемый термин "малая авиация"
достаточно условен и обычно применяется для легких и средних воздушных
судов, взлетная масса которых составляет 0,5-10,0 т, способных перевозить
от 2 до 19 человек на расстояния 200-2500 км. Средствами малой авиации
пользуются для воздушных перевозок в личных целях, проведения
хозяйственных работ, воздушного мониторинга и патрулирования, учебно-
тренировочных и демонстрационных полетов и т. д. Как видно из
перечисленных задач, решаемых малой авиацией, основная ее отличительная
черта - нерегулярность полетов.
К сожалению, Россия по числу используемых средств малой авиации и по
организации их полетов далеко отстает от большинства развитых стран.
Причина этого - "закостенелые" технологии организации движения,
предполагающие использование авионики
старых
поколений, не
соответствующей концепции CNS/ATM. Но даже передовые авиационные
компании не могут пока извлечь все выгоды из новых технологий. Потери от
неэффективного использования воздушного пространства оцениваются в
мире
суммой,
превышающей
3,5
млрд
долларов
в
год.
Своим возникновением концепция CNS/ATM во многом обязана появлению
спутниковых систем навигации и связи. Космические аппараты вместе с
наземными средствами составят исчерпывающую систему связи и навигации.
20
Авионика, воплощающая в себе идеи концепции CNS/ATM, предоставит
практически неограниченные возможности летать по оптимальным
маршрутам, экономить топливо, увеличивать пропускную способность
воздушного пространства и обеспечивать высокую безопасность полетов.[4]
8 Летать экономичнее и с меньшим риском
Авионика, осуществляя функции наблюдения и навигации, позволяет
эффективнее эксплуатировать воздушный транспорт: более строго
соблюдается расписание полетов, снижаются расходы на топливо и на
зарплату экипажам, самолеты теряют меньше времени на рулежках, можно
пользоваться прямыми или наикратчайшими (ортодромическими)
маршрутами, в том числе проходящими через Северный и Южный полюса,
по оптимальным траекториям обходить районы с неблагоприятными
метеоусловиями. Оптимизируя характеристики полета, пилоты могут теперь
не летать по строго определенным маршрутам, а гибко менять их, экономя
время и топливо.
К важным преимуществом авионики, создаваемой в соответствии с
концепцией CNS/ATM, относится ее "бесшовность", т.е. электронное
оборудование можно модернизировать непрерывно, без "смены поколений".
Новые технологии авиационных перевозок не исключают применения
прежней авионики организации воздушного движения, хотя
перспективными, а в будущем единственными, объявлены спутниковые
системы. При этом пользователи авионики CNS/ATM получают ряд
существенных преимуществ:
-ее рабочая зона охватывает всю поверхность земного шара;
-трехмерное определение местоположения и вектора скорости
происходит в реальном масштабе времени, то есть практически мгновенно;
-система связи, навигации и наблюдения обладает неограниченной
пропускной способностью и высокой помехозащищенностью;
21
-навигационная бортовая аппаратура стоит относительно недорого;
имеется возможность автоматически вести самолет, выбирая оптимальные
траектории с соблюдением норм продольного, бокового и вертикального
эшелонирования на всех этапах полета, включая посадку;
-гарантирован надежный и качественный обмен данными между
бортом и наземными службами;
-обеспечивается безопасность полетов, несмотря на повышение
интенсивности воздушного движения;
-снижаются эксплуатационные затраты, экономится
топливо,
уменьшаются нагрузки на экипаж.
Однако стоимость проекта CNS/ATM очень высока, и уровень
экономического развития многих государств не позволит внедрить его
одновременно на всем земном шаре. Да этого и не требуется. Важно лишь,
чтобы были обеспечены плавные переходы между соседними районами
полетной информации. Другими словами, при пересечении границы между
пространством, где действует CNS/ATM, и областью, где применяются
старые средства слежения, данные о полете воздушного судна не должны
разниться. Сейчас же случается, что в момент "передачи" диспетчером
самолета своим соседям тот как бы скачком меняет эшелон.
Видимо, в ближайшей перспективе воздушные пространства в
пределах
государственных
или
региональных
границ
будут в
законодательном порядке объявлены зонами общего пользования для
национальных магистральных и грузовых авиаперевозчиков, местной
авиации и авиации общего назначения, а также для военно-воздушных
флотов. Модернизация национальных средств организации воздушного
движения приведет к постепенному повсеместному внедрению системы
CNS/АТМ, как только присущие новой концепции преимущества станут
доступны большинству представителей воздушного флота той или иной
страны.[8]
22
9 Авионика ближайшей перспективы
Ключевые технологии создания перспективных комплексов
бортового оборудования воздушных судов.
Общемировой
тенденцией
развития
комплексов
бортового
оборудования воздушных судов (ВС) является дальнейшая интеграция
ресурсов программного и аппаратного обеспечения, на базе концепции
интегрированной модульной авионики (ИМА). Данная тенденция
обусловлена как экономическими, так и организационно - техническими
предпосылками. С одной стороны, наблюдаются все возрастающие
потребности
в
расширении
функциональности
оборудования
с
одновременным стремлением к снижению её стоимости и уменьшению
эксплуатационных расходов. С другой стороны, существующий и
прогнозируемый уровень развития технологий и элементной базы позволяет
осуществлять все более глубокую интеграцию на аппаратном и
алгоритмическом
уровнях.
Перспективный
комплекс
бортового
оборудования (КБО) должен иметь открытую архитектуру на базе
интегрированной модульной авионики (ИМА, см. «Авиапанорама» №4-2011.
Прим. ред.). Важной особенностью такой архитектуры является отсутствие
«жестко» установленных связей между информационными каналами и
вычислительными средствами. Это позволяет реализовать динамическую
реконфигурацию структуры КБО с соответствующим перераспределением
ресурсов. Авионика ближайшей
перспективы должна обладать
принципиально новыми качествами, связанными с кардинальными
изменениями процессов ее разработки, проектирования, применения и
обслуживания. Основными направлениями развития авионики являются:
- создание унифицированного ряда открытых сетевых архитектур и
комплектующих КБО с целью увеличения производительности, надежности
передачи и обработки информации;
23
- применение перспективных интерфейсов (авиационной Ethernet, Fibre
Channel, RapidIO, Wi-Fi);
- внедрение перспективных схемотехнических и конструктивных
решений для функциональных модулей: многоядерных процессоров, систем
«на кристалле», высокопроизводительных графических модулей, сетевых
коммутаторов и т.д.;
- создание интегрированной автоматизированной среды разработки
КБО;
- совершенствование информационно-управляющего поля кабины
экипажа.
Неизбежные изменения информационно-управляющего поля кабины
экипажа вызваны прогнозируемым ростом интенсивности воздушного
движения, требованиями радикального повышения уровня безопасности
полетов. С появлением в 1970-е годы первых электронных индикаторов, по
мере роста технологических возможностей, постоянно увеличивалась доля и
информационная емкость электронной индикации кабины экипажа ВС,
увеличивались размеры экранов и повышалось качество информационного
обеспечения летного состава. Определилась тенденция к использованию
экранов индикаторов в качестве многофункциональных пультов управления.
Для высокой
надежности
большие индикаторы
должны
иметь
сегментированный экран, каждый из сегментов которого может работать
автономно. Вполне возможно, что в конечном итоге один индикатор займет
всю приборную доску, точнее, приборная доска станет единым электронным
индикатором (т.е. станет виртуальной). Такие приборные доски уже
реализуются в экспериментальных разработках ведущих компаний. Усилия
разработчиков систем индикации должны быть направлены на то, чтобы
сделать представление полетных данных более естественным и интуитивно
понятным летчику, исключить необходимость перевода «сырых» данных,
создать «образное» информационное поле с обеспечением минимального
времени на считывание информации. Виртуальная приборная доска позволит
24
достичь гибкости в представлении информации: если прежде прибор занимал
место на доске постоянно, независимо от того, сколько времени он
используется в полете, то на виртуальной доске его информация будет
появляться только по мере необходимости. Взамен жидкокристаллических
индикаторов можно ожидать использование проекционных и органических
электролюминесцентных индикаторов. Возможно появление индикаторов не
прямоугольной, а более сложной формы.
В России работы по созданию КБО с открытой архитектурой на базе
ИМА проводятся с 2004 г. Головным исполнителем и координатором
комплексного проекта является ФГУП «ГосНИИАС». В проекте принимают
участие основные предприятия авиаприборостроения РФ. Создан
уникальный научно- технический задел, позволяющий существенно
сократить затраты на разработку и последующие модификации бортового
оборудования, сократить сроки его разработки, заложить возможности
технологического расширения спектра решаемых задач с минимальными
затратами средств.
В настоящее время на предприятиях отечественного приборостроения
разрабатываются
унифицированные
комплектующие
бортового
оборудования на принципах ИМА. Как показывает отечественный и мировой
опыт, снизить технические, финансовые и временные риски позволяют
летные исследования концептуальных решений и летные испытания
прототипов перспективного оборудования. Организация экспериментальных
работ на летающих лабораториях позволит подготовить материальную и
методическую основу для сертификационных испытаний перспективных
комплексов и их отдельных элементов, в том числе по международным
стандартам (TSO, ETSO).
В программе создания перспективной отечественной авионики ФГУП
«Пилотажно-исследовательский центр» – головной исполнитель работ в
части:
25
- разработки информационно- управляющего поля кабин летательных
аппаратов;
- стендовых и летных исследований перспективных функций,
организации
испытаний
бортового
оборудования.
Пилотажно-
исследовательский центр выполняет работы в кооперации с ФГУП
«ГосНИИАС», ФГУП «ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского», ОАО «ЛИИ им.
М.М. Громова», ОАО «ЭМЗ им. В.М. Мясищева», ОАО «ОКБ Сухого»,
ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют», ОАО «РПКБ» и другими
предприятиями. Работа направлена на достижение следующих целей:
1. Исключение авиационных происшествий по причинам:
- потери пространственного положения;
- неадекватного восприятия основных параметров движения
летательного аппарата, информации от бортовых систем;
- опасных сближений с воздушными судами и земной поверхностью,
препятствиями.
2. Обеспечение выполнения всех этапов полетного задания от
выруливания до заруливания без визуальной видимости закабинного
пространства, в том числе при отсутствии сигналов спутниковых
навигационных систем, радио- и светотехнического оборудования аэропорта.
3. Реализация концепции пилотирования воздушного судна
транспортной категории одним пилотом.
4. Обеспечение высокой эффективности воздушных, в том числе
сверхзвуковых перевозок.
Разработан прототип перспективного информационно-управляющего
поля кабины воздушного судна гражданской авиации, обеспечивающего
новое качество:
- сокращение времени восприятия, анализа информации на принятие
решения и реализацию управляющих действий, уменьшение рабочей
загрузки экипажа путем комбинированного отображения полетной
26
информации на широкоформатных многофункциональных индикаторах
диагональю 15 и 21,5 дюймов;
-
унификация способов управления радиоэлектронным и
пилотажно-навигационным оборудованием путем интеграции пультов
управления;
- реализация новых способов управления информационным полем,
настройки бортового радиоэлектронного оборудования посредством
сенсорных экранов и голосового управления.
Для отработки прототипа информационно-управляющего поля кабины,
исследования перспективных функций созданы наземные демонстраторы
кабины и летающие лаборатории на базе самолетов Су-30 и М-101Т «Гжель».
Проведены испытания прототипов перспективного бортового оборудования
ИМА, выполнены летные исследования перспективных функций, в том числе
функции улучшенного видения. Пилотирование выполнялось только по
информации МФИ от датчиков ТВ и ИК диапазонов, а также по
синтезированному изображению взлетно-посадочной полосы, рулежных
дорожек. Положение летательного аппарата относительно объектов
аэродромной инфраструктуры определялось по данным спутниковой
навигационной системы в относительном и дифференциальном режимах.
Всего выполнено более 86 полетов (около 730 заходов на посадку, 400
с касанием), из них:
- 6 полетов ночью, без включения посадочных фар самолета и
прожекторов аэродрома (67 заходов, 35 посадок);
- 16 полетов с выполнением всех этапов полетного задания от
выруливания до заруливания пилотирующим летчиком в закрытой кабине
(под шторкой) (118 заходов на посадку, 62 посадки);
- 2 полета в реальных СМУ на а/д Раменское и Североморск-3 при
погоде ниже установленного метеоминимума (H нижнего края 40-60 м,
видимость менее 800 м в условиях снежного заряда);
27
- 10 полетов на авиасалоне «Авиасвит-XXI» (Украина) с выполнением
фигур сложного и высшего пилотажа;
- 7 полетов с заходами на посадку на ТАКР «Адмирал Кузнецов» (53
захода, 2 посадки с уходом на 2-й круг).
Подтверждено
кардинальное
повышение
информационного
обеспечения летчика при выполнении всех этапов полетного задания,
включая руление, взлет, посадку без видимости внекабинного пространства,
а также при выполнении сложных пространственных маневров.
Согласно летной оценке, комплекс индикации обеспечивает
высококачественное информирование летчика о параметрах полета,
состоянии самолетных систем и силовой установки, радикально упрощает
пилотирование и решение задач самолетовождения от взлета до посадки и на
рулении.
Новые технические решения обеспечили выполнение точного захода на
посадку ЛЛ Су-30, без использования штатных посадочных систем ТАКР
«Адмирал Кузнецов». Применение новых технологий информационного
обеспечения экипажа позволит повысить надежность и качество выполнения
всех этапов полета, включая руление, взлет и посадку самолетов, вертолетов
и беспилотных ЛА, в простых и сложных метеорологических условиях.
Созданный научно-технический задел определяет перспективные
направления совершенствования комплексов бортового оборудования
воздушных судов в обеспечение развития его функциональных
возможностей, повышения надежности, сертификации в соответствии с
международными стандартами, существенного сокращения затрат на
разработку и модификацию, снижение массогабаритных характеристик,
характеристик
энергопотребления.
А
это
является
основой
конкурентоспособности отечественных предприятий приборостроения.[5]
28
10 Авионика и ПНК
При конструировании современных самолетов 80% средств
закладывается на разработку электронных систем управления полетом,
бортовые компьютеры и пилотажно-навигационные комплексы.
Пилотажно-Навигационных Комплексах (ПНК).
Из истории
Первоначально авионика на основе многофункциональных дисплеев была
доступна только для больших транспортных и военных самолетов. В связи с
необходимостью сертификации, стоимость таких приборов примерно
равнялась стоимости нового одномоторного самолета.
Ценовая политика в этой области изменилось с приходом новых молодых
высокотехнологичных компаний, специализирующихся на выпуске дисплеев
для малой авиации. Первые такие приборы стали появляться во второй
половине девяностых годов. Они отличались высокой ценой и низкой
надежностью. 2005 год отмечен значительным снижением цен на МФД,
поскольку рынок более-менее насытился, и компании начали конкурировать
между собой. Кроме того, конструкция и программное обеспечение приборов
достигло высокой степени надежности.
Многофункциональные мониторы могут составлять единый прибор или
состоять из нескольких наборных модулей. В первую очередь - это TFT
29
дисплей. Авиационные дисплеи имеют повышенный диапазон рабочих
температур, который начинается с -35 -20 С. Повышенная яркость - от 500 до
1000 nit обеспечивает четкость изображения при прямых солнечных лучах
(Sun Readable). Дисплеи имеют твердую антибликовую поверхность.
Компания Cetus Aero первой в России начала массовую установку ПНК на
самолеты собственной сборки и другие воздушные суда. Собственно само
название "Пилотажно-Навигационный Комплекс" было придумано нашей
компанией. С тех пор нами накоплен бесценный опыт установки, настройки,
эксплуатации и ремонта таких систем.
Пилотажно-Навигационный Комплекс (ПНК)
Такие системы обычно объединяют в себе ВСЕ необходимые пилотажные
приборы - всего от 6 до 12 приборов: авиагоризонт, путевая скорость (по
GPS), воздушная скорость, высотомер, вариометр, компас (магнитный и по
GPS), акселерометр, амперметр и т.д. Как опция может предлагаться
указатель угла атаки.
Глядя на дисплей, можно получать информацию обо всех пилотажно-
навигационных параметрах одновременно, причем некоторые изображены
для большей наглядности графически: вариометр и виде двигающегося вверх
и вниз столбика, скорость и высота отображены как в числовом значении, так
и в виде движущейся цветной столбиковой диаграммы.
30
Компьютер сам высчитывает такие параметры, как сила и направление
ветра, при увеличении наддува - показывает диаграммой насколько возрастет
скорость, например, через 10 секунд. Есть также много других необычных
параметров. При установке в ПНК вносятся значения минимальных и
максимальных секторов скорости, высоты, перегрузки для каждого
конкретного самолета, устанавливаются звуковые предупреждающие
сигналы.
Обычно ПНК состоит из двух частей - это основной блок и датчик
магнитных полей Земли, который рекомендуется устанавливать в хвостовой
части самолета (место наибольшего рычага самолета и наименьшего влияния
железных деталей, приборов и проводки, в особенности проводки
стробоскопов).
Интеграция ПНК с GPS-приемником позволяет дополнить первый новыми
функциями, например программа Highway In The Sky (HITS) - "Небесная
Магистраль" создает на экране тоннель из движущихся квадратов, для того
чтобы держаться заданного курса надо просто лететь сквозь эти квадраты.
Эту функцию можно совместить с автопилотом.
Многие ПНК имеют в качестве опции источник резервного питания, который
в случае отказа генератора и аккумулятора поддерживает всю систему в
течение не менее 2х часов.
31
ПНК, как правило, имеют в качестве дополнительной комплектации
автопилот. Последний может быть одно- или двух осевой, то есть
выдерживать высоту или направление, либо и то и другое одновременно.
Интеграция автопилота с ПНК уменьшает стоимость последнего и позволяет
удобнее программировать автопилот на основе интерфейса ПНК. Однако,
поскольку отказ автопилота может привести к серьезным последствиям, мы
рекомендуем приобретать автопилоты, произведенные компаниями,
специализирующимися на автопилотах и имеющими большой опыт и
статистику.
Монитор параметров работы двигателя (МПД).
Цель электронных мониторов работы двигателя - объединение ВСЕХ
параметров работы двигателя на одном дисплее. Эти системы, без
преувеличения, являются новым шагом в обеспечении безопасности полетов,
так как выводят на экран и анализируют характер изменений параметров
работы каждого цилиндра двигателя. Это позволяет идентифицировать
тенденцию к появлению неисправности двигателя и устранить неисправность
на ранней стадии. Параметры выводятся на дисплей в виде столбиковых
диаграмм. Само числовое значение параметра становится не так важно, так
как наглядно видно, в каком секторе (зеленом, желтом или красном)
находится значение параметра. При выходе любого значения за пределы
зеленого сектора, срабатывает звуковая и визуальная сигнализация.
Для каждого двигателя устанавливаются свои значения цветных секторов.
Система показывает уровень топлива в баках, а также остаток - диаграммой,
32
числовым значением или в летных часах.
Прибор записывает ВСЕ параметры работы двигателя за несколько крайних
часов, так что после полета можно скачать на ноутбук всю информацию о
полете. Вместе с информацией из ПНК это позволит вам виртуально
восстановить полет и разобрать его с пилотом.
МФД бывают как в виде отдельных блоков, так и интегрированные с ПНК и
Движущимися картами.
Движущаяся Карта. Moving Map.
Движущиеся карты делятся на два вида: с картой местностью (with terrain),
или без таковой. В последней просто забиты точки аэропортов и немного
другой информации: запретки, круги и т.д.
Будьте очень внимательны! Цветные карты России есть ДАЛЕКО не во всех
цветных Движущихся Картах! В БОЛЬШИНСТВЕ - цветная база США,
иногда Европы, а вместо карты России - только основные аэропорты.
В результате совместной работы компаний Cetus Aero и Navdata.ru создана
карта России для малой авиации на всем модельном ряду пилотажно-
навигационных многофункциональных приборов компании Advanced.
33
[9]
11 Заключение
Таким образом, авионика обеспечивает полет различных авиационных
средств, в том числе управляемых на расстоянии воздушных шаров и
авиамоделей, доставляющих источники радиопомех в районы боевых
действий, и выполнение ими поставленных задач. В гражданской авиации с
помощью авионики осуществляют рациональную организацию воздушного
движения (ОВД), обеспечивают безопасность и комфорт пассажиров и
экипажа, сохранность доставляемых воздушными судами грузов. Большую
роль играет авионика при проведении хозяйственных работ: монтаже
громоздких строительных конструкций, обработке сельскохозяйственных
угодий, разведке полезных ископаемых, тушении пожаров, действиях в
очагах чрезвычайных ситуаций и т.д.
Список использованной литературы
1.
База
знаний
[Электронный
ресурс]. Режим доступа:
http://www.avsim.su/wiki/Авионика (дата обращения 25.04.2015).
2. Материал из Википедии – свободной энциклопедии [Электронный
ресур].
Режим
доступа:
34
https://ru.wikipedia.org/wiki/%C0%E2%E8%EE%ED%E8%EA%E0
(дата
обращения 25.04.2015).
3. Статья из рубрики «Техника. Вести с переднего края» - 11 с.
4. Журнал «Наука и жизнь» авторы Г.Анцев, А.Киселев, В.Сарычев
(ОАО «Радар ММС») – 13 с.
5. Журнал «Авионика ближайшей перспективы» автор Евгений
Федосов и Анатолий Квочур [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://aviapanorama.ru/wp-content/uploads/2013/08/04.pdf
(дата обращения
16.04.2015).
6. Авионика для MSFS (аддоны) [Электронный ресурс]. Режим
доступа: http://www.avsimrus.com/wiki/Авионика_для_MSFS_(аддоны) – 11
с.(дата обращения 6.05.2015).
7. Онлайн энциклопедия {Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://ru.enc.tfode.com/Авионика - 7 с.(дата обращения 6.05.2015).
8. Авионика гражданской авиации [Электронный ресурс]. Режим
доступа: http://prostonauka.com/lib/avionika-grazhdanskoj-aviacii - 11 с.(дата
обращения 13.05.2015).
9. Авионика и Пилотажно-навигационный комплекс [Электронный
ресурс]. Режим доступа: http://www.interface.ru/home.asp?artId=26506 – 8
с.(дата обращения 13.05.2015).
10. Наука и жизнь [Электронный ресур]. Режим доступа:
http://www.nkj.ru/archive/articles/3628/ - 11 с.(дата обращения 6.05.2015).
Информация о работе Авионика