Avionik - Avionics

Radar und andere Avionik in der Nase einer Cessna Citation I/SP .
F-105 Thunderchief mit ausgelegter Avionik

Avionik (eine Mischung aus Luftfahrt und Elektronik ) sind die elektronischen Systeme, die in Flugzeugen , künstlichen Satelliten und Raumfahrzeugen verwendet werden . Avioniksysteme umfassen Kommunikation, Navigation , die Anzeige und Verwaltung mehrerer Systeme und Hunderte von Systemen, die in Flugzeugen eingebaut sind, um einzelne Funktionen auszuführen. Diese können so einfach sein wie ein Suchscheinwerfer für einen Polizeihubschrauber oder so kompliziert wie das taktische System für eine fliegende Frühwarnplattform .

Geschichte

Der Begriff „ Avionik “ wurde 1949 von Philip J. Klass , leitender Redakteur bei der Zeitschrift Aviation Week & Space Technology , als Sammelbegriff für „ Luftfahrtelektronik “ geprägt.

Der Funkverkehr wurde erstmals kurz vor dem Ersten Weltkrieg in Flugzeugen eingesetzt . Die ersten luftgestützten Funkgeräte befanden sich in Zeppeline , aber das Militär löste die Entwicklung von leichten Funkgeräten aus, die von schwereren als Luftfahrzeugen getragen werden konnten, damit Luftaufklärungsdoppeldecker ihre Beobachtungen sofort melden konnten, falls sie abgeschossen wurden. Die erste experimentelle Funkübertragung von einem Flugzeug wurde im August 1910 von der US Navy durchgeführt. Die ersten Flugzeugfunkgeräte wurden per Funktelegrafie übertragen , so dass sie zweisitzige Flugzeuge mit einem zweiten Besatzungsmitglied benötigten, um auf eine Telegrafentaste zu tippen , um Nachrichten mit Morsecode zu buchstabieren . Während der Erste Weltkrieg, AM Stimme Zweiwegradio Sets wurden möglich gemacht im Jahr 1917 durch die Entwicklung der Triode Vakuumröhre , die einfach genug waren , dass der Pilot in einem einzigen Sitz Flugzeug könnte es benutzen während des Fluges.

Radar , die heute zentrale Technologie der Flugnavigation und Flugsicherung , wurde in den 1930er Jahren im Vorfeld des Zweiten Weltkriegs von mehreren Nationen überwiegend im Geheimen als Luftverteidigungssystem entwickelt . Viele moderne Avionik haben ihren Ursprung in den Kriegsentwicklungen des Zweiten Weltkriegs. Zum Beispiel begannen heute übliche Autopilotsysteme als spezialisierte Systeme, die Bomberflugzeugen dabei halfen, gleichmäßig genug zu fliegen, um Präzisionsziele aus großer Höhe zu treffen. Großbritanniens Entscheidung von 1940, seine Radartechnologie mit seinem US-Verbündeten, insbesondere der Magnetron- Vakuumröhre , in der berühmten Tizard-Mission zu teilen , verkürzte den Krieg erheblich. Moderne Avionik macht einen erheblichen Teil der Ausgaben für Militärflugzeuge aus. Flugzeuge wie die F-15E und die inzwischen ausgemusterte F-14 haben etwa 20 Prozent ihres Budgets für Avionik ausgegeben. Die meisten modernen Helikopter haben heute eine Budgetaufteilung von 60/40 zugunsten der Avionik.

Auch auf dem zivilen Markt sind die Kosten für Avionik gestiegen. Flugsteuerungssysteme ( Fly-by-Wire ) und neue Navigationsanforderungen aufgrund engerer Lufträume haben die Entwicklungskosten in die Höhe getrieben. Die größte Veränderung war der jüngste Boom der Privatfliegerei. Da immer mehr Menschen Flugzeuge als primäres Transportmittel verwenden, wurden ausgeklügeltere Methoden zur sicheren Steuerung von Flugzeugen in diesen stark restriktiven Lufträumen erfunden.

Moderne Avionik

Avionik spielt eine wichtige Rolle bei Modernisierungsinitiativen wie dem Projekt Next Generation Air Transportation System der Federal Aviation Administration (FAA) in den Vereinigten Staaten und der Initiative Single European Sky ATM Research (SESAR) in Europa. Das Gemeinsame Planungs- und Entwicklungsbüro hat einen Fahrplan für Avionik in sechs Bereichen erstellt:

  • Veröffentlichte Routen und Verfahren – Verbesserte Navigation und Routenführung
  • Ausgehandelte Trajektorien – Hinzufügen von Datenkommunikationen, um bevorzugte Routen dynamisch zu erstellen
  • Delegierte Trennung – Verbessertes Situationsbewusstsein in der Luft und am Boden
  • LowVisibility/CeilingApproach/Departure – Ermöglicht Operationen mit Wettereinschränkungen mit weniger Bodeninfrastruktur
  • Surface Operations – Zur Erhöhung der Sicherheit beim An- und Abflug
  • ATM-Effizienz – Verbesserung des ATM-Prozesses

Markt

Die Aircraft Electronics Association meldet für die ersten drei Quartale 2017 Avionikumsätze in Höhe von 1,73 Milliarden US-Dollar in der Geschäfts- und allgemeinen Luftfahrt , eine jährliche Verbesserung von 4,1%: 73,5% kamen aus Nordamerika, Forward-Fit machten 42,3% aus und 57,7% waren Retrofits zum US-Termin vom 1. Januar 2020 für den obligatorischen ADS-B- out-Ansatz.

Flugzeugavionik

Das Cockpit eines Flugzeugs ist ein typischer Ort für Avionikausrüstung, einschließlich Steuerungs-, Überwachungs-, Kommunikations-, Navigations-, Wetter- und Antikollisionssysteme. Die meisten Flugzeuge betreiben ihre Avionik mit elektrischen 14- oder 28-Volt- Gleichstromsystemen ; größere, anspruchsvollere Flugzeuge (wie Verkehrsflugzeuge oder militärische Kampfflugzeuge) haben jedoch Wechselstromsysteme , die mit 400 Hz, 115 Volt Wechselstrom betrieben werden. Es gibt mehrere große Anbieter von Flugavionik, darunter Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (jetzt Bendix/King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins (jetzt Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (jetzt Collins Aerospace), Selex ES (jetzt Leonardo SpA ), Shadin Avionics und Avidyne Corporation .

Internationale Standards für Avionikausrüstung werden vom Airlines Electronic Engineering Committee (AEEC) erstellt und von ARINC veröffentlicht.

Kommunikation

Die Kommunikation verbindet das Flugdeck mit dem Boden und das Flugdeck mit den Passagieren. Die Kommunikation an Bord erfolgt über Beschallungsanlagen und Flugzeug-Gegensprechanlagen.

Das UKW- Flugkommunikationssystem arbeitet auf dem Flugband von 118.000 MHz bis 136,975 MHz. Jeder Kanal hat in Europa einen Abstand von 8,33 kHz, anderswo 25 kHz. VHF wird auch für die Sichtverbindung wie Flugzeug-zu-Flugzeug und Flugzeug-zu-ATC verwendet. Amplitudenmodulation (AM) wird verwendet, und die Konversation wird im Simplex- Modus durchgeführt. Die Flugzeugkommunikation kann auch über HF (insbesondere für Überseeflüge) oder Satellitenkommunikation erfolgen.

Siehe auch: Adressierungs- und Meldesystem für die Flugzeugkommunikation

Navigation

Hauptartikel: Flugnavigation

Flugnavigation ist die Bestimmung von Position und Richtung auf oder über der Erdoberfläche. Avionik kann Satellitennavigationssysteme (wie GPS und WAAS ), Trägheitsnavigationssystem (INS), bodengestützte Funknavigationssysteme (wie VOR oder LORAN ) oder eine beliebige Kombination davon verwenden. Einige Navigationssysteme wie GPS berechnen die Position automatisch und zeigen sie der Flugbesatzung auf bewegten Kartenanzeigen an. Ältere bodengestützte Navigationssysteme wie VOR oder LORAN erfordern, dass ein Pilot oder Navigator den Schnittpunkt von Signalen auf einer Papierkarte einträgt, um den Standort eines Flugzeugs zu bestimmen; moderne Systeme berechnen die Position automatisch und zeigen sie der Flugbesatzung auf bewegten Kartendarstellungen an.

Überwachung

Hauptartikel: Glascockpit
Das Glascockpit des Airbus A380 mit ausziehbaren Tastaturen und zwei breiten Computerbildschirmen an den Seiten für Piloten.

Die ersten Hinweise auf Glascockpits tauchten in den 1970er Jahren auf, als flugtaugliche Kathodenstrahlröhren (CRT)-Bildschirme begannen, elektromechanische Anzeigen, Messgeräte und Instrumente zu ersetzen. Ein "Glas"-Cockpit bezieht sich auf die Verwendung von Computermonitoren anstelle von Messgeräten und anderen analogen Anzeigen. Flugzeuge erhielten immer mehr Displays, Zifferblätter und Informations-Dashboards, die schließlich um die Aufmerksamkeit des Weltraums und der Piloten kämpften. In den 1970er Jahren verfügte ein durchschnittliches Flugzeug über mehr als 100 Cockpit-Instrumente und -Bedienelemente. Glascockpits wurden 1985 mit dem Gulfstream G‑IV Privatjet eingeführt. Eine der größten Herausforderungen bei Glascockpits besteht darin, die Balance zwischen automatisierter Steuerung und manueller Steuerung durch den Piloten zu finden. Im Allgemeinen versuchen sie, den Flugbetrieb zu automatisieren und gleichzeitig den Piloten ständig auf dem Laufenden zu halten.

Flugsteuerungssystem für Flugzeuge

Hauptartikel: Flugsteuerungssystem für Flugzeuge

Flugzeuge verfügen über Mittel zur automatischen Flugsteuerung. Der Autopilot wurde zuerst von Lawrence Sperry während des Ersten Weltkriegs erfunden , um Bomberflugzeuge stabil genug zu fliegen, um genaue Ziele aus 25.000 Fuß zu treffen. Als es zum ersten Mal vom US-Militär übernommen wurde , saß ein Honeywell- Ingenieur mit Bolzenschneider auf dem Rücksitz, um den Autopiloten im Notfall zu trennen. Heutzutage sind die meisten Verkehrsflugzeuge mit Flugsteuerungssystemen ausgestattet, um Pilotenfehler und Arbeitsbelastung bei der Landung oder beim Start zu reduzieren.

Die ersten einfachen kommerziellen Autopiloten wurden zur Steuerung von Kurs und Höhe verwendet und hatten nur begrenzte Befugnisse in Bezug auf Dinge wie Schub- und Flugsteuerflächen . Bei Hubschraubern wurde die Autostabilisierung in ähnlicher Weise verwendet. Die ersten Systeme waren elektromechanisch. Das Aufkommen von Fly-by-Wire und elektrisch betätigten Flugflächen (anstatt der traditionellen Hydraulik) hat die Sicherheit erhöht. Wie bei Anzeigen und Instrumenten hatten kritische elektromechanische Geräte eine begrenzte Lebensdauer. Bei sicherheitskritischen Systemen wird die Software sehr streng getestet.

Kraftstoffsysteme

Das Kraftstoffmengenanzeigesystem (FQIS) überwacht die Kraftstoffmenge an Bord. Der FQIS-Computer berechnet mithilfe verschiedener Sensoren, wie Kapazitätsröhren, Temperatursensoren, Densitometern und Füllstandssensoren, die an Bord verbleibende Kraftstoffmasse.

Das Fuel Control and Monitoring System (FCMS) meldet auf ähnliche Weise den an Bord verbleibenden Kraftstoff, verwaltet jedoch durch die Steuerung von Pumpen und Ventilen auch den Kraftstofftransfer zwischen verschiedenen Tanks.

  • Betankungssteuerung, um eine bestimmte Gesamtmasse an Kraftstoff hochzuladen und automatisch zu verteilen.
  • Transfers während des Fluges zu den Tanks, die die Triebwerke versorgen. ZB vom Rumpf bis zum Flügeltank
  • Die Schwerpunktkontrolle wird von den Hecktanks (Trim) nach vorne auf die Tragflächen übertragen, wenn Kraftstoff verbraucht wird
  • Erhaltung des Treibstoffs in den Flügelspitzen (um zu verhindern, dass sich die Flügel aufgrund des Auftriebs im Flug verbiegen) und nach der Landung in die Haupttanks umfüllen
  • Steuerung des Treibstoffabwurfs während eines Notfalls, um das Flugzeuggewicht zu reduzieren.

Kollisionsvermeidungssysteme

Hauptartikel: Flugzeugkollisionsvermeidungssysteme

Um die Flugsicherung zu ergänzen , verwenden die meisten großen Transportflugzeuge und viele kleinere ein Verkehrswarn- und Kollisionsvermeidungssystem (TCAS), das den Standort von nahegelegenen Flugzeugen erkennen und Anweisungen zur Vermeidung einer Kollision in der Luft geben kann. Kleinere Flugzeuge können einfachere Verkehrswarnsysteme wie TPAS verwenden, die passiv sind (sie fragen die Transponder anderer Flugzeuge nicht aktiv ab ) und keine Ratschläge zur Konfliktlösung bereitstellen.

So vermeiden Sie kontrollierten Flug in Gelände ( CFIT ) für Luftfahrzeuge Systeme wie Bodennäherungswarnsysteme (GPWS), die Verwendung Radarhöhenmeßgeräten als Schlüsselelement. Eine der Hauptschwächen von GPWS ist das Fehlen von "Look-Ahead"-Informationen, da es nur die Höhe über dem Gelände "Look-down" liefert. Um diese Schwäche zu überwinden, verwenden moderne Flugzeuge ein Terrain Awareness Warning System ( TAWS ).

Flugschreiber

Hauptartikel: Flugschreiber

Cockpit-Datenrekorder für Verkehrsflugzeuge, allgemein als "Black Boxes" bekannt, speichern Fluginformationen und Audio aus dem Cockpit . Sie werden häufig nach einem Absturz aus einem Flugzeug geborgen, um während des Vorfalls Steuerungseinstellungen und andere Parameter zu bestimmen.

Wettersysteme

Hauptartikel: Wetterradar und Blitzdetektor

Wettersysteme wie Wetterradar (typischerweise Arinc 708 bei Verkehrsflugzeugen) und Blitzdetektoren sind wichtig für Flugzeuge, die nachts fliegen oder bei meteorologischen Instrumentenbedingungen , bei denen es für Piloten nicht möglich ist, das Wetter vor ihnen zu sehen. Starker Niederschlag (wie durch Radar erfasst) oder starke Turbulenzen (wie durch Blitzaktivität wahrgenommen) sind beides Anzeichen für starke konvektive Aktivität und starke Turbulenzen, und Wettersysteme ermöglichen es den Piloten, um diese Gebiete herumzufahren.

Blitzdetektoren wie das Stormscope oder Strikefinder sind so günstig geworden, dass sie für Leichtflugzeuge praktisch sind. Neben Radar- und Blitzdetektion sind jetzt auch Beobachtungen und erweiterte Radarbilder (wie NEXRAD ) über Satellitendatenverbindungen verfügbar, sodass Piloten Wetterbedingungen weit über die Reichweite ihrer eigenen Bordsysteme hinaus sehen können. Moderne Displays ermöglichen die Integration von Wetterinformationen mit bewegten Karten, Gelände und Verkehr auf einem einzigen Bildschirm, was die Navigation erheblich vereinfacht.

Moderne Wettersysteme umfassen auch Windscherungs- und Turbulenzerkennung sowie Gelände- und Verkehrswarnsysteme. Die Wetteravionik in Flugzeugen ist besonders in Afrika, Indien und anderen Ländern beliebt, in denen der Flugverkehr ein wachsender Markt ist, die Bodenunterstützung jedoch nicht so gut entwickelt ist.

Flugzeugmanagementsysteme

Es gab Fortschritte in Richtung einer zentralisierten Steuerung der zahlreichen komplexen Systeme, die in Flugzeugen eingebaut sind, einschließlich der Überwachung und des Managements von Triebwerken. Zustands- und Nutzungsüberwachungssysteme (HUMS) sind in Flugzeugmanagementcomputer integriert, um Wartungspersonal frühzeitig vor Teilen zu warnen, die ausgetauscht werden müssen.

Das integrierte modulare Avionikkonzept schlägt eine integrierte Architektur mit Anwendungssoftware vor, die über eine Anordnung von gemeinsamen Hardwaremodulen tragbar ist. Es wurde in Düsenjägern der vierten Generation und in der neuesten Generation von Verkehrsflugzeugen verwendet .

Mission oder taktische Avionik

Militärflugzeuge wurden entwickelt, um entweder eine Waffe zu liefern oder die Augen und Ohren anderer Waffensysteme zu sein. Die große Auswahl an Sensoren, die dem Militär zur Verfügung stehen, wird für alle erforderlichen taktischen Mittel verwendet. Wie beim Flugzeugmanagement verfügen die größeren Sensorplattformen (wie E‑3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) über Missionsmanagementcomputer.

Polizei- und Rettungsflugzeuge tragen auch ausgeklügelte taktische Sensoren.

Militärkommunikation

Während die Flugzeugkommunikation das Rückgrat für einen sicheren Flug bildet, sind die taktischen Systeme darauf ausgelegt, den Härten des Gefechtsfeldes standzuhalten. UHF , VHF Tactical (30–88 MHz) und SatCom-Systeme in Kombination mit ECCM- Verfahren und Kryptographie sichern die Kommunikation. Datenverbindungen wie Link 11 , 16 , 22 und BOWMAN , JTRS und sogar TETRA stellen die Mittel zur Übertragung von Daten (wie Bildern, Zielinformationen usw.) bereit.

Radar

Airborne Radar war einer der ersten taktischen Sensoren. Der Vorteil, dass die Höhe die Reichweite bietet, hat dazu geführt, dass man sich stark auf luftgestützte Radartechnologien konzentriert. Radare umfassen luftgestützte Frühwarnung (AEW), Anti-U-Boot-Kriegsführung (ASW) und sogar Wetterradar ( Arinc 708 ) und Bodenverfolgungs-/Näherungsradar.

Das Militär verwendet Radar in schnellen Jets, um Piloten beim Fliegen auf niedrigem Niveau zu helfen . Während der zivile Markt seit einiger Zeit über ein Wetterradar verfügt, gibt es strenge Regeln für die Navigation des Flugzeugs.

Sonar

Ein Tauchsonar, das an einer Reihe von Militärhubschraubern angebracht ist, ermöglicht es dem Hubschrauber , Schiffsressourcen vor U-Booten oder Bedrohungen über die Oberfläche zu schützen. Maritime Unterstützungsflugzeuge können aktive und passive Sonargeräte ( Sonobojen ) abwerfen und diese werden auch verwendet, um den Standort feindlicher U-Boote zu bestimmen.

Elektrooptik

Elektrooptische Systeme umfassen Geräte wie das Head-up-Display (HUD), vorwärtsgerichtetes Infrarot (FLIR), Infrarot-Suche und -Verfolgung und andere Passiv-Infrarot-Geräte ( Passiv-Infrarot-Sensor ). Diese werden alle verwendet, um der Flugbesatzung Bilder und Informationen bereitzustellen. Diese Bilder werden für alles verwendet, von Suche und Rettung bis hin zu Navigationshilfen und Zielerfassung .

ESM/DAS

Um Informationen über Bedrohungen oder mögliche Bedrohungen zu sammeln, werden in großem Umfang elektronische Unterstützungsmaßnahmen und Abwehrsysteme eingesetzt. Sie können verwendet werden, um Geräte (in einigen Fällen automatisch) zu starten, um direkten Bedrohungen gegen das Flugzeug zu begegnen. Sie werden auch verwendet, um den Zustand einer Bedrohung zu bestimmen und zu identifizieren.

Flugzeugnetze

Die Avioniksysteme in militärischen, kommerziellen und fortschrittlichen Modellen ziviler Flugzeuge sind über einen Avionik-Datenbus miteinander verbunden. Gängige Avionik-Datenbusprotokolle mit ihrer Hauptanwendung umfassen:

Siehe auch

Anmerkungen

Weiterlesen

  • Avionik: Entwicklung und Implementierung von Cary R. Spitzer (Hardcover – 15. Dezember 2006)
  • Principles of Avionics , 4. Auflage von Albert Helfrick, Len Buckwalter und Avionics Communications Inc. (Paperback – 1. Juli 2007)
  • Avionik-Schulung: Systeme, Installation und Fehlerbehebung von Len Buckwalter (Paperback – 30. Juni 2005)
  • Avionik leicht gemacht , von Mouhamed Abdulla, Ph.D.; Jaroslav V. Svoboda, Ph.D. und Luis Rodrigues, Ph.D. (Kurspaket – Dez. 2005 - ISBN  978-0-88947-908-1 ).

Externe Links