Авионика - какво е това? Какво е авионика - история на създаване и състав Невидимото става видимо

Съдържанието на статията

АВИАЦИОННИ ИНСТРУМЕНТИ, прибори, които помагат на пилота да управлява самолета. В зависимост от предназначението си бордовите прибори на въздухоплавателното средство се делят на летателни и навигационни устройства, устройства за следене на работата на двигателя на самолета и сигнални устройства. Навигационните системи и автоматичните машини освобождават пилота от необходимостта постоянно да следи показанията на приборите. Групата летателни и навигационни инструменти включва скоростопоказатели, висотомери, вариометри, индикатори за ориентация, компаси и указатели на позицията на самолета. Инструментите, които следят работата на самолетните двигатели, включват тахометри, манометри, термометри, уреди за измерване на горивото и др.

В съвременните бордови инструменти все повече и повече информация се показва на общ индикатор. Комбиниран (многофункционален) индикатор позволява на пилота да обхване с един поглед всички индикатори, комбинирани в него. Напредъкът в електрониката и компютърните технологии позволи по-голяма интеграция в дизайна на инструменталното табло и авиониката в пилотската кабина. Напълно интегрираните цифрови системи за управление на полета и CRT дисплеите дават на пилота по-добро разбиране за позицията и позицията на самолета, отколкото е било възможно преди.

Нов тип комбиниран дисплей - проекция - дава възможност на пилота да проектира показанията на приборите върху предното стъкло на самолета, като по този начин ги комбинира с външната панорама. Тази дисплейна система се използва не само на военни самолети, но и на някои граждански самолети.

ЛЕТАТЕЛНИ И НАВИГАЦИОННИ ИНСТРУМЕНТИ

Комбинацията от летателни и навигационни прибори дава описание на състоянието на самолета и необходимите въздействия върху елементите за управление. Такива инструменти включват индикатори за височина, хоризонтално положение, въздушна скорост, вертикална скорост и висотомер. За по-голямо удобство на използване устройствата са групирани в Т-образна форма. По-долу ще разгледаме накратко всяко от основните устройства.

Индикатор за отношение.

Индикаторът за положение е жироскопично устройство, което предоставя на пилота картина на външния свят като референтна координатна система. Индикаторът за ориентация има изкуствена линия на хоризонта. Символът на самолета променя позицията си спрямо тази линия в зависимост от това как самият самолет променя позицията спрямо реалния хоризонт. В индикатора за командно положение, конвенционален индикатор за положение се комбинира с инструмент за управление на полета. Индикаторът за командно положение показва пространственото положение на самолета, ъглите на тангажа и наклона, земната скорост, отклонението на скоростта (вярно от "референтната" въздушна скорост, която се задава ръчно или се изчислява от компютъра за управление на полета) и предоставя известна навигационна информация. В съвременните самолети индикаторът за командно положение е част от инструменталната система за навигация на полета, която се състои от две двойки цветни електронно-лъчеви тръби - два CRT за всеки пилот. Единият CRT е индикатор за командно отношение, а другият е навигационно устройство за планиране ( виж отдолу). CRT екраните показват информация за пространственото положение и позицията на самолета във всички фази на полета.

Планирано навигационно устройство.

Планираното навигационно устройство (PND) показва курса, отклонението от зададения курс, пеленга на радионавигационната станция и разстоянието до тази станция. PNP е комбиниран индикатор, който съчетава функциите на четири индикатора - индикатор за курс, радиомагнитен индикатор, пеленг и индикатори за обхват. Електронен POP с вграден картографски индикатор предоставя изображение на цветна карта, показващо истинската позиция на самолета спрямо летищата и наземните радионавигационни средства. Дисплеите за посоката на полета, изчисленията на завоите и желаните траектории на полета осигуряват възможността да се прецени връзката между истинската позиция на самолета и желаната позиция. Това позволява на пилота бързо и точно да коригира траекторията на полета. Пилотът може също така да показва преобладаващите метеорологични условия на картата.

Индикатор за въздушна скорост.

Когато самолетът се движи в атмосферата, насрещният въздушен поток създава високоскоростно налягане в тръба на Пито, монтирана на фюзелажа или на крилото. Въздушната скорост се измерва чрез сравняване на скоростното (динамично) налягане със статичното налягане. Под въздействието на разликата между динамичното и статичното налягане се огъва еластична мембрана, към която е свързана стрелка, показваща скоростта на въздуха в километри в час по скала. Индикаторът за въздушна скорост също показва еволюционната скорост, числото на Мах и максималната оперативна скорост. На централния панел е разположен резервен индикатор за въздушна скорост.

Вариометър.

Необходим е вариометър за поддържане на постоянна скорост на изкачване или спускане. Подобно на алтиметъра, вариометърът е по същество барометър. Той показва скоростта на промяна на надморската височина чрез измерване на статичното налягане. Предлагат се и електронни вариометри. Вертикалната скорост се посочва в метри в минута.

висотомер.

Алтиметърът определя надморската височина въз основа на връзката между атмосферното налягане и надморската височина. Това по същество е барометър, калибриран не в единици за налягане, а в метри. Данните от висотомера могат да бъдат представени по различни начини - с помощта на стрелки, комбинации от броячи, барабани и стрелки или чрез електронни устройства, които получават сигнали от сензори за въздушно налягане. Вижте същоБАРОМЕТЪР.

НАВИГАЦИОННИ СИСТЕМИ И АВТОМАТИКА

Самолетите са оборудвани с различни навигационни машини и системи, които помагат на пилота да навигира самолета по зададен маршрут и да извършва маневри преди кацане. Някои такива системи са напълно автономни; други изискват радиовръзка с наземни навигационни средства.

Електронни навигационни системи.

Съществуват редица различни електронни аеронавигационни системи. Всенасочените радиомаяци са наземни радиопредаватели с обхват до 150 км. Те обикновено определят дихателните пътища, осигуряват насоки за подход и служат като референтни точки за инструментален подход. Посоката към всепосочния маяк се определя от автоматичен бордов пеленгатор, чийто изход се показва чрез стрелка на пеленга.

Основните международни средства за радионавигация са VOR всепосочни азимутални радиомаяци; обхватът им достига 250 км. Такива радиомаяци се използват за определяне на въздушния маршрут и за маневри преди кацане. Информацията за VOR се показва на PNP и индикаторите с въртяща се стрелка.

Оборудването за определяне на разстоянието (DME) определя обхвата на линията на видимост в рамките на около 370 km от наземен радиомаяк. Информацията се представя в цифров вид.

За съвместна работа с маяци VOR вместо транспондер DME обикновено се инсталира наземно оборудване на системата TACAN. Композитната система VORTAC осигурява възможност за определяне на азимута с помощта на VOR всепосочен маяк и обхват с помощта на канала за определяне на разстоянието TACAN.

Системата за кацане по прибори е система за маяк, която осигурява прецизно насочване на въздухоплавателно средство по време на финалния подход към пистата. Радиофарове за локализиране на кацане (обхват около 2 км) насочват самолета към централната линия на пистата за кацане; маяците на глисадата произвеждат радиолъч, насочен под ъгъл от около 3° към пистата за кацане. Курсът за кацане и ъгълът на глисадата са представени на индикатора за командно положение и POP. Индексите, разположени отстрани и отдолу на индикатора за командно положение, показват отклонения от ъгъла на глисадата и централната линия на пистата за кацане. Системата за управление на полета представя информация за системата за кацане по прибори чрез мерник на индикатора за командно положение.

Omega и Laurent са радионавигационни системи, които, използвайки мрежа от наземни радиомаяци, осигуряват глобална работна зона. И двете системи позволяват полети по произволен маршрут, избран от пилота. "Лоран" се използва и при кацане без използване на оборудване за прецизен подход. Индикаторът за командно положение, POP и други инструменти показват позицията на самолета, маршрута и земната скорост, както и курса, разстоянието и очакваното време на пристигане за избрани точки от пътя.

Инерционни системи.

Система за обработка и показване на полетни данни (FMS).

Системата FMS осигурява непрекъснат преглед на траекторията на полета. Той изчислява въздушни скорости, височини, точки на изкачване и спускане, които са най-ефективни по отношение на горивото. В този случай системата използва полетни планове, съхранени в нейната памет, но също така позволява на пилота да ги променя и въвежда нови през дисплея на компютъра (FMC/CDU). Системата FMS генерира и показва полетни, навигационни и оперативни данни; той също така издава команди на автопилота и директора на полета. Освен това осигурява непрекъсната автоматична навигация от момента на излитане до момента на кацане. FMS данните се представят на контролния панел, индикатора за командно положение и дисплея на компютъра FMC/CDU.

УСТРОЙСТВА ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА РАБОТАТА НА АВИАЦИОННИТЕ ДВИГАТЕЛИ

Индикаторите за работа на двигателя на самолета са групирани в центъра на арматурното табло. С тяхна помощ пилотът контролира работата на двигателите, а също така (в режим на ръчно управление на полета) променя работните им параметри.

Необходими са множество индикатори и органи за управление за наблюдение и управление на хидравличните, електрическите, горивните и системите за поддръжка. Индикаторите и органите за управление, разположени или на панела на бордния инженер, или на шарнирния панел, често са разположени на мимическа диаграма, съответстваща на местоположението на изпълнителните механизми. Мнемоничните индикатори показват положението на колесника, задкрилките и предкрилките. Позицията на елерони, стабилизатори и спойлери също може да бъде посочена.

АЛАРМЕНИ УСТРОЙСТВА

В случай на неизправност в работата на двигатели или системи, или неправилна конфигурация или режим на работа на самолета, се генерират предупредителни, уведомителни или съветни съобщения за екипажа. За целта са предвидени средства за визуална, звукова и тактилна сигнализация. Модерните бордови системи могат да намалят броя на досадните аларми. Приоритетът на последното се определя от степента на спешност. Електронните дисплеи показват текстови съобщения в реда и ударението, подходящи за тяхната важност. Предупредителните съобщения изискват незабавно коригиращо действие. Уведомяване - изискват само незабавно запознаване, а коригиращи действия - впоследствие. Консултативните съобщения съдържат информация, важна за екипажа. Предупредителните и уведомителните съобщения обикновено се правят във визуална и звукова форма.

Предупредителните алармени системи предупреждават екипажа за нарушения на нормалните условия на работа на самолета. Например системата за предупреждение при срив предупреждава екипажа за такава заплаха чрез вибрации на двете колони за управление. Системата за предупреждение за близост до земята предоставя гласови предупредителни съобщения. Системата за предупреждение за срязване на вятъра предоставя визуален сигнал и гласово съобщение, когато маршрутът на самолета срещне промяна в скоростта или посоката на вятъра, която може да причини внезапно намаляване на въздушната скорост. Освен това на индикатора за командно положение се показва скала на тангажа, която позволява на пилота бързо да определи оптималния ъгъл на изкачване, за да възстанови траекторията.

ОСНОВНИ ТЕНДЕНЦИИ

„Режим S“, предложената връзка за данни за контрол на въздушното движение, позволява на ръководителите на полети да предават съобщения до пилотите, показани на предното стъкло на самолета. Системата за предупреждение за сблъсък (TCAS) е бордова система, която предоставя информация на екипажа за необходимите маневри. Системата TCAS информира екипажа за други самолети, които се появяват наблизо. След това издава предупредително приоритетно съобщение, указващо маневрите, необходими за избягване на сблъсък.

Глобалната система за позициониране (GPS), военна сателитна навигационна система, която покрива цялото земно кълбо, вече е достъпна за цивилни потребители. До края на хилядолетието системите Laurent, Omega, VOR/DME и VORTAC бяха почти напълно заменени от сателитни системи.

Flight Status Monitor (FSM), усъвършенствана комбинация от съществуващи системи за уведомяване и предупреждение, помага на екипажа при необичайни полетни ситуации и системни повреди. Мониторът FSM събира данни от всички бордови системи и издава текстови инструкции на екипажа, които да следват в извънредни ситуации. Освен това той наблюдава и оценява ефективността на предприетите коригиращи мерки.

Съвременната авиация расте и се разширява с бързи темпове. Днес лайнерите, които се издигат в небето, са мощни, красиви и издръжливи. Ръководството им, естествено, също претърпя сериозни промени. Днес се появяват нови термини, които не са съвсем ясни за обикновения човек. Така например всеки знае какво е автопилот, но няма представа какво е авионика.

Терминът „авионика“, както отбелязват експертите, е заимстван от английския език. Днес той е изключително популярен сред хората, занимаващи се с авиационната индустрия. Днес авиониката се отнася до всички електронни системи, които са на борда на самолета. Освен това имаме предвид както най-сложните им варианти, така и най-простите.

Думата идва от комбинация от два термина – авиация и електроника. Понякога се нарича и авионика, т.е. авионика. По същество този термин крие комплекс от всички електронни системи - това са системи за комуникация, навигация, дисплей и управление на различни устройства.

Както казват експерти по електроника, наричането на авионика авионика е неправилно. В крайна сметка авиониката е оборудване, което излъчва радиовълни, но авиационните инструменти не правят това. Следното разделение се счита за правилно:

1. Авиационно оборудване
2. авионика - оборудване, което отговаря за приемането или излъчването на радиовълни по време на работа
3. Авиационно оборудване (AO) - оборудване, съдържащо електронни компоненти, които използват електрически ток, но не използват радиовълни

Самият термин се появява през 70-те години на 20 век. През този период се появяват интегрирани технологии и компактни, но високопроизводителни компютри на борда на самолетите. Освен това бяха разработени и внедрени принципно нови автоматизирани системи за управление. Навигирането на кораби стана по-лесно.

Авиониката, подобно на много други неща, първоначално е разработена за военните. И днес продължава да се използва широко там. Според някои данни делът на разходите за информационния компонент на самолета е 20% от цената на самолета. Днес авиониката се премести в гражданската авиация. Трябва да се разбере, че този термин е неизречен - не може да бъде намерен в никакви документи.

Състав на авиониката

Днес концепцията за авиониката на борда на самолет включва цял комплекс от системи. Между тях:

• Опции за навигация
• Индикация
• Връзка
• Система, отговорна за полета
• Система за предупреждение за сблъсък във въздуха
• Управление
• Наблюдения за времето
• Записващи устройства, които следят всичко, което се случва на борда, и други средства за контрол

Ако подчертаем отделно военните самолети, тогава авиониката в тях е допълнително представена от такива системи като:

• Сонари
• радари
• Фиксиране и търсене на набелязаната цел
• Контрол на оръжията

Как може да се използва - примери

Как работи това не винаги е ясно за мнозина. Например комуникационната система ви позволява да търсите потенциално уязвими и незащитени места в работата на самолета. Ако бъдат открити проблеми или неизправности, съответните специалисти от авиоиндустрията ще се погрижат за тях – те ще ги открият и отстранят.

Навигационна система, която отговаря на всички съвременни стандарти, трябва да помогне на пилота да насочи самолета по зададен маршрут. Работи и по време на различни маневри, когато самолетът каца. Точността на изчисленията ви позволява да вземате решения, които са по-подходящи за ситуацията. Освен това тази опция предупреждава, ако очите на пилота са замъглени и той прави нещо нередно.

Оборудването, предназначено да записва параметрите на полета, е изключително необходима система на борда на съвременните самолети. Записващите устройства записват всичко, което се случва в самолета, при необходимост може да се чете информация от тях и да се оценяват действията на екипажа. В допълнение, такива опции помагат да се записват условията, възникващи на борда, така че по-късно те да могат да бъдат напълно оценени и да се разбере какви грешки са допуснати. Ярък пример за дейността на такива системи на борда на самолет са черните кутии на самолета.

Системата за наблюдение на времето ви помага да видите как се променя времето навън. Наистина, поради високата скорост на вятъра и промените в ландшафта в определени райони, той може да се промени изключително бързо. И това има пряко влияние върху полета. Първо, самолетът може да навлезе в зона на силна турбулентност, без да анализира данни за състоянието и движението на въздуха. Второ, гръмотевичните облаци, в които може да попадне лайнер, който не е предвидил курса си, могат да причинят катастрофа. Системите за наблюдение на времето позволяват на пилотите да реагират навреме на промените в условията на полет.

Нови технологии в авиониката

Всички системи и опции за управление не стоят неподвижни. Включително разработването на авиационна техника. Днес инженерите могат да работят с микроскопични и невидими частици, като атоми. И днес микротехнологиите на молекулярното инженерство излизат на преден план. Но за да стане факт и да започне да работи, е необходимо да се разработят подходящи методи.

Развитието на микроелектрониката ще доведе до по-сложни схеми и намаляване на размера на дизайна. И тук ще са необходими технологии за създаване и обработка на чертежи с много висока резолюция. Моделът ще се появи под въздействието на светлина, рентгенови лъчи, електронни лъчи и др.

Вероятно през следващите години учените ще разберат как да работят с интегрални схеми с най-малки размери на редица части в тях. Броят им в една верига ще достигне няколко квадратни милиметра площ, която ще съдържа десетки милиони части. Предвижда се промяна на основните материали - да се използва не само силиций, но и други опции.

С такива системи самолетите ще работят още по-точно и правилно. Съвременните самолети ще имат по-голям брой възможности.

Кандидат на техническите науки Г. АНСЕВ, А. КИСЕЛЕВ, доктор на техническите науки В. САРИЧЕВ (АД Радар ММС).

Гражданската авионика, предназначена да промени радикално работата на пътническия въздушен транспорт, е описана в статията „Авионика“ (виж „Наука и живот“ № 2, 2004 г.). Военната авионика, разбира се, е по-богата на своите възможности и сега говорим за тях. Бойните характеристики на военните самолети се определят преди всичко от нивото на авиониката. Бордовите компютъризирани устройства не само се грижат за много рутинни пилотни процедури, но са в състояние ефективно да отблъснат внезапно възникващи заплахи. Следователно мониторингът, тоест търсенето и откриването на „обекти“ на земята и във въздушното пространство и оценката им от гледна точка на успешното изпълнение на възложената задача, става изключително важен.

Откриване на цели при облъчване от радар на разузнавателния самолет (а) и радар за „осветяване“ (б).

Член-кореспондент на Академията на науките на СССР С. М. Ритов (1908-1996), един от основателите на радиофизиката.

Деликатната форма и размери на F-117, както и специалното му повърхностно покритие, затрудняват радарите да го открият както отпред, така и отстрани.

Работейки в няколко диапазона на дължина на вълната, радарът е в състояние да открива обекти не само на повърхността, но и на определена дълбочина.

Според теоремата на Котелников, ако времето между пробите τ е по-малко от полупериода T/2 на трептенията (a), тогава формата на сигнала може да бъде възстановена; ако това време е по-дълго от половин цикъл (b), тогава сигналът не може да бъде възстановен.

Антенната решетка се състои от отделни модули.

Когато лъчът се отклони, апертурата на решетката A" намалява пропорционално на косинуса на ъгъла на отклонение и разделителната способност на радара намалява съответно.

Активна фазирана антенна решетка в главата на крилата ракета.

При достатъчно голям интервал на синтез виртуалната апертура може да достигне десетки метри, поради което разделителната способност на антенната решетка

НЕВИДИМОТО СТАВА ВИДИМО

Една от основните функции на военната авиация беше и остава разузнаването. По време на Втората световна война пилотите можеха да разчитат само на собствените си очи и на камерите, монтирани в самолета. Днес разузнаването се извършва с помощта на електронни системи за наблюдение. Тези системи са обещаващи и в икономически области.

Авиониката регистрира както собственото излъчване на наблюдавания обект от радиооборудване или топлинни източници, работещи върху него, така и електромагнитни вълни, които се отразяват от него, когато са облъчени от радар, разположен директно на разузнавателния самолет. В днешно време все по-често и не само във военната област се прибягва до „осветеното“ радиолокационно разузнаване. Обектите на земята или във въздуха се облъчват от външни източници, а отразеният сигнал се записва от приемната антена на разузнавателния самолет.

Но най-важното е дори не да открием обект, а да го идентифицираме, тоест да отговорим на въпроса: „Какво всъщност наблюдаваме?“ Това е едно от най-трудните предизвикателства пред авиониката. За да го разрешите, човек не може без най-модерната компютърна технология. Разработчиците на авионика също използват постиженията на радиофизиката, област на науката, чийто основател в целия свят с право се счита за член-кореспондент на Академията на науките на СССР Сергей Михайлович Ритов. Възможно е да се разпознае обект поради факта, че механизмите на разсейване и поглъщане на радиовълните, изпратени в неговата посока, са тясно свързани с физическите и геометричните характеристики на обекта. Допълнителна информация може да се получи от естеството на собственото му излъчване.

Например металните предмети почти изцяло отразяват падащите върху тях вълни. Степента на поглъщане на вълната от дадено вещество зависи от неговата диелектрична и магнитна пропускливост.

При наблюдението на авиониката те се стремят да използват изключително широк честотен спектър от електромагнитни вълни - с дължини от части от милиметър до стотици метри. Това се дължи на факта, че изображението на дисплея зависи от дължината на вълната, на която работи радарът: колко силно даден обект отразява или поглъща падащото върху него електромагнитно лъчение се определя преди всичко от дължината на вълната, както и от размера на на самия обект и различни нееднородности на физически и геометрични характеристики . Например самолетите, направени по стелт технология, имат толкова деликатно подбран набор от геометрични форми и електрически свойства на повърхността, че за определен диапазон на вълната, „овладян“ от врага, отразеният сигнал просто липсва. В областта с по-голяма дължина на вълната или по-висока честота тези „невидими“ се откриват.

Днес по правило радарът генерира и обработва сигнали в няколко честотни диапазона. Ако тези диапазони са значително отделени един от друг, тогава в съответните изображения ще открием различни детайли на обекта. Между другото, същото ще се случи, ако сравните снимки на звездното небе, получени с помощта на оптичен телескоп и радиотелескоп.

В началото на радарната ера разработчиците разчитаха на вълни в UHF и микровълновия диапазон, т.е. те се опитваха да „видят“ евентуално по-малки обекти: обектът отразяваше вълна, ако размерите му бяха по-големи от дължината на вълната или сравними с нея. По-късно обаче се оказа, че не е толкова лесно да се открият например колони от военна техника, ако се движат по път, обрасъл с дървета: зеленината отразяваше сантиметрови вълни като одеяло, скривайки корпусите на танкове и бронетранспортьори отдолу. А ракетният силоз може да се прикрие с обикновена купа сено.

Сега радарите все повече „овладяват“ нискочестотния диапазон, чиито вълни дори проникват в почвата и позволяват откриването на заровени и защитени обекти. Такъв пример е четиричестотният радарен комплекс "Имарк", за чието създаване неговите автори - служители на Московския научноизследователски институт по приборостроене - през 2000 г. получиха Държавната награда на Руската федерация. Този радар генерира и обработва сигнали при дължини на вълните 3,9; 23; 68 и 254 см. И така, при най-дългата вълна - 2,54 м - комплексът "вижда" натрупвания на подземни води, различни геоложки структури, включително диамантени тръби. Сигналите с тези честоти също проникват под леда и когато работят на дължина на вълната 3,9 см, дори заек не може да се скрие от радара в открито поле.

Ако облъчвате обект последователно или едновременно с вълни от няколко диапазона, тогава можете, от една страна, да разкриете неговата структура, а от друга, да „елиминирате“ препятствията, които пречат на наблюдението: растителност, земна и водна покривка, мъгла и облаци.

Преди няколко години се случи авария на нефтопровод в република Коми, но беше зима и разлятият петрол веднага беше покрит със сняг. Изчакайте до пролетта - маслото ще насити почвата и ще унищожи всичко живо. Самолет с многочестотен радар излетя да търси мястото на инцидента и точно засече скритите граници на мястото.

В наши дни авиониката започна да използва преди това екзотични свръхшироколентови сигнали, които заемат честотна лента от няколко гигахерца - в резултат на това може да се формира още по-подробна картина. В допълнение, ултрашироколентовите сигнали са изключително трудни за откриване, следователно, използвайки ги, е възможно да се скрие не само предаваната информация, но и фактът на нейното предаване.

"ОЧИ" НА САМОЛЕТА

Ако трябва да погледнем настрани, или обръщаме глава, или местим поглед. Радарът може да се извърши приблизително по същия начин. Вярно е, че когато става дума за радар, обикновено си представяме въртяща се или люлееща се структура, която се състои от излъчвател и рефлектор (огледална антена).

Въпреки това през 1937 г. американските изследователи Г. Фрис и К. Фелдман изложиха идеята за така наречената управляема антенна решетка. Принципът на действие на това устройство се основава на позиция, формулирана през 1933 г. от руския учен В. А. Котелников под формата на теорема, която получи неговото име. Той доказа, че почти всеки сигнал може да бъде възстановен чрез серия от неговите моментни стойности, взети на равни интервали от време (еквидистантни проби). Освен това интервалът между пробите трябва да бъде по-малък от полупериода на най-високия хармоник на сигнала.

Антенната решетка е набор от малки излъчватели (модули), разположени в равнина, разположени на еднакво разстояние един от друг. С други думи, те могат, според теорията на Котелников, да се приемат като броячи, ако разстоянията между тях не надвишават половината от дължината на вълната, излъчвана или приета от антенната решетка. Използвайки превключватели на фазата, е възможно да изберете фазата на излъчване на всеки модул по такъв начин, че масивът като цяло да започне да излъчва остър лъч и същият, какъвто би бил излъчван от огледална антена, чийто размер е равен към цялата антенна решетка - от първия модул до последния. От този лъч няма как да се забележи, че антената е „спукана“, тоест има пролуки между модулите.

Освен това, чрез последователна промяна на фазите на модулите, можете да принудите лъча да се отклони и с механично неподвижна решетка ще се случи сканиране на пространството - точно както ние, без да обръщаме глава, преглеждаме страницата на книга с нашата очи.

С такава решетка могат да се оформят няколко греди, всяка със собствена динамика. Резултатът е многолъчева антенна решетка - такава, с каквато съвременните изтребители са оборудвани днес.

Въпреки че принципът на работа на антенната решетка не изглежда сложен, на практика радиоинженерите трябваше да преодолеят огромни трудности. По този начин бяха необходими фазови превключватели с малък размер, които не внасят загуби и консумират ниска мощност. Преди появата на високоскоростните компютри беше не по-малко трудно да се контролират фазовите промени. Само въз основа на напредъка в микроелектрониката беше възможно да се изградят превключватели, които да се справят с тази задача.

По-нататъшният напредък в микроелектрониката направи достъпни за дизайнерите малки по размер твърдотелни (т.е. изградени на принципа на интегрални схеми) предаватели и приемници, които бяха директно подходящи за ролята на антенни модули. Така се появиха антените с активна фазирана решетка (AFAR) с модули, които усилват излъчените и получените сигнали (на снимката вдясно). Като цяло, радарният предавател, като най-енергоемкото устройство за авионика, се оказа „разпръснат“ върху антенната решетка и се превърна в един от най-надеждните елементи: ако няколко полупроводникови модула се повредят, няма значително намаляване на производителност (преди за радари с пасивна решетка, ако предавателят се повреди, самолетът ставаше „сляп“).

Първият в света радар с AFAR за изтребители е построен у нас в корпорация Phazotron - NIIR под ръководството на професор A.I.

РАДАРНА ЗРИТЕЛНА ОСТТРОСТ

Способността да се виждат обекти зависи не само от дължината на електромагнитната вълна, която отразяват. В противен случай бихме могли да видим всякакви микроорганизми в светлинни лъчи, чиято дължина на вълната е по-малка от микрометър. За целта се нуждаем от микроскоп, тъй като разделителната способност на човешкото око е ограничена.

Яснотата на изображението, получено с помощта на антенна решетка (и по принцип всяка антена), зависи от нейния размер и се определя от параметър, наречен апертура на антената или бленда. Ъгловата разделителна способност (rad -1) е приблизително равна на съотношението на дължината на излъчената и (или) получената вълна към апертурата на антената. Следователно, колкото по-голяма е антената и колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-ясно е изображението.

За да се увеличи апертурата на антенната решетка и по този начин да се увеличи зрителната острота на радара, първата идея, която идва на ум, е да разположите модулите по дължината на фюзелажа на самолета. Появиха се авиационни радари с разположена по фюзелажа антена. След това се появиха крилата и стана по-трудно да се контролират фазите на сигналите от отделните модули: антенната решетка е равнина, а формата на самолета е много сложна. Беше необходимо да се вземе предвид изместването на всеки модул от равнината и съответно да се избере фазата за него.

И все пак, каквото и да се каже, размерите на, да речем, изтребител по дължина и ширина не надвишават десет метра. И така, достигнат ли лимитът?

Решението е намерено в реализацията на идеята за синтезирана апертура, изразена през 1959 г. от А. П. Реутов, сега член-кореспондент на Руската академия на науките, и професор Г. С. Кондратенков. В конвенционалната антенна решетка сигналите от отделните модули се сумират (като се вземат предвид фазите) съгласно правилата за добавяне на вектори. Но по принцип няма значение дали сигналите се приемат от всички модули едновременно или последователно във времето от един от тях, при условие че този модул се движи. От началото до края на интервала на синтез самолетът може да прелети стотици метри - и виртуалната апертура на антената ще бъде същата. Следователно разделителната способност на радара ще бъде висока.

За сравнение по-долу са дадени данни за разделителната способност на различни електронни и оптични системи, както и на човешкото око (в rad -1):

Панорамни авиационни радари - 10-50 бр.

Авиационни радари с фюзелажна антена - 200-300 бр.

Човешко око - 5х10 3 .

РЛС със синтетична апертура - 10 3 -10 5.

Оптични системи - 10 4 -10 6.

Най-важното е да знаете точно положението на решетъчните модули във всеки един момент от времето. Но това е и най-трудното за изпълнение, тъй като трябва да се вземат предвид дори вибрациите на тялото на самолета.

В резултат на това радарното изображение на Земята не изглежда като отделни точки и петна на радарния екран, а придобива характера на снимка. Това направление в авиационния радар започва да се нарича радиовизия. Споменатият радарен комплекс Imark извършва синтез на апертура във всичките четири честотни диапазона.

Между другото, методът за синтез на апертура е много обещаващ за наблюдение от космоса: траекторията на изкуствените спътници на Земята е много стабилна, а дължината на виртуалната апертура може да достигне десетки и стотици километри.

Но, както следва от горното, с помощта на решетки със синтетична апертура можете да получите изображения само на неподвижни обекти: движещите се обекти ще бъдат изместени. Например в синтезирано радарно изображение движещите се автомобили няма да са по магистралата, а някъде встрани. Ясно е, че ако се използва синтезирано радарно изображение за насочване на огнестрелно оръжие към движещи се обекти, този фактор трябва да се вземе специално предвид.

ОБЛАСТИ НА ПРИЛОЖЕНИЕ НА АВИОНИКАТА ЗА МОНИТОРИНГ

В бойни условия:

откриване на различни военни цели (включително скрити);

предотвратяване на военни и терористични действия;

откриване на оръжейни складове, минни полета, военни лагери, нови пътеки и пътища.

При извънредни ситуации:

оценка на ефектите от наводнения, крайбрежни бури, мусони и снеготопене;

определяне на границите на райони, засегнати от болести, нашествия на насекоми и гризачи, киселинни дъждове, пожари, суши, наводнения;

откриване на коронни разряди по електропроводи, аварии по подземни нефтопроводи, газопроводи и водопроводи и канализационни мрежи;

търсене на малки предмети в райони на бедствие: лодки, спасителни лодки, отломки и др.;

оценка на вълнението, силата и посоката на вятъра при извършване на спасителни операции на море;

оценка на замърсяването на водата с маслен филм с дебелина няколко микрометра;

откриване на бедстващи хора в Арктика, скрити под дебел сняг или под хълмове;

откриване на течове на масло от тръбопроводи.

За научни цели:

провеждане на хидроложки и глациологични наблюдения, оценка на влажността на почвата, снежната покривка, състоянието на айсберги, ледници, вечна замръзналост;

картографиране на морския лед и оценка на еволюцията на ледените късове;

отдалечена археология (откриване на селищни райони на древни култури и бивши транспортни пътища, водещи до тях);

контрол върху популациите на застрашени видове от флората и фауната;

извършване на топографски и литоложки измервания;

оценка на динамиката на земната кора;

оценка на вулканичната дейност и последствията от вулканичната дейност, включително потоци от лава и кал;

оценка на сеизмичната активност и прогнозиране на разломни зони;

картография на земната и морската повърхност.

За бизнес цели:

оценка на характеристиките на околната среда (от регионален до глобален мащаб);

точна пътна карта;

определяне наличието на надземна и подземна биомаса;

откриване на незаконни пътища в планински и горски райони и природни резервати, идентифициране на незаконен риболов;

описание на горски, селскостопански и риболовни екосистеми;

класификация и оценка на състоянието на почви, блата, езера;

прогнозиране на културите;

оценка на състоянието на полярните екосистеми;

определяне на състоянието на горските екосистеми;

разкриване на законна и незаконна сеч;

откриване на предвестници на земетресения;

идентифициране на зони на наводняване в райони на резервоари;

определяне на зони на соленост при плиткоотделяне на водоеми и експлоатация на мелиоративни съоръжения;

оценка на екологичното състояние на открития добив;

откриване на обекти и конструкции, скрити от гъста растителност или заровени в земята;

оценка на геоекологичните процеси, свързани с разпространението на замърсени почвени води;

идентифициране на скрития процес на подпочвени наводнения на стопански земи.

IMA концепция, базирана на стандартни компоненти

Интегрираната модулна авионика се отнася до концепцията за изграждане на бордов комплекс, базиран на отворена мрежова архитектура и единна изчислителна платформа. Понятието „интегриран“ се използва като комбинация от общи ресурси - захранвания, процесор, памет, комуникационни шини, входно-изходни източници за решаване на един единствен проблем - управление. Функциите на сложните системи в този случай се изпълняват от софтуерни приложения, които споделят общи изчислителни и информационни ресурси. Концепцията за функция е ключова концепция в IMA. Функцията на самолета се отнася до функционалността, която може да бъде осигурена от наличния хардуер и софтуер на самолета, например: навигация на самолета, комуникации, дисплей и др.

Преходът към IMA направи възможно преминаването от идеята за „система - една функция“ към многофункционална структура - „много функции в едно изчислително ядро“. Технически е по-лесно да разрешите този проблем, ако разделите хардуерната и софтуерната платформи, т.е. направи ги независими от изчислителното ядро. На практика, интегрирането на функции, които преди са били възприемани като системна интеграция, се свежда в новото поколение OBE до създаването на база данни от функции и сигнали, както и функционален комуникатор на ниво софтуер.

Необходимостта от намаляване на разходите за самолетни компоненти чрез разширяване на броя на производителите и оперативна ефективност поради елемент, който е по-малък от блок, сменяем в експлоатация, обективно доведе до модулност на хардуера и софтуера в новото поколение оборудване.

Основните унифицирани компоненти включват: основна носеща структура на щайгата, процесорен модул с общо предназначение, мрежов превключвател, модул за концентратор на сигнали, модул за оптичен/електрически преобразувател, модул за захранване, индикатори с графични процесори и дисплеи . Като хардуерни компоненти, включени в компонентите на изчислителното ядро, се определят: основната носеща структура на подвижния модул, мецанините - графичният контролер, масовата памет и вход/изход. >>>

Отворената архитектура на комплекса включва свързване на устройства с различно предназначение, например информационни сензори чрез стандартни хъбове към изчислителното ядро ​​на системата, което изпълнява функционален софтуер. Разпределението на функционалните софтуерни ресурси се извършва под контрола на операционна система в реално време.

Многофункционалността и модулността създават възможност за внедряване на интегрирана и модифицируема OBE структура при значително по-ниски разходи.

Отворената архитектура и високата степен на унификация позволяват да се използват компоненти от различни производители при изграждането на бордовия комплекс на конкретен самолет, което намалява разходите и рисковете от разработката. >>>

Модерната IMA-базирана OBE архитектура свързва различни системи на самолета в единен комплекс. Това е изключително сложна информационна и изчислителна система.

Структурата на комплекса на бордовото оборудване е реализирана с помощта на минимален набор от унифицирани взаимозаменяеми отворени стандартни продукти (модули, системи) с висока производителност и енергийна ефективност.

Реализираната архитектура е създадена на базата на мащабируема IMA с цел повишаване на производителността, надеждността на предаването на информация, устойчивостта на смущения и намаляване на тегловните характеристики на комуникационните линии и входно-изходните устройства. Платформата IMA използва усъвършенствани интерфейси и комуникационни протоколи между функции, сензори и изпълнителни механизми, осигурявайки ефективно изграждане на динамични структури с мрежова организация.

Като софтуер се използват независими от хардуера продукти.

Авиониката обикновено се отнася до цялата гама електронно оборудване, инсталирано на борда на самолета. Много често паралелно с думата „авионика“ се използва съкращението авионика, което означава авионика. Основните елементи на електронното оборудване са системите за навигация, комуникация и контрол. Що се отнася до контролното оборудване, това е много голям брой системи, вариращи от прожектори до модерни радари.

В местната авиация е обичайно да се отделят специалисти по електроцентрали и самолети. Съответно едни се занимават с авиационни системи, а други с радиоелектронно оборудване.

Авионика SSJ-100

Руските ВВС имат ясно разделение на бордовото оборудване на авионика и авиационно оборудване. Авиониката е проектирана да излъчва или приема радиовълни. Що се отнася до авиационната техника, това са устройства, механизми, възли, които използват електрически ток в работата си, но няма радиовълни. Също така военните самолети могат да бъдат оборудвани с електронни оръжия, но те са отделна част от оборудването.

В местната самолетна индустрия понятието „авионика“ практически не се използва, тъй като приетото обозначение е авионика - авионика - и AO - авиационно оборудване.

История на развитието на авиониката

Самото понятие „авионика“ започва да се използва в западните страни през 1970 г. По това време електрониката достигна високо техническо ниво, което направи възможно използването на електронни системи на борда на самолетите. През тези години са създадени първите бордови компютри за самолети. Освен това започнаха да се използват голям брой автоматични системи за наблюдение и контрол.

Първоначално военните започнаха да поръчват авионика и оборудване за електронна автоматизация за изпълнение на широк спектър от военни мисии и подобряване на точността на бойните мисии. В резултат на това бойните машини станаха толкова зависими от бордовото електронно оборудване, че полетите се извършваха в зависимост от избраните режими на електронно управление. Поради подобряването на самолетите, авиониката също не изостава в развитието. Днес бордовото оборудване заема значителна част от материалните разходи за производство на самолети. Например при производството на самолети F-14 20% от общата цена на целия самолет се разпределя за авионика. Подобни системи се използват широко в гражданската авиация, което прави възможно автоматизирането и опростяването на процесите на управление на машините.

Модерен състав на авиониката на самолета

Оборудване за управление на самолета:

• Навигационна система.
• Дисплейна система.
• Комуникационна система.
• Системата за управление на полета е тип FCS.
• Система, отговорна за избягване на сблъсък във въздуха, като TCAS.
• Обща система за контрол.
• Оборудване за наблюдение на времето.
• Оборудване за запис на всички параметри на полета. Това са полетни записващи устройства и органи за управление.

Оборудване за контрол на оръжията:

• Сонари.
• Електрооптично оборудване.
• радари.
• Системи за търсене и фиксиране на цели.
• Оборудване за контрол на оръжия.

Интерфейси в авиониката

Световно приети комуникационни стандарти:

• MIL-STD-1553.
• ARINC 664.
• ARINC 629.
• AFDX.
• ARINC 717.
• ARINC 708.
• ARINC 429.

Конструкции:

• MicroPC.
• PC/104Plus.
• PC/104.

Разширителни шини:

• VMEbus.