Aviônica - Avionics

Radar e outros aviônicos no nariz de um Cessna Citation I / SP .
F-105 Thunderchief com aviônicos dispostos

Aviônica (uma mistura de aviação e eletrônica ) são os sistemas eletrônicos usados ​​em aeronaves , satélites artificiais e espaçonaves . Os sistemas aviônicos incluem comunicações, navegação , exibição e gerenciamento de vários sistemas e as centenas de sistemas que são adaptados às aeronaves para desempenhar funções individuais. Eles podem ser tão simples como um holofote para um helicóptero da polícia ou tão complicados quanto o sistema tático para uma plataforma aérea de alerta antecipado .

História

O termo " aviônica " foi cunhado em 1949 por Philip J. Klass , editor sênior da revista Aviation Week & Space Technology como uma maleta de " eletrônica de aviação ".

A comunicação por rádio foi usada pela primeira vez em aeronaves pouco antes da Primeira Guerra Mundial . Os primeiros rádios aerotransportados eram em zepelins , mas os militares desencadearam o desenvolvimento de aparelhos de rádio leves que podiam ser transportados por aeronaves mais pesadas que o ar, de modo que biplanos de reconhecimento aéreo pudessem relatar suas observações imediatamente, caso fossem abatidos. A primeira transmissão experimental de rádio de um avião foi conduzida pela Marinha dos Estados Unidos em agosto de 1910. Os primeiros rádios da aeronave transmitidos por radiotelegrafia , portanto, exigiam uma aeronave de dois lugares com um segundo tripulante para tocar em uma tecla do telégrafo para soletrar mensagens em código Morse . Durante a Primeira Guerra Mundial, os conjuntos de rádios bidirecionais de voz AM foram possíveis em 1917 com o desenvolvimento do tubo de vácuo triodo , que era simples o suficiente para que o piloto em uma aeronave de assento único pudesse usá-lo durante o vôo.

O radar , tecnologia central hoje utilizada na navegação de aeronaves e no controle de tráfego aéreo , foi desenvolvido por várias nações, principalmente em segredo, como sistema de defesa aérea na década de 1930, durante o período que antecedeu a Segunda Guerra Mundial . Muitos aviônicos modernos têm suas origens nos desenvolvimentos do tempo de guerra da Segunda Guerra Mundial. Por exemplo, os sistemas de piloto automático que são comuns hoje começaram como sistemas especializados para ajudar os aviões bombardeiros a voar com firmeza o suficiente para atingir alvos de precisão de grandes altitudes. A decisão da Grã-Bretanha em 1940 de compartilhar sua tecnologia de radar com seu aliado dos EUA, particularmente o tubo de vácuo magnetron , na famosa Missão Tizard , encurtou significativamente a guerra. A aviônica moderna é uma parte substancial dos gastos com aeronaves militares. Aeronaves como o F-15E e o agora aposentado F-14 têm cerca de 20% de seu orçamento gasto em aviônicos. A maioria dos helicópteros modernos agora tem divisões de orçamento de 60/40 em favor da aviônica.

O mercado civil também viu um crescimento no custo dos aviônicos. Os sistemas de controle de vôo ( fly-by-wire ) e as novas necessidades de navegação trazidas por espaços aéreos mais restritos aumentaram os custos de desenvolvimento. A principal mudança foi o recente boom de voos para o consumidor. À medida que mais pessoas começam a usar aviões como seu principal método de transporte, métodos mais elaborados de controlar aeronaves com segurança nesses espaços aéreos altamente restritivos foram inventados.

Aviônica moderna

A aviônica desempenha um papel importante nas iniciativas de modernização, como o projeto do Sistema de Transporte Aéreo de Próxima Geração da Federal Aviation Administration (FAA) nos Estados Unidos e a iniciativa Single European Sky ATM Research (SESAR) na Europa. O Escritório Conjunto de Planejamento e Desenvolvimento apresentou um roteiro para a aviônica em seis áreas:

  • Rotas e procedimentos publicados - navegação e roteamento aprimorados
  • Trajetórias negociadas - Adicionando comunicações de dados para criar rotas preferidas dinamicamente
  • Separação delegada - Maior consciência situacional no ar e no solo
  • LowVisibility / CeilingApproach / Departure - Permitindo operações com restrições climáticas com menos infraestrutura de solo
  • Operações de superfície - Para aumentar a segurança na abordagem e na saída
  • Eficiências de ATM - Melhorando o processo de ATM

Mercado

A Aircraft Electronics Association reporta vendas de aviônicos de US $ 1,73 bilhão nos primeiros três trimestres de 2017 na aviação executiva e geral , uma melhoria anual de 4,1%: 73,5% vieram da América do Norte, o ajuste avançado representou 42,3%, enquanto 57,7% foram retrofits conforme o prazo dos EUA de 1 de janeiro de 2020 para abordagem ADS-B out obrigatória .

Aviônica de aeronave

A cabine de uma aeronave é um local típico para equipamentos aviônicos, incluindo sistemas de controle, monitoramento, comunicação, navegação, clima e anticolisão. A maioria das aeronaves aciona seus aviônicos usando sistemas elétricos de 14 ou 28 volts DC ; entretanto, aeronaves maiores e mais sofisticadas (como aviões comerciais ou aeronaves de combate militar) têm sistemas AC operando a 400 Hz, 115 volts AC. Existem vários fornecedores importantes de aviônicos de voo, incluindo Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (que agora possui Bendix / King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins (agora Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (agora Collins Aerospace), Selex ES (agora Leonardo SpA ), Shadin Avionics e Avidyne Corporation .

Os padrões internacionais para equipamentos aviônicos são preparados pelo Airlines Electronic Engineering Committee (AEEC) e publicados pela ARINC.

Comunicações

As comunicações conectam a cabine de comando ao solo e a cabine de comando aos passageiros. As comunicações a bordo são fornecidas por sistemas de alto-falantes e intercomunicadores da aeronave.

O sistema de comunicação VHF aviação trabalha no airband de 118.000 MHz a 136,975 MHz. Cada canal está espaçado dos adjacentes em 8,33 kHz na Europa, 25 kHz em outros lugares. O VHF também é usado para comunicação de linha de visão, como aeronave para aeronave e aeronave para ATC. A modulação de amplitude (AM) é usada e a conversação é realizada no modo simplex . A comunicação da aeronave também pode ocorrer usando HF (especialmente para voos transoceânicos) ou comunicação por satélite.

Navegação

A navegação aérea é a determinação da posição e direção na superfície da Terra ou acima dela. A aviônica pode usar sistemas de navegação por satélite (como GPS e WAAS ), sistema de navegação inercial (INS), sistemas de radionavegação em solo (como VOR ou LORAN ) ou qualquer combinação dos dois. Alguns sistemas de navegação, como o GPS, calculam a posição automaticamente e a exibem para a tripulação em telas de mapas móveis. Os sistemas de navegação terrestres mais antigos, como VOR ou LORAN, exigem que um piloto ou navegador plote a interseção de sinais em um mapa de papel para determinar a localização de uma aeronave; sistemas modernos calculam a posição automaticamente e a exibem para a tripulação em telas de mapas móveis.

Monitoramento

O cockpit de vidro do Airbus A380 com teclados extraíveis e duas telas de computador largas nas laterais para os pilotos.

Os primeiros indícios de cockpits de vidro surgiram na década de 1970, quando telas de tubo de raios catódicos (CRT) dignas de voo começaram a substituir as telas eletromecânicas, medidores e instrumentos. Um cockpit de "vidro" se refere ao uso de monitores de computador em vez de medidores e outros monitores analógicos. As aeronaves estavam recebendo progressivamente mais displays, mostradores e painéis de informações que eventualmente competiam por espaço e atenção do piloto. Na década de 1970, a aeronave média tinha mais de 100 instrumentos e controles na cabine. Os cockpits de vidro começaram a surgir com o jato particular Gulfstream G-IV em 1985. Um dos principais desafios dos cockpits de vidro é equilibrar quanto controle é automatizado e quanto o piloto deve fazer manualmente. Geralmente, eles tentam automatizar as operações de vôo enquanto mantêm o piloto constantemente informado.

Sistema de controle de vôo de aeronaves

As aeronaves têm meios de controlar automaticamente o vôo. O piloto automático foi inventado por Lawrence Sperry durante a Primeira Guerra Mundial para pilotar aviões bombardeiros com estabilidade suficiente para atingir alvos precisos a 25.000 pés. Quando foi adotado pela primeira vez pelos militares dos EUA , um engenheiro da Honeywell sentou-se no banco de trás com alicates para desconectar o piloto automático em caso de emergência. Hoje em dia, a maioria dos aviões comerciais está equipada com sistemas de controle de voo da aeronave para reduzir o erro do piloto e a carga de trabalho na aterrissagem ou decolagem.

Os primeiros pilotos automáticos comerciais simples foram usados ​​para controlar o rumo e a altitude e tinham autoridade limitada em coisas como empuxo e superfícies de controle de vôo . Em helicópteros , a autoestabilização foi usada de maneira semelhante. Os primeiros sistemas eram eletromecânicos. O advento das superfícies de voo fly by wire e eletro-atuadas (em vez da hidráulica tradicional) aumentou a segurança. Tal como acontece com os visores e instrumentos, os dispositivos críticos eletromecânicos tinham uma vida finita. Com sistemas críticos de segurança, o software é testado de forma muito rigorosa.

Sistemas de Combustível

O Sistema de Indicação de Quantidade de Combustível (FQIS) monitora a quantidade de combustível a bordo. Usando vários sensores, como tubos de capacitância, sensores de temperatura, densitômetros e sensores de nível, o computador FQIS calcula a massa de combustível restante a bordo.

O Sistema de Controle e Monitoramento de Combustível (FCMS) relata o combustível restante a bordo de maneira semelhante, mas, ao controlar bombas e válvulas, também gerencia as transferências de combustível em vários tanques.

  • Controle de reabastecimento para carregar até uma determinada massa total de combustível e distribuí-la automaticamente.
  • Transferências durante o voo para os tanques que alimentam os motores. EG da fuselagem para os tanques das asas
  • O controle do centro de gravidade é transferido dos tanques de cauda (Trim) para as asas conforme o combustível é gasto
  • Manter o combustível nas pontas das asas (para ajudar a impedir que as asas dobrem devido à sustentação durante o vôo) e transferir para os tanques principais após o pouso
  • Controlar o descarte de combustível durante uma emergência para reduzir o peso da aeronave.

Sistemas anti-colisão

Para complementar o controle de tráfego aéreo , a maioria das aeronaves de transporte grandes e muitas outras menores usam um sistema de alerta de tráfego e prevenção de colisão (TCAS), que pode detectar a localização de aeronaves próximas e fornecer instruções para evitar uma colisão no ar. Aeronaves menores podem usar sistemas de alerta de tráfego mais simples, como TPAS, que são passivos (eles não interrogam ativamente os transponders de outras aeronaves) e não fornecem avisos para resolução de conflitos.

Para ajudar a evitar o vôo controlado no terreno ( CFIT ), as aeronaves usam sistemas como os sistemas de alerta de proximidade do solo (GPWS), que usam altímetros de radar como um elemento-chave. Um dos principais pontos fracos do GPWS é a falta de informações de "look-ahead", porque ele fornece apenas "look-down" da altitude acima do terreno. Para superar essa fraqueza, as aeronaves modernas usam um sistema de alerta de consciência de terreno ( TAWS ).

Gravadores de vôo

Os gravadores de dados do cockpit de aeronaves comerciais, comumente conhecidos como "caixas pretas", armazenam informações de voo e áudio do cockpit . Eles são freqüentemente recuperados de uma aeronave após um acidente para determinar as configurações de controle e outros parâmetros durante o incidente.

Sistemas meteorológicos

Sistemas meteorológicos, como radar meteorológico (normalmente Arinc 708 em aeronaves comerciais) e detectores de relâmpagos são importantes para aeronaves voando à noite ou em condições meteorológicas por instrumentos , onde não é possível para os pilotos ver o tempo à frente. A forte precipitação (conforme detectada pelo radar) ou turbulência severa (conforme detectada pela atividade de raios) são ambas indicações de forte atividade convectiva e severa turbulência, e os sistemas meteorológicos permitem que os pilotos desviem em torno dessas áreas.

Detectores de relâmpagos como o Stormscope ou Strikefinder se tornaram baratos o suficiente para serem práticos para aeronaves leves. Além da detecção de radar e relâmpagos, observações e imagens estendidas de radar (como NEXRAD ) agora estão disponíveis por meio de conexões de dados de satélite, permitindo que os pilotos vejam as condições meteorológicas muito além do alcance de seus próprios sistemas de vôo. Visores modernos permitem que as informações meteorológicas sejam integradas a mapas móveis, terreno e tráfego em uma única tela, simplificando muito a navegação.

Os sistemas meteorológicos modernos também incluem cisalhamento do vento e detecção de turbulência e sistemas de alerta de terreno e tráfego. Os aviônicos meteorológicos de avião são especialmente populares na África, Índia e outros países onde as viagens aéreas são um mercado em crescimento, mas o suporte terrestre não está tão desenvolvido.

Sistemas de gerenciamento de aeronaves

Houve uma progressão em direção ao controle centralizado dos múltiplos sistemas complexos instalados nas aeronaves, incluindo monitoramento e gerenciamento do motor. Os sistemas de monitoramento de saúde e uso (HUMS) são integrados aos computadores de gerenciamento da aeronave para dar aos mantenedores avisos antecipados sobre as peças que precisarão ser substituídas.

O conceito de aviônica modular integrada propõe uma arquitetura integrada com software de aplicativo portátil em um conjunto de módulos de hardware comuns. Ele tem sido usado em caças a jato de quarta geração e na última geração de aviões comerciais .

Missão ou aviônica tática

Aeronaves militares foram projetadas para entregar uma arma ou para serem os olhos e ouvidos de outros sistemas de armas. A vasta gama de sensores disponíveis para os militares é usada para quaisquer meios táticos necessários. Tal como acontece com o gerenciamento de aeronaves, as maiores plataformas de sensores (como o E ‑ 3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) têm computadores de gerenciamento de missão.

As aeronaves policiais e EMS também carregam sensores táticos sofisticados.

Comunicações militares

Embora as comunicações da aeronave forneçam a espinha dorsal para um vôo seguro, os sistemas táticos são projetados para resistir aos rigores do campo de batalha. Sistemas UHF , VHF Tactical (30–88 MHz) e SatCom combinados com métodos ECCM e criptografia protegem as comunicações. Links de dados como Link 11 , 16 , 22 e BOWMAN , JTRS e até mesmo TETRA fornecem os meios de transmissão de dados (como imagens, informações de alvos, etc.).

Radar

O radar aerotransportado foi um dos primeiros sensores táticos. O benefício de fornecer alcance de altitude significou um foco significativo nas tecnologias de radar aerotransportado. Os radares incluem aviso antecipado aerotransportado (AEW), guerra anti-submarina (ASW) e até mesmo radar meteorológico ( Arinc 708 ) e radar de proximidade / rastreamento terrestre.

Os militares usam radar em jatos rápidos para ajudar os pilotos a voar em níveis baixos . Embora o mercado civil já tenha radar meteorológico há algum tempo, existem regras rígidas sobre seu uso para navegar na aeronave.

Sonar

O sonar de imersão instalado em uma variedade de helicópteros militares permite que o helicóptero proteja os meios de transporte de submarinos ou ameaças de superfície. Aeronaves de apoio marítimo podem lançar dispositivos de sonar ativos e passivos ( sonobuoys ) e estes também são usados ​​para determinar a localização de submarinos inimigos.

Eletro-óptica

Os sistemas eletro-ópticos incluem dispositivos como head-up display (HUD), infravermelho voltado para a frente (FLIR), busca e rastreamento infravermelho e outros dispositivos infravermelhos passivos ( sensor infravermelho passivo ). Todos são usados ​​para fornecer imagens e informações à tripulação de vôo. Essas imagens são usadas para tudo, desde busca e resgate até auxílio à navegação e aquisição de alvos .

ESM / DAS

Medidas de suporte eletrônico e sistemas de ajuda defensiva são usados ​​extensivamente para coletar informações sobre ameaças ou possíveis ameaças. Eles podem ser usados ​​para lançar dispositivos (em alguns casos automaticamente) para conter ameaças diretas contra a aeronave. Eles também são usados ​​para determinar o estado de uma ameaça e identificá-la.

Redes de aeronaves

Os sistemas aviônicos em modelos militares, comerciais e avançados de aeronaves civis são interconectados por meio de um barramento de dados aviônico. Os protocolos de barramento de dados aviônicos comuns, com sua aplicação principal, incluem:

Veja também

Notas

Leitura adicional

  • Aviônica: Desenvolvimento e implementação por Cary R. Spitzer (capa dura - 15 de dezembro de 2006)
  • Principles of Avionics , 4ª edição por Albert Helfrick, Len Buckwalter e Avionics Communications Inc. (brochura - 1º de julho de 2007)
  • Treinamento de aviônica: sistemas, instalação e solução de problemas por Len Buckwalter (brochura - 30 de junho de 2005)
  • Avionics Made Simple , de Mouhamed Abdulla, Ph.D.; Jaroslav V. Svoboda, Ph.D. e Luis Rodrigues, Ph.D. (Coursepack - dezembro de 2005 - ISBN  978-0-88947-908-1 ).

links externos