Aviônicos
Aviônicos (uma mistura de aviação e eletrônicos) são os sistemas eletrônicos usados em aeronaves. Os sistemas aviônicos incluem comunicações, navegação, exibição e gerenciamento de vários sistemas e centenas de sistemas que são instalados nas aeronaves para executar funções individuais. Estes podem ser tão simples quanto um holofote para um helicóptero da polícia ou tão complicados quanto o sistema tático para uma plataforma aérea de alerta antecipado.
História
O termo "aviônicos" foi cunhado em 1949 por Philip J. Klass, editor sênior da Aviation Week & A revista Space Technology como um portmanteau 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 estavam em zepelins, mas os militares estimularam o desenvolvimento de aparelhos de rádio leves que podiam ser transportados por aeronaves mais pesadas que o ar, de modo que o reconhecimento aéreo os biplanos poderiam relatar suas observações imediatamente caso fossem abatidos. A primeira transmissão de rádio experimental de um avião foi conduzida pela Marinha dos Estados Unidos em agosto de 1910. Os primeiros rádios de aeronaves eram transmitidos por radiotelegrafia, então eles exigiam aeronaves de dois lugares com um segundo tripulante para tocar em uma tecla de telégrafo para soletrar mensagens por código Morse. Durante a Primeira Guerra Mundial, os conjuntos de rádio bidirecional de voz AM foram possíveis em 1917 pelo 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, a tecnologia central usada hoje na navegação de aeronaves e no controle de tráfego aéreo, foi desenvolvido por várias nações, principalmente em segredo, como um 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 da Segunda Guerra Mundial. Por exemplo, os sistemas de piloto automático que são comuns hoje em dia começaram como sistemas especializados para ajudar aviões bombardeiros a voar com estabilidade 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 americano, 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 orçamentárias de 60/40 em favor dos aviônicos.
O mercado civil também viu um crescimento no custo dos aviônicos. Os sistemas de controle de voo (fly-by-wire) e as novas necessidades de navegação provocadas por espaços aéreos mais apertados aumentaram os custos de desenvolvimento. A principal mudança foi o recente boom de voos de consumo. À medida que mais pessoas começam a usar aviões como seu principal método de transporte, métodos mais elaborados de controle de aeronaves com segurança nesses espaços aéreos altamente restritivos foram inventados.
Aviônicos modernos
A aviônica desempenha um papel importante em 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 Joint Planning and Development Office apresentou um roteiro para aviônicos em seis áreas:
- Rotas e Procedimentos Publicados – Navegação e encaminhamento aprimorados
- Trajetórios Negociados – Adicionando comunicações de dados para criar rotas preferidas dinamicamente
- Separação Delegada – Maior consciência situacional no ar e no chão
- LowVisibility/CeilingApproach/Departure – Permitir operações com restrições climáticas com menos infraestrutura de terra
- Operações de superfície – Para aumentar a segurança na aproximação e partida
- Eficiências ATM – Melhorando o processo ATM
Mercado
A Aircraft Electronics Association relata US$ 1,73 bilhão em vendas de aviônicos nos primeiros três trimestres de 2017 na aviação comercial 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 como o prazo dos EUA de 1º de janeiro de 2020 para a abordagem ADS-B obrigatória.
Aviônicos de aeronaves
O cockpit de uma aeronave é um local típico para equipamentos aviônicos, incluindo sistemas de controle, monitoramento, comunicação, navegação, clima e anticolisão. A maioria das aeronaves alimenta seus aviônicos usando sistemas elétricos de 14 ou 28 volts DC; no entanto, aeronaves maiores e mais sofisticadas (como aviões ou aeronaves de combate militar) têm sistemas CA operando a 400 Hz, 115 volts CA. Existem vários fornecedores importantes de aviônicos de voo, incluindo The Boeing Company, Panasonic Avionics Corporation, Honeywell (que agora é proprietária da 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 S.p.A.), Shadin Avionics e Avidyne Corporation.
Os padrões internacionais para equipamentos aviônicos são preparados pelo Comitê de Engenharia Eletrônica das Companhias Aéreas (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 de aeronaves.
O sistema de comunicação de aviação VHF funciona na banda aérea de 118.000 MHz a 136.975 MHz. Cada canal é espaçado dos adjacentes por 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 conversa é realizada no modo simplex. A comunicação da aeronave também pode ocorrer usando HF (especialmente para voos transoceânicos) ou comunicação via satélite.
Navegação
A navegação aérea é a determinação da posição e direção na superfície da Terra ou acima dela. Os aviônicos podem usar sistemas de navegação por satélite (como GPS e WAAS), sistema de navegação inercial (INS), sistemas de navegação por rádio terrestre (como VOR ou LORAN) ou qualquer combinação dos mesmos. Alguns sistemas de navegação, como o GPS, calculam a posição automaticamente e a exibem para a tripulação de voo em exibições de mapa em movimento. Os sistemas de navegação terrestres mais antigos, como VOR ou LORAN, exigem que um piloto ou navegador trace 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 de voo em exibições de mapa em movimento.
Monitoramento
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 monitores, medidores e instrumentos eletromecânicos. Um "copo" cockpit refere-se ao uso de monitores de computador em vez de medidores e outros monitores analógicos. As aeronaves estavam recebendo cada vez 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 de cockpit. Os cockpits de vidro começaram a surgir com o jato particular Gulfstream G-IV em 1985. Um dos principais desafios nos cockpits de vidro é equilibrar quanto controle é automatizado e quanto o piloto deve fazer manualmente. Geralmente eles tentam automatizar as operações de voo, mantendo o piloto constantemente informado.
Sistema de controle de voo da aeronave
As aeronaves possuem meios de controlar automaticamente o voo. O piloto automático foi inventado pela primeira vez por Lawrence Sperry durante a Primeira Guerra Mundial para pilotar aviões bombardeiros estáveis o suficiente para atingir alvos precisos de 25.000 pés. Quando foi adotado pela primeira vez pelos militares dos EUA, um engenheiro da Honeywell sentava-se no banco de trás com um alicate 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, a fim de reduzir o erro do piloto e a carga de trabalho no pouso ou na 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 vôo fly-by-wire e eletro-acionadas (em vez da hidráulica tradicional) aumentou a segurança. Assim como os monitores e instrumentos, os dispositivos críticos que eram eletromecânicos tinham uma vida finita. Com sistemas críticos de segurança, o software é rigorosamente testado.
Sistemas de combustível
Sistema de indicação da 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 temperatura. 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 as bombas e o combustível, válvulas, também gerencia as transferências de combustível em torno de vários tanques.
- Reabastecimento de controle para carregar para uma certa massa total de combustível e distribuí-lo automaticamente.
- Transferências durante o voo para os tanques que alimentam os motores. E.G. de fuselagem para tanques de asa
- Centro de transferências de controle de gravidade da cauda (trim) tanques para a frente para as asas como combustível é gasto
- Manter o combustível nas pontas das asas (para ajudar a parar as asas dobrando devido ao elevador em voo) & transferindo para os tanques principais após aterrissar
- Controlar o jettison de combustível durante uma emergência para reduzir o peso da aeronave.
Sistemas de prevenção de colisões
Para complementar o controle de tráfego aéreo, a maioria das grandes aeronaves de transporte 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 (não interrogam ativamente os transponders de outras aeronaves) e não fornecem avisos para resolução de conflitos.
Para ajudar a evitar o voo controlado contra o terreno (CFIT), as aeronaves usam sistemas como os sistemas de alerta de proximidade do solo (GPWS), que usam altímetros de radar como elemento-chave. Um dos principais pontos fracos do GPWS é a falta de "look-ahead" informações, porque fornece apenas a altitude acima do terreno "olhar para baixo". Para superar essa fraqueza, as aeronaves modernas usam um sistema de alerta de reconhecimento de terreno (TAWS).
Gravadores de voo
Gravadores de dados de cockpit de aeronaves comerciais, comumente conhecidos como "caixas pretas", armazenam informações de voo e áudio do cockpit. Eles geralmente são 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 raios 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. Precipitação intensa (detectada pelo radar) ou turbulência severa (detectada pela atividade de raios) são indicações de forte atividade convectiva e turbulência severa, e os sistemas climáticos permitem que os pilotos se desviem dessas áreas.
Detetores de raios como o Stormscope ou o Strikefinder tornaram-se baratos o suficiente para serem práticos para aeronaves leves. Além da detecção de radar e raios, observações e imagens estendidas de radar (como NEXRAD) estão agora 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 voo. Os monitores modernos permitem que as informações meteorológicas sejam integradas com mapas em movimento, terreno e tráfego em uma única tela, simplificando bastante a navegação.
Os sistemas climáticos modernos também incluem cisalhamento do vento e detecção de turbulência e sistemas de alerta de tráfego e terreno. Os aviônicos meteorológicos em avião são especialmente populares na África, Índia e outros países onde as viagens aéreas são um mercado crescente, mas o suporte terrestre não está tão bem desenvolvido.
Sistemas de gerenciamento de aeronaves
Houve uma progressão para o controle centralizado dos múltiplos sistemas complexos instalados nas aeronaves, incluindo monitoramento e gerenciamento de motores. Os sistemas de monitoramento de saúde e uso (HUMS) são integrados aos computadores de gerenciamento de aeronaves para fornecer aos mantenedores avisos antecipados de peças que precisarão ser substituídas.
O conceito de aviônicos modulares integrados propõe uma arquitetura integrada com software aplicativo portátil em um conjunto de módulos de hardware comuns. Tem sido usado em caças a jato de quarta geração e na última geração de aviões.
Missão ou aviônicos táticos
As aeronaves militares foram projetadas para lançar 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. Assim como no gerenciamento de aeronaves, as plataformas de sensores maiores (como E‑3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) possuem computadores de gerenciamento de missão.
As aeronaves da polícia e EMS também carregam sensores táticos sofisticados.
Comunicações militares
Enquanto as comunicações da aeronave fornecem a espinha dorsal para um voo seguro, os sistemas táticos são projetados para suportar os rigores do campo de batalha. Os 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 direcionamento, etc.).
Radar
O radar aerotransportado foi um dos primeiros sensores táticos. O benefício da altitude fornecendo alcance significou um foco significativo nas tecnologias de radar aerotransportado. Os radares incluem alerta aéreo antecipado (AEW), guerra antissubmarina (ASW) e até mesmo radar meteorológico (Arinc 708) e radar de rastreamento/proximidade terrestre.
Os militares usam radar em jatos rápidos para ajudar os pilotos a voar em níveis baixos. Embora o mercado civil já tenha um radar meteorológico há algum tempo, existem regras rígidas sobre como usá-lo 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 (sonobóias) e estes também são usados para determinar a localização de submarinos inimigos.
Eletro-óptica
Sistemas eletro-ópticos incluem dispositivos como head-up display (HUD), infravermelho avançado (FLIR), busca e rastreamento infravermelho e outros dispositivos infravermelhos passivos (sensor infravermelho passivo). Todos eles são usados para fornecer imagens e informações à tripulação de voo. Essas imagens são usadas para tudo, desde busca e salvamento até auxílios à navegação e aquisição de alvos.
ESM/DAS
Medidas eletrônicas de apoio e sistemas de auxílios defensivos são amplamente utilizados para coletar informações sobre ameaças ou possíveis ameaças. Eles podem ser usados para lançar dispositivos (em alguns casos automaticamente) para combater 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 usando um barramento de dados aviônicos. Protocolos de barramento de dados de aviônicos comuns, com sua aplicação principal, incluem:
- Rede de dados de aeronaves (ADN): Derivado Ethernet para aeronaves comerciais
- Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX): Implementação específica de ARINC 664 (ADN) para aeronaves comerciais
- ARINC 429: Compartilhamento de dados genéricos médios para aeronaves privadas e comerciais
- ARINC 664: Ver ADN acima
- ARINC 629: Aeronave comercial (Boeing 777)
- ARINC 708: Radar meteorológico para aeronaves comerciais
- ARINC 717: Gravador de dados de voo para aeronaves comerciais
- ARINC 825: CAN bus para aeronaves comerciais (por exemplo, Boeing 787 e Airbus A350)
- Autocarro digital padrão comercial
- IEEE 1394b: Aviões militares
- MIL-STD-1553: Avião Militar
- MIL-STD-1760: Avião Militar
- TTP – Time-Triggered Protocol: Boeing 787, Airbus A380, Fly-By-Wire Actuation Platforms from Parker Aerospace