Авионика

Индикатор системы предупреждения столкновений самолётов в воздухе (TCAS)

Авионика (от авиация и электроника; в отечественной литературе чаще используются названия БРЭО - бортовое радиоэлектронное оборудование и АО — авиационное оборудование) — совокупность пилотажно-навигационных электронных бортовых устройств, устанавливаемых на борту воздушного судна — самолёте, вертолёте и других, формирующий для экипажа и автопилота информацию, необходимую для управления полётом и обеспечения его безопасности. Как правило термин подразумевает под собой весь комплекс электронного оборудования, установленного на борту летательных аппаратов. Он охватывает электронные системы, используемые на космических кораблях и искусственных спутниках.

В Военно-воздушных силах РФ имеется чёткое деление бортового оборудования на БРЭО (БРЭО; для своей работы оно излучает и/или принимает радиоволны) и авиационное оборудование (АО; большинство систем АО тоже содержат в своём составе электронные компоненты, но во время своей работы не используют радиоволны). В свою очередь, БРЭО также имеет деление на то, которое создано для излучения или приёма радиоволн. Что касается авиационного оборудования, то это приборы, механизмы, агрегаты, которые в своей работе используют электрический ток, но при этом радиоволны отсутствуют. Военные летательные аппараты могут быть оснащены электронным оружием, но они являются отдельной частью оборудования.

Также авионика, как и всё авиастроение, подразделяется на гражданскую, то есть ту, которая устанавливается на коммерческих воздушных судах, и военную — на военных воздушных судах авионику. В гражданской авиации системы АО и РЭО объединены и обслуживаются специалистами по АиРЭО. На борту военной техники присутствуют системы авиационного вооружения, которые в большинстве содержат электронные узлы, но являются отдельным видом оборудования. Соответственно отличают и рынки систем авионики. В отечественной авиации разделяются и специалисты по силовым установкам и гражданским самолётам, так одни занимаются авиационными системами, а другие — радиоэлектронным оборудованием.

Базовыми элементами такого оборудования являются системы навигации, коммуникации и управления. Каждая из этих систем содержит большое количество элементов, так в оборудовании управления можно выделить системы поисковых прожекторов и технологичных радаров.

Авионика в конструкции летательного аппарата

Конструкция самолёта

Обязательные элементы конструкции авиации и состав бортового оборудования регламентируются Федеральными авиационными правилами инженерно-авиационного обеспечения государственной авиации, утверждённым приказом Министра обороны Российской Федерации от 9 сентября 2004 года № 044, которые пришли на смену Наставлению по Инженерно-авиационному обеспечению авиации Вооружённых Сил НИАО-90 1991 года.

Согласно пункту 241 Правил в состав Вооружённых Сил входят:

• планер и его системы;
• двигатель и его системы;
• бортовое оборудование.

Для планер и его систем предусмотрены следующие обязательные элементы конструкции:

• фюзеляж: гондолы двигателей (пилоны), оперение, фонарь, окна, крыло, двери, люки, створки;
• систему кондиционирования;
• систему управления ВС;
• топливную систему;
• гидравлическую систему;
• противообледенительную систему;
• систему предупреждения и ликвидации помпажа;
• бытовое оборудование;
• противопожарное оборудование;
• шасси;
• пневматическую систему;
• систему водоснабжения и удаления отбросов;
• бортовую вспомогательную силовую установку;
• воздушные винты;
• винты вертолетов;
• тормозную посадочную парашютную систему;
• систему катапультирования;
• систему управления входным устройством (воздухозаборником).

Двигатель и его системы включают:

• двигатель (газотурбинный, поршневой);
• топливную систему;
• масляную систему;
• устройство изменения направления вектора тяги;
• систему отбора воздуха;
• систему управления двигателем;
• систему выхлопа;
• систему запуска;
• трансмиссию (у вертолёта).

Бортовое оборудование летательного аппарата

В состав бортового оборудования Вооружённых Сил входят АВ, АО, РЭО

• авиационное вооружение,
• авиационное оборудование,
• радиоэлектронное оборудование,

Бортовое оборудование конструктивно состоит из:

• бортовых устройств — законченных сборочных единиц, включающих блоки, приборы, агрегаты и реализующих какие-либо частные технические задачи;
• бортовых систем — функционально связанных устройств, блоков, агрегатов, предназначенных для решения одной или нескольких частных задач;
• бортовых комплексов — функционально связанных бортовых систем и устройств, объединенных общими алгоритмами и централизованными вычислительными системами, предназначенных для решения одной или нескольких задач различными способами.

В соответствии с Наставлением по Инженерно-авиационному обеспечению авиации Вооружённых Сил, к бортовым системам летательного аппарата относятся:

В состав Авиационного оборудования ВС входят электрооборудование, электронные и электрические системы управления силовыми установками, электронная автоматика авиационного оборудования, приборное оборудование, кислородное оборудование, защитное снаряжение лётчика, фотографические и тепловые средства разведки и поиска, специальные (нерадиотехнические) средства поиска подводных лодок, бортовые автоматизированные средства контроля, бортовые устройства регистрации полётных данных общего назначения. Полный перечень авиационного оборудования содержит приложение № 3.13 Правил.

В состав Радиоэлектронного оборудования ВС входят комплексы и системы радиосвязи, радиотехнические системы навигации, самолётовождения и посадки, радиоэлектронные комплексы и системы бомбометания и десантирования, радиоэлектронные комплексы и системы управления, наведения и целеуказания, радиоэлектронные комплексы и системы поиска и обнаружения воздушных и наземных целей и подводных лодок, прицеливания и управления авиационным вооружением, системы радиолокационного опознавания и активного ответа, комплексы и средства радиоэлектронной разведки, комплексы и средства радиоэлектронной борьбы, электронные вычислительные средства радиоэлектронного оборудования, радиоаппаратура поисково-спасательных систем, разведывательно-ударные комплексы, комплексы радиолокационного дозора и наведения, комплексы воздушных пунктов управления и ВС-ретрансляторов, аппаратура лётного контроля наземных средств связи и РТО полётов, средства объективного контроля учебно-боевых действий радиолокационных комплексов. Полный перечень радиоэлектронного оборудования приведён в приложении № 3.14 Правил.

Кроме этого выделяют Съёмное оборудование в состав которого входят агрегаты, блоки, модули, контейнеры, модули-контейнеры и другие устройства, которые устанавливаются на ВС дополнительно (или взамен) для обеспечения выполнения конкретного полетного задания.

Оборудование для управления летательным аппаратом:

• Система навигации.
• Система индикации.
• Система связи.
• Система, осуществляющая управление полётом, типа FCS.
• Система, отвечающая за предупреждение столкновения в воздухе, типа TCAS.
• Общая система управления.
• Оборудование метеонаблюдения.
• Оборудование регистрации всех параметров полёта. Это бортовые самописцы и средства контроля.

Оборудование управления вооружением:

• Сонары (гидролокатор).
• Электронно-оптическое оборудование.
• Радары.
• Системы для поиска и фиксации цели.
• Аппаратура для управления вооружением.

История

На первых самолётах лётчик осуществлял полёт только на основе собственных ощущений — зрительных, тактильных, слуховых. По мере усложнения самолетов и их моторов в кабинах стало появляться разнообразное оборудование, помогающее лётчику выполнять полёт. Одними из первых приборов были указатель скорости и указатель высоты полёта, затем появились приборы дистанционного контроля работы двигателей: тахометр, указатель давления масла, указатель количества бензина.

Полёты в облаках, без видимости наземных ориентиров и линии горизонта потребовали разработки приборов — авиагоризонта и указателя поворота. Для связи с землёй на борт стали устанавливать радиоприёмники и передающие (как тогда говорили — передаточные) радиостанции. Всё это оборудование потребовало разработки более сложных и мощных бортовых источников энергии (см. ст. Бортовая система электроснабжения летательных аппаратов).

Процесс увеличения числа и разнообразия элементов оборудования самолётов шёл параллельно с развитием авиации и усложнением задач, выполняемых ею.

Усложнение бортового оборудования самолётов потребовало отдельного обучения авиационных специалистов узкого профиля, которые готовили к применению в полёте всё это оборудование. Так появились авиационные механики и авиационные техники по обслуживанию и ремонту бортового электрооборудования, приборов и радио, и которое в то время объединялось одним термином — спецоборудование.

В это время в авиационных частях ещё не существовало отдельной службы по спецоборудованию. Инженеров для научно-испытательных учреждений, а также преподавателей авиационных училищ по спецоборудованию с 1923 года готовили в Академии Воздушного Флота имени Н. Е. Жуковского на кафедре «Электрорадиотехника», входившей в состав единственного тогда инженерного факультета.

В результате проводившихся накануне второй мировой войны реформ в 1938 году в ВВС Красной Армии создаётся инженерная авиационная служба (ИАС) по спецоборудованию. В штаты частей вводится должности инженеров по спецоборудованию, на которых замыкаются все узкие специалисты про радио, приборам, электрике и навигации.

28 ноября 1938 года при Ейском Военно-морском авиационном училище им. И. В. Сталина были созданы Курсы специальных служб Морской авиации. Это было первое в СССР учебное заведение авиации, готовившее инженеров-механиков, инженеров-электриков, инженеров по радио и синоптиков. 11 мая 1940 года курсы были преобразованы в Военно-морское авиационное училище спецслужб и перебазировано в город Сортавала (в дальнейшем было сформировано Рижское высшее военное авиационное инженерное училище имени Якова Алксниса)

В апреле 1941 года в Военно-воздушной академии РККА им. профессора Жуковского был создан факультет по специальности «Электроспецоборудование самолётов». Аналогичный факультет был создан в Ленинградской ВВА им. Можайского.

Изначально авионику и электронное оборудование для автоматизации начали заказывать военные для выполнения большого круга военных задач и повышения точности выполнения боевых миссий. В годы Великой Отечественной войны произошёл качественный рывок в развитии авиации, повлёкший за собой значительное усложнение бортового оборудования самолётов. В авиационных объединениях впервые вводятся должности инженеров по радиооборудованию.

В послевоенные годы происходит интенсивное развитие самолётов, двигателей (уже реактивных) и их систем. Это потребовало в 50-х годах официального разделения специальности «Спецоборудование» на «Радиоэлектронное оборудование» (РЭО) и «Авиационное оборудование» (АО), и создания соответствующих структур в частях и подразделениях ВВС.

Если в годы ВОВ радиооборудование самолётов было представлено в основном двумя системами — это связные радиостанции и радиокомпасы, то в следующее десятилетие получили развитие такие технически сложные изделия, как радиолокационные прицелы и баллистические вычислители, радиовысотомеры и радиодальномеры, системы слепой посадки и самолётовождения, системы опознавания государственной принадлежности и др.

В эти же годы появляется первые бортовые счётно-решающие устройства, такие как вычислители стрельбы из бортового оружия, автоматически просчитывающие в реальном времени углы упреждения, рассогласование между визиром прицела и стволами оружия. На бомбардировщиках появляются ламповые навигационные вычислители (счислители пути). Происходит окончательная специализация наземного обслуживающего персонала по специальностям: «Самолёт и двигатель», «Авиационное вооружение», «Авиационное оборудование» и «Радиоэлектронное оборудование».

В связи с тем, что на пассажирских воздушных судах бортовое оборудование значительно проще по составу, по сравнению с летательными аппаратами военного назначения, в гражданской авиации разделения на отдельные службы по АО и РЭО не произошло (а систем авиационного вооружения на борту нет, что вполне естественно). В системе «Аэрофлота», а затем и в коммерческих авиакомпаниях РФ весь инженерно-технический персонал работает по двум основным специальностям — это «Самолёт и Двигатель» (С и Д) и «Авиационное и Радиоэлектронное оборудование» (А и РЭО), что в принципе соответствует термину «Авионика».

Термин «авионика» появился в странах Запада в начале 1970-х годов, когда с развитием электронной техники и появлением бортовых цифровых вычислительных машин и бортовых вычислительных комплексов стало возможным размещать принципиально новые автоматизированные системы на летательных аппаратах, обеспечивающие его управление как в военной, так и в гражданской авиации. Это прежде всего системы связи, навигации, индикации, управления полётом, предупреждения столкновений, метеонаблюдения, регистрации параметров полёта, включая средства объективного контроля (бортовой накопитель). Именно в это время были созданы первые бортовые компьютеры для самолётов. Кроме этого, начали использовать большое количество автоматических систем контроля и управления.

Для военных самолётов это также и системы управления вооружением, включающие радиолокационные станции (радары), акустические системы (сонары), электронно-оптические средства обнаружения целей, средства адиоэлектронной борьбы. В комплекс авиационных средств поиска и обнаружения подводных лодок включается гидроакустическая, магнитометрическая и ИК-аппаратура. На авиационных комплексах радиолокационного дозора и наведения устанавливается специальный приёмо-передающий центр для обмена информацией с автоматизированной системой управления вооружённых сил. Воздушные пункты управления также оснащаются специальными средствами связи и автоматизации процессов управления.

С массовым появлением в эксплуатации в России коммерческих самолётов иностранного производства (и с их регламентом технической эксплуатации) специалистов по АО и РЭО стали называть авиониками.

• Авиационное оборудование
• 

  Бортовая радиолокационная станция «Сапфир-23» истребителя МиГ-23

• 

  Бортовая радиолокационная станция «Н011 Барс» самолёт Су-30

• 

  Выпрямительное устройство ВУ-6Б подсистемы электроснабжения постоянным током в техническом отсеке самолёта Ту-154

• 

  Американский бортовой авиационный радиоприёмник BC-348, в СССР производился под наименованием УС-9

Постепенно стоимость систем бортовой электроники стала составлять бо́льшую часть общей стоимости воздушного судна. Стоимость систем авионики составляет бóльшую часть общей стоимости летательного аппарата и достигает, например, для военных самолётов 5-го поколения около 80 % от общей стоимости самолёта, что справедливо, например, для истребителей типа F-15E и F-14. Системы управления полётом и пилотажно-навигационные комплексы стали неотъемлемой частью гражданской авиации.

Дальнейшее развитие авионики связано с научно-техническими достижениями в электронике и постоянно растущими требованиями к авиационной технике и направлено на решение проблемы передачи интеллектуальных функций человека электронно-вычислительным системам с переходом от автоматизированных к полностью автоматическим системам, к электронным системам робототехники.

Интерфейсы авионики

Интерфейсы или протоколы шины данных авионики используются авиационными сетями для соединения систем авионики военных и коммерческих самолётов. Эти протоколы позволяют различным системам взаимодействовать и обмениваться информацией, что необходимо для эффективного и безопасного выполнения полётов.

Стандарты обмена данными

• AFDX — стандарт передачи данных, запатентованный международным производителем самолетов Airbus для критически важных по безопасности приложений, использующая выделенную полосу пропускания при обеспечении заданного качества обслуживания (QoS).
• ARINC 429 — стандарт авиатранспортной промышленности на передачу цифровых данных между элементами систем авионики;
• ARINC 664 — стандарт передачи данных между бортовым оборудованием воздушного судна;
• ARINC 629 — стандарт на компьютерную шину для применения в авионике, является усовершенствованным вариантом ARINC 429;
• ARINC 708 — спецификация бортовых импульсно-доплеровских метеорологических радиолокационных систем, которые в основном используются на коммерческих самолётах.
• ARINC 717 — усовершенствованный протокол ARINC 573, который описывает выходной формат авиационных цифровых самописцев полётных данных.
• MIL-STD-1553 — стандарт Министерства обороны США, распространяется на магистральный последовательный интерфейс с централизованным управлением, применяемый в системе электронных модулей.
• SpaceWire — стандарт для сетей связи космического корабля, частично основанная на стандарте связи IEEE 1355.
• 847АТ — отечественный интерфейс, разработан в середине 1960-х годов для обмена информацией между цифровыми и аналоговыми устройствами на борту самолёта.

Стандарты ARINC разрабатываются Комитет по электронной технике авиакомпаний (AEEC)

Конструктивы

• PC/104
• PC/104Plus
• MicroPC

Шины расширения

• VMEbus

Всемирно принятые стандарты коммуникации:

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

Конструктивы:

• MicroPC.
• PC/104Plus.
• PC/104.

Шины расширения:

• VMEbus.

Литература

• Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. — М.: Военное издательство, 1989. — 248 с. — ISBN 5-203-00138-3.

Ссылки

• Российская авионика нуждается в земной опоре // «Промышленные ведомости»
• Соболев Л. Б. «Авионика в современном авиастроении» в «Экономический анализ: теория и практика» № 10 (2016)
• «Федеральные авиационные правила инженерно-авиационного обеспечения государственной авиации РФ»
• Движемся к независимости: Итоги форума «Российская современная авионика — 2022»