Авиаприбор

Авиаприбор — это обобщённое название приборов и устройств, предназначенных для измерения, контроля, регистрации и индикации параметров полёта, состояния бортовых систем и работы силовых установок летательных аппаратов. Авиационные приборы являются ключевым элементом системы управления воздушным судном, обеспечивая экипаж необходимой информацией для пилотирования, навигации и эксплуатации в любых метеоусловиях и режимах полёта. В зависимости от назначения, авиаприборы подразделяются на пилотажно-навигационные, контрольно-измерительные, сигнальные и регистрирующие.

История развития

Первые авиационные приборы появились на заре авиации, в начале XX века. На самолётах братьев Райт и других пионеров авиации использовались лишь простейшие указатели скорости (трубка Пито) и высоты (барометрический высотомер). По мере усложнения конструкции летательных аппаратов и увеличения дальности полётов возникла необходимость в более точных и надёжных приборах.

В 1910-х — 1920-х годах были разработаны первые гироскопические приборы: авиагоризонт и гирокомпас, что позволило пилотировать самолёты в условиях плохой видимости и ночью. В 1930-х годах в СССР и за рубежом началось серийное производство электрических и механических авиаприборов. В 1940-х — 1950-х годах, с развитием реактивной авиации, потребовались приборы для измерения больших скоростей, высот и перегрузок. В этот период были созданы системы воздушных сигналов (СВС) и инерциальные навигационные системы (ИНС).

С 1960-х годов началось внедрение полупроводниковых датчиков и микросхем, что позволило уменьшить габариты и массу приборов, повысить их точность и надёжность. В 1970-х — 1980-х годах на смену стрелочным индикаторам пришли электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), а затем и жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи). Современные авиаприборы представляют собой сложные цифровые системы, интегрированные в единый комплекс бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО).

Классификация

Авиационные приборы классифицируются по нескольким признакам: по назначению, по принципу действия, по способу представления информации, по типу используемой энергии.

По назначению

• Пилотажно-навигационные приборы (ПНП) — обеспечивают пилотирование и навигацию. К ним относятся: авиагоризонт, указатель скорости, высотомер, вариометр, компас, курсовые системы, навигационные компьютеры.
• Контрольно-измерительные приборы (КИП) — контролируют работу силовой установки и бортовых систем: тахометр, указатель температуры головок цилиндров, указатель давления масла, топливомер, амперметр, вольтметр.
• Сигнальные приборы — предупреждают экипаж о критических режимах или отказах: световые табло, звуковые сигнализаторы, речевые информаторы.
• Регистрирующие приборы — фиксируют параметры полёта для последующего анализа: бортовые самописцы (чёрные ящики), регистраторы параметров.

По принципу действия

• Механические — используют механические перемещения чувствительных элементов (мембраны, пружины, маятники). Пример: барометрический высотомер.
• Электромеханические — преобразуют механическое воздействие в электрический сигнал. Пример: указатель скорости с электродистанционным выходом.
• Электронные (цифровые) — основаны на микропроцессорах, датчиках и дисплеях. Пример: система индикации на лобовом стекле (HUD).
• Гироскопические — используют свойства гироскопа для определения углового положения. Пример: авиагоризонт.
• Радиоэлектронные — работают на основе радиоволн. Пример: радиовысотомер, радиокомпас.

По способу представления информации

• Стрелочные (аналоговые) — информация отображается в виде перемещения стрелки по шкале. Используются в основном на старых типах самолётов.
• Цифровые — информация выводится в виде цифр и символов на дисплей. Характерны для современных самолётов (Boeing 737NG, Airbus A320, Sukhoi Superjet 100).
• Комбинированные — совмещают аналоговые и цифровые элементы. Пример: «стеклянная кабина» (Glass Cockpit).

Устройство и принцип работы

Типовой авиационный прибор состоит из следующих основных узлов:

• Чувствительный элемент (датчик) — воспринимает измеряемую величину (давление, температуру, скорость, угол, ускорение). В современных приборах датчики часто являются микромеханическими (MEMS) или пьезоэлектрическими.
• Преобразователь — преобразует сигнал от датчика в форму, удобную для обработки (например, из аналогового в цифровой).
• Вычислительный блок (микропроцессор) — обрабатывает сигнал, компенсирует погрешности, вычисляет вторичные параметры (например, истинную воздушную скорость).
• Индикатор (дисплей) — отображает информацию экипажу. В современных приборах используются цветные ЖК-дисплеи с высокой яркостью и контрастностью, пригодные для чтения при прямом солнечном свете.
• Блок питания — обеспечивает электропитание прибора (обычно от бортовой сети 27 В или 115 В, 400 Гц).

Принцип работы конкретного прибора зависит от его типа. Например, барометрический высотомер измеряет статическое давление воздуха, которое с высотой уменьшается, и преобразует его в показания высоты. Авиагоризонт использует гироскоп, сохраняющий неизменное положение в пространстве, и показывает отклонение самолёта от горизонта.

Применение

Авиационные приборы используются на всех типах летательных аппаратов: самолётах, вертолётах, дирижаблях, беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), а также на космических кораблях (в модифицированном виде). В гражданской авиации они обеспечивают безопасность полётов в соответствии с международными стандартами ИКАО. В военной авиации авиаприборы интегрируются в системы управления оружием и прицеливания.

Особое значение авиаприборы имеют в условиях полёта по приборам (IFR — Instrument Flight Rules), когда пилот не имеет визуального контакта с землёй и ориентируется исключительно по показаниям приборов. В этом случае отказ или неточность прибора может привести к авиационному происшествию.

Производители и разработка

В России и СССР разработкой и производством авиаприборов занимаются специализированные предприятия. Крупнейшие из них:

• АО «Уральский приборостроительный завод» (УПЗ) — производит пилотажно-навигационные приборы, системы управления, датчики.
• АО «Раменский приборостроительный завод» (РПЗ) — выпускает авиационные часы, тахометры, высотомеры.
• АО «Авиаприбор» (Москва) — разрабатывает и производит системы индикации, регистраторы, контрольно-измерительные приборы.
• АО «Техприбор» (Санкт-Петербург) — специализируется на бортовых самописцах и системах сбора полётной информации.
• АО «ОКБ «Аэрокосмические системы» (Дубна) — занимается созданием интегрированных комплексов БРЭО.

За рубежом ведущими производителями являются Honeywell, Rockwell Collins, Thales, Garmin, Avidyne. Эти компании поставляют авиаприборы для большинства современных гражданских и военных самолётов.

Современные тенденции

Современные авиаприборы развиваются в направлении цифровизации, интеграции и повышения автономности. Основные тенденции:

• Переход к «стеклянным кабинам» — замена традиционных стрелочных приборов на многофункциональные дисплеи (MFD) и системы индикации на лобовом стекле (HUD).
• Использование искусственного интеллекта — для обработки данных, прогнозирования отказов и синтеза речевых подсказок.
• Миниатюризация — применение MEMS-датчиков и нанотехнологий позволяет создавать приборы с массой в несколько граммов.
• Повышение отказоустойчивости — резервирование критических приборов, использование трёх- и четырёхканальных систем.
• Внедрение беспроводных интерфейсов — для передачи данных между приборами и наземными службами.

Интересные факты

• Первый в мире авиагоризонт был создан в 1914 году русским инженером Э. Б. Шуляченко.
• В СССР в 1930-х годах был разработан уникальный прибор «Авиагоризонт АГ-1», который использовался на самолётах И-16 и Пе-2.
• Современные бортовые самописцы («чёрные ящики») способны выдерживать удар с перегрузкой до 3400 g и температуру до 1100 °C в течение 30 минут.
• В самолётах Boeing 787 Dreamliner используется полностью цифровая система индикации с пятью большими ЖК-дисплеями, заменяющими более 20 традиционных приборов.

Источники

• «Авиационные приборы и системы» / Под ред. В. А. Боднера. — М.: Машиностроение, 1985.
• «Энциклопедия авиации» / Под ред. Г. П. Свищёва. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.
• «Справочник авиационного инженера» / Под ред. В. Г. Александрова. — М.: Транспорт, 1991.
• Материалы сайта АО «Уральский приборостроительный завод» (www.upz.ru).
• «История развития авиационного приборостроения в России» — статья в журнале «Авиация и космонавтика», № 3, 2018.