معرفی اویونیک

مقدمه ای بر اویونیک

اویونیک در کنار سازه و موتور یکی از سه جزء اصلی هواپیما و بالگرد است. تقریبا اکثر کارکردهای پرنده به تجهیزات اویونیک آن وابسته است و ایمنی کارایی پرواز را فناوری‌های به کار رفته در اویونیک تعیین می‌کنند. همچنین اویونیک در قیمت تمام شده پرنده نقش تعیین‌کننده‌ای دارد به طوری که در هواپیماهایی غیرنظامی حدود 20 تا 30 درصد هزینه تمام شده مربوط به تجهیزات اویونیک است. در هواپیماهای نظامی ارزش تجهیزات اویونیک می‌تواند تا 70 درصد کل هزینه پرنده باشد. بسیاری از فناوری‌های توسعه داده شده در اویونیک علاوه بر هواپیما و بالگرد، در تانک، زیردریایی و پهپاد نیز کاربرد دارند. البته این فناوری‌ها می‌توانند در کاربردهای غیر نظامی نیز به کار گرفته شوند.

اصطلاح Avionics از ترکیب دو کلمه Aviation و Electronics ایجاد شده است. بنابراین معنای لفظی آن الکترونیک هوانوردی است. معمولا این اصطلاح برای تجهیزات الکترونیکی هواپیما مانند نمایشگرها، کامپیوترها، حسگرها، عملگرها و فرستنده-گیرنده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای اطلاق تجهیزات برقی که مربوط به تولید انرژی الکتریکی، تبدیل ولتاژ و جریان، توزیع انرژی و ذخیره انرژی هستند از اصطلاح Electric استفاده می‌شود. بنابراین اصطلاح جامع‌تر برای تجهیزات برقی پرنده‌ها Avionics and Electric به معنای ”برق و الکترونیک هوانوردی“ است. برخی مواقع از اصطلاح معادل ”الکترو اویونیک“ نیز در این زمینه استفاده می‌شود.

با اینکه معنای لفظی اویونیک ”الکترونیک هوانوردی“ است، به جز الکترونیک، فناوری‌های دیگر مربوط به مخابرات، قدرت، کنترل، سخت‌افزار و نرم‌افزار نیز به صورت گسترده‌ای در تجهیزات اویونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. اویونیک هواپیما شامل سیستم‌های مختلفی است که از طریق گذرگاه‌های داده با یکدیگر در ارتباط هستند. بر اساس نوع کارکرد می‌توان تجهیزات اویونیک را به سیستم‌های مخابراتی، سیستم‌های ناوبری، سیستم کنترل پرواز، سیستم‌های الکتریکی، سیستم‌های ذخیره داده، نمایشگرها و سیستم‌های حفاظتی تقسیم‌بندی نمود. این دسته‌بندی به صورت تصویری در شکل ‏1‑1 نمایش داده شده است. ترکیب سیستم‌های مختلف، برقراری ارتباطات و کنترل زیرسیستم‌های مختلف به‌طوری‌که مجموعه سیستم وظایف محوله خود را انجام دهند به عنوان تلفیق سیستم‌های اویونیک یاد می‌شود. در تلفیق و یکپارچه‌سازی سیستم‌ها وزن، حجم و توان مصرفی تجهیزات همیشه به عنوان چالش‌های اصلی مطرح بوده است.

شکل ‏1‑1 تقسیم‌بندی سیستم‌های اویونیکی هواپیما از نظر کارکرد

سیستم‌های مخابراتی

سیستم‌های مخابراتی در هواپیما به منظور تبادل اطلاعات، صوت و داده با ایستگاه‌های زمینی، دیگر هواپیماها و خدمه هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای ارتباطات گفتاری در هواپیما از سیستم‌های HF، VHF و پنل مدیریت رادیویی و برای ارتباطات داده از سیستم‌های SATCOM و ACARS استفاده می‌شود. سامانه HFبرای ارتباطات داده و صدایی برای مسافت‌های طولانی بین هواپیماهای مختلف و همچنین بین هواپیما و یک یا چند ایستگاه زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سامانهVHFبرای مکالمات بین خلبان و ایستگاه‌های زمینی و بین هواپیماهای مختلف برای بردهای کوتاه بکار می‌رود چراکه امواج VHF از اتمسفر عبور کرده و بصورت دید مستقیم است. سامانهSATCOMدر واقع یک سامانه مخابراتی سیار جهانی بوده که سرویس‌های ارتباطی داده و صوت را برای هواپیماها فراهم می‌آورد. قابل اطمینان‌ترین ارتباط مخابراتی برای یک هواپیما توسطSATCOMو با استفاده از ماهواره‌های سازمان بین‌المللی ماهواره‌ای/دریایی (INMARSAT) فراهم می‌گردد. سامانه گزارش‌دهی و آدرس‌دهی ارتباطات هواپیما (ACARS) یک سیستم دیجیتال است که امکان ارسال پیام‌ها و گزارش‌ها را بین هواپیما و ایستگاه‌های زمینی فراهم می‌کند و برای مدیریت داده‌های نقشه‌ی پرواز و نگهداری داده بین هواپیما و خطوط هوایی به کار می‌رود. برای برقراری ارتباطات داخلی هواپیما مانند تماس خلبان با خدمه پرواز، از تجهیزات تلفنی در نقاط مختلف هواپیما استفاده می‌شود که به‌طور نمونه در هواپیمای ایرباس 320 هشت محل برای آن در نظر گرفته شده است. این نوع ارتباط از طریق خطوط صوتی که در هواپیما نصب شده‌اند برقرار می‌شود. در شکل ‏1‑2 بخش‌های مختلف سیستم‌های مخابراتی نشان داده شده است.

شکل ‏1‑2 بخش‌های مختلف سیستم‌های مخابراتی

سیستم‌های ناوبری

برای تعیین موقعیت و مسیریابی وسیله نقلیه مانند هواپیما، کشتی و فضاپیما از ناوبری استفاده می‌شود. ناوبری اینرسیایی و ناوبری با هدایت رادیویی دو روش اصلی برای ناوبری است. در سال‌های ابتدایی صنعت هوانوردی، قطب‌نما، نقشه و ناوبری کور (Dead reckoning) از جمله روش‌های مورد استفاده برای ناوبری بوده ‌است. امروزه از سیستم‌های نوین نظیر INS ،GPS ،DME و VOR و برای ناوبری هوایی استفاده می‌شود. ناوبری هواپیما فقط در مسیریابی آن خلاصه نمی‌شود، بلکه باید هواپیما را از برخورد به عوارض زمینی و هواپیماهای دیگر حفظ نمود. سیستم‌ اجتناب از برخورد هوایی (TCAS) و سیستم هشدار نزدیکی زمین به ترتیب برای جلوگیری از برخورد هوایی و زمینی هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرد. سامانه INS یک روش ناوبری کاملا مستقل برای هدایت هواپیما است که با استفاده از دیگر سامانه‌های جدید و تلفیق آن‌ها دقت آن به حد قابل قبولی افزایش یافته است. سامانه GPS یک سامانه موقعیت‌یاب جهانی بر پایه ماهواره است که موقعیت را بر اساس طول و عرض جغرافیایی ارائه می‌دهد. سامانه DME یک دستیار رادیویی برای ناوبری برد متوسط است که فاصله برد مستقیم هواپیما تا ایستگاه تجهیزات DME را اندازه می‏گیرد و با توجه به موقعیت جغرافیایی تجهیزات آن عملیا ناوبری انجام می‌شود. سامانه VOR یک سیستم کمک ناوبری است که جهت نشان دادن سمت پرواز به سوی یک ایستگاه زمینی و ناوبری بین مسیرها استفاده می‌شود. سامانه اجتناب از برخورد هوایی یکی از مهم‌ترین سامانه­های موجود در هر هواپیمای مسافربری برای نظارت بر اطراف خود است. در این سامانه با شناسایی هواپیماها و مشخصات پروازی آن‌ها نظیر سرعت، ارتفاع و جهت، پروازی ایمن را برای هواپیما فراهم می­کند. این سامانه درجه­ای از هشدار و یا اعلام فرمان و مانور لازم را برای جلوگیری از برخورد تامین می‌کنند. سامانه EGPWS برای جلوگیری از برخورد هواپیما با عوارض زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سامانه در هنگام خطر اخطارهایی را بصورت دیداری و شنیداری برای خلبان ارسال می‌کند. در شکل ‏1‑3 بخش‌های مختلف تجهیزات ناوبری نشان داده شده است.

شکل ‏1‑3 تقسیم‌بندی تجهیزات ناوبری

سیستم‌های کنترل پرواز

کنترل پرواز امری است که از ابتدا مورد توجه سازندگان هواپیما بوده است و با پیشرفت فناوری‌های این عرصه تلاش بسیاری جهت بهبود روش‌های کنترلی انجام گرفته است. این پیشرفت سبب کمرنگ شدن نقش خلبان در کنترل شده و در طول یک پرواز تجهیزات خلبان خودکار بسیاری از امور مربوط به هدایت را انجام می‌دهند. بطور کلی سامانه‌های نظیر واحد کنترل پرواز، سیستم مدیرت و هدایت پرواز و سطوح کنترلی پرواز نقش اساسی در کنترل هواپیما ایفا می‌کنند. سیستم مدیریت و هدایت پرواز؛ زمان پرواز، مسافت طی شده، سرعت، مولفه‌های بهینه‌ی و ارتفاع هواپیما را محاسبه می‌کند. این سیستم فعالیت‌های کابین را کاهش، بازدهی را افزایش و بسیاری از اعمالی که به صورت معمول باید توسط خلبان انجام گیرید را حذف می‌کند. واحد کنترل پرواز یکی از بخش‌های اساسی کنترل و هدایت پرواز در اغلب هواپیماهای تجاری و نظامی امروزی و یکی از اجزای سامانه‌ی پرواز خودکار است. این سامانه به همراه واحد کنترل پرواز و سایر اجزای خود در راستای کاهش بار کاری خلبان و بهبود ایمنی و نظم پرواز عمل می‌کند. در هر هواپیما سطوح کنترل نقش هدایت و پایداری پرواز را به عهده دارند. در هر هواپیما سطوح کنترل نقش هدایت و پایداری پرواز را به عهده دارند. سطوح کنترلی شامل Rudder، Aileron، Flap، Slat، Spoiler، Elevator و THS که هر کدام به نحوی در رول، پیچ و انحراف چپ و راست هواپیما نقش دارند. در هر هواپیما سطوح کنترلی نقش هدایت و پایداری پرواز را حول سه محور غلت(Roll)، تاب (Pitch) و گردش (Yaw) بر عهده دارند که برای کنترل آن‌ها از کامپیوترهای کنترل پرواز استفاده می‌شود. سیستم‌های کنترلی جدید از فناوری پرواز باسیم(Fly-By-Wire) بهره‌ می‌برند به‌طوری‌که تغییرات اعمالی توسط تجهیزات کنترلی به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل شده و منتقل می‌شوند. درشکل ‏1‑4 سامانه‌های کنترلی هواپیما نشان داده شده‌اند.

شکل ‏1‑4 بخش‌های مختلف سیستم‌های کنترلی

سیستم‌های الکتریکی

تولید، انتقال، ذخیره‌سازی و تبدیل انرژی در هواپیما توسط سیستم‌های الکتریکی انجام می‌شود. سیستم‌های الکتریکی از نظر سرویس‌دهی به دو گروه اصلی و اضطراری و از نظر ولتاژ الکتریکی به دو گروه AC و DC دسته‌بندی می‌شوند. نقش تامین انرژی و توان مورد نیاز هواپیما را بر عهده دارند. منابع تامین انرژی به دسته اصلی و اضطراری تقسیم‌ می‌شوند. ژنراتورهای اصلی هواپیما برق سه فاز 115/200 VAC را در فرکانس 400 هرتز را تولید می‌کنند. در صورت قطع توان ژنراتورهای اصلی، ژنراتورهای اضطراری که شامل واحد توان کمکی و باتری‌ها هستند، وظیفه تامین انرژی هواپیما را برعهده دارند. برق جریان متناوب هواپیما در مواقع اضطراری از طریق ژنراتور APU تامین می‌گردد. این ژنراتور میتواند در حین پرواز جایگزین یک یا هردوی ژنراتورهای موتورگرد (اصلی) شود. همچنین این ژنراتور در روی زمین هم در صورت نبودن منبع ولتاژ خارجی، برق هواپیما را تامین می کند. برق DC هواپیما توسط دو باتری تأمین می‌شود که هر کدام از آن‌ها توان نامی 23 آمپر ساعت دارند. این منابع تغذیه اصولا برای موارد راه‌اندازی APU در پرواز و در روی زمین و تغذیه شبکه DC/AC اضطراری استفاده می‌شوند. در شکل ‏1‑5 بخش‌های مختلف سیستم‌های الکتریکی نشان داده شده است.

شکل ‏1‑5 بخش‌های مختلف سیستم‌های الکتریکی

سیستم‌های ذخیره اطلاعات به منظور حفظ و نگهداری اطلاعات برخی از سیستم‌های هواپیما بکار می‌روند. این اطلاعات می‌تواند هنگام بررسی رخدادها، تصادفات و همچنین امور تعمیر و نگهداری هواپیما به تکنسین‌ها کمک نماید. همچنین سیستم نمایشگر خطا مرکزی یکی از تجهیزاتی است که برای انجام امور تعمیر و نگهداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک پنل کنترلی نیز در کابین خلبان وجود دارد که خلبان دستورات مربوط به آزمایش سیستم‌های مختلف را در آن وارد می‌کند و داده‌های حاصل از آزمایش در سیستم‌ ذخیره اطلاعات نگهداری می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر پیرامون رشته اویونیک می‌توانید کتابچه آشنایی با رشته اویونیک را از لینک زیر دانلود نمایید.