В авиации электронная система пилотажных приборов ( EFIS ) — это система отображения пилотажных приборов в кабине самолета , которая отображает данные полета электронным, а не электромеханическим способом. EFIS обычно состоит из основного пилотажного дисплея (PFD), многофункционального дисплея (MFD) и дисплея системы индикации двигателя и оповещения экипажа (EICAS). В ранних моделях EFIS использовались дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), но сейчас более распространены жидкокристаллические дисплеи (ЖКД). Комплексный электромеханический индикатор ориентации (ADI) и индикатор горизонтального положения (HSI) были первыми кандидатами на замену EFIS. Однако сейчас немногие приборы кабины экипажа не могут быть заменены электронным дисплеем.
В кабине экипажа дисплеи являются наиболее очевидными частями системы EFIS и являются функциями, которые привели к появлению термина « стеклянная кабина» . Блок отображения, заменяющий искусственный горизонт, называется основным полетным дисплеем (PFD). Если HSI заменяется отдельным дисплеем, он называется навигационным дисплеем. PFD отображает всю информацию, важную для полета, включая калиброванную воздушную скорость , высоту, курс, положение, вертикальную скорость и рыскание. PFD предназначен для улучшения ситуационной осведомленности пилота за счет объединения этой информации на одном дисплее вместо шести различных аналоговых приборов, что сокращает время, необходимое для наблюдения за приборами. PFD также повышают ситуационную осведомленность, предупреждая экипаж о необычных или потенциально опасных условиях — например, о низкой скорости полета, высокой скорости снижения — путем изменения цвета или формы дисплея или путем подачи звуковых предупреждений.
Некоторые производители используют названия «Электронный индикатор положения» и «Электронный индикатор горизонтального положения». [1] Однако смоделированный ADI является лишь центральным элементом PFD. Дополнительная информация накладывается на это изображение и располагается вокруг него.
Многофункциональные дисплеи могут сделать ненужным отдельный навигационный дисплей. Другой вариант — использовать один большой экран для отображения PFD и навигационного дисплея.
PFD и навигационный дисплей (и многофункциональный дисплей, если он установлен) часто физически идентичны. Отображаемая информация определяется системными интерфейсами, на которых установлены дисплеи. Таким образом, упрощается хранение запасных частей: один дисплейный блок можно установить в любом положении.
ЖК-мониторы выделяют меньше тепла, чем ЭЛТ; преимущество в перегруженной панели приборов. Они также легче и занимают меньший объем.
_on_Boeing_747-400_(cropped).jpg/1280px-Navigation_Display_(ND)_on_Boeing_747-400_(cropped).jpg)
MFD (многофункциональный дисплей) отображает навигационную и метеорологическую информацию от нескольких систем. MFD чаще всего проектируются как «картографические», где экипаж может накладывать различную информацию на карту или диаграмму. Примеры наложенной информации MFD включают текущий план маршрута самолета, информацию о погоде от бортового радара или датчиков обнаружения молний или наземных датчиков, например, NEXRAD, ограниченного воздушного пространства и движения самолетов. MFD также можно использовать для просмотра других типов данных без наложения (например, текущего плана маршрута) и расчетных данных типа наложения, например, радиуса планирования самолета, заданного текущего местоположения на местности, ветра и скорости самолета и высота.
МФД также могут отображать информацию о системах самолета, таких как топливные и электрические системы (см. EICAS ниже). Как и в случае с PFD, MFD может изменять цвет или форму данных, чтобы предупреждать экипаж об опасных ситуациях.
EICAS (система индикации двигателя и оповещения экипажа) отображает информацию о системах самолета, включая его топливную, электрическую и двигательную системы (двигатели). Дисплеи EICAS часто имитируют традиционные круглые датчики, а также обеспечивают цифровое считывание параметров.
EICAS улучшает ситуационную осведомленность, позволяя летному экипажу просматривать сложную информацию в графическом формате, а также предупреждая экипаж о необычных или опасных ситуациях. Например, если двигатель начинает терять давление масла, EICAS может подать сигнал тревоги, переключить дисплей на страницу с информацией о масляной системе и выделить данные о низком давлении масла красной рамкой. В отличие от традиционных круглых манометров, можно установить множество уровней предупреждений и сигналов тревоги. При разработке EICAS необходимо соблюдать надлежащую осторожность, чтобы гарантировать, что летный экипаж всегда получает самую важную информацию и не перегружен предупреждениями или сигналами тревоги.
ECAM — это аналогичная система, используемая Airbus, которая помимо обеспечения функций EICAS также рекомендует меры по исправлению ситуации.
EFIS предоставляет пилотам элементы управления, которые позволяют выбирать диапазон и режим отображения (например, карту или компас) и вводить данные (например, выбранный курс).
Там, где другое оборудование использует входные данные пилота, шины данных транслируют выбор пилота, так что пилоту нужно ввести выбор только один раз. Например, пилот выбирает желаемую высоту выравнивания на блоке управления. EFIS повторяет выбранную высоту на PFD и, сравнивая ее с фактической высотой (от компьютера воздушных данных), генерирует сообщение об ошибке высоты. Тот же выбор высоты используется автоматической системой управления полетом для выравнивания, а также системой оповещения о высоте для выдачи соответствующих предупреждений.
Визуальное отображение EFIS создается генератором символов. Он получает входные данные от пилота, сигналы от датчиков и выбранный пилотом формат EFIS. Генератор символов может иметь другие названия, например, компьютер обработки дисплея, блок электроники дисплея и т. д.
Генератор символов делает больше, чем просто генерирует символы. Он имеет (по крайней мере) средства мониторинга, графический генератор и драйвер дисплея. [2] Входные данные от датчиков и элементов управления поступают по шинам данных и проверяются на достоверность. Выполняются необходимые вычисления, а графический генератор и драйвер дисплея выдают входные данные для блоков отображения.
Как и персональные компьютеры, системы пилотажных приборов нуждаются в средствах самотестирования при включении питания и непрерывном самоконтроле. Однако системы пилотажных приборов нуждаются в дополнительных возможностях мониторинга:
Традиционные (электромеханические) дисплеи оснащены синхронизирующими механизмами, которые передают показания тангажа, крена и курса, показанные на приборах капитана и первого помощника капитана, на компаратор приборов. Компаратор предупреждает о чрезмерных различиях между дисплеями капитана и старшего помощника. Даже такая неисправность [ 3] , как, скажем, заклинивание в механизме вращения ADI, вызывает предупреждение компаратора. Таким образом, прибор-компаратор обеспечивает как мониторинг компаратора, так и мониторинг дисплея.
С помощью EFIS функция сравнения проста: совпадают ли данные по крену (угол крена) от датчика 1 с данными по крену от датчика 2? В противном случае отобразите предупреждающую надпись (например, CHECK ROLL ) на обоих PFD. Сравнительные мониторы выдают предупреждения о скорости полета, тангаже, крене и высоте. Более продвинутые системы EFIS имеют больше мониторов-компараторов.
В этом методе каждый генератор символов содержит два канала мониторинга дисплея. Один канал, внутренний, передает выходные данные своего собственного генератора символов на блок отображения и вычисляет, например, какое положение крена должно давать такое показание. Это вычисленное положение по крену затем сравнивается с данными, полученными в генераторе символов от INS или AHRS . Любая разница, вероятно, возникла из-за неправильной обработки и вызывает предупреждение на соответствующем дисплее.
Внешний канал мониторинга осуществляет такую же проверку генератора символов на другой стороне кабины экипажа: генератор символов капитана проверяет первого помощника капитана, первый помощник капитана проверяет капитана. Какой бы генератор символов ни обнаружил неисправность, он выводит предупреждение на свой дисплей.
Внешний канал мониторинга также проверяет входные сигналы датчиков (на генератор символов) на корректность. Ложный входной сигнал, например, высота радиовысоты, превышающая максимальную высоту радиовысотомера, приводит к выдаче предупреждения.
На разных этапах полета пилоту необходимы разные комбинации данных. В идеале авионика отображает только используемые данные, но электромеханический прибор должен постоянно находиться в поле зрения. Чтобы улучшить четкость дисплея, ADI и HSI используют сложные механизмы для временного удаления лишних показаний, например, удаления шкалы глиссады, когда она не нужна пилоту.
В нормальных условиях EFIS может не отображать некоторые индикаторы, например вибрацию двигателя. Только когда какой-либо параметр выходит за свои пределы, система отображает показания. Аналогичным образом, EFIS запрограммирована на отображение шкалы и указателя глиссады только во время захода на посадку по ILS .
В случае сбоя ввода электромеханический прибор добавляет еще один индикатор — обычно на ошибочных данных появляется полоска. С другой стороны, EFIS удаляет неверные данные с дисплея и заменяет их соответствующим предупреждением.
Режим устранения беспорядка активируется автоматически, когда обстоятельства требуют внимания пилота к определенному предмету. Например, если самолет наклоняется вверх или вниз за пределы установленного предела - обычно от 30 до 60 градусов - указатель ориентации убирает из поля зрения другие предметы, пока пилот не доведет тангаж до приемлемого уровня. Это помогает пилоту сосредоточиться на наиболее важных задачах.
Традиционные инструменты уже давно используют цвет, но не имеют возможности менять цвет, чтобы указать на какое-то изменение состояния. Технология электронного отображения EFIS не имеет такого ограничения и широко использует цвет. Например, когда самолет приближается к глиссаде, синяя надпись может указывать на то, что глиссада включена, а при захвате цвет может измениться на зеленый. Типичные системы EFIS имеют цветовую кодировку навигационных стрелок, отражающую тип навигации. Зеленые стрелки обозначают наземную навигацию, такую как VOR, курсовой маяк и системы ILS. Пурпурные стрелки обозначают GPS-навигацию.
EFIS обеспечивает универсальность, избегая некоторых физических ограничений традиционных инструментов. Пилот может переключить тот же дисплей, на котором отображается индикатор отклонения от курса, на отображение запланированного курса, предоставляемого системой зональной навигации или управления полетом. Пилоты могут наложить изображение метеорологического радара на отображаемый маршрут.
Гибкость, обеспечиваемая модификациями программного обеспечения, сводит к минимуму затраты на реагирование на новые правила и оборудование самолетов. Обновления программного обеспечения могут обновлять систему EFIS, расширяя ее возможности. Обновления, представленные в 1990-х годах, включали систему предупреждения о близости земли и систему предотвращения дорожно-транспортных происшествий .
Некоторая степень резервирования доступна даже при простой установке EFIS с двумя экранами. В случае сбоя PFD функция переключения передачи перемещает важную информацию на экран, обычно занимаемый навигационным дисплеем.
В конце 1980-х годов EFIS стала стандартным оборудованием на большинстве авиалайнеров Boeing и Airbus , а в 1990-х годах многие бизнес-самолеты внедрили EFIS.
Недавние достижения в области вычислительной мощности и снижение стоимости жидкокристаллических дисплеев и навигационных датчиков (таких как GPS и система ориентации и курса ) привели EFIS к самолетам авиации общего назначения . Яркими примерами являются Garmin G1000 и Chelton Flight Systems EFIS-SV.
Несколько производителей EFIS сосредоточились на рынке экспериментальных самолетов , производя системы EFIS и EICAS всего за 1000–2000 долларов США . Низкая стоимость возможна за счет резкого падения цен на датчики и дисплеи, а оборудование для экспериментальных самолетов не требует дорогостоящей сертификации Федерального управления гражданской авиации . Этот последний пункт ограничивает их использование экспериментальными самолетами и некоторыми другими категориями самолетов в зависимости от местных правил. Несертифицированные системы EFIS также встречаются в легких спортивных самолетах , включая сверхлегкие и сверхлегкие самолеты заводской сборки. Эти системы могут быть установлены на сертифицированных воздушных судах в некоторых случаях в качестве вспомогательных или резервных систем в зависимости от местных авиационных правил.