Авиация в эпоху цифровых технологий - Aviation in the Digital Age
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Март 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
В Информационный век обычно считается прибывшим с Интернет поскольку он разрабатывался в 1970-х и внедрялся в 1980-х, и продолжает развиваться по сей день. То же самое и с внедрением цифровых технологий в авиации примерно в то же время и продолжается сегодня.
Использование цифровых компьютеров в проектировании самолетов было разработано крупными аэрокосмическими компаниями на протяжении 1970-х годов и включало такие методы, как CAD, CAM, анализ напряжений конструктивных элементов с использованием FEA и для аэродинамического моделирования.[1] Композитные материалы лучше, чем металл, поддаются плавным "органическим" аэродинамическим формам с высокой эффективностью, а появление сложных компьютерных систем проектирования и моделирования привело к расширению использования этих материалов и форм.
Цифровые системы также появились в самих самолетах и постоянно совершенствовались. Первый FADEC (Полный контроль над цифровым двигателем ) Испытания проводились в 1968 году, а первая операционная система была введена в эксплуатацию в 1985 году.[2][3] Первый действующий полностью авторитетный по проводам система была разработана для General Dynamics F-16 Fighting Falcon и его появление в 1978 году ознаменовало собой революцию в замене традиционных аэродинамических стабилизаторов на обеспечение устойчивости полета. Такое использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и получить искусственное «ощущение», чтобы помочь пилотам в их основной задаче. Между тем «стеклянная кабина» заменяла традиционные аналоговые электромеханические приборы графическими цифровыми дисплеями, которые могли отображать любую выбранную информацию. Ранние стеклянные кабины обеспечивали менее важную полетную информацию в виде системы EFIS, а полностью стеклянные системы появились с 1988 года.
Эпоха холодной войны закончилась вскоре после появления цифровых технологий, что привело к заметному сокращению военной авиации среди крупных держав. В последнее время рост экономики Индии и Китая стимулировал развитие военной авиации в этих странах.
Самолет
Расслабленная статическая стабильность
Первый действующий полностью авторитетный по проводам система была разработана для General Dynamics F-16 Fighting Falcon и его появление в 1978 году ознаменовало собой революцию в замене традиционных аэродинамических стабилизаторов на обеспечение устойчивости полета. Такое использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и получить искусственное «ощущение», чтобы помочь пилотам в их основной задаче.
Композитные материалы
Композитные материалы лучше, чем металл, поддаются плавным "органическим" аэродинамическим формам с высокой эффективностью, а появление сложных компьютерных систем проектирования и моделирования привело к расширению использования этих материалов и форм.
Двигатели
В этот период наблюдается всплеск использования систем электроснабжения для легких самолетов и БПЛА. Технологические возможности включают широкую доступность и доступность новых технологий высокопроизводительных аккумуляторов, высокопрочных аккумуляторов. редкоземельные магниты в электродвигателях, падение затрат на солнечные батареи и сложные компьютеризированные системы контроля и управления.
Между тем, обычные авиационные двигатели, как поршневые, так и турбинные, продолжают совершенствоваться, становясь стабильно более надежными и экономичными, но в то же время менее загрязняющими окружающую среду.
Авионика
Цифровые системы также появились в самих самолетах и постоянно совершенствовались. Ранние цифровые системы были автономными с ограниченной функциональностью. Первый FADEC (Полный контроль над цифровым двигателем ) Испытания проводились в 1968 году, а первая операционная система была введена в эксплуатацию в 1985 году.[2][3]
Для интегрированных систем данных требуется цифровая шина данных. В MIL-STD-1553 автобус был определен в 1973 году. Это позволило создать первый полностью авторитетный по проводам система, которая будет разработана для General Dynamics F-16 Fighting Falcon. Появление этого самолета в 1978 году ознаменовало собой революцию в решении задачи обеспечения устойчивости в полете от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Такое использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и получить искусственное «ощущение», чтобы помочь пилотам в их основной задаче. Между тем «стеклянная кабина» заменяла традиционные аналоговые электромеханические приборы графическими цифровыми дисплеями, которые могли отображать любую выбранную информацию. Ранние стеклянные кабины обеспечивали менее важную полетную информацию в виде системы EFIS, а полностью стеклянные системы появились с 1988 года.
Беспилотные летательные аппараты
До наступления цифровой эпохи беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или дроны использовались ограниченно, имея либо ограниченные возможности наведения, либо уязвимую линию радиоуправления с дистанционным пилотом.
Разработка легких и недорогих датчиков, таких как цифровые камеры, вместе с технологиями мобильных вычислений позволила БПЛА стать более совершенными и принимать решения в отношении автономных полетов. БПЛА все чаще используются как в гражданских, так и в военных целях.
БПЛА - привлекательное оружие нападения, поскольку они сочетают гибкость и огневую мощь пилотируемого самолета с расходуемостью ракеты. Они вышли на первый план благодаря их использованию для хирургических ударов воздух-земля в Афганистан. Однако такое использование вызывает споры из-за риска по ошибке вызвать гибель гражданского населения.
В 21 веке гражданские БПЛА, такие как квадрокоптер все чаще используются в развлекательных целях и для наблюдения с воздуха с помощью цифровой камеры.
Микро-БЛА достаточно мал, чтобы его можно было нести сразу несколько, и они находят применение в военной разведке и научных исследованиях.
Гражданская авиация
В этот период гражданская авиация продолжала расширяться. Авиалайнеры и двигатели становились больше и экономнее, в то время как цифровые системы постепенно взяли на себя управление полетом и другую авионику. Современные реактивные авиалайнеры имеют стеклянные кабины, полнофункциональный цифровой двигатель и компьютеризированные средства управления полетом, а также, совсем недавно, возможность подключения к мобильному Интернету.
Серьезные нарушения воздушное путешествие в 21 веке вошли закрытие воздушного пространства США из-за 11 сентября нападения, и закрытие большей части европейского воздушного пространства после 2010 извержение Эйяфьядлайёкюдля.
Авиация общего назначения
Сверхлегкий и сверхлегкий популярность самолетов выросла вместе с другими видами спорта, такими как парапланеризм.
В 1986 г. Дик Рутан и Джина Йегер летал Рутан Вояджер по всему миру без остановок и без дозаправки в воздухе.
В 1999 году Бертран Пикар стал первым человеком, облетевшим Землю на воздушном шаре.
Военная авиация
Использование цифровых систем управления полетом и ослабленная статическая устойчивость дали военным самолетам повышенную маневренность без ущерба для безопасности или летных возможностей. Продвинутые тактические маневры, такие как Кобра Пугачева стало возможным.
Ракеты
Цифровые технологии позволили системам наведения ракет уменьшаться в размерах, а также вычислять и корректировать траекторию их полета по маршруту. Использование бортовых карт, обработка видео и сравнение местности (ТЕРКОМ ) Программное обеспечение дало крылатым ракетам беспрецедентную точность.
Скрытность
В послевоенный период радиолокационное обнаружение было постоянной угрозой для атакующего. Штурмовики разработали тактику полета на малой высоте, «под радаром», где они были скрыты холмами и другими препятствиями от радиолокационных станций. Появление радиолокационных цепей малой дальности в качестве защиты от крылатых ракет сделало эту тактику все более сложной. В то же время достижения в области материалов, поглощающих электромагнитное излучение (RAM), и методов электромагнитного моделирования открыли возможность для разработки «невидимых» самолетов, которые были бы невидимы для защищающихся радаров. Первый малозаметный штурмовик, Локхид F-117 Nighthawk поступил на вооружение в 1983 году. Сегодня малозаметность является требованием для любого современного штурмовика.[нужна цитата ]
Наземная деятельность
В Комиссия США по случаю столетия полетов была основана в 1999 году для поощрения самого широкого национального и международного участия в праздновании 100-летия полетов с двигателями.[4] Он пропагандировал и поощрял ряд программ, проектов и мероприятий, направленных на ознакомление людей с историей авиации.
Производство
Широкое использование цифровых технологий при проектировании и производстве привело к революции в дизайне самолетов. Теперь конструктор может создать самолет, смоделировать его аэродинамические и механические характеристики, спроектировать производственные компоненты и заказать их в производственном цехе - и все это в рамках единой сквозной цифровой области.
Растущее использование волокнистых композиционных материалов также привело к появлению все больших автоклавов для нанесения и отверждения смолы, которая связывает структурные волокна на месте. Также необходимо было разработать новые методы испытаний и контроля, поскольку виды отказов и симптомы композитных компонентов, как правило, сильно отличаются от тех, которые сделаны из металла. Например, слои волокна могут расслаиваться внутри многослойного компонента, ослабляя его без видимых снаружи признаков растрескивания. Там, где металлическая оболочка имеет тенденцию проводить ток от удара молнии во всех направлениях и защищать чувствительные компоненты, углеродное волокно имеет тенденцию проводить вдоль волокон и пропускать больше энергии внутрь, что требует более тщательного проектирования для защиты критически важных компонентов полета. из молния EMP.
Усложнение систем авионики привело к увеличению времени разработки. В частности, использование цифровых систем управления полетом, таких как беспроводная связь, привело к постоянно растущему усложнению и усложнению управляющего программного обеспечения, разработка и проверка которого может занять много лет. В течение этого периода любое изменение физической конструкции воздушного судна может потребовать пересмотра и повторной валидации соответствующего программного обеспечения.
Управления воздушным движением
Когда в 2000-х годах компьютеры стали более сложными, они начали брать на себя рутинные аспекты задачи авиадиспетчеров. До этого все воздушное движение в близлежащем воздушном пространстве отслеживалось и отображалось, а авиадиспетчер отвечал за наблюдение за его местоположением и оценку необходимости действий. Современные компьютеризированные системы способны отслеживать траектории полета гораздо большего числа самолетов в определенный момент времени, что позволяет диспетчеру управлять большим количеством самолетов и сосредоточиться на принятии решений и последующих процессах.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Введение в конечно-элементный анализ В архиве 2011-05-14 на Wayback Machine, Лаборатория научного визуального анализа (обнаружено 21 февраля 2014 г.).
- ^ а б http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1968/1968%20-%202110.html
- ^ а б Ганстон (1990) Авионика: история и технологии авиационной электроники Патрик Стивенс Лтд., Веллингборо, Великобритания. 254pp, ISBN 1-85260-133-7
- ^ Управляющее резюме, Столетие комиссии США по полетам, архивировано с оригинал в 2006-09-24