משתמש:Lirdon/אוויוניקה

כל רכיבי חליפת האוויוניקה של מטוס F-105B. פנלי הבקרה, מחוונים, מגברים, מחשבים, חיישנים ואנטנות.

אוויוניקה (באנגלית: Avionics) הוא תחום של מערכות אלקטרוניקה המתוכננות לשימוש בכלי טיס וחלל. מערכות כגון תקשורת, ניווט, בקרה, מערכות משימה וכדומה.

מערכות אוויוניקה מתאפיינות ברמת איכות ואמינות גבוהות במיוחד שכן חוסר זמינות של פונקציות במערכות אלו יכולות למנוע מכלי הטיס מלבצע את משימתו במקרה הטוב ולסכן את כלי הטיס צוותו במקרה הרע.

היסטוריה

אלחוטן-נווט במטוס נוסעים צרפתי, 1920-1930. ניתן לראות את גלגלת הנחושת לרגלי האלחוטן שהיוותה את אנטנת הרדיו בתדרים 325-405 קילוהרץ. האנטנה נדרשה להיות באורכים שבין 120-450 מטר. היא נפרסה מצינור בתחתית כלי הטיס ויוצבה עם משקולת בקצה.

המערכות המוקדמות

מכשירי האלקטרוניקה הראשונים ששימשו כלי טיס היו טלגרפים חוטיים על גבי בלוני תצפית שפעלו מעמדות קבועות. טלגרפים אלחוטיים הותקנו על גבי כלי טיס שנים אחרי הטיסה הראשונה בשל משקל המכשירים הגדול והבעיה של מחסור בהארקה חשמלית בכלי טיס בשביל להפעיל אנטנות שידור וקליטה וכן הצורך בגרירת אנטנה ארוכה במיוחד מאחורי כלי הטיס. לכן הצפלינים היו לכלי הטיס היחידים שיכלו לשאת את מכשירי הרדיו המוקדמים. מכשירים אלו גם סייעו בניווט שכן משואות רדיו שהותקנו לאורך נתיבים הקנו יכולת של ניווט על פי נקודות ציון. משואות אלו גם יכלו להקנות יכולת של מציאת כיוון פשוטה על ידי אנטנות שמשדרות לכיוונים שונים. האלחוטן שהיה מקשיב ברדיו לאות היה יכול למצוא את כיוונו יחסית למשואה בתלות בתזמון שבין אות הזיהוי של המשואה לאות החזק (או החלש) ביותר במהלך השידור באנטנות הכיווניות. שיטה נוספת למציאת כיוון רדיו היה אנטנה סובבת, אבל שיטה זאת היתה נותנת שני כיוונים אחד אחד מהם נגדי לכיוון המשואה.

בשנת 1910 חלוץ התעופה ג'ון מק'קורדי שידר לראשונה אות טלגרף ממטוס לקרקע. בשנת 1911 מטוס של צבא ארצות הברית טס הגבול עם מקסיקו וביצע דיווחים מהאוויר. בשנים הראשונות הללו משקל והמקום שהציוד תפס דרש שהטייס יטוס לבד, ינווט, יתצפת, יתפעל את ציוד הרדיו, יבצע תשדורות כל זאת בזמן שהוא מטיס את המטוס.

ב-6 בספטמבר 1914 במהלך קרב הראשון על המארן מטוס שירות האוויר הבריטי זיהה פער של 50 קילומטר בין הכוחות של הגרמנים, הטייס שידר את זה בקוד מורס וכוחות צרפתים ובריטים עטו על הפער הזה, מה שעזר לבלום את התקדמות הגרמנים.

בשנת 1915 שירות האוויר הבריטי הציג לראשונה יכולת שידור קול ברדיו. לקראת סוף מלחמת העולם הראשונה שירות האוויר הבריטי כלל 800 מטוסים המצוידים ברדיו.

לא רק לשמוע

מטוס ויקרס ולינגטון בריטי עם אנטנת מכ"ם המותקנת על גבו. המטוס הראשון ששימש לשליטה ובקרה.

בתקופה שלאחר מלחמת הראשונה תעשיית התעופה התקדמה במהירות עם מטוסים שטסים מהר יותר, גבוה יותר ולאורך יותר זמן מבעבר, אתגרים בניווט ארוך טווח ובתנאי מזג אוויר משתנים החלו להראות את אותותיהם. תחנות רדיו לבקרה אווירית, מכשירי עזר ומשואות ניווט הפכו לדבר שבשגרה בתעופה.

שנות ה-30 ראו גם פיתוח מואץ של מערכות אלקטרוניות שיעזרו לעצב את מלחמת העולם השנייה. בשנת 1914 בוצעה הדגמה ראשונה של מערכת טייס אוטומטי על גבי מטוס אבל מערכות אלו נכנסו לשימוש סדרתי רק בשנות ה-30. מערכות טייס אוטומטי הקטינו את העומס על הטייס. במפציצים הטייס האוטומטי אפשר למטילן שישב לרוב בעמדה שונה, הרחק ממשק השליטה הקלאסי במטוס, להשתלט על כלי הטייס ולכוון אתו בצורה מדוייקת להטלה מיטבית. כמו כן, מערכות כוונת פצצות נהיו יותר מורכבות והחלו לשלב רכיבים חשמליים ואלקטרוניים לביצוע ייצוב וחישובי הטלה.

במהלך שנות ה-30 גם החלו להדגים יכולת הכוונת מטוסים לנחיתה בתנאי מכשירים על ידי שימוש במשואות רדיו שהיו משדרות במשפך כיוונים מסויים וכך יכלו להכווין את המטוס גם לשיפוע גישה נכון ולכיוון אמצע המסלול בצורה אמינה.

בריטניה שהתחבטה עם בעיות ההגנה האווירית. מטוסי הקרב באותה התקופה התקשו להמריא ולטפס לגובה במטרה ליירט מפציצים החודרים לשטחה. בשביל לאפשר התראה מוקדמת נבנו מספר מתקני איתור אקוסטי. אבל אלה היו בעלי יכולת איתור מוגבלת מאוד וכמוכן הם התקשו לעקוב אחר מטוסי האויב אם היו גם מטוסים ידידותיים בסביבה. שילוב פיתוח המכ"ם ויכולת מציאת כיוון רדיו יחד עם פיתוח שיטות לחימה מתקדמות אפשרה יצירת מערכת יירוט יעילה לקראת הקרב על בריטניה. רשת המכ"ם צ'יין הום אפשרה זיהוי מוקדם ויעיל בהרבה מאיתור אקוסטי. ומכשירי ה-"פיפ סקוויק" (Pip Sqeak) – מעין משדר שהיה משדר טון באורך מוגדר (14 שניות כל דקה) במהלך השידור מכשיר מציאת הכיוון של הבקר היה מצביע על המטוס ועל כן אפשר זיהויו של המטוס. לרוב מטוס אחד במבנה כולל את המשדר. זה היווה הצעד הראשון במערכות זיהוי עמית טורף.

בהקשר של לוחמה נגד צוללות הבריטים פיתחו מספר מערכות שהותקנו על מטוסי הסיור הימיים. מערכת מציאת כיוון רדיו הייתה מכוונת לצוללת כאשר זאת הייתה משדרת תשדורות למפקד הצוללות של הקריגסמרינה (BDU) או לצוללת אחרת. החל משנת 1942 מטוסי הסיור החלו לשאת מכ"ם אוויר-ים אשר אפשר למטוסים למצוא את הצוללות במרחקים גדולים יחסית ויחד עם פנס חיפוש מיוחד יכלו לאתר ולתקוף צוללות בלילה.

במהלך המלחמה פותחו גם מערכות מכ"ם אוויר-אוויר לבקרה וגם ליירוט. המטוס הראשון לכלול מכ"ם בקרה היה הויקרס ולינגטון הבריטי ששימש כמרכז יירוט אווירי בחוף המערבי של אנגליה כחלק מהמאמצים של הבריטים כנגד מטוסי הקונדור הגרמנים שהטילו אימה על ספינות המשא בים הצפוני. שורה של מטוסי יירוט גרמנים כללו מכ"מים מוקדמים לטובת קרב-לילה והשתמשו במגוון שיטות לתקיפה של מבני מפציצי אוייב.

חלק ממטוסי ה-P-51 מוסטנג בדגמי D כללו גם אנטנת מכ"ם באזור הזנב שתפקידה היה לזהות כלי טיס הנמצא בגזרה האחורית של המטוס ומאיים עליו במהלך קרב אוויר, עם זיהוי מטוס המערכת הייתה מייצרת התרעה אופיינית.

אלקטרוניקה תעופתית כתחום הנדסי

לקראת סוף מלחמת העולם השנייה, עם רמת התחכום הגוברת של מוצרי האלקטרוניקה והתפתחות תתי-תחומים רבים, יחד עם דרישות איכות ואמינות גוברות מלקוחות וגופים מבקרים, אלקטרוניקה תעופתית הפכה למעשה לתחום הנדסי משל עצמה. בשנות ה-1940 המאוחרות התחום קיבל את השם Avionics שהוא שילוב של המילים Aviation ו- Electronics.

בין הפיתוחים הגדולים באותה תקופה יועדו דווקא למטוסים גדולים ומגביהי טוס והיו למערכות הניווט האינרציאלי הראשונות שעל ידי שילוב של ג'יירוסקופים, מדי תאוצה, מצפנים וכדומה יכלו להתביית על מיקום המטוס ולעקוב אחריו במהלך ניווטו ולאפשר ניווט לאורך מסלול ללא מקור חיצון כגון משואות רדיו וגדומה. מערכות בקרה חדשות כגון הגברת יציבות אפשרו הקטנת רעידות והפרעות בטיסה במהירויות ותנאי טיסה שבהם הטייס לא יכל להגיב מהר מספיק. לקראת סוף שנות ה-50 החלו להופיע מערכות ניווט רדיו מתקדמות דוגמת ה-TACAN, VOR, מערכות להכוונה לנחיתה דוגמת ה-ILS הפכו לסטנדרטיים למטוסים המיועדים לטיסת מכשירים.

עם זאת, מטוסי הקרב הסילונים המוקדמים של הדור הראשון היו פשוטים ואף פרימיטיביים יחסית למטוסי הקרב הבוכנתיים שקדמו להם, מבחינה של אלקטרוניקה, רק עם דגמים מאוחרים יותר שהחלו להשתמש ברכיבים כמו מכ"ם למדידת מרחק לתותח וכדומה. אם כי מטוסי קרב מדור שני המערביים החלו לכלול מערכות מתקדמות ומתוחכמות יותר ויותר.

מערכות אוויוניקה אופייניות

תקשורת פנים ותקשורת מערכות

תקשורת נתונים

• Aircraft Data Network (ADN): Ethernet derivative for Commercial Aircraft
• Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX): Specific implementation of ARINC 664 (ADN) for Commercial Aircraft
• ARINC 429: Generic Medium-Speed Data Sharing for Private and Commercial Aircraft
• ARINC 664: See ADN above
• ARINC 629: Commercial Aircraft (Boeing 777)
• ARINC 708: Weather Radar for Commercial Aircraft
• ARINC 717: Flight Data Recorder for Commercial Aircraft
• ARINC 825: CAN bus for commercial aircraft (for example Boeing 787 and Airbus A350)
• Commercial Standard Digital Bus
• IEEE 1394b: Military Aircraft
• MIL-STD-1553: Military Aircraft
• MIL-STD-1760: Military Aircraft
• TTP – Time-Triggered Protocol: Boeing 787, Airbus A380, Fly-By-Wire Actuation Platforms from Parker Aerospace

ETHERNET

משיב

ערכים מורחבים – משיב (RF) ,‏ זיהוי עמית טורף

משיב היא מערכת המשדרת מידע על כלי הטיס לעמדת בקרה קרקעית. המערכת מגיבה ל"חקירות", שידורים מתחנות קרקעיות הדורשים מידע מכלי הטיס. מודי פעולה של מערכת זאת מאפשרים זיהוי על פי קוד המוקצה לכלי הטיס על ידי הבקר, כמו כן המערכת מדווחת לעמדה החוקרת את הגובה והמהירות של כלי הטיס. מערכת זאת היא חובה לכלי טיס המיועדים לטיסה בשטח אווירי מבוקר ובתנאי טיסת מכשירים.

במובן הצבאי המערכת כלולה במערכת זיהוי עמית טורף המאפשרת למטוס קרב לזהות את כלי הטיס בשביל למנוע ירי דו-צדדי או הפלה של כלי טיס לא מעורב. למעשה מערכת מאפשרת יירוט מעבר לטווח הראייה (BVR).

ניווט

ניווט אינרציאלי

ערך מורחב – מערכת ניווט אינרציאלית

GPS

ערך מורחב – GPS

מערכות מכ"ם

ערך מורחב – מכ"ם

תצוגה וממשק

תצוגה רב תכליתית

ערך מורחב – תצוגה רב-תכליתית

תצוגה עילית

ערך מורחב – תצוגה עילית

תצוגת קסדה עילית

ערך מורחב – תצוגת קסדה עילית

שליטה

ערך מורחב – HOTAS

אינטגרציה וניהול טיסה

ערך מורחב – מערכת ניהול טיסה

עזרי ניווט והטסה

טייס אוטומטי

ערך מורחב – טייס אוטומטי

הקלטה תחקור ומעקב

קופסא שחורה

ערך מורחב – קופסה שחורה (תעופה)

ראו גם

• מחווני טיסה
• מבנה כלי טיס
• כן נסע
• משטחי היגוי
• מנוע סילון

קישורים חיצוניים

• A Perspective on Commercial and Military Avionics.
• The Wireless War in the Air.
• In World War I, British Biplanes Had Wireless Phones in the Cockpit.

המשך קריאה

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
  מחשב CADC דו ערוצי של מטוס F-14.
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
  משדר רדיו טלגרף תעופתי איטלקי מבית מקרוני ששימש את חיל האוויר האיטלקי בשנים 1915-1918.
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•