Введение

Система отображения информации в кабине самолета, представляющая данные о полете в электронном виде, французская международная школа, использующая аббревиатуру EFIS.

В авиации электронная система приборного отображения (EFIS) – это система отображения информации о полете в кабине самолета, которая представляет данные о полете в электронном, а не электромеханическом виде. Система EFIS обычно состоит из основного дисплея полета (PFD), многофункционального дисплея (MFD) и дисплея системы индикации работы двигателя и оповещения экипажа (EICAS). В ранних моделях EFIS использовались дисплеи на электронно-лучевой трубке (CRT), но в настоящее время более распространены жидкокристаллические дисплеи (LCD). Сложный электромеханический указатель положения (ADI) и указатель горизонтального положения (HSI) были первыми приборами, которые рассматривались для замены на EFIS. Однако сейчас лишь немногие приборы в кабине пилота не могут быть заменены электронным дисплеем.

Основная система отображения полета (PFD)

На пилотской кабине дисплейные блоки являются наиболее заметными элементами системы EFIS и именно они обуславливают термин «стеклянная кабина». Дисплей, заменяющий искусственный горизонт, называется первичным дисплеем полета (PFD). Если отдельный дисплей заменяет указатель горизонтального положения (HSI), он называется навигационным дисплеем. PFD отображает всю информацию, критически важную для полета, включая откалиброванную воздушную скорость, высоту, курс, тангаж, вертикальную скорость и рыскание. PFD разработан для повышения ситуационной осведомленности пилота путем объединения этой информации в единый дисплей вместо шести отдельных аналоговых приборов, что сокращает время, необходимое для контроля приборов. PFD также повышают ситуационную осведомленность, предупреждая экипаж о необычных или потенциально опасных ситуациях – например, о низкой скорости или высокой скорости снижения – путем изменения цвета или формы дисплея или подачи звуковых сигналов. Некоторые производители используют названия «Электронный индикатор направления тангажа» и «Электронный индикатор горизонтального положения». Однако имитируемый индикатор тангажа и скольжения является лишь центральным элементом PFD. Дополнительная информация накладывается на эту графику и располагается вокруг нее. Многофункциональные дисплеи могут сделать отдельный навигационный дисплей ненужным. Альтернативный вариант – использование одного большого экрана для отображения как PFD, так и навигационного дисплея. PFD и навигационный дисплей (а также многофункциональный дисплей, если он установлен) часто физически идентичны. Отображаемая информация определяется системными интерфейсами, к которым подключены дисплейные блоки. Это упрощает хранение запасных частей: один и тот же дисплей можно установить в любое положение. ЖК-дисплеи выделяют меньше тепла, чем ЭЛТ-трубки, что является преимуществом при высокой плотности приборов. Они также легче и занимают меньший объем.

Многофункциональный дисплей (МФД)

Многофункциональный дисплей отображает навигационную и метеорологическую информацию из различных систем. МФД чаще всего разрабатываются с ориентацией на картографическое представление, позволяя экипажу накладывать различные данные на карту или схему. Примеры накладываемой информации на МФД включают текущий план полёта воздушного судна, данные о погоде, поступающие с бортового радара, датчиков обнаружения молний или наземных источников, например, NEXRAD, зоны с ограничениями полётов и воздушный трафик. МФД также может использоваться для отображения данных, не предназначенных для наложения (например, текущий план полёта), и вычисляемых на основе наложения данных, например, радиус планирования воздушного судна, учитывающий текущее местоположение относительно рельефа местности, направление и силу ветра, а также скорость и высоту полёта. На МФД также может отображаться информация о системах самолёта, таких как топливная и электрическая системы (см. EICAS ниже). Как и в случае с ПФД, МФД может изменять цвет или форму отображаемых данных для предупреждения экипажа об опасных ситуациях.

Система сигнализации двигателя и оповещения экипажа (EICAS) / электронный централизованный мониторинг воздушных судов (ECAM)

EICAS (Engine Indications and Crew Alerting System) отображает информацию о системах самолета, включая топливную, электрическую и двигательную системы (двигатели). Дисплеи EICAS часто разрабатываются с имитацией традиционных круглых приборов, а также обеспечивают цифровое отображение параметров. EICAS повышает ситуационную осведомленность экипажа, позволяя просматривать сложную информацию в графическом формате и предупреждая о нештатных или опасных ситуациях. Например, при падении давления масла в двигателе, 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 приборов, можно установить несколько уровней предупреждений и сигналов тревоги. При разработке EICAS необходимо уделять особое внимание тому, чтобы экипаж всегда получал наиболее важную информацию и не был перегружен предупреждениями или сигналами тревоги. ECAM – это аналогичная система, используемая Airbus, которая, помимо функций EICAS, также предлагает рекомендации по устранению неисправностей.

Панели управления

EFIS предоставляет пилотам органы управления для выбора диапазона и режима отображения (например, карты или азимутального индикатора) и ввода данных (таких как заданный курс). Если другие приборы используют ввод пилота, то информационные шины передают выбор пилота, чтобы пилоту нужно было вводить его только один раз. Например, пилот задает желаемую высоту набора высоты на блоке управления. EFIS отображает эту заданную высоту на ПFD и, сравнивая ее с фактической высотой (полученной от бортового компьютера воздушных данных), формирует индикацию расхождения по высоте. Этот же выбор высоты используется автоматической системой управления полетом для выравнивания и системой предупреждения о высоте для выдачи соответствующих предупреждений.

Обработчики данных

Визуальный дисплей EFIS формируется генератором символов. Он получает входные данные от пилота, сигналы от датчиков и выбор формата EFIS, установленный пилотом. Генератор символов может называться иначе, например, компьютер обработки изображения, электронный блок дисплея и т.п. Генератор символов выполняет не только генерацию символов, но и (как минимум) включает в себя средства мониторинга, графический генератор и драйвер дисплея. Сигналы от датчиков и органов управления поступают по шинам данных и проходят проверку на корректность. После выполнения необходимых вычислений графический генератор и драйвер дисплея формируют входные сигналы для дисплейных устройств.

Предыдущая практика

Традиционные (электромеханические) дисплеи оснащены синхромеханизмами, которые передают данные о крене, тангаже и курсе, отображаемые на приборах капитана и второго пилота, в сравнительный прибор. Сравнительный прибор предупреждает о значительных расхождениях между показаниями приборов капитана и второго пилота. Даже неисправность, такая как заедание, например, в механизме крена искусственного горизонта, вызывает срабатывание предупреждения сравнительного прибора. Таким образом, сравнительный прибор обеспечивает как контроль работы самого прибора сравнения, так и контроль показаний дисплеев.

Мониторинг с помощью сравнительного прибора

С помощью EFIS функция сравнения проста: совпадают ли данные о крене (угол наклона) от датчика 1 с данными о крене от датчика 2? Если нет, на обоих ПФУ отображается предупреждающая надпись (например, "CHECK ROLL"). Сравнительные мониторы выдают предупреждения о показаниях скорости, тангажа, крена и высоты. В более продвинутых системах EFIS имеется большее количество сравнительных мониторов.

Мониторинг дисплея

При использовании этой техники каждый генератор символов содержит два канала мониторинга дисплея. Один канал, внутренний, опрашивает выходные данные собственного генератора символов, поступающие на устройство отображения, и вычисляет, например, какое угловое положение должно соответствовать отображаемой информации. Затем это вычисленное угловое положение сравнивается с угловым положением, поступающим в генератор символов от INS или AHRS. Любое расхождение, вероятно, вызвано некорректной обработкой и приводит к появлению предупреждения на соответствующем дисплее. Внешний канал мониторинга выполняет аналогичную проверку генератора символов на противоположной стороне кабины: генератор символов командира проверяет генератор символов второго пилота, а генератор символов второго пилота проверяет генератор символов командира. Независимо от того, какой генератор символов обнаружит неисправность, он выдаст предупреждение на своем дисплее. Внешний канал мониторинга также проверяет достоверность входных данных от датчиков, поступающих в генератор символов. Недостоверные данные, например, радиовысота, превышающая максимальное значение радиовысотомера, приведут к появлению предупреждения.

Непорядок

На разных этапах полета пилоту требуются различные комбинации данных. В идеале, авионика отображает только используемые данные, но электромеханический прибор должен постоянно находиться в поле зрения. Для повышения четкости отображения, АДИ и ГСИ используют сложные механизмы для временного удаления избыточных показаний, например, удаление шкалы глиссады, когда пилот в ней не нуждается. В нормальных условиях система EFIS может не отображать некоторые индикации, например, вибрацию двигателя. Отображение показаний происходит только при превышении какого-либо параметра установленных пределов. Подобным образом, EFIS запрограммирована отображать шкалу и указатель глиссады только во время захода на посадку по системе ILS. В случае отказа ввода, электромеханический прибор добавляет дополнительный индикатор – как правило, перечеркивание ошибочных данных. EFIS, напротив, удаляет недействительные данные с дисплея и заменяет их соответствующим предупреждением. Режим подавления ненужной информации (de-clutter) активируется автоматически, когда обстоятельства требуют внимания пилота к конкретному элементу. Например, если самолет тангаж превышает установленный предел – обычно от 30 до 60 градусов – указатель положения удаляет другие элементы с дисплея до тех пор, пока пилот не вернет тангаж к допустимому значению. Это помогает пилоту сосредоточиться на наиболее важных задачах.

Цвет

Традиционные приборы давно используют цвет, но не обладают возможностью изменять его для индикации изменения состояния. Технология электронных дисплеев EFIS не имеет подобных ограничений и широко использует цвет. Например, по мере приближения самолета к глиссаде, сильная надпись может указывать на готовность глиссады к захвату, а захват может изменить цвет на зеленый. Типичные системы EFIS кодируют цвет навигационных указателей в зависимости от типа навигации. Зеленые указатели обозначают наземную навигацию, такую как VOR, локализаторы и системы ILS. Маджентовые указатели обозначают навигацию GPS.

Преимущества

EFIS обеспечивает универсальность, избегая некоторых физических ограничений традиционных приборов. Пилот может переключить один и тот же дисплей, на котором отображается указатель отклонения от курса, для отображения запланированной траектории, предоставляемой системой зонной навигации или системой управления полетом. Пилоты могут наложить изображение метеорологического радара на отображаемый маршрут. Гибкость, обеспечиваемая программными модификациями, минимизирует затраты на соответствие новым авиационным правилам и оборудованию. Обновления программного обеспечения позволяют расширить функциональные возможности системы EFIS. Обновления, представленные в 1990-х годах, включали систему предупреждения о приближении к земле и систему предотвращения столкновений в воздухе. Определенная степень резервирования доступна даже при простой установке EFIS с двумя экранами. В случае отказа PFD, автоматическое переключение перемещает его жизненно важную информацию на экран, обычно используемый для навигационного дисплея.

Достижения в области EFIS

В конце 1980-х годов EFIS стала стандартным оборудованием на большинстве авиалайнеров Boeing и Airbus, а многие бизнес-самолеты внедрили EFIS в 1990-х годах. Недавние достижения в области вычислительной мощности и снижение стоимости жидкокристаллических дисплеев и навигационных датчиков (таких как GPS и система определения пространственного положения и курса) сделали EFIS доступной для самолетов общей авиации. Яркими примерами являются Garmin G1000 и Chelton Flight Systems EFIS SV. Ряд производителей EFIS сосредоточились на рынке экспериментальной авиации, производя системы EFIS и EICAS стоимостью от 1000 до 2000 долларов США. Низкая стоимость обусловлена резким снижением цен на датчики и дисплеи, а также тем, что оборудование для экспериментальных самолетов не требует дорогостоящей сертификации Федерального управления гражданской авиации. Этот фактор ограничивает их использование экспериментальными воздушными судами и некоторыми другими категориями, в зависимости от местных нормативных требований. Несертифицированные системы EFIS также применяются в легких спортивных самолетах, включая серийные, микролегкие и сверхлегкие самолеты. В определенных случаях такие системы могут быть установлены на сертифицированные воздушные суда в качестве дублирующих или резервных систем, в соответствии с местными авиационными правилами.