Luftfahrt/Aviation A V I O N I K: Anwendungen der Elektrotechnik in der Luftfahrt

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Manuela Berg
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1 A V I O N I K: Anwendungen der Elektrotechnik in der Luftfahrt Dr. techn. Holger Flühr FH JOANNEUM Gesellschaft mbh Studiengang Luftfahrt/Aviation

2 Was ist Avionik? AVIONIK = AVIation + ElektrONIK Quellen: ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 1

3 Inhalt Energieversorgung Energiequellen Energieverteilung Energieverbraucher Communication/Navigation/Surveillance (CNS) UKW-Sprechfunk Radionavigation Primärradar Avionik-Bussysteme ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite

4 Energieversorgung +14/8 V (DC) Batterien (DC) Laderegler Avionik Beleuchtung 115 V/400 Hz Generatoren (DC) Starter/Zündung Generatoren (AC) APU Ground Power Unit TRU Cabin-Elektrik : Wechselrichter ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 3

5 Externe und Hilfsenergieversorgung Externe Energieversorgung: GPU, Ground Power Unit ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 4

6 Externe und Hilfsenergieversorgung Externe Energieversorgung: GPU, Ground Power Unit ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 5

Energieverteilung Die Verteilung der von den Generatoren erzeugten Energie hin zu den Verbrauchern erfordert ein systematisches und hierarchisches Verteilsystem.

7 Energieverteilung Die Verteilung der von den Generatoren erzeugten Energie hin zu den Verbrauchern erfordert ein systematisches und hierarchisches Verteilsystem. Dieses umfasst folgende Bestandteile: Verteilerschienen Kabelbaum und Verdrahtung Anschlussklemmen und Steckverbinder Erdung Schutzeinrichtungen ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 6

8 Energieverteilung Vitale Verbraucher: Systeme, die nach einer Notlandung benötigt werden (Notbeleuchtung, Feuerlöscheinrichtungen) Essentielle Verbraucher: Sichern die sichere Landung in Notsituationen. Versorgung über Batterie oder Generator muss möglich sein Nicht-essentielle Verbraucher: können während einer Notsituation isoliert werden, um die Lastenergie zu verringern. ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 7

9 Elektrische Verbraucher Landelichter Anti-Kollisionsleuchte (oben) Anti-Kollisionsleuchte (unten) Tragflächenbeleuchtung Beleuchtung Notausgang rotes NAV-Licht grünes NAV-Licht weiße NAV-Lichter ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 8

10 Elektrische Verbraucher Weitere Verbrauchersysteme (Beispiele): Starter, Zündung (für Kolbenmotor oder Turbinen) Kabinenbeleuchtung Rauchdetektion Feuerdetektion Klimaanlage Motoren/Aktuatoren Enteisung/Eisdetektion Elektronische Einrichtungen (Avionik im engeren Sinne) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 9

11 Inhalt Energieversorgung Energiequellen Energieverteilung Energieverbraucher Communication/Navigation/Surveillance (CNS) UKW-Sprechfunk Radionavigation Primärradar Sekundärradar (Transponder) Avionik-Bussysteme ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 10

12 UKW-Sprechfunk Frequenzband: Bandbreite: Reichweite: Sprechfunk: MHz 5 khz (USA) 8,333 khz (Europa, derzeit Umstellung) R 1,5 H1/ (Sichtlinie) AM mit Träger und zwei Seitenbändern ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 11

13 UKW-Sprechfunk: Amplitudenmodulation Luftfahrt/Aviation Trägerfrequenz S AM (f) Nutzsignal AM-Signal, m=0, Zeit [s] m/ f T -f S f T f T + f S f AM mit Modulationsgrad m = 0,8 ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 1

14 Radionavigation: NDB/ADF Non Directional Beacon y-loop x-loop Sense u Sense u x,u y Automatic Direction Finding ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 13

15 Radionavigation: Instrumentenlandesystem (ILS) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 14

16 Radionavigation: Instrumentenlandesystem (ILS) Localizer-Sender (Links/Rechts-Information) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 15

17 Radionavigation: Instrumentenlandesystem (ILS) Glideslope-Sender (Hoch/Tief-Information) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 16

18 Radionavigation: Instrumentenlandesystem (ILS) Marker-Sender ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 17

19 Primärradar EM Wellen werden von festen Objekten (Flugzeuge, Erdoberfläche, Wolken, Regen) reflektiert (vgl. Schall, Licht) Mittels geeigneter Sendeantennen (Richtstrahler) kann EM Energie gebündelt in beliebiger Richtung abgestrahlt werden EM Energie lässt sich auch in Form kurzer Impulse senden Die Laufzeit der Impulse kann gemessen und in Entfernungseinheiten umgerechnet und dargestellt werden PRIMÄRRADAR ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 18

20 Primärradar Sekundärradar Impulsfolgezeit PRI Primärradar Totzeit t Totzeit Radargleichung: P s : Sendeleistung P E,min : Empfängerempfindlichkeit Ps G λ σ G: Bündelungsgrad Rmax = 4 ( ) 3 σ: Rückstrahlfläche des Ziels P 4π λ: Wellenlänge der Radarfrequenz E,min ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 19

21 Primärradar Rollfeldüberwachungsradar (Airport Surface Detection Equipment, ASDE): Überwachung des Flughafenverkehrs auf den Start- und Landebahnen sowie auf den Rollbahnen Wellenlänge: 1,5 cm, K-Band Reichweite: NM Leistung: 50 kw Streckenrundsichtradar (Route Surveillance Radar, RSR): Überwachung ausgedehnter Flugsicherungs-Kontrollbezirke Wellenlänge: 3 cm, L-Band Reichweite: 10 bis 150 NM, bis Fuß Leistung: 1 bis 5 Megawatt ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 0

22 Sekundärradar (SSR) Das SSR-System (Secundary Surveillance Radar) umfasst folgende Komponenten: 1. Abfragesender/-empfänger (Interrogator). Bordseitiger Empfänger/Sender (Transponder) 3. Decoder 4. System Monitor (Überwachungsanlage) 5. Sichtgerät (gemeinsam mit Primärradar) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 1

23 Inhalt Energieversorgung Energiequellen Energieverteilung Energieverbraucher Communication/Navigation/Surveillance (CNS) UKW-Sprechfunk Radionavigation Primärradar Avionik-Bussysteme ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite

24 Avionik-Bussysteme Ursprüngliche Aufgabe der Flugzeugverdrahtung: Verbindung von Bedienelementen mit Avionik-Ausrüstung Beispiel: HF COM-Empfänger 1 3 x 10 MHz Leitungen x 1 MHz x 0.1 MHz 4 5 ~ ~ Demod ~ ~ f LO ~ 7 5 x 10 khz ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 3

25 Avionik-Bussysteme Binäre Codierung im Schalter: Jede Dezimalzahl wird durch eine Binärzahl ausgedrückt 1 3 x 10 MHz Leitungen x 1 MHz x 0.1 MHz 4 5 ~ ~ Demod ~ ~ f LO ~ 7 5 x 10 khz ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 4

26 Avionik-Bussysteme Paralleles Multiplexing: Zusammenfassen von allen Schaltern und Darstellung durch binäre Codierung Leitungen 3 x 10 MHz MSB x 1 MHz x 0.1 MHz 4 LSB Kanäle ~ ~ Demod ~ ~ f LO ~ 7 5 x 10 khz ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 5

27 Avionik-Bussysteme Serielles Multiplexing: Übertragung der Binärdarstellung auf nur einer Leitung Vorteil: Verringerung des Gewichtes, Kostenersparnis 1 3 x 10 MHz Leitungen x 1 MHz x 0.1 MHz 4 5 MSB LSB ~ ~ Demod ~ ~ f LO ~ 7 5 x 10 khz ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 6

28 Avionik-Bussysteme Twisted Pair-Leitung: Aufbau: Hin- und Rückleiter werden miteinander verdrillt Optional wird das verdrillte Leiterpaar mit einem Massegeflecht geschirmt Durch die enge räumliche Anordnung strahlt die Leitung nahezu kein magnetisches Feld ab und ist auch immun gegenüber äußeren Magnetfeldern Unshielded Twisted Pair (UTP) Shielded Twisted Pair (STP) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 7

29 Avionik-Bussysteme: Systemübersicht CSDB (Commercial Standard Digital Bus): General Aviation ARINC 49: B77/737/747/757/767, A310/30, MD-11 ARINC 69 (DATAC): B777 AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet): A380 Mil-STD-1553: z.b. F16, AH-64A Apache EFAbus: Eurofighter ARINC 573: Flight Data Recorder-Bus ARINC 708: Wetterradar-Datenbus ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 8

30 Kontaktadresse Dr. Holger Flühr FH JOANNEUM Gesellschaft mbh Studiengang Luftfahrt/Aviation Alte Poststraße 149 (rotes Gebäude), Zi. 55 A-800 Graz Tel.: (0316) ÖAW Summer Academy: Avionik, Seite 9

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