Wie funktioniert moderne Avionik ohne Vakuumpumpen oder Gyroskope?

Wenn Sie dies noch nicht getan haben, sollten Sie sich Abschnitt 7 des C162 POH ansehen . Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über alle Systeme des Flugzeugs und die Informationen sind für eine Kontrollfahrt (zumindest auf privater Ebene) auf einem guten Detaillierungsgrad. Der Prüfer erwartet nicht, dass Sie erklären, wie ein Ringlaserkreisel funktioniert, aber er wird wahrscheinlich erwarten, dass Sie eine Erklärung wie diese geben können (vom POH):

AIR DATA, ATTITUDE AND HEADING REFERENCE SYSTEM (ADAHRS) UND MAGNETOMETER (GRS)

Das ADAHRS stellt den integrierten Avionikeinheiten des G300-Displays Fluglage- und Flugeigenschafteninformationen zur Verfügung. Die ADAHRS-Einheit, die sich hinter der Instrumententafel befindet, enthält Beschleunigungsmesser, Neigungssensoren und Geschwindigkeitssensoren, die die Kreisel mit rotierender Masse ersetzen, die in anderen Flugzeugen verwendet werden. Das Magnetometer, das sich im Heckkonus befindet, ist mit dem ADAHRS verbunden, um Kursinformationen bereitzustellen.

Der Luftdatenteil des ADAHARS stellt Informationen aus dem Pitot-Static-System des Flugzeugs zusammen, um Druckhöhe, Fluggeschwindigkeit, wahre Fluggeschwindigkeit, vertikale Geschwindigkeit und Außenlufttemperatur zu berechnen. Ein Außenlufttemperaturfühler, der oben auf der Kabine montiert ist, ist mit dem ADAHRS verbunden.

Der G300 Pilot's Guide geht detaillierter auf die Komponenten des Systems ein (siehe Abschnitt 1), obwohl es immer noch auf einem ziemlich hohen Niveau ist.

Sieht so aus, als ob Sie der folgende Link zum G300-Benutzerhandbuch führt. Hier finden Sie Ihre Antworten, und dieses Dokument ist gut geeignet, um sich mit genau den Fragen vertraut zu machen, die Sie erwarten.

G300

Die kurze Antwort ist, dass der G300 statt mechanischer Kreisel ein AHRS – „Attitude and Heading Reference System“ hat, das im Wesentlichen ein INS ist, aber ohne die Navigationsfunktion. Und dieselbe Einheit enthält auch einen Luftdatencomputer, um die Pitot/Statik-Eingaben zu verarbeiten. Also, "es ist alles in der GSU-73 erledigt" - GSU steht für Garmin Sensor Unit.

Quelle: obiges Handbuch, Seite 4 (Seite 22 der PDF-Datei)

In dem verlinkten Dokument steht mehr dazu, und je bequemer Sie es erklären, desto besser. Hoffentlich wird Sie jedoch niemand bitten, zu erklären, „wie man die GSU baut“! Aber eine gute Vorstellung davon zu haben, welche Komponenten sich im System befinden, was die einzelnen tun und was die erwarteten (möglichen) Fehlermodi sind, ist wahrscheinlich ein faires Spiel.

Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, was sich tatsächlich in einem G300 befindet, aber es scheint wahrscheinlich, dass es eine Reihe von MEMS-Festkörperkreiseln, Beschleunigungsmessern und Magnetometern zum Erfassen verwendet

• drei Beschleunigungsachsen (einschließlich Schwerkraft)
• drei Rotationsachsen
• drei Achsen der magnetischen Feldlinien der Erde

Mithilfe dieser Eingaben, manchmal unterstützt durch GPS-Eingaben, können Sie die vollständige Ausrichtung des Flugzeugs mathematisch schätzen, ähnlich wie ein künstlicher Horizont seine Referenz im Verlauf eines Fluges beibehält – jedoch ohne bewegliche Teile.

Zusätzlich werden Eingaben von statischem Druck, Pitotdruck und Außenlufttemperatur verwendet, um die Höhenmesserhöhe, die angezeigte und die wahre Fluggeschwindigkeit zu bestimmen. Diese Sensoren sind elektronische Wandler, die eine Spannung für einen bestimmten Eingang ausgeben, sodass es auch bei diesen Systemen keine beweglichen Teile gibt.

Alle diese Eingaben werden im Wesentlichen in einen Computer eingespeist, der den Zustand des Systems schätzt, neue Eingaben berücksichtigt, seinen Zustand anpasst usw. usw. und diese Zustandsschätzung kontinuierlich auf dem Armaturenbrett anzeigt.

Beachten Sie, dass Sie zwischen dem geschätzten Zustand und dem tatsächlichen Zustand unterscheiden müssen, da es selbst mit einem elektronischen System möglich ist, den künstlichen Horizont unter bestimmten Bedingungen zu „stürzen“. Einige Einheiten sind besser als andere!

Um Daniels Antwort zu erweitern – ein modernes ADAHRS besteht aus drei Abschnitten:

• Ein Trägheitsmagnetsensor-Frontend, das als 9DoF- oder MARG-Sensorpaket (Magnetic, Angle Rate, Gravitation) bezeichnet wird. Ältere oder hochpräzise Einheiten (z. B. solche, die Trägheitsnavigation unterstützen) verwenden Dinge wie die erwähnten Ringlaserkreisel Pondlife, während einfachere AHRS-Einheiten MEMS 9DoF-Frontends verwenden können – sie sind in integrierter Schaltkreisform von mehreren Herstellern erhältlich.
• Ein Prozessor, der die 9DoF-Rohdaten nimmt und sie in Lage- und Kursinformationen umwandelt. Dies ist eine mathematisch komplexe Operation; In der Vergangenheit wurde dafür Kalman-Filterung verwendet, aber Kalman-Filter sind ziemlich rechenintensiv und können anfällig für Singularitäten sein, wenn sie naiv implementiert werden. Fortgeschrittenere Algorithmen, wie die Arbeit von Madgwick, die Quarternion-Techniken verwenden, um die Berechnungen zu vereinfachen, sind verfügbar - dies eliminiert auch Probleme mit Singularitäten, die sich als Phänomene vom Typ "Tumbling" oder "Gimbal Lock" (oder einfach als rotes X) manifestieren. Hier findet sich auch eine Fehlerverarbeitung -- einige AHRS-Implementierungen werden Einstellungen über bestimmte Grenzen hinaus einfach ablehnen, was etwas ist, mit dem Sie vertraut sein sollten, nicht zuletzt wegen der Wiederherstellung / des Trainings ungewöhnlicher Einstellungen.
• Schließlich gibt es noch das Luftdatensensor-Frontend. Einfachere Einheiten haben einfach zwei Drucksensoren – einer erfasst den statischen Druck für Höhen- und Vertikalgeschwindigkeitsmessung, während der andere entweder die Differenz zwischen Pitot- und statischem Druck erfassen oder einfach den Pitot-Druck direkt erfassen kann, um die Fluggeschwindigkeit zu messen. Dieser Luftdatenabschnitt würde auch ein Anstellwinkel-Flügel-Frontend und Lufttemperatursonden-Schnittstellen enthalten, wenn die Einheit eine solche Funktionalität unterstützt.

All dies wird an den Avionik-Kommunikationsbus in Ihrem Flugzeug angeschlossen, wo es Fluglage-, Kurs- und Luftdateninformationen für alle benötigten Subsysteme sowie Fehler-Flags bereitstellt, damit die Displays Ihnen das rote X anstelle von falschem Müll anzeigen von einem kaputten Sensor.