Авиация в эпоху цифровых технологий

Как правило, информационный век прибыл с Интернетом, поскольку он был разработан в 1970-х годах и выкатился на протяжении 1980-х годов и продолжает развиваться по сей день. Таким образом, внедрение цифровых технологий в авиации также продолжалось примерно в одно и то же время, а также продолжается и сегодня.

Использование цифровых компьютеров в конструкции самолетов было разработано крупными аэрокосмическими компаниями на протяжении 1970-х годов и включало в себя такие методы, как CAD, CAM, анализ напряжений в конструктивных компонентах с использованием FEA и аэродинамического моделирования. Композиционные материалы лучше, чем металл, являются «органическими» аэродинамическими формами высокой эффективности, а появление сложного компьютерного проектирования и моделирования привело к расширению использования этих материалов и форм.

Цифровые системы также появились в самолете и неуклонно росли в изощренности. Первые испытания FADEC (Full Authority Digital Engine Control) состоялись в 1968 году, а первая операционная система начала работать в 1985 году. Первая полнофункциональная система пролетов по всей линии была разработана для боевого сокола General Dynamics F-16 и его введение в 1978 году ознаменовало революцию в решении задачи обеспечения стабильности полета от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Это использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и получить искусственное «чувство», чтобы помочь пилотам в их главной задаче. Между тем, «стеклянная кабинка» заменила традиционную аналоговую электромеханическую аппаратуру графическими цифровыми дисплеями, которые могли отображать любую выбранную информацию. Ранние стеклянные кабины обеспечивали менее критичную полетную информацию в виде системы EFIS, с полностью стеклянными системами, появляющимися с 1988 года.

Эпоха холодной войны закончилась вскоре после появления цифровых технологий, что привело к значительному сокращению военной авиации среди основных держав. Совсем недавно рост экономики Индии и Китая стимулировал развитие военных самолетов в этих странах.

Самолет

Устойчивая статическая устойчивость
Первая оперативная полностью авторитетная система «полет» была разработана для боевого сокола General Dynamics F-16, и ее введение в 1978 году ознаменовало революцию в решении задачи обеспечения стабильности полета от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Это использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и получить искусственное «чувство», чтобы помочь пилотам в их главной задаче.

Композитные материалы
Композиционные материалы лучше, чем металл, являются «органическими» аэродинамическими формами высокой эффективности, а появление сложного компьютерного проектирования и моделирования привело к расширению использования этих материалов и форм.

Двигатели
В этот период наблюдался подъем использования систем электроснабжения легких самолетов и БПЛА. Обеспечивающие технологии включают в себя широкую доступность и доступность новых высокопроизводительных технологий батарей, высокопрочных редкоземельных магнитов в электродвигателях, снижение стоимости солнечных элементов и сложных компьютеризированных систем управления и управления.

Между тем, обычные авиационные двигатели, как поршневые, так и турбинные, продолжили процесс доработки, стали более надежными и экономичными, в то же время менее загрязняющими.

Avionics
Цифровые системы также появились в самолете и неуклонно росли в изощренности. Ранние цифровые системы были автономными с ограниченной функциональностью. Первые испытания FADEC (Full Authority Digital Engine Control) проходили в 1968 году, а первая операционная система начала работу в 1985 году.

Для интегрированных систем передачи данных требуется цифровая шина данных. Шина MIL-STD-1553 была определена в 1973 году. Это позволило создать первую оперативную полностью авторитарную систему пролетов для General Dynamics F-16 Fighting Falcon. Внедрение этого самолета в 1978 году ознаменовало революцию в решении задачи обеспечения стабильности полета от традиционных аэродинамических стабилизаторов. Это использование «расслабленной статической устойчивости» позволило сделать самолет более маневренным и получить искусственное «чувство», чтобы помочь пилотам в их главной задаче. Между тем, «стеклянная кабинка» заменила традиционную аналоговую электромеханическую аппаратуру графическими цифровыми дисплеями, которые могли отображать любую выбранную информацию. Ранние стеклянные кабины обеспечивали менее критичную полетную информацию в виде системы EFIS, с полностью стеклянными системами, появляющимися с 1988 года.

Беспилотные летательные аппараты
До эпохи цифровых технологий беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или беспилотные летательные аппараты имели ограниченное применение, либо имели ограниченную направленность, либо уязвимую радиоуправляемую связь назад к удаленному пилоту.

Разработка легких и недорогих датчиков, таких как цифровые камеры и технологии мобильных вычислений, позволила БЛА стать более изощренными и принимать автономные решения полета. БПЛА все чаще используются как в гражданской, так и в военной сферах.

БПЛА являются привлекательным оружием атаки, поскольку они сочетают гибкость и огневую мощь пилотируемого летательного аппарата с расходуемой ракетой. Они вышли на первый план благодаря их использованию для хирургических ударов воздух-земля в Афганистане. Однако такое использование является спорным из-за риска причинения смерти гражданскому населению по ошибке.

В XXI веке гражданские БПЛА, такие как квадроцикл, все чаще используются в рекреационных целях и для наблюдения за воздушными судами с помощью цифровой камеры.

Микро-БПЛА достаточно мал для того, чтобы несколько одновременно были перенесены, и они находят применение в военной разведке и научных исследованиях.

Гражданская авиация
В течение этого периода гражданская авиация продолжала расширяться. Авиалайнеры и двигатели становились все более и более экономичными, в то время как цифровые системы постепенно принимали управление полетом и другие авионики. Современные реактивные авиалайнеры имеют стеклянные кабины, полнофункциональный цифровой двигатель и автоматические системы управления полетом, а в последнее время – мобильную связь в Интернете.

Основными нарушениями авиаперевозок в XXI веке стали закрытие воздушного пространства США из-за нападений 11 сентября и закрытия большинства европейских воздушных пространств после извержения Эйяфьяллайокулла в 2010 году.

Общая авиация
Сверхлегкие и микролайт-самолеты стали популярными, наряду с другими видами спорта, такими как парапланеризм.

В 1986 году Дик Рутан и Jeana Yeager вылетели из Rutan Voyager по всему миру без остановок и без заправки антенной.

В 1999 году Бертран Пикард стал первым человеком, который объединил Землю в воздушном шаре.

Военная авиация
Использование цифровых пролетных систем и ослабленной статической стабильности позволило военным самолетам повысить маневренность, не жертвуя безопасностью или летучестью. Возможны передовые тактические маневры, такие как «Кобра Пугачева».

Ракеты
Цифровая технология позволила системам управления ракетами уменьшаться по размерам и вычислить и исправить их траекторию полета в пути. Использование программного обеспечения бортовых карт, обработки видео и сравнения местности (TERCOM) обеспечило беспрецедентную точность крылатых ракет.

хитрость
В послевоенный период обнаружение радаров было постоянной угрозой для злоумышленника. Атакующий самолет разработал тактику полета на низком уровне «под радаром», где они были спрятаны холмами и другими препятствиями с радиолокационных станций. Появление низкоуровневых радиолокационных цепей, как защита от крылатых ракет, затрудняло эту тактику. В то же время достижения в области электромагнитных поглощающих материалов (ОЗУ) и методов электромагнитного моделирования позволили разработать «невидимые» летательные аппараты, которые были бы невидимы для защищающегося радара. Первый невидимый штурмовик, Lockhed F-117 Nighthawk вступил в эксплуатацию в 1983 году. Сегодня скрытность является требованием для любого продвинутого штурмовика.

Наземная деятельность
В 1999 году была создана Комиссия США по столетним полетам для поощрения широкого национального и международного участия в праздновании 100-летнего полета. Он публиковал и поощрял ряд программ, проектов и мероприятий, предназначенных для обучения людей истории авиации.

производство
Широкое использование цифровых технологий во всем дизайне и производстве привело к революции в дизайне самолетов. Теперь дизайнер может создавать самолет, моделировать его аэродинамические и механические характеристики, проектировать производственные компоненты и изготавливать их на цехе, все в пределах одного сквозного цифрового домена.

Возрастающее использование волокнистых композиционных материалов также привело к созданию все более крупных автоклавов для нанесения и отверждения смолы, которая связывает структурные волокна на месте. Необходимо также разработать новые методы испытаний и контроля, так как режимы отказа и признаки составных компонентов имеют тенденцию сильно отличаться от тех, которые сделаны из металла. Например, слои волокна могут расслаиваться внутри многослойного компонента, ослабляя его без видимых наружу признаков растрескивания. В тех случаях, когда металлическая кожа имеет тенденцию проводить ток от удара молнии во всех направлениях и для защиты чувствительных компонентов, углеродное волокно имеет тенденцию проводить вдоль волокон и обеспечивать большую часть энергии в глубину, требуя более тщательной разработки для защиты критических компонентов полета от молнии EMP.

Возрастающая сложность систем авионики привела к увеличению времени разработки. В частности, использование цифровых систем полетов, таких как «полет», привело к постоянно растущей сложности и сложности программного обеспечения для управления, которое может занять много лет для разработки и проверки. В течение этого периода любые изменения в физическом дизайне самолета могут потребовать пересмотра и повторной аттестации связанного программного обеспечения.

Управление воздушным движением
По мере того как компьютеры стали более изощренными в 2000-х годах, они стали брать на себя рутинные аспекты задачи диспетчера УВД. До этого все воздушное движение в близлежащем воздушном пространстве отслеживалось и отображалось, причем диспетчер воздушного движения отвечал за контроль за его положением и оценку любой необходимости в действиях. Современные компьютеризированные системы способны отслеживать траектории полета многих других самолетов в определенный момент времени, позволяя диспетчеру управлять большим количеством самолетов и фокусироваться на процессах принятия решений и последующих процессах.

21-го века
Авиация 21-го века увеличила интерес к экономии топлива и диверсификации топлива, а также к авиакомпаниям с низкими издержками. Кроме того, значительная часть развивающегося мира, у которого не было хорошего доступа к воздушному транспорту, неуклонно добавляла авиацию и объекты, хотя серьезная перегрузка остается проблемой во многих соседних странах. Около 20 000 городских пар обслуживаются коммерческой авиацией, по сравнению с менее чем 10 000 человек в 1996 году.

Похоже, что появился новый интерес к возвращению в сверхзвуковую эпоху, когда ослабление спроса и бюрократических барьеров на рубеже 20-го века сделало полеты невыгодными, а также окончательную коммерческую остановку Concorde из-за несчастного случая со смертельным исходом.

В начале XXI века цифровая технология позволила дозвуковой военной авиации начать ликвидацию пилота в пользу дистанционно управляемых или полностью автономных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). В апреле 2001 года беспилотный самолет Global Hawk вылетел из АФБ Эдвардса в США в Австралию без остановок и без сбоев. Это самый длинный двухточечный полет, когда-либо совершенный беспилотным самолетом, и занял 23 часа 23 минуты. В октябре 2003 года произошел первый полностью автономный полет через Атлантику с помощью компьютерного управляемого самолета. БПЛА в настоящее время являются признанной особенностью современной войны, осуществляя точные атаки под контролем удаленного оператора.

Основными нарушениями авиаперевозок в XXI веке стали закрытие воздушного пространства США из-за нападений 11 сентября и закрытия большинства европейских воздушных пространств после извержения Эйяфьяллайокулла в 2010 году.

В 2015 году Андре Боршберг пролетел на рекордной дистанции 4481 миль (7212 км) от Нагои, Япония до Гонолулу, Гавайи, в солнечном двигателе, Solar Impulse 2. Полет занял почти пять дней; в течение ночи самолет использовал свои батареи и потенциальную энергию, полученную в течение дня.