Будет ли практична беспроводная система fly by wire?

Учитывая, что большинство современных самолетов управляются с помощью системы управления по проводам, какова вероятность или недостатки передачи этих инструкций по проводам из кабины и/или бортового компьютера по беспроводной сети? Провода увеличивают вес самолета и, следовательно, увеличивают чистый расход топлива. Я предполагаю, что полностью беспроводная система сегодня еще не используется.

и риск потери связи?
Тогда беспроводная связь...? Вопрос не так ясен, потому что беспроводные датчики, беспроводная обратная связь и беспроводная авионика уже на виду. Вы имеете в виду беспроводное управление приводами? Примечание. Управление приводами не так сильно зависит от веса троса, особенно когда используются приводы с гидравлическим приводом. Но это соотношение будет увеличиваться в «более электрических» самолетах.
На эту тему есть короткая статья НАСА: ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070013704.pdf .
Я пытался, но не смог найти удобный мультфильм, где пассажиры управляют самолетом с помощью своего ноутбука Wi-Fi...
Я думаю, вы кое-что упустили из виду: большинству, если не всем этим устройствам, для обеспечения питания по-прежнему требуются провода. Если вес и/или стоимость отдельных проводов управления являются проблемой, безусловно, можно мультиплексировать данные и сигналы управления по проводам питания.
Рядом с этой областью ведутся исследовательские проекты, одним из примеров является SHAWN > scc.rhul.ac.uk/research-projects.

Ответы (8)

Электронное управление абсолютно необходимо для управления самолетом, и здесь действуют три доминирующих фактора: безопасность, безопасность и еще раз безопасность. Вес не входит в их число. Электронная система имеет тройное или четырехкратное резервирование: вместо удаления комплекта кабелей производители устанавливают еще 3 кабельных жгута, просто чтобы убедиться, что система всегда работает.

введите описание изображения здесь

Провода безопаснее беспроводных!. В беспроводных системах есть активные передатчики и приемники, которые могут выйти из строя. Прием сигнала зависит от качества пространства между передатчиком и приемником: всегда ли сигнал проходит через алюминиевую перегородку? Что происходит с беспроводным сигналом при пролете мимо радара аэропорта или в поле зрения метеорадара другого самолета?

Экранированные провода пассивны и относительно невосприимчивы к электромагнитному излучению и являются предпочтительным средством для такой критической системы безопасности.

Обновлять

ОП работал по проводам. В некотором смысле, система управления полетом является наиболее важной для безопасности системой на борту и должна быть доступна в любое время. В презентации, на которую ссылается @mins в комментарии, сообщается о прогрессе бортовой беспроводной связи для систем с менее важным аспектом безопасности:

Примеры потенциальных приложений WAIC

  • Низкая скорость передачи данных, внутренние приложения (LI):

    • Датчики: Давление в кабине - Обнаружение дыма - Топливный бак/трубопровод - Температура в непосредственной близости - Обнаружение электромагнитных помех - Мониторинг состояния конструкции - Обнаружение влажности/коррозии
    • Органы управления: аварийное освещение — функции кабины

  • Низкая скорость передачи данных, внешние приложения (LO):

    • Датчики: Обнаружение обледенения - Обратная связь по положению шасси - Температура тормозов - Давление в шинах - Скорость вращения колес - Обратная связь от рулевого управления - Обратная связь по положению органов управления полетом - Датчики дверей Датчики двигателя - Датчики конструкции

  • Высокая скорость передачи данных, внутренние приложения (HI):

    • Датчики: Air Data - Engine Prognostic - Flight Deck/Cabinet Creatim Images/Video
    • Связь: шина связи авионики — бортовой интерфейс FADEC — аудио/видео кабины экипажа/кабинного экипажа (связанные с безопасностью)

  • Высокая скорость передачи данных, внешние приложения (HO):

    • Датчики: мониторинг состояния конструкций
    • Элементы управления: активный контроль вибрации

введите описание изображения здесь

Из той же презентации: A380 имеет на борту 5700 кг проводов, и 30% из них являются потенциальными кандидатами на замену беспроводной связи. Таким образом, беспроводная связь на борту самолета имеет смысл, начиная с систем, не связанных с безопасностью.

« Провода безопаснее беспроводных », пока они не сломаны. Провод + беспроводная связь может быть безопаснее (стр. 10) , чем 2 провода.
@mins Да, все может сломаться. Есть ли у одного более высокий шанс поломки, чем у другого, вот в чем вопрос. Беспроводная связь даже не должна ломаться, чтобы быть выведенной из строя внешним излучением.
@mins Тросы управления полетом могут оборваться, гидравлические линии могут оборваться, электрические провода, передающие питание на приводы, могут оборваться и т. д. Если обрывается провод с сигналом к ​​приводу, остается ли провод с питанием от привода? Похоже, решение будет заключаться в избыточных и физически разделенных наборах проводов управления и питания, а не в блокируемом беспроводном управлении, которому по-прежнему требуется питание на приводе.
@RalphJ: Связанная презентация объясняет, что, когда у всех избыточных проводов нет другой возможности, кроме как быть близко друг к другу (например, в крыле), беспроводная связь предлагает другой выбор (« Разделение маршрутов в сочетании с избыточными радиосвязями обеспечивает разную избыточность и снижает риск "единых точек отказа ". Ключевой момент - это микс провод+беспроводная связь, а не только беспроводная связь. И конечно дело не в мощности, а в слабом сигнале.
Не говоря уже о системном сбое, беспроводную систему было бы невероятно легко заглушить.
« невероятно тривиально заглушить »: не внутри клетки Фарадея, если общение происходит вне клетки. Это действительно так.
@mins почему ты думаешь, что глушилки не будет внутри клетки...
Молния - это еще одна вещь, которая приходит на ум....
Что сказал @reirab. Если вы можете управлять своим самолетом без проводов, то сможет и кто-то другой. Или, по крайней мере, они наверняка могут заблокировать вашу способность управлять кораблем. Что для злоумышленника - все, что им действительно нужно сделать. И нет, самолет не эффективная клетка Фарадея. Если бы это было так, вы бы не заставили так много людей болтать по своим мобильным телефонам в момент приземления самолета.
@mins Да, Арот прав. Самолет не так хорош, как клетка Фарадея. Затухания достаточно, чтобы сигналы GPS не работали должным образом (поскольку эти сигналы в любом случае едва превышают фоновый шум), но недостаточно даже для значительного воздействия на сотовый телефон, не говоря уже о глушителе. Если на то пошло, я уже несколько раз подключался к Wi-Fi в зале ожидания из самолета, сидящего у выхода на посадку. Кроме того, авионика также будет находиться внутри фюзеляжа, хотя поверхности управления полетом, очевидно, будут снаружи.
@aroth: Беспроводная связь в самолетах развивается, как я писал вверху этой страницы, беспроводные датчики, беспроводная обратная связь и беспроводная авионика уже в поле зрения. Я не упомянул о срабатывании рулей направления или элеронов. Полоса частот была выделена WRC/ITU (4/5 ГГц, которая сегодня используется для радиовысотомеров, но будет освобождена). Действительно есть проблемы, но промышленность уже тратит деньги на испытания, регулирование и стандарты . Основная причина заключается в том, что датчиков в будущих самолетах будет астрономическое количество, а провода использовать нельзя.
@reirab: Да, окна предлагают такую ​​возможность, но окна также можно настроить так, чтобы при необходимости останавливать диапазон 4/5 ГГц. Тогда, пожалуйста, учтите, что глушение проводов также возможно (это официальная причина отключения PED), но устройства глушения также могут быть легко обнаружены и обезврежены.
@mins Сенсоры, обратная связь и авионика - это одно и может быть неплохо. Части, которые заставляют самолет двигаться в разных местах, совершенно разные. Беспроводная связь невероятно тривиальна, чтобы вмешиваться в нее. Лнафзигер абсолютно на правильном пути. Молния вызывает тревогу. Кроме того, если вы добавите необходимое шифрование + проверки достоверности и избыточности, я полагаю, что задержка беспроводного сигнала будет значительно больше, чем у проводного. Даже крошечная доля секунды — это больше задержки, чем я хочу. Я был бы менее удобен с беспроводным самолетом, чем с дистанционно управляемым беспилотным самолетом.
RE ваше обновление, да, но, как я указал в своем ответе, вы можете сделать то же самое с однопроводной связью и распределенными контроллерами / компьютерами без всех проблем и рисков, связанных с радиосвязью. Метод, который военно-морская промышленность использовала в течение нескольких десятилетий, чтобы сократить миллионы футов кабелей, которые необходимо было проложить через современные военные корабли.
Ваше добавление на WAIC показывает большую революцию, которая происходит в аэрокосмической отрасли в отношении проводов. Есть 2 очень подробных документа для тех, кто интересуется подробностями: отчет ITU M.2283 и эта полная презентация , использованная в 2015 году для семинара (первая была только выдержкой).

Это маловероятно просто потому, что беспроводная связь на несколько порядков менее надежна.

Учитывая текущий день в эпоху террористических угроз, если шифрование (а вам понадобится шифрование) когда-либо будет скомпрометировано, это позволит пассажиру взломать поток данных, а «Человеку посередине» — элементы управления для угона, даже не входя в кабину.

Вы также не учли требования к мощности беспроводной связи, что также увеличит стоимость топлива.

Чтобы сэкономить несколько сотен килограммов веса, этого никогда не произойдет.

Никогда не случится? Итак , цель AVSI состоит в том, чтобы сэкономить 30% веса проводов с помощью радиосвязи (« Около 30% электрических проводов являются потенциальными кандидатами на замену беспроводной связи! »).
@mins эта презентация не направлена ​​на замену проводов управления авиацией (о чем и идет речь)
Просто тщательно заглушить сигнал было бы достаточно — взлом для захвата управления был бы «хорошим» с точки зрения атакующего, но заглушить частоту и, следовательно, все органы управления было бы вполне достаточно, чтобы сбить самолет.
Нет необходимости взламывать шифрование. Глушитель с легкостью уничтожит беспроводную систему, и их довольно просто сделать. Просто транслировать кучу белого шума в нужной полосе и все.
Квантовая запутанность может быть не взломанной и нерушимой. Я бы определил его как беспроводной.
@ChristiaanWesterbeek: если в его программной реализации нет ошибок. Уже существует практически невзламываемое шифрование (для перебора которого потребуются миллиарды лет, даже если бы каждый атом во Вселенной был компьютером), но иногда их взламывают из-за ошибок в их реализации.
Проблема не в том, что шифрование может быть взломано, а в том, что центр управления может быть взломан. 500 человек легче штурмовать самолет в воздухе и ворваться в кабину, или штурмовать диспетчерскую с запущенными на земле серверами, которые посылают команды удаленно?
@reirab Вы можете разработать беспроводной протокол, который будет почти невосприимчив к атакам помех, если он сильно расширен. Термин для этого LPI (низкая вероятность перехвата). Вы можете использовать FHSS+DSSS с OFDM и скачкообразной перестройкой частоты. Это все распространенные технологии, используемые для уменьшения помех, но их можно легко модифицировать в целях защиты от помех. Отправка сверхширокополосного генератора белого шума потребовала бы неприлично большого количества энергии (непрактичное количество).

Хотя это технически возможно, наличие беспроводной связи между кабиной экипажа и различными конечными точками вокруг самолета создает серьезные проблемы.

Прежде всего:

  1. Каналы: если вы не используете несколько частот, каждому датчику или драйверу потребуется собственный радиоканал. Добавьте резервирование, и вам потребуется около трех каналов на датчик или исполнительную станцию.

  2. Полоса пропускания: беспроводная связь ограничена объемом данных, которые вы можете передавать за раз. Поскольку вы будете совместно использовать каналы на нескольких устройствах, это еще больше ограничивает скорость, с которой вы можете общаться с ним.

  3. Помехи: если предположить, что вы даже можете заставить все эти устройства работать одновременно, вы очень восприимчивы к электрическим помехам. Будь то Тимми, использующий свою маленькую игровую приставку, или папа, использующий свою электрическую бритву в туалете, или путешествующий во время грозы, внезапная потеря связи в любой форме может нанести ущерб пассажирам и экипажу.

  4. Безопасность, взлом/блокировка: террористу было бы слишком легко включить передатчик, чтобы заблокировать Wi-Fi или взломать систему управления.

Таким образом, беспроводная связь была бы довольно опасным путем.

Что касается обвязок. Что касается систем управления, то жгуты можно значительно уменьшить, используя другой метод. Используя распределенные интеллектуальные контроллеры, расположенные вокруг самолета, можно использовать систему связи с одним проводом для подключения их к основным бортовым компьютерам. То есть вам действительно не нужен провод в жгуте для каждого переключателя в кабине.

Как всегда, здесь должно быть резервирование, вы проектируете его с двумя или тремя коммуникационными кабелями, проложенными через крышу, пол и т. д. для резервирования в случае отказа или разрыва одного из них. Конечно, вам все равно понадобится система распределения электроэнергии.

Однако проблема всех этих методов заключается в том, что слишком много функций перенаправляется через одну точку. Хотя это может быть более простая система и более надежная, последствия отказа гораздо более значительны.

Что вы имеете в виду под «если вы не используете несколько частот, каждый [...] собственный радиоканал»? Классические радиоканалы фактически используют несколько частот. Имейте в виду, что сегодня мы можем выбирать из многих других методов множественного доступа, включая разделение по времени и расширение спектра. Точно так же пропускная способность беспроводной сети может быть очень высокой. На самом деле нет недостатка в каналах и пропускной способности для требований управления полетом.
@bogl да, пропускная способность и каналы здесь идут рука об руку. Вы либо используете много каналов с ограниченным временным разделением, либо меньше каналов и много временного разделения. В любом случае, это проблематично для управления в реальном времени.
Вам действительно нужен отдельный канал для каждого элемента? Подобно тому, как вы можете иметь несколько передатчиков на шине или несколько сотовых телефонов на одной частоте, вам не нужен отдельный канал для каждого передатчика. Вы можете использовать временное мультиплексирование, мультиплексирование с кодовым разделением или даже пространственно-временное кодирование, если вы амбициозны, я не уверен, как можно гарантировать для них детерминированное поведение в реальном времени, но беспроводные сети в реальном времени существуют.
@CodyP, как я сказал в своем комментарии. Это баланс.

На мой взгляд, наиболее важным вопросом будет вопрос устойчивости к помехам беспроводным сигналам (от FCS до приводов) от внешних источников или влияния факторов окружающей среды на передачу сигналов - какова надежность беспроводного сигнала. передачи во всех мыслимых ситуациях. Пока у нас не будет технологии, устраняющей эти проблемы, отрасль будет очень скептически относиться к использованию беспроводных FCS. На сегодняшний день следующим шагом в FCS станет Fly-by-Light, т.е. передача сигнала по оптоволокну. Есть ряд преимуществ FBL по сравнению с обычными FBW, такие как высокая скорость, невосприимчивость к электромагнитным помехам и т. д., но в то же время он может быть не намного легче, чем медные провода, как система в целом, которая может инициировать переключение на FBL в гражданский домен, например.

Волоконная оптика действительно является хорошим и относительно защищенным способом прямой связи. Однако проблема заключается в том, что это трудно реализовать в настройке шины данных, трудно соединить сигнал с существующим проводом. Архитектуры ступицы и спицы растут в геометрической прогрессии с увеличением количества датчиков, и в современных самолетах их становится все больше и больше.
У волоконной оптики также есть проблема, заключающаяся в том, что они не очень хорошо справляются с рывками. На земле это не такая уж большая проблема, но в самолете, который может подвергаться довольно сильной турбулентности, об этом нужно помнить. По общему признанию, это можно преодолеть, но к этому моменту нужно начать задаваться вопросом, что вы получаете, используя оптоволокно вместо меди. Кроме того, пока компьютеры электронные, не забывайте, что в какой-то момент вам понадобится какое-то устройство, преодолевающее разрыв между электричеством и светом, в лучшем случае вводящее только задержку.

Нет.

Хотя беспроводная связь может помочь сократить количество кабелей, для блоков дистанционного управления и удаленных терминалов по-прежнему требуются кабели для питания.

Преимущества беспроводных систем включают мобильность и гибкость. Это могло быть движущей силой для некоторых ранних прототипов, но явно не для сертифицированных авиалайнеров. Побочный эффект уменьшения жгута не значителен.

Таким образом, обойтись меньшим количеством проводов можно, а беспроводным — нет.

Действительно отличный момент!

У этой системы есть несколько плюсов и минусов, и здесь есть несколько отличных ссылок на существующие исследования. Такие производители, как Gulfstream и Boeing , создали несколько образцов беспроводной авионики, и это область активных исследований с множеством статей, предлагающих различные стратегии. Так что я бы не стал заходить так далеко, чтобы говорить, что беспроводная связь — это неработоспособная или ужасная идея, хотя это говорит о том, что, насколько мне известно, она еще не получила широкого распространения в других отраслях автомобильных сетей. Как и у многих идей, размещенных здесь, у нее есть свои достоинства, но преимуществ может быть недостаточно для преодоления трудностей.

Плюсы беспроводного управления:

  • Меньший вес кабеля, возможно, более чем на тысячу килограммов
  • Снижение затрат на проектирование жгутов проводов, прокладку кабелей и экранирование
  • Нет проводов, которые вы должны экранировать от электрических помех (вместо этого у вас есть антенна, улавливающая помехи)
  • Меньше проблем из-за сломанных разъемов, оборванных проводов, эффектов линии передачи из-за неисправных оконечных устройств и т. д.

Минусы:

  • Увеличение стоимости разработки беспроводных передатчиков
  • Повышенная сложность (подумайте о том, что у Wi-Fi больше проблем с подключением, чем у LAN)
  • Большая вероятность проблем с единой точкой отказа. В самолете есть несколько дублирующих автобусов, проходящих через разные точки самолета. Легче заглушить или отключить всю беспроводную связь, чем все эти лишние провода.
  • Вам необходимо использовать безопасную архитектуру с шифрованием и подписями аутентификации, потому что у вас больше нет гарантии, что злоумышленники не находятся на шине данных. Военные уже используют подобную технологию в различных радиоприложениях.
  • Дополнительное программное и аппаратное обеспечение безопасности для обнаружения злоумышленников в сети, предотвращения опасного вмешательства и т. д.
  • Невозможно полностью защитить от помех, даже используя методы защиты от помех военного уровня, такие как расширение спектра и скачкообразная перестройка частоты.

Интересный момент, связанный со взломом, заключается в том, что большинство современных компьютеров управления полетом невосприимчивы к неприятным византийским генеральным ошибкам. Эти ошибки представляют собой ситуации, когда один из нескольких датчиков или управляющих компьютеров выходит из строя и вводит в заблуждение другие, в том числе даже лжет одному и говорит правду другому. Даже в этих ситуациях система предназначена для обнаружения лжеца и достижения полного и правильного согласия между функционирующими компьютерами. Чтобы вывести из строя эти системы, вам придется выдать себя за два, а иногда даже за три компьютера управления полетом или сервоприводы одновременно.

Кроме того, многие системы предназначены для предотвращения перегрузки. Например, если обнаруживается, что руль направления полностью отклоняется, авионика может вернуться к более простой резервной системе управления (возможно, механической). Конечно, эти системы можно обойти с помощью правильных методов, но предполагать, что одна система может выйти из-под контроля и уничтожить весь самолет, это все равно, что предположить, что мост рухнет, если вы перережете одну опорную балку. Вы не должны игнорировать обширный анализ безопасности и избыточность, которые входят в эти конструкции.

Выражение «управление по проводам» зарезервировано для органов управления полетом, чтобы отличить их от управления по кабелю, просто механически отклоняющего клапан или поверхность управления напрямую. Бюджет на исследования тратится на беспроводные технологии для самолетов, для систем с низким уровнем воздействия на безопасность. Не управление полетом.
@Koyovis Если вы прочитали ссылку на Gulfstream, которую я разместил, там говорится о прототипе с «применением беспроводной сигнализации для основной поверхности управления полетом». Итак, похоже, что есть исследования по беспроводной технологии для управления полетом.
Механическая система управляла элеронами, система Fly-By-Wire управляла внешними интерцепторами, система Fly-By-Wireless управляла средними интерцепторами, а волоконно-оптическая система Fly-By-Light перемещала внутренние интерцепторы». Интересное исследование. Основное управление по-прежнему осуществляется механически.

Провода гораздо более устойчивы к электромагнитным помехам, преднамеренным или ситуативным, чем радиосигналы.

Кроме того, передача радиосигналов на удаленные приемники, заключенные в корпус из алюминия или углеродного волокна, может вызвать некоторые трудности. Можно было бы использовать алюминиевую обшивку самолета в качестве антенны, но это также будет отличной антенной для внешних радиосигналов, и у вас снова возникнет потенциальная проблема помех, которую можно применить снаружи самолета.

Более практичным подходом была замена металлических проводов оптоволоконными. Волоконная оптика имеет более высокую скорость и гораздо более широкую полосу пропускания, которая может передавать несколько сигналов на нить, а также весит намного меньше.

Несколько лет назад Lockheed C130 был переработан с использованием оптоволоконной системы. В результате в зоне кабины было удалено так много проволоки и веса, что ранее необязательная броня кабины стала стандартной, чтобы удерживать самолет в равновесии, когда на нем не было груза.

Что-то, чего я не видел ни в одном другом ответе, так это: для беспроводных передатчиков требуются провода для их питания. Вместо того, чтобы прокладывать провод от кабины к системе, вы прокладываете провод от электросети самолета к передатчику, а затем еще один провод к приемнику.

Поздравляю, не используя провода, вы удвоили количество проводов.

Для проводного трансивера также требовалось питание. Предполагая 2 сигнала, питания и земли, вы вдвое уменьшаете количество проводов. Но питание может быть направлено иначе, чем данные.
Цель состоит не в том, чтобы уменьшить количество проводов, а в том, чтобы уменьшить их длину/вес. И большинству беспроводных устройств не нужно будет питаться от самолета, это тот элемент, который позволяет двигаться дальше. Устройства могут иметь батареи или другие источники энергии, такие как индукция на RFID.
@mins Как долго прослужат эти батареи? Как вы будете заменять их, когда они будут низкими? Какую часть веса вы ожидаете получить, если добавите все эти батареи? Как чувствительная авионика в самолете справляется с тем, что весь планер залит магнитным потоком от индукционных зарядных устройств?
@UIDAlexD: « Как вы будете заменять их, когда они разряжены? » Батарейки в моих домашних детекторах дыма работают 10 лет, и это не ракетостроение. Существует множество решений. Например, у меня будет одна батарея на 50 датчиков, и я буду заряжать ее во время обслуживания на земле. Если я использую метод индукции, индуктор останется на земле.
За исключением редких случаев двухпроводных пассивных датчиков или однопроводной сигнализации для гидравлических приводов, большинство компьютеров управления полетом, сервоприводов и приводов уже имеют питание, поэтому вы не «удваиваете количество проводов».
Будет ли практична беспроводная система fly by wire?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v