Как работает современная авионика без вакуумных насосов и гироскопов?

Если вы еще этого не сделали, вам следует ознакомиться с разделом 7 POH C162 . В этом разделе дается обзор всех систем самолета, и информация имеет хороший уровень детализации для проверки (по крайней мере, на частном уровне). Экзаменатор не ожидает, что вы объясните, как работает кольцевой лазерный гироскоп , но он, вероятно, ожидает, что вы сможете дать такое объяснение (из POH):

СИСТЕМА ВОЗДУШНЫХ ДАННЫХ, ОТНОШЕНИЯ И КУРСА (ADAHRS) И МАГНИТОМЕТР (GRS)

ADAHRS предоставляет информацию о положении самолета и характеристиках полета на встроенные блоки авионики G300. Блок ADAHRS, расположенный за приборной панелью, содержит акселерометры, датчики наклона и датчики скорости, которые заменяют гироскопы с вращающейся массой, используемые в других самолетах. Магнитометр, расположенный в хвостовой части, взаимодействует с ADAHRS для предоставления информации о курсе.

Часть ADAHARS с воздушными данными собирает информацию из статической системы Пито самолета для расчета барометрической высоты, воздушной скорости, истинной воздушной скорости, вертикальной скорости и температуры наружного воздуха. Датчик температуры наружного воздуха, установленный в верхней части кабины, подключен к ADAHRS.

Руководство пилота G300 более подробно описывает компоненты системы (см. раздел 1), хотя и на достаточно высоком уровне.

Похоже, следующая ссылка ведет к руководству пользователя G300. Здесь вы найдете ответы, и этот документ будет полезен для ознакомления именно с теми вопросами, которые вы ожидаете.

G300

Короткий ответ: вместо механических гироскопов у G300 есть AHRS — «система отсчета ориентации и курса», которая по сути является INS, но без навигационной функции. И тот же блок также включает в себя компьютер данных о воздухе для обработки входных данных Пито / статических данных. Итак, «все это делается в GSU-73» — GSU расшифровывается как Garmin Sensor Unit.

Источник: указанное выше руководство, стр. 4 (стр. 22 файла PDF)

В связанном документе есть больше информации об этом, и чем удобнее вы это объясняете, тем лучше. Надеюсь, однако, никто не будет просить вас объяснить, "как построить" ГСУ! Но иметь хорошее представление о том, какие компоненты находятся в системе, что каждый из них делает и каковы ожидаемые (возможные) режимы отказа, вероятно, будет хорошей игрой.

Я не могу точно сказать, что на самом деле находится внутри G300, но вполне вероятно, что он использует набор твердотельных гироскопов MEMS, акселерометров и магнитометров для определения

• три оси ускорения (включая силу тяжести)
• три оси вращения
• три оси силовых линий магнитного поля Земли

Используя эти входные данные, иногда помогающие с входными данными GPS, вы можете математически оценить полную ориентацию самолета, подобно тому, как искусственный горизонт поддерживает свою точку отсчета в ходе полета, но без движущихся частей.

Кроме того, входные данные статического давления, давления Пито и температуры наружного воздуха используются для определения высоты альтиметра, показанной и истинной воздушной скорости. Эти датчики представляют собой электронные преобразователи, которые выдают напряжение для заданного входа, поэтому в этих системах также нет движущихся частей.

Все эти входные данные в основном подаются в компьютер, который оценивает состояние системы, принимает во внимание новые входные данные, регулирует ее состояние и т. д. и т. д. и постоянно отображает эту оценку состояния на приборной панели.

Обратите внимание, что вам нужно проводить различие между предполагаемым состоянием и фактическим состоянием, потому что даже с электронной системой можно «кувыркаться» за искусственный горизонт при определенных условиях. Некоторые юниты лучше других!

Чтобы расширить ответ Дэниела - современный ADAHRS состоит из трех разделов:

• Внешний интерфейс инерциально-магнитного датчика, называемый пакетом датчиков 9DoF или MARG (магнитный, угловая скорость, гравитация). Более старые или более точные устройства (например, те, которые поддерживают инерциальную навигацию) используют такие вещи, как кольцевые лазерные гироскопы, упомянутые Pondlife, в то время как более простые устройства AHRS могут использовать интерфейсы MEMS 9DoF — они доступны в виде интегральных схем от нескольких производителей.
• Процессор, который берет необработанные данные 9DoF и преобразует их в информацию об отношении и курсе. Это математически сложная операция; в прошлом для этого использовалась фильтрация Калмана , но фильтры Калмана довольно требовательны к вычислительным ресурсам и могут быть уязвимы для сингулярностей, если реализованы наивно. Более продвинутые алгоритмы, такие как работа Мэджвика, которые используют методы кватернионов для упрощения вычислений — это также устраняет проблемы с сингулярностями, которые проявляются как явления типа «кувырок» или «карданного замка» (или просто красный крестик, если на то пошло). Здесь также встречается обработка ошибок — некоторые реализации AHRS просто отвергают положения, выходящие за определенные пределы, с чем вам следует ознакомиться хотя бы ради восстановления/тренировки необычного отношения.
• Наконец, есть внешний интерфейс датчика данных о воздухе. Более простые устройства просто имеют два датчика давления — один измеряет статическое давление для измерения высоты и вертикальной скорости, а другой может либо определять разницу между давлением Пито и статическим давлением, либо просто измерять давление Пито непосредственно для измерения воздушной скорости. Этот раздел данных о воздухе также будет включать в себя переднюю часть лопасти угла атаки и интерфейсы датчиков температуры воздуха, если устройство поддерживает такие функции.

Все это подключается к шине связи авионики в вашем самолете, где оно предоставляет информацию об отношении, курсе и данных о воздухе всем подсистемам, которые в ней нуждаются, а также флаги ошибок, позволяющие дисплеям показывать вам красный крестик вместо фиктивного мусора. от сгоревшего датчика.