В типичных коммерческих или военных самолетах AMS включает в себя критически важную для безопасности систему (например, систему управления двигателем, систему управления боевыми действиями) и системы, не отвечающие требованиям безопасности (например, систему мониторинга состояния конструкций и двигателя, систему экологического контроля кабины и систему внутренних развлечений).
Традиционно большое количество датчиков реального времени, работающих по проводному соединению, обслуживают действующую AMS. Например, в шине Airbus A380 более 300 миль кабелей состоит из около 40 000 разъемов датчиков и 98 000 проводов.
Проводная система в AMS имеет следующие отличительные особенности:
- Прокладка кабелей является довольно четкой и сложной задачей. Например, маршрутизация питания и электрических сигналов должна быть физически разделена, чтобы предотвратить возникновение электромагнитных помех в маршрутах, препятствующих адаптации авиакомпании в процессе производства.
- Использование жгута проводов в доступных местах расположения аппаратуры наблюдения и в суровых климатических условиях ограничено.
- Прокладка более длинных проводов в крупногабаритных конструкциях требует много времени и трудоемка.
- Деградация электропроводки может способствовать борьбе с невыполнением или прекращением миссии, даже с серьезными катастрофическими отказами.
Согласно отчету ВМС США, около 78 самолетов не могут выполнять боевые задачи из-за неисправностей проводки, что приводит к ежегодному прерыванию более 1000 полетов. Традиционные проводные муфты AMS имеют множество недостатков, главным образом из-за длинных проводов, которые соединяют каждый датчик с центральным блоком.
До настоящего времени прогресс, достигнутый в области технологий встроенных датчиков и беспроводной передачи данных, расширил возможности мониторинга аэродинамических сооружений, космического и наземного испытательного оборудования, а также кабинной техники.
Одним из главных потенциальных преимуществ использования AWSN является уменьшение веса и времени установки системы воздушного транспорта, расхода топлива, технического обслуживания и капитального ремонта. T.e. AWSN предлагает новый подход к решению многих проблем, свойственных проводным приборам, таких как топливная экономичность, выбросы углерода и боевая масса .
Доказано, что применение AWSN может привести к снижению веса систем управления Cessna 310R на 41 кг, системы управления военными вертолетами SH60 на 121 кг и проводов для вертолетов Blackhawk на 108 кг. Как правило, затраты на планирование прокладки кабелей для одного воздушного судна составляют 2 200 долларов за кг. Принятый AWSN может сэкономить 14-60 миллионов долларов на самолетах.
Привлекательным использованием AWSN в AMS является сенсорное зондирование. В воздухе из-за больших углов атаки при взлёте или посадке, внезапных маневров пилота, турбулентности, порывов ветра и нормальных ударных волн на крыле на трансзвуковой скорости происходит разделение пограничного слоя на крылья, в результате чего возникает явление сопротивления и торможения.
По этой причине установка беспроводных приводов управления воздушными потоками в стратегических точках, особенно в крыле, для предоставления местной системе информации о воздушной потоке в режиме реального времени и метрик принятия решений, проливает свет на конструкцию старинной системы управления воздушными потоками.
Т.е. AWSN может реализовать самоконфигурацию, радиочастотные допуски и устранение неисправностей при техническом обслуживании. В критически важных приложениях, хотя беспроводные соединения не могут полностью заменить кабели в свете высоких требований надежности, они также могут функционировать как резервные соединения, повышая надежность и функциональность AMS.
Кроме того, AWSN повысит безопасность и функциональность системы за счет более простой обработки распределения неисправностей и свободных опасностей по сравнению с электропроводной системой. Эта идея эксплуатации AWSN для AMS была впервые представлена исследователями в начале 21 века, и многие отметили потенциальные преимущества этой технологии по сравнению с традиционными системами AMS.
На самом деле, первые прототипы AWSN используют микроконтроллеры с низким разрешением в сочетании с аналого-цифровым преобразователем и низкой частотой дискретизации, но эта технология делает доступными сложные измерительные элементы.
Быстрые достижения в области композиционных материалов и пьезоэлектрических датчиков открыли перед AMS новые возможности, необходимые для проведения более всестороннего анализа повреждений, ударов и трещин. Как правило, интеграция пьезоэлектрических датчиков и AWSN открыла новую дверь для активной AMS .
Простота конструкции, надежность и потенциально низкая стоимость пьезоэлектрических датчиков определяют пригодность их встраивания в композитные конструкции воздушных судов, способствуя возбуждению и ощущению волн Агнца в качестве метода мониторинга работоспособности в режиме онлайн.
Обзор AMS
В данном обзоре AMS в основном включает в себя мониторинг состояния конструкций самолетов и мониторинг состояния окружающей среды в салонах самолетов. Т.e. AMS собирает данные с различных датчиков, размещенных на авиационных конструкциях и установленных внутри кабины самолета, осуществляя, соответственно, мониторинг состояния здоровья и мониторинг состояния окружающей среды в кабине.
Технология обнаружения повреждений на основе оптического волокна ягненка, глобального восприятия состояния оптического волокна, технология обнаружения мультисенсорного синтеза и оценка состояния конструкций самолета обеспечивает подходы к оценке состояния здоровья и обеспечивает безопасность сложных конструкций.
В частности, структурная реакция достигается с помощью деформационного, вибрационного, ультразвукового и пьезоэлектрического датчиков, работающих в режиме реального времени и контролирующих состояние конструкций самолетов. Тестовая реакция используется для оценки состояния здоровья конструкций и определения остаточной долговечности конструкции самолета с целью дальнейшего развития.
В целом, AMS направлен на экономию средств, затрачиваемых на техническое обслуживание или замену и обеспечение эффективной работы системы в течение всего срока ее эксплуатации. Кабина самолета, полная смеси наружного и рециркулируемого воздуха, представляет собой полузакрытую конструкцию.
Как правило, кабина самолета находится в динамическом состоянии с низкой влажностью и низким давлением. Кроме того, в салоне самолета образуются и распространяются различные концентрации озона (O3), монооксида углерода (CO), диоксида углерода (CO2) и других химических веществ.
Различные местоположения самолета (например, на земле, на подъеме, в круизе или в хорошем состоянии) определяют уровень загрязнений, проникнутых извне. Если уровень загрязнений не отслеживается и не корректируется в режиме реального времени, то это вредно и опасно для пассажиров и экипажей.
Обзор AWSN.
Чтобы еще больше проиллюстрировать рамки AWSN, лучше сконцентрироваться на беспроводной связи с точки зрения AWSN, развернутой в AMS. Коммуникационная система включает четыре компонента:
- интеллектуальные датчики,
- межсетевые AWSN,
- за пределами AWSN
- удаленные серверы.
В рамках AWSN различные интеллектуальные датчики, размещенные в самолете, подключаются к узлам беспроводных датчиков, расположенных в воздухе. Понятно, что AWSN формируется среди всех узлов датчиков в зависимости от беспроводных приемопередатчиков. Помимо AWSN, узлы точки доступа и шлюз создают мост к другим узлам сети в самолете, такие как портативные устройства, дисплеи кабины пилота и системы управления.
Наконец, на основе этих спецификационных сетей создаются приложения данных более высокого уровня, включая спутниковую сеть, наземную станцию, центр управления воздушным движением и систему управления. Для связи и сетей внутри самолета сеть AWSN стала хорошим дополнением к проводной сети связи в самолете.