Разработка авионики
Создание чего то нового, это всегда одновременно и сложно и страшно интересно.
Даже когда какие то устройства разработаны, для создание похожих вещей, приходится иметь достаточное усердие и мотивацию.
Перед такой же проблемой столкнулся и я, когда недавно принялся за разработку авионики для легкого самолета.
Пока работы веду над прибором пространственного положения, дальше системы навигации, связи и контроля управления.
Не имея должных навыков в проектировании электронных плат и корпусов, пришлось освоить или повысить умея использования открытого ПО.
От идеи, перешел к практике, нарисовал схему, используя программу Kicad, решил использовать МК STM32 семейств F1 и F4.
В планах также попробовать для "математики" вычислений применить МК миландра - К1986ВЕ1QI, но это чуть позже.
Чтобы получить печатную плату, нужно изрядно попотеть над ее проектированием.
Даже если плата отладочная и будет меняться в процессе разработки и отладки.
Основное в авиаприборах это вес и габариты, при этом качество получаемой информации должны быть точными и не иметь задержек.
Если брать стандартные монтажные отверстия в приборных панелях, то это 57(2 1/4 ") мм и 80(3 1/8 ") мм.
Прибор монтируется "изнутри" приборки, в принципе за приборной панелью корпус может иметь любые габариты, но все же надо делать не очень большую и тяжелую штуковину.
Немаловажным фактором является питание от борт-сети, а это значения от 14 до 30 вольт DC.
Поэтому на плате прибора нужно предусмотреть размещение DC-DC преобразователя.
Traco Power отлично решение, я же смотрю в сторону российских производителей.
Основная задача прибора пространственного положения, или АГ(авиагоризонта), показывать собственно этот искусственный горизонт.
Для определения и ориентации необходимы датчики акселерометра и гироскопа и их размещение на плате.
Прибор будет "общаться" с другими системами по интерфейсам UART и CAN.
В планах использовать авиационную шину Arinc429, для работы с которой были получены образцы приемо-передатчиков у российского производителя.
Достаточно важный вопрос выбора дисплея, т.к. это основной источник получения визуальной информации от прибора.
Здесь важна яркость дисплея, и ее значения не менее 500 нит и углами обзора 12 часов.
Взаимодействие с дисплеем, или его интерфейс это SPI или 8080-parallel.
Выбор производителя дисплеев сводится к китайским, т.к. выбор там большой.
Размещение дисплея в небольшом пространстве корпуса, есть компромисс между размером дисплея, отверстием в приборной панели и вероятностью повредить дисплей при монтаже.
При проектировании и разводке печатной платы, больше внимания уделял схемотехнике, и расположению комплектующих на плате, трассировку выполнял в авто режиме, но все равно из-за плотности элементов, всегда приходилось 10% проводников разводить самостоятельно.
Но в целом autorouter экономит время, но есть особенности работы с ним.
Корпус моделировал во Fusion 360, оформил доступ для стартапов и пользуюсь без ограничений.
Программа при должном изучении даст фору платным решениям и имеющим похожие баги и неудобства в работе.
Корпус для прототипа модульный, с возможностью доработки и отладки.
Также сделаю вообще бескорпусный вариант, две платы - бутерброд, соединенный стойками.
Как многие знают, электронное устройство это не только печатные платы с компонентами в корпусе, это еще и программное обеспечение или программа.
И здесь тоже свои сложности и преграды, начиная с обучения работы с каким-то датчиком акселерометра, отладки его фильтрации и математики для просчета сырых данных.
Планируется работа с датчиками абсолютного давления, для определения скоростей и высот полета.
Диапазоны измеряемых разниц давлений, это прямая зависимость стоимость датчика давления.
Но такие датчики пока у нас не делаются, и приходится выбирать из недорогих импортных и тестировать.
Учитывая тот факт, что все делаешь в одиночку, это создает временные задержки в прототипировании и отладке.
Поэтому никогда не откажусь от помощи грамотных инженеров или людей, кому интересна данная тематика.
По ссылкам можно посмотреть модели в браузере, из программы моделирования.
Прибор в корпусе
https://a360.co/3KNv7wk
Без корпуса(prototype)
https://a360.co/3Gz6H7f
Ну и безделушка, сделанная "на коленке", пока печатаются корпуса прототипа и делаются печатные платы.
Прежде надо разобраться, а зачем приборы самолету?
Копать надо из глубин - Федеральные правила использования воздушного пространства. Есть два вида полетов - правила визуальных полетов и правила приборных полетов (VFR и IFR, если любите только западное). Вся суть в том, как обеспечивается безопасность в каждом из них. Чтоб не растекаться, сразу обозначу задачи (опасности): при выполнении полета по ПВП безопасность полета обеспечиаается выдерживанием пространственного положения (раз) осуществляется путем пилотированием самолета по естественному горизонту; уклонение от столкновения с другими ВС и наземными препятствиями (два) путем наблюдения закабинного пространства, ведение навигации (три) путем сличения наблюдаемой земной поверхности с картой.
Ну и где здесь авиагоризонт? Если открыть АП-23 п.23.1301 и далее 23.1303, то вы увидите, что вам нужен механический указатель скорости, механический высотомер, механический компас и любые часы. Вот и все приборы, которые ОБЕСПЕЧИВАЮТ БЕЗОПАСНОСТЬ. То есть отказ этих приборов не должен привести к катастрофической ситуации. Вероятность этой ситуации - не более чем 10Е-9 на 1 час полета. (Какие бывают особые ситуации (особые случаи), их тяжесть и т.д. - см. АП-23 разделы А0 и приложение на предпоследней странице).
Про приборы. В АП-21 есть раздел про авиационные комплектующие изделия КИ. Приборное оборудование относится к КИ 3 категории. Если отказ КИ может привести к возникновению особой ситуации, то это КИ подлежит квалификационным испытаниям. Проще говоря - лабароторно-стендовым.
Условия описаны в книжке КТ-160 (DO-160). Эта книжка, квалификационные требования, имеет около 830 страниц и 18 параграфов. Там всякая милота - испытания на молнии, статическое электричество, электромагнитные поля, иней, грибок, соляной туман... Поэтому даже у американцев есть механические авиационные приборы, которые без изменений выпускаются с 1930 г. Потому что дорого доказать, что новый прибор надёжен!
А чтоб вы не подумали, что я нагружаю вас и пугаю, то я не просто так привел и наши документы и американские. Они почти одинаковые, только на разных языках.
Только у них самоделки - это экспериментальные самолеты, свобода убиться любым способом и страховка для тех кто не хочет сейчас умирать именно от вашего самолета (страхование третьих лиц), а у нас ЕЭВСы, потому вот так.
Варианты только такие:
1. Партизанщина
2. УС-350, ВМ-10, КИ-13, АЧС-1 (или их не менее известные ближайшие родственники). А рядом можете поставитьсвой красивый авиагоризонт.
Про правила ППП, для решения тех же трех задач, там где нужен авиагоризонт, вообще нет смвсла вести. Там требования к надежности таковы, что даже десятилетиями выпускаемые авиагоризонты не выполняют условия, и их ставят три штуки. Или две штуки плюс гирокомпас, или еще какой выверт. И запитывают это от двух электросистем, которые должны питаться от двух генераторов или двух аккумуляторов. Всю эту веселуху можете сами почитать в АП-23 п.23.1305, 23.1307, и самая мякоть - 23.1309. На закуску полирните разделом Д23 F. Там свалка из остального - компасв, привода, связь, сигнализация... И все ради того, чтобы пон зить вероятность попадания хотя бы в сложную ситуацию, неговоря поо катастрофическую (она просто запрещена).
В приборном полете вся безопасность зависит от надежности приборов, а они не становятся надежнее уже лет 70. Предел достигнут.
Я не знаю цифр по оборудованию, но знаю по двигателям - вероятность отказа поршневого двигателя 10Е-4. На 10 000 ч налета один отказ. Вроде это огромная цифра и не достижима. Нифига - она среди нас. 4 года работал в одной конторе, одномоторные самолеты. За это время было выпущенно 9 самолетов, каждый налетал около 150 полетов по 3-4 часа. Было 4 отказа двигателя, два из которых закончились разрушением самолетов. Расчет подтвердил эту цифру. Двигатель известный, импортный, с сертификатами, эксплуатировался по правилам.
В общем, занятие у вас интересное и полезное. Возможно, даже будет результат, но особых надежд на серьезное продолжениене питайте.
Если хотите пообщаться - пишите, поговорим.