題:
無線有線飛行系統可行嗎?
securitydude5
2017-09-15 16:42:18 UTC
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鑑於大多數現代飛機都是通過電傳操縱系統來控制的,那麼從座艙和/或座艙計算機以無線方式通過導線指令傳遞這些飛行指令的可能性或缺點是什麼?電線增加了飛機的重量,因此增加了淨燃油消耗。我假設今天尚未使用完全無線的系統。

和溝通的風險損失?
那是無線飛行嗎?這個問題不是很清楚,因為[無線傳感器,無線反饋和無線航空電子設備](http://waic.avsi.aero/about/)已經在眼前。您是說對執行器進行無線控制嗎?注意:執行器的控制不會在導線重量中佔太多,特別是在使用液壓動力執行器時。但是這種比例將在“更多電動”飛機上增加。
美國國家航空航天局(NASA)就此主題撰寫了一篇簡短的論文:https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070013704.pdf
我嘗試過但沒有找到用戶友好的卡通漫畫,乘客可以用他們的筆記本電腦無線控制飛機。
我認為您已經忽略了一些東西:大多數(如果不是全部的話)這些設備仍然需要電線才能提供電源。如果單獨的控制線的重量和/或成本是一個問題,那麼肯定有可能在電源線上多路復用數據和控制信號。
國際電聯站點上WAIC的非常詳細的清單(報告M.2283):[無線航空電子內部通信系統的技術特性和頻譜要求,以支持其安全操作](https://www.itu.int/dms_pub/itu -r / opb / rep / R-REP-M.2283-2013-PDF-E.pdf)
在該區域附近正在進行研究項目,例如SHAWN> https://scc.rhul.ac.uk/research-projects/
八 答案:
Koyovis
2017-09-15 17:54:01 UTC
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電傳操縱對於控制飛機絕對至關重要,這裡的三個主要因素是安全性,安全性和安全性。體重不是其中之一。線控飛行系統具有三重或四重冗餘:製造商沒有安裝另一套電纜,而是安裝了3個以上的電纜織機,只是為了確保系統始終正常工作。

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電線比無線更安全!無線系統中有活動的發送器和接收器,可能會發生故障。信號的接收取決於發射器&接收器之間空間的質量:信號能否始終穿透鋁製隔板?當經過機場雷達或另一架飛機的氣象雷達場時,無線信號會發生什麼情況?

屏蔽線是無源的,並且相對不受電磁輻射的干擾,因此是屏蔽電纜的首選方法。安全關鍵系統。


更新

OP處於電傳狀態。從某種意義上說,飛行控制系統是機上最安全的系統,必須始終隨時可用。在評論中,通過@mins鏈接的演示文稿報告了車載無線通信的進度,適用於安全性不太重要的系統:

潛在的示例WAIC應用程序

  • 低數據速率,內部應用(LI):

    • 傳感器:機艙壓力-煙霧檢測-燃油箱/管路–接近溫度-EMI事件檢測-結構健康監測-濕度/腐蝕檢測
    • 控件:緊急照明-機艙功能
  • 低數據速率,外部應用(LO):

    • 傳感器:冰檢測-起落架位置反饋-制動溫度-輪胎壓力-車輪速度-轉向反饋-飛行控制位置反饋-門傳感器發動機傳感器-結構傳感器
  • 高數據速率,內部應用(HI):

    • 傳感器:航空數據-發動機預後-飛行甲板/客艙乘員組圖像/視頻
    • 通信:航空電子通信總線-FADEC飛機界面-飛行甲板/客艙乘員組音頻/視頻(與安全有關)
  • 高數據速率,外部應用(HO):

    • 傳感器:結構健康監測
    • 控件:主動振動控制

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在同一演示中: A380機載5700公斤電線,其中30%可能是無線替代品的潛在選擇。因此,飛機上的無線通信確實很有意義,首先要從非安全關鍵系統開始。

“ *電線比無線電線更安全*”,直到電線斷裂。有線+無線可能會[更安全(第10頁)](https://www.icao.int/SAM/Documents/ITU-WRC-15/06%20CARSAM%20WRC-15%20Wkshop_BoeingCramer%20AI%201-17WAIC.pdf )多於2根電線。
@mins是的,一切都可能破裂。問題是,一個破損機率比另一個高嗎?無線甚至不必中斷即可使外部輻射失效。
@mins飛行控制電纜會斷裂,液壓管線會斷裂,向執行器提供動力的電線也可能斷裂,等等。如果帶有執行器信號的電線斷裂,那麼執行器動力的電線是否仍然存在?聽起來像解決方案將是冗餘且物理上分開的控制線和電源線,而不是仍然需要致動器電源的可干擾無線控制。
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除了系統故障之外,無線系統極易受干擾。
“ *極易卡住*”:如果通訊發生在籠子外部,則不要從法拉第籠子內部來。確實是這樣。
@mins是什麼讓您認為乾擾器不會在籠子裡...
閃電是我想到的另一件事。
@reirab所說的。如果您可以無線控制飛機,那麼其他人也可以。或者至少,它們肯定會阻止您控制飛行器的能力。他們真正需要做的只是針對惡意行為者。不,飛機不是有效的法拉第籠。如果是這樣的話,飛機降落時,就不會有那麼多人著手機。
@mins是的,aroth是對的。飛機不是法拉第籠那麼好。有足夠的衰減以致GPS信號不能正常工作(因為這些信號無論如何都幾乎不超過背景噪聲),但不足以嚴重影響手機,更不用說乾擾了。為此,我已經從坐在登機口幾次的飛機內部連接到休息室的Wi-Fi。同樣,航空電子設備也將在機身內部,儘管飛行控製表面顯然在機身外部。
正如我在本頁頂部寫道,@aroth:飛機的無線技術正在不斷發展,無線傳感器,無線反饋和無線航空電子設備已經在眼前。我沒有提到方向舵或副翼的致動。 WRC / ITU已保護了一個頻段(目前用於無線電高度計的4/5 GHz,但將被騰空)。確實存在挑戰,但是行業已經在[測試,法規和標準]上投入了資金(https://aerospaceamerica.aiaa.org/features/war-on-wiring/)。最主要的驅動因素是傳感器在未來的飛機中將達到天文數字,並且無法使用電線。
@reirab:是,窗口提供了這種可能性,但是如果需要,也可以使窗口停止4/5 GHz頻帶。然後,也請考慮也可能發生電線卡塞(這是關閉PED的官方原因),但是也可以很容易地檢測到並消除乾擾設備。
@mins傳感器,反饋和航空電子設備是一回事,可能還不錯。使飛機駛向不同地方的零件完全不同。無線乾擾極少。 Lnafziger絕對是正確的。閃電令人擔憂。另外,如果您添加了所需的加密+有效性和冗餘檢查,我想無線信號的等待時間將比電線大得多。即使是很小的幾分之一秒,延遲也比我想要的更長。我會比使用遙控無人駕駛飛機感到不舒服。
關於您的更新,是的,但是正如我在回答中指出的那樣,單線通信和分佈式控制器/計算機都可以做到這一點,而沒有無線電通信的所有問題和風險。海軍工業已經使用了幾十年的方法來減少現代軍艦需要鋪設的數百萬英尺的電纜。
您在WAIC上的新增內容顯示了航空領域中有關電線的重大革命。對於那些對細節感興趣的人,有2個非常詳細的文件:[ITU報告M.2283](https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-M.2283- 2013-PDF-E.pdf),並且使用了此[完整演示文稿](https://www.isa.org/participate-in-a-technical-division/communications-division/wireless-avionics-intra-communications/)在2015年舉辦了一個研討會(第一次只是摘錄)。
ratchet freak
2017-09-15 16:58:12 UTC
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僅僅因為無線的可靠性要差幾個數量級,所以這種可能性很小。

考慮當前一天的恐怖威脅時代,如果加密(並且您需要加密)曾經遭到破壞,則這將使乘客侵入數據流,而

您還沒有考慮無線通信的功率需求,這也會增加燃油成本。

節省一些費用一百公斤的重量這永遠不會發生。

永遠不會發生?好[AVSI的目標](https://www.icao.int/SAM/Documents/ITU-WRC-15/06%20CARSAM%20WRC-15%20Wkshop_BoeingCramer%20AI%201-17WAIC.pdf)是為了保存使用無線電的電線重量的30%(“ *大約30%的電線可以替代無線!!”)。
@mins,該演示文稿並非旨在取代航空控制線(這是關於問題的內容)
僅僅徹底地干擾信號就足夠了-從攻擊者的角度來看,竊取控制權是“不錯的”,但是乾擾頻率並因此全部控制就足以使飛機降落。
無需破解加密。干擾器可以輕鬆消除“無線飛行”系統,而且製造起來相當瑣碎。只需在正確的頻段中播放一堆白噪聲即可。
量子糾纏可能是無法破解和堅不可摧的。我將其定義為無線。
@ChristiaanWesterbeek:除非其軟件實現中存在錯誤。實際上已經存在無法破解的加密(即使宇宙中的每個原子都是一台計算機,也需要數十億年的時間才能進行暴力破解),但是由於其實現中的錯誤,它們有時確實會遭到黑客攻擊。
問題不在於加密可能被黑客入侵,而控制中心也可能被黑客入侵。 500人衝進空中飛機闖入駕駛艙,還是衝進運行在地面上遠程發送命令的服務器的控制室,是否更容易?
@reirab您可以設計一個無線協議,使其在擴頻時幾乎不受干擾。術語是LPI(攔截的低概率)。您可以將FHSS + DSSS與OFDM和跳頻一起使用。這些都是用於減少干擾的通用技術,但是可以很容易地進行修改以達到抗干擾的目的。發出超寬帶白噪聲發生器將使用淫穢的電量(不切實際的電量)。
Trevor_G
2017-09-15 19:52:39 UTC
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儘管在技術上可行,但在座艙與飛機周圍各個端點之間進行無線通信會產生重大問題。

主要:

  1. 通道:除非您使用多個頻率,否則每個傳感器或驅動程序都將需要它自己的無線電通道。再加上冗餘,每個傳感器或執行器站需要三個通道。

  2. 帶寬:無線通信的一次傳輸量受到限制。由於您將在多個設備上共享頻道,因此這進一步限制了與之通信的速度。

  3. 干擾:假設您甚至可以使所有這些設備在同一時間工作時間,您非常容易受到電子噪音的影響。無論是蒂米用他的小遊戲男孩,還是爸爸用他的電動剃須刀在洗手間,還是穿越電風暴,任何形式的通訊突然中斷都將損害乘客和機組人員的飛行體驗。

  4. 安全性,黑客行為/阻止:對於恐怖分子來說,打開發射機阻止wifi或劫持控制系統實在是太容易了。

  5. ol>

    這樣,無線通信將是一條危險的冒險之路。

    對於線束。對於控制系統,可以通過使用其他方法來顯著減少線束。通過使用位於飛機周圍的分佈式智能控制器,可以使用單線通信系統將它們連接至主要飛行計算機。也就是說,您實際上不需要在座艙中為每個開關中的線束使用導線。

    和往常一樣,這裡需要冗餘,您可以通過兩根或三根穿過屋頂,地板等的電纜來設計冗餘,以防萬一失效或被切斷。當然,您仍然需要配電系統。

    但是,所有這些方法的問題在於通過單個點傳遞過多的功能。儘管它可能是一個更簡單,更可靠的系統,但失敗的後果要嚴重得多。

“除非您使用多個頻率,否則每個[...]自己的無線電頻道”是什麼意思?經典廣播頻道實際上使用多個頻率。請注意,今天我們可以從許多其他多址技術中進行選擇,包括時分和擴頻。同樣,無線帶寬可能會很高。在飛行控制方面,在通道和帶寬方面確實不缺。
@bogl是的,帶寬和渠道並駕齊驅。您可以使用時限有限的大量頻道,也可以使用較少時分的頻道。無論哪種方式,對於實時控制都是有問題的。
您是否真的需要為每個商品使用不同的渠道?與如何在總線上具有多個發射器或在相同頻率上具有多個手機類似,您無需為每個發射器使用不同的通道。如果您有雄心壯志,可以使用時分多路復用,碼分多路復用甚至是時空編碼,但我不確定如何保證這些事件的確定性實時行為,但確實存在實時無線網絡。
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jayS
2017-09-15 16:57:34 UTC
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在我看來,最重要的問題是不受外部來源對無線信號(從FCS到執行器)的干擾或環境因素對信號傳輸的影響的抵抗力-信號的可靠性是什麼?在所有可能的情況下進行無線信號傳輸。在我們擁有消除這些問題的技術之前,業界將非常懷疑無線FCS的使用。截至今天,FCS中即將出現的第二件事是光速飛行,即使用光纖的信號傳輸。與傳統的FBW相比,FBL有許多優點,例如,高速,抗電磁干擾等,但同時它可能不比銅線輕很多,因為它可能觸發向FBL的全面轉換。例如民用領域。

光纖的確是點對點通信的一種很好且相對不受干擾的方式。但是,它的問題在於,很難在數據總線設置中實現,也很難將信號拼接到現有的電線中。輪輻式架構隨著傳感器數量的增加而呈指數增長,並且現代飛機越來越多。
光纖還有一個問題,就是不能很好地應對。在地面上,這實際上並不是什麼大問題,但是在可能遭受相當大湍流的飛機中,這是您需要牢記的問題。誠然,它可以克服,但是到那時,必須首先問一問,首先在銅上使用光纖來獲得什麼。另外,只要計算機是電子計算機,別忘了在某個時候您將必須擁有某種能夠彌合電氣/光間隙的設備,充其量只能引入延遲。
Jenc
2017-09-15 19:11:12 UTC
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不。

儘管無線通信可以幫助減少電纜數量,但是遠程控制單元和遠程終端仍需要使用電纜進行供電。

無線系統的優點包括移動性和靈活性。這些可能是某些早期原型的驅動因素,但顯然不是經過認證的客機的驅動因素。減少線束的副作用並不明顯。

因此,使用更少的電線是可能的,但無線方式則不是。

真的很棒!
Cody P
2017-09-15 23:38:15 UTC
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該系統有很多利弊,其他人在這裡也提供了與現有研究的許多重要聯繫。諸如 Gulfstream Boeing之類的製造商已經為無線航空電子設備的一些示例製作了原型,這是一個活躍的研究領域,有大量提出不同策略的論文。因此,我不敢說無線飛行是行不通的,或者是一個可怕的想法,儘管據我所知,它仍然沒有在車載網絡中的其他行業中得到廣泛應用。像這裡發布的許多想法一樣,它有其優點,但好處可能不足以克服挑戰。

無線控制的優點:

  • 佈線重量較輕,也許最多一千公斤
  • 降低了線束設計,電纜佈線和屏蔽的工程成本
  • 您無需屏蔽電線以防電干擾(相反,您會受到天線的干擾)
  • 更少的問題是由於連接器斷開,導線斷裂,終端故障造成的傳輸線影響等。

缺點:

  • 無線發射器中的工程成本增加
  • 複雜性增加(認為Wi-Fi的連接問題比LAN多)
  • 故障點問題。飛機上有幾條冗餘總線,分別通過飛機上的不同點。比所有這些冗餘電線都更容易阻塞或進行所有無線通信。
  • 您需要使用帶有加密和身份驗證簽名的安全體系結構,因為您不再保證入侵者不在數據上總線。軍方已經在各種無線電應用中使用了類似的技術。
  • 用於檢測網絡入侵者,防止危險干擾等的額外安全軟件和硬件。
  • 即使使用擴頻和跳頻之類的軍用級抗干擾技術,也無法完全避免干擾。

作為與黑客相關的有趣觀點,大多數現代飛行控制計算機不受討厭的拜占庭常規錯誤的影響。這些錯誤是幾種傳感器或控制計算機之一發生故障並誤導其他傳感器或情況的情況,包括甚至撒謊而又將真相告訴他人。即使在這些情況下,該系統也被設計為檢測騙子,並且仍能在運行中的計算機之間達成完全正確的協議。要拆除這些系統,您必須一次模擬兩個,有時甚至是三個飛行控制計算機或伺服器。

此外,許多系統都旨在防止故障轉移。例如,如果檢測到方向舵完全偏轉,則航空電子設備可能會恢復為更簡單的備用控制系統(可能是機械的)。當然,可以使用正確的技術來規避這些系統,但是要暗示它對於一個系統來說是無足輕重的,它可以無賴並擊落整個飛機,就像在暗示如果您切斷一個支撐梁,橋樑就會失效。您不應該忽略這些設計中廣泛的安全分析和冗餘。

電傳操縱是為飛行控制保留的,以便將它們與操縱電纜區別開來,只是將閥或控製表面直接機械地偏轉。對於安全性低的系統,有用於飛機無線技術的研究預算。不是飛控。
@Koyovis如果您閱讀了我發布的Gulfstream鏈接,那麼它將談論一個帶有“將無線信號應用於主要飛行控制面的應用”的原型。因此,似乎*正在*研究用於飛行控制的無線技術。
“機械系統控制了副翼; Fly-By-Wire系統操縱了舷外擾流板; Fly-By-Wireless系統處理了中間擾流板;光纖Fly-By-Light系統移動了舷內擾流板。”有趣的研究。初級控制仍以機械方式完成。
tj1000
2017-09-16 04:56:46 UTC
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電線比無線電信號更能抵抗電磁干擾,無論是有意還是無意。

此外,將無線電信號發送到鋁或碳纖維包裹的遠程接收器也會帶來一些困難。可以將飛機的鋁皮用作天線,但這也將為外部無線電信號提供出色的天線,並且您再次遇到潛在的干擾問題,可以將其應用於飛機外部。

一種更實用的方法是用光纖代替金屬線。光纖具有更高的速度和更寬的帶寬,可以在每條電纜中傳輸多個信號,而且重量也更輕。

幾年前,洛克希德C130經過重新設計,採用了基於光纖的系統。結果從座艙區域消除了太多的電線和重量,以至於以前可選的座艙裝甲成為標準配置,以使飛機在沒有貨物時保持平衡。

UIDAlexD
2017-09-16 01:01:36 UTC
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我還沒有看到其他任何答案:無線發射器需要電線為它們供電。而不是從座艙到系統鋪設電線,而是從飛機電網到發射器,再到接收器,再鋪設一根電線。

恭喜,不使用電線,您的工作量就增加了一倍電線數。

有線收發器也將需要電源。假設有2個信號,電源和地,則將導線數量減半。但是電源的佈線方式可能不同於數據。
目的不是減少電線的數量,而是減少電線的長度/重量。而且大多數無線設備都不需要從飛機上供電,這就是可以繼續前進的要素。設備可以具有電池或其他能源,例如RFID上的感應。
-1
@UIDAlexD:“ *當電池電量低時,您將如何更換它們?*”我的家用煙霧探測器上的電池使用了十年,這不是火箭科學。存在許多解決方案。例如。我將為50個傳感器配備一個電池,並在維護期間在地面上為它充電。如果使用感應方法,則感應器將留在地面上。
除了極少數情況下的兩線無源傳感器或液壓執行器的單線信號外,大多數飛行控制計算機,伺服器和執行器都已經通電,因此您不必“將線數加倍”。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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