Glass Cockpit

Il glass cockpit o più raramente in italiano abitacolo a visori è un tipo di strumentazione avionica che fa uso di display, tipicamente LCD, anziché i classici strumenti elettromeccanici. L'introduzione, relativamente recente, di questi strumenti ha alleggerito il workload dei piloti e semplificato le operazioni all'interno della cabina di pilotaggio, soprattutto in situazioni di emergenza.

lezione Glass Cockpit
	Tipo: lezione
	Materia: Strumentazione di bordo e avionica
	Avanzamento: lezione completa al 100%

AHRS

Esempio di una unità AHRS

L'AHRS Attitude and Heading Reference System è il componente che sostituisce la rilevazione dei dati degli strumenti elettromeccanici, in particolare i giroscopi e i componenti a bussola. L'AHRS è composto da dispositivi a stato solido, sistemi MEMS e/o sistemi laser^[1], in grado di determinare le informazioni in qualsiasi assetto e con un'elevatissima precisione e rapidità. È composto da giroscopi, accelerometri e magnetometro.

Principio di funzionamento di un giroscopio laser

I giroscopi laser sfruttano l'effetto Sagnac: due raggi laser vengono inviato in un anello di specchi in modo controrotante. A un angolo dell'anello i fasci escono e la differenza di fase è proporzionale alla velocità angolare del sistema. I maggiori vantaggi di questa tecnologia sono una buona precisione (nessun interazione meccanica produce attrito che può falsare la misura o introdurre un errore cumulativo), leggerezza degli apparati e manutenzione pressoché assente. Questo modello di strumento prende il nome di interferometro di Sagnac o Ring laser gyroscope.

In alcuni recenti apparecchi si fa uso di fibre ottiche al posto di raggi laser^[1].

Invece l'heading viene ricavato da un fluxgate compass/magnetometer^[1]. A differenza di un compasso magnetico, l'output di questo strumento è un segnale elettrico, rendendo semplice la successiva analisi da parte dei computer di bordo. L'idea che sta alla base di questo strumento, è circondare un nucleo di ferro magnetico con due fili; in uno di essi viene inviato un segnale alternato che effettua cicli di magnetizzazione-demagnetizzazione del nucleo interno. Nel secondo filo una corrente dovuta ai cambiamenti di magnetismo è indotta. Un amperometro misura la corrente all'interno del filo, e la differenza tra la corrente entrante e quella uscente in un ciclo determina l'orientamento verso la fonte del campo magnetico.

Se l'AHRS è unito con l'ADC (sotto spiegato), come che avviene soprattutto sui glass cockpit dell'aviazione generale, il componente è chiamato air data, attitude and heading reference systems (ADAHRS).

ADC

Un ADC, si possono notare gli ingressi per la porta statica, il tubo di pitot e il connettore elettrico

L'Air Data Computer (ADC) è lo strumento connesso ai sensori a pressione (pitot, porte statiche, temperatura, ecc.) con il compito di fornire alla strumentazione digitale i dati aria. Il vantaggio per i piloti rispetto ai normali strumenti analogici, è la possibilità di avere il calcolo automatico dei valori di TAS, CAS, ecc. direttamente dalla strumentazione, fornendolo in tempo reale ed esonerando il pilota da questo calcolo. Un altro importante vantaggio è la progettazione dei sistemi: non sono necessari i collegamenti dei vari sensori ad ogni unità, ma viene tutto centralizzano negli ADC, che ovviamente dovranno essere ridondati. Ad esempio, il sistema di pressurizzazione conoscerà il valore dell'altitudine non direttamente dalla presa statica ma attraverso il databus.

I sensori all'interno dell'ADC convertono in segnale elettrico analogico il valore ricavato (es. pressione) e successivamente viene convertito da un ADC (questa volta Analog-Digital Converter) in un segnale digitale, per poi essere trasferito attraverso il databus alle altre unità avioniche.

Schema

Qui è riportato uno schema generico preso dall'handbook manual della FAA

I Display

Un glass-cockpit per l'aviazione generale (Garmin G1000)

A seconda dell'aeromobile, i display del glass cockpit possono essere più o meno numerosi e sostituire più o meno strumenti analogici. Tutti i velivoli garantiscono comunque sistemi indipendenti di backup (a volte analogici^[2]), solitamente gli strumenti per la velocità, altitudine e orizzonte artificiale. Questi ultimi risultano completamente indipendenti dai sistemi digitali e sono solitamente dotati di batteria interna per poter funzionare anche in caso di failure totale dell'impianto elettrico.

EFIS

L'EFIS (Electronic Flight Instrument Systems) è l'insieme dei display presenti nel glass cockpit. Ovviamente, oltre ai display, compongono il sistema anche i computer atti a ricevere i dati dal databus ed elaborarli in informazioni grafiche.

Possiamo divide i display in:

PFD: Primary Flight Display, è il display atto a contenere tutte le informazioni relative ai parametri di volo. Solitamente è composto in alto dall'orizzonte artificiale, con a sinistra l'indicatore di velocità (lineare e non circolare) e a destra la velocità (anch'essa lineare a differenza dello strumento circolare). Sotto sono poi presenti l'HSI (Horizontal Situation Indicator), la velocità verticale e altri parametri.
MFD: Multi Function Display, è il display che mostra solitamente le informazioni di navigazione. Esso è composto da un cerchio o da un arco orientato verso l'heading dell'aeromobile. Su questo display vengono indicati i radioaiuti, i fix GPS, gli aeroporti e possono essere sovrapposte delle mappe, come le mappe a terra dell'aeroporto o la mappa meteorologica letta dal sistema meteo. A volte possono contenere anche informazioni indicate nel punto successivo, quando ECAM/EICAS non è presente come componente separato.
ECAM/EICAS: Electronic Centralised Aircraft Monitor o Engine Indicating and Crew Alerting System, sono rispettivamente i sistemi di Airbus e Boeing che forniscono informazioni di monitoraggio (parametri motore, superfici di controllo, pressurizzazione, ecc.) e segnalano ai piloti eventuali malfunzionamenti (sostituiscono i cosiddetti "annunciatori", ovvero i led di segnalazione presenti sui velivoli più datati). Gli ultimi strumenti fungono anche da checklist immediata in caso di guasti, permettendo ai piloti di eseguire in sequenza le azioni richieste, già calcolate dal computer di bordo, sostituendo in parte il lavoro del manuale chiamato QRH (Quick Reference Handbook).

Glass Cockpit di un A320. Si possono riconoscere da sinistra: PFD e MFD per il comandante, i due display centrali per ECAM, MFD e PFD per il copilota

Note

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 R.Fred Polak, A Layman's Guide to Attitude Heading Reference Systems (AHRS), helicoptermaintenancemagazine.com, 1 aprile 2012.
↑ D.Higdon, Backup Flight Instruments: They Stand Up When Standards Stand Down (PDF), aeapilotsguide.com.

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[layman-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 R.Fred Polak, A Layman's Guide to Attitude Heading Reference Systems (AHRS), helicoptermaintenancemagazine.com, 1 aprile 2012.

[2] D.Higdon, Backup Flight Instruments: They Stand Up When Standards Stand Down (PDF), aeapilotsguide.com.

[1]

[2]