Avionic der Kampfflugzeuge der 90

KRIEG IM AETHER
Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich
im Wintersemester 1988/1989
Leitung:
Bundesamt für Übermittlungstruppen
Divisionär J. Biedermann, Waffenchef der Übermittlungstruppen
Avionic der Kampfflugzeuge der 90-er Jahre
Referent:
H. P. Fankhauser, Dipl. El. Ing. ETH
E. Schellenberg, Dipl. El. Ing. ETH
P. Vonlanthen, Dipl. El. Ing. ETH
Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und als
PDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.
Avionic der Kampflugzeuge der 90-er Jahre - Vorlesung Krieg im Aether 1988/1989 (ETH Zürich)
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5-1
AVIONIK DER KAMPFFLUGZEUGE DER 90er JAHRE
H.P. Fankhauser, Dipl. El. Ing. ETH
INHALTSVERZEICHNIS
1. Einleitung
2. Systembeschreibung am Beispiel des Flugzeuges FA-18 HORNET
3. Auswirkungen auf den Unterhalt
4. Durchführung von Aenderungen
5. Anforderungen an das Personal
6. Ausblick
Adresse der Autoren:
H.P. Fankhauser, Dipl.El.Ing. ETH
E. Schellenberg, Dipl.El.Ing.ETH
P. Vonlanthen, Dipl.El.Ing. ETH
"Krieg im Aether", Folge XXVIII, 1989
48510
Bundesamt für Militärflugplätze
8600 Dübendorf
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Seite 1
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8-2
1.
EINLEITUNG
Wie man der allgemeinen und der Fachpresse in den letzten Monaten entnehmen konnte, sind die
Arbeiten für die Vorbereitungen der Beschaffung von neuen Kampfflugzeugen in vollem Gange. Bis
Mitte 1989 müssen alle Abklärungen so weit getroffen sein, dass der Bundesrat dem Parlament zu
Beginn des Jahres 1990 die Beschaffung mit allen Details vorschlagen kann. In enger Zusammenarbeit mit den Vertretern der Gruppe für Rüstungsdienste sind Mitarbeiter des Bundesamtes für
Militärflugplätze zur Zeit in den USA und legen dort fest, welche Einrichtungen und welches
Material für den Einsatz und den Trainingsbetrieb des komplexen Waffensystems notwendig sind.
Die Vorevaluation im vergangenen Jahr bestätigte uns, dass mit dem neuen Kampfflugzeug ein
gewaltiger Technologieschub zu bewältigen sein wird. Seit der Einführung des Flugzeuges MIRAGE
vor mehr als 20 Jahren war dies nicht mehr der Fall. Wir wählten das Thema Avionik, da der Technologieschub in diesem Gebiet am offensichtlichsten ist.
2.
SYSTEMBESCHREIBUNG AM BEISPIEL DES FLUGZEUGES FA-18 HORNET
2.1
DER BEGRIFF AVIONIK
Ein heutiges Kampfflugzeug kann in 4 wesentliche Teile aufgegliedert werden:
-
die
die
die
die
Flugzeugzelle (Rumpf, Flügel, Fahrwerk, Leitwerk)
Triebwerke
(Haupt- und Hilfstriebwerke)
Waffen
(Kanonen, Lenkwaffen, Bomben)
Avionik
Unter dem Begriff Avionik fasst man die gesamte elektronische Ausrüstung eines Flugzeuges zusammen. Ihr gehören als Beispiel das Radarsystem, die Navigationssysteme, die Funkgeräte, die
Flugsteuerung etc. an.
2.2
DIE UNTERSTUETZUNG DES PILOTEN DURCH DIE MODERNE AVIONIK
Am Beispiel des von der schweizerischen Flugwaffe kürzlich erprobten amerikanischen Kampfflugzeuges FA-18 HORNET möchten wir darstellen, wie der Pilot bei einem Einsatz im Luftkampf und
einer Mission im Erdkampf durch die moderne Avionik dieses Flugzeuges unterstützt wird.
2.2.1
MISSIONSVORBEREITUNG
Bereits bei der Vorbereitung des Einsatzes steht ein modernes Datenverarbeitungssystem als Unterstützung des Piloten zur Verfügung. Der Pilot gibt alle missionsabhängigen Daten, wie Navigationswerte, Waffen, Treibstoffmenge etc., in das (Fig. 1) dargestellte Off-line-Rechnersystem
(MISSION SUPPORT SYSTEM) ein. Navigationsdaten können direkt über ein Digitalisiersystem ab Karte in den Rechner aufgenommen werden. Nach abgeschlossener Vorbereitung erhält der Pilot eine Datenkassette, mit deren Daten er im Cockpit den Flugzeug-Hauptrechner für den geplanten Einsatz
laden kann.
S Y S T E M A T I C S GENERAL
T 5 1 5 2 TERMINAL/
I
150 MB
REMOVABLE
H A R D DISK
COLOR
D C - 6 0 0 TAPE
INTERFACE
Fig. 1
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GTCO 3G40A
DIGITIZER
"Mission-Support-System"
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5-3
Bevor wir den Piloten auf seinen zwei Einsätzen begleiten, werfen wir einen Blick in das moderne
Cockpit des FA-18 HORNET. Das Cockpit ist klar und einfach gegliedert. Die acht Hauptbereiche
enthalten Anzeigen und Eingabemöglichkeiten für die folgenden Bereiche (Fig. 2, 3):
1 Brake pressure indicator
2 L a n d i n g h o o k b y pa s s , la u n c h bar
and stores jettison selectors
3 Emergency/parking brake handle
4 Landing gear controls
5 Stores jettison indicators
6 Digital en gine m o n i t o r display
7 Fuel quantity indicator
8 Course and heading lightplate
9 M as t er a r m a m e n t panel
10 M a s t e r m o n i t o r display
11 L e f t w a r n i n g p a n e l
12 H e a d - u p d i s p l a y
13 H e a d - u p display c a m e r a
14 U p - f r o n t c o n t r o l p a n e l
15 R i g ht w a r n i n g p a n e l
16 M u l t i - f u n c t i o n d i s p l a y
17 IR c o o l i n g , m a p g a i n a n d I L S / D e c k
landing switches
18 A t t i t u d e r e f e r e n c e indicator
19 Radar w a r n i n g display
20 S t an d b y airspeed indicator
21 Standby altimeter
Fig. 2
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Vertical spee d indicator
Horizontal situation display
E C M growth space
E C M control panel
Rudder pedal adjustment
Aircraft build-number plate
Clock
Cabin pressure altimeter
Arrester hook control
Altitude indicator
Landing lightplate
W i n g fold control
Hydraulic pressure indicator
C a u t i o n light p a n e l
Static-pressure source selector
Canopy frame handle
Mirror
Lock/shoot indicator
Environmental control s y s t e m
louvre
41 C a n o p y jettison lever
42 Standby magnetic compass
F-18A HORNET Cockpit-Instrumentierung
Fig. 3
12
10
14
16
6
23
18-22
24-29
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Cockpit Detaildarstellung
Head-Up Display (HUD)
Hauptdisplay
Kommunikation, Funk
Mehrfunktions-Display
Triebwerkdaten
Navigations-Display
Back-up Instrumente und Radarwarner
Systeme für die elektronische Kriegsführung
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5-2104
Wenige Bedienelemente, die nur bei Start und Landung und in Ausnahmesituationen bedient werden
müssen, befinden sich auf den seitlichen Panels. Die meisten der Funktionen an den Displays
können auch am Steuerknüpel und dem Leistungshebel vorgenommen werden. Die Amerikaner bezeichnen
diese Eigenschaft als HOTAS (Hands On Throttle And Stick). Die drei Displays spielen für die Unterstützung des Piloten eine zentrale Rolle. Nr. 10 und 16 haben an sich identische Funktionen
und dienen gegenseitig als Back-up. In der Phase des Suchens von Zielen dient das linke Display
zur Darstellung von Radardaten, bei Annäherung können Waffendaten dargestellt werden. Auf dem
rechten Display werden laufend Daten gezeigt, die von zweiter Priorität sind. Für die Navigation
bietet das untere mittlere Display, Nr. 23, wesentliche Hilfen, die heute bis zur mehrfarbigen
Darstellung von detaillierten Geländeausschnitten gehen. In der eigentlichen Kampfphase benutzt
der Pilot hauptsächlich das Head-Up Display.
2.2.2 LEISTUNG DER AVIONIK IH LUFTKAMPF
Im Luftkampf geht es darum, ein Ziel vorerst wahrzunehmen, dieses dann zu erkennen, zu vermessen
und es anschliessend mit der richtigen Waffe zu bekämpfen.
a) Zielerfassunq (Fig. 4)
Der FA-18 verfügt über ein sehr leistungfähiges
Betriebszuständen eingesetzt werden.
Fig. 4
Radarsystem.
Dieses kann in den
3
folgenden
Zielerfassung
- Radar velocity search: Detektion von sehr schnellen Zielen auf Distanzen von über 100 km.
Mit einer hohen Pulsrepetitionsfrequenz werden Azimut und Annährungsgeschwindigkeit des
erfassten Objektes ermittelt und dargestellt. Es geht in dieser Phase darum, Gefahren aufzuzeigen, welche sich im Zeitraum von Minuten als bedrohlich erweisen können.
- Radar range while search: Ziele im gesamten Erfassungsbereich des Radars werden zusätzlich
auf die Distanz vermessen. Dies kann auf Distanzen von weniger als 100 km gemacht werden.
- Radar track while scan: Aus allen erfassten Zielen werden zehn Ziele ausgewählt. Von diesen
10 Zielen werden sämtliche Daten erfasst und ab einer Distanz von ca. 30 km werden 8 Ziele
dargestellt. Automatisch wird das Ziel, das die grösste Bedrohung darstellt, ausgewählt und
besonders markiert.
b) Der Waffeneinsatz im Luftkampf (Fig. 5)
In der letzten kritischen Phase, kurz vor dem Waffeneinsatz, steht der Pilot unter einem enormen Zeitdruck. Er benutzt nach Möglichkeit nur noch das Head-Up Display. Mit der gleichen
Augeneinstellung, die er für die optische Zielerfassung benutzt, kann er alle relevanten Daten auf dem durchsichtigen Display ablesen.
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5-5
Es sind dies:
- Information für den Flug: Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit, Höhe und Lage des Flugzeuges
- Information über das Ziel: Distanz des Zieles, Annäherungsgeschwindigkeit des Zieles
- Information über die Waffen: Angabe, ob das Ziel sich im Bereich der Waffenwirkung
findet, Flugdauer der Lenkwaffen, Anzahl und Art der bereiten Lenkwaffen (Fig. 5).
be-
Air-to-air gun mode
- H e a d i n g scale
( 1 2 0 d e g indicated)
10
Master a r m 'on'
( g u n b o r e s i g h t line) —
Aircraft w a te rlin e
_
11
12
13
_
V.
Altitude scale
- ( 3 5 5 f t indicated)
^
oo -j
Indicated airspeed scale
(F-15 at 4 45 k t ) —
A i m i n g reticle
(50mil radius;
range 1,000ft per s p o k e ) -
ooJ
j
J
Gun armed,
9 9 9 rou nds left -
—w
r u-no
~
L
" C r ^
"
P
I»' C.
A
IRM 9B9
U
Target designator
- o n acquired target
- T a r g e t at 2 , 0 0 0 f t
- C l o s i n g at 150kt
I-—Discretes
•1AM
Flight p a t h l a d d e r .
-Velocity vector
io
to
Aix-to-aix medium range missile mode
H e a d i n g scale
•(120deg indicated)
M a s te r a r m 'on'
(gun boresight l i n e ) — I
•—T arget d e s i g n a t o r
- 4 0 - m i l e r a da r
ranging scale
Steering circle—!
Steering d o t — |
T
Indicated airspeed s c a l e "
( F -1 5 at 4 4 5 k t )
Velocity vector—-
10-m ile radar
, r a n g i n g scale
" t
w
y
i
A l t i t u d e scale
(355ft indicated)
^ ^ - T a r g e t c l o s i n g at
9 5 0 k t at 2 2 m i l e s
j
H
- T a r g e t in m i s s i l e r a n g e
Missiles armed,
4 M R M s ready""
Flight p a th l a d d e r ^ .
I — 6 0 s e c to mis sil e i m p a c t
IX)
Fig. 5
Head-up Display
c) Unterstützung im Einsatz von elektronischen Gegenmassnahmen:
Der Einsatz von Chaff und Flare wird dem Entscheid des Piloten überlassen. Er erhält jedoch
vom Radarwarnsystem die notwendigen Angaben und die Empfehlung über die Art des Einsatzes.
Besitzt das Flugzeug einen eingebauten Störer, so werden die vom Radarwarnsystem ermittelten
Bedrohungen durch den Störer automatisch bekämpft.
d) Unterstützung beim Fliegen:
Mit dem Steuerknüpel und den Pedalen gibt der Pilot nur noch Stellgrössen vor. Diese werden
vom Rechner übernommen und unter Berücksichtigung aller erfassten Daten wie Flugzeuglage,
Fluggeschwindigkeit, Beschleunigung etc. in eine optimale Klappenstellung umgerechnet und als
digitale Steuersignale an die Stellmotoren der Klappen weitergegeben.
2.2.3 UNTERSTUETZUNG IM ERDKAMPF
Im Erdkampfeinsatz muss der Pilot mit Hilfe der Navigationssysteme in die Zielnähe geführt werden. Das Anfliegen und Bekämpfen des Zieles sollte möglichst im ersten Anflug erfolgen. Dies
stellt an die Genauigkeit der Navigationssysteme und die Möglichkeiten der Darstellung des Geländes durch das Radar hohe Anforderungen. In Fig. 6 sind die verschiedenen Phasen ersichtlich.
Im ersten Teil des Anfluges wird das Radar zur Erfassung von charakteristischen Geländelinien,
wie Küsten, Flussläufe, Strassen, verwendet. In Zielnähe wird das Navigationssystem durch einen
besonderen Mode der Radaranlage an einem genau identifizierbaren Geländeteil nachgeführt.
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7-6
—
beam sharpened
Jrpet
tifi c a tion
Reai b e a m g r o u nd
m a p m o d e id e ntifie s
targe t e r ro r i fe a t u r e s
Fig. 6
;
F/A-18 Radar-Navigation und Angriff
Damit besteht Gewähr, dass das sich in der Nähe befindliche Ziel so genau erfasst werden kann,
dass es in einem ersten Anflug bekämpft werden kann. In der Endphase wird das Radar zur Zielerfassung und Waffensteuerung eingesetzt. Ist das Flugzeug mit einem Forward Looking Infra Red
System ausgerüstet, so kann das Ziel bei jedem Wetter, bei Tag und Nacht aufgefunden und bekämpft werden. Ein sogenanntes blind firing - ein Beschiessen ohne direkte Sicht auf das Ziel ist mit diesen modernen Einrichtungen möglich.
2.3
TECHNISCHE REALISIERUNG DER MODERNEN AVIONIK AH BEISPIEL DES FA-18 HORNET
Die Avionik der modernen Kampfflugzeuge sind hochkomplexe fliegende Mehrrechnersysteme. In Figur
7 sind alle verwendeten 28 Mikroprozessorsysteme dargestellt. Sie verfügen über eine Speicherkapazität von 3000 K Worten à 16 Bit, wovon etwa die Hälfte mit Programmen und Daten belegt ist.
Das aufgezeigte Blockschaltbild des FA-18 (Fig. 8) zeigt die folgenden Subsysteme:
-
Flugsteuerung (electronic flight control)
Navigationssystem (navigation and flight aids)
Kommunikationssystem und Radionavigation (communication radionavigation
Steuerung des Waffensystems (stores management)
Radar und FLIR (tactical sensors)
Elektronische Gegenmassnahmen (electronic warfare equipment)
Displays
Technischer Zustand (Status Monitoring equipment)
Hauptrechner (mission computer)
identification)
Die Steuerung dieses gesamten komplexen Systems geschieht von den beiden Mission-Computern aus
über einen doppelt geführten Multiplex-Bus. Dieser (Mil Standard 1553) wird heute bei allen
modernen amerikanischen Flugzeugen verwendet.
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7-7
PROGRAMMABLE MEMORY
(NORMALIZED 16 BIT WORDS)
SYSTEM
CAPACITY
RADAR
M C1 , MC2
FCES
ALQ-126B
DMC
ASPJ
NAV/FLIR
ALR-67
ACPS
L. DDI
R. DDI
SDP
FLIR
ACI
DSS
TACTS
INS
CLC
CSC
LST/SCAM
COM1/COM2
ADC
D/L
IREI
LGCU
RADAR
• RDP
• RSP
AL Q - 12 6B and the A S P J are i n te rc ha n ge a bl e
(only the ALQ-126B is included In total)
The NA V/FLIR and the L S T / S C A M are I n t e r c h an g e a b l e
(only the NAV/FLIR Is included In total)
HORNET
256 K
290 K
160 K
150 K
174 K
TBD
115K
80K
65.3K
42.9K
42.9K
35.5K
44K
13.8K
11K
32K
22K
18K
1 2.7K
1 0.8K
7.1 K
6K
5.6K
2.5K
4K
3053.3K
The
Fig. 7
UTILIZED
512 K
512 K
352 K
3 0 0 K( 1 )
288K
256 K(1 )
192K(2)
160K
136K
132K
132K
68.5K
64 K
54 K
32K
32K
24 K
20K
15K
12K(2)
7.1 K
6K
5.6K
5K
4.1 K
1 590.3K
Mikroprozessor-System
Flight
Control
Computers
1
'
Electronic
Flight
Control
Sensors
ADC
Air Data
Sensors
INS
MAD
Navigation
and
night Aids
Mission Computers
Mission
Compuler t
No. 1
Mission
Compuler No. 2
:
TACAN
Radar
Beacon
E z l
(Avionic Multiplex Bus)
Electronic W i H a n Equipment
Com m
No. I
Flare/
Chad
Dispenser
Interference
Blanker
Secure
Voice
Encoder
Countermeasure
Sel
(Armament Multiplex Bus)
L I
Pylon
J
Pylon
Lett
Fuselage
Righi
Fuselage
I I I
Pylon
ACI
I F F Transponder
Com m
No. 2
IFF
Cryplo
Dala
Link
W i ng
Tip
Communication
Ridi« Navigation
Mintllcittaii
Pylon
Sloris
Minjgimml
Decoders
Fig. 8
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Radar
Warning
Receiver
Radar
All R/T
FA-18 Avionik
Blockschaltbild
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7-8
Damit dieses Rechnersystem gehandhabt werden kann, wurde ein Kompromiss zwischen zentraler und
verteilter Datenverarbeitung gewählt. Die Mission-Computers regeln den Verkehr zwischen den Subsystemen. Innerhalb der Subsysteme erfolgt die Steuerung über einen eigenen Contrôler. Dies ermöglicht sowohl im Betrieb, wie auch in der Entwicklung eine bedingte Unabhängigkeit der Untersysteme vom Zentralcomputer zu erreichen.
Neben der Koordination und der Steuerung des Datenflusses auf dem Hauptbus übernehmen die Mission-Computers hauptsächlich die Funktion der Auswahl der Daten für das Cockpit. Sie zeigen dem
Piloten nur das an, was er in einem bestimmten Zeitpunkt für seine Mission wissen muss, oder sie
verlangen von ihm bestimmte Aktionen. Ueber automatisierte Abläufe wird der Pilot nur informiert, wenn als kritisch erkannte Zustände auftreten.
Nachfolgend sind drei verschiedene Typen von Prozessoren in Originalterminologie kurz beschrieben. Die Daten zeigen, dass versucht wurde, anwendungsspezifische Prozessorsysteme zu verwenden.
So entspricht der Mission-computer einem heutigen leistungsfähigen Rechner ohne Massenspeicher.
Der Radar-Data-Processor ist vor allem als Kommunikationsprozessor ausgebildet. Während der Radar-Signal-Processor eine sehr hohe Rechnerleistung zur Verarbeitung der vielen erfassten Ziele
benötigt.
1) MISSION-COMPUTER
Processor Throughput: 2,8 MIPS (z.Zt. upgrading auf 4,5 MIPS)
OFP:
ca. 205 K
Memory:
128 K CORE
128 K EEPROM
64 K RAM
2) RADAR DATA PROCESSOR
Type:
4 bit bipolar bit slice microprocessor
OFP:
ca. 256 K
Processor Throughput: 0,6 MIPS (upgrade — 2 MIPS)
Memory:
512 K ( — 1 M)
3) RADAR SIGNAL PROCESSOR
Type:
pipeline micro
Processor Throughput: 7,1 MCIPS (upgrade — 3 3 MCIPS)
Technologie:
VHS IC / VLS ( u p g r a d e — G a t e Array)
3.
AUSWIRKUNGEN AUF DEN UNTERHALT
Nachdem wir im Kapitel 2 aufzuzeigen versuchten, welchen Nutzen der Pilot aus der Leistungsfähigkeit der Avionik ziehen kann, möchten wir in diesem Kapitel einige Ueberlegungen zum Unterhalt
solch komplexer Systeme machen.
Für eine Unterhaltsinstanz ist die erreichte Verfügbarkeit eines Systems von ausschlaggebender
Bedeutung. Wie die folgenden Bilder zeigen, ist die Verfügbarkeit durch die Zuverlässigkeit, die
Instandhaltbarkeit und die logistische Unterstützung bestimmt.
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8-9
ZUVERLÄSSIGKEIT
IMTBF.AUSFALLSRATEI
INSTANDHALTBARKEIT
1MTTR.MTTPMI
L O GI ST I SC HE
UNTERSTÜTZUNG
I M L D TI
O
-O-
VERFUGBARKEIT
MPT
1
1
mil ~
MTBF
MDT=MTTR*MLOT
Fig. 9
3.1
Z U VE R LA E SS IG KE IT
Verfüg bark eit, Begriffe und
Zusamme nhäng e
(HTBF)
Die verwendete Tech no log ie beeinflusst die MTBF ganz w es en tl ic h . So zeigten die
de r Flugzeuge MIRAGE, TIGER und des NKF nach der Einführung die folgenden Werte:
A vi o ni k- Sy st em e
MIRA GE (Technologie 60er Jahre): MTBF
4 Std.
TIGER
(Technologie 70er Jahre): MTBF
60 Std.
NKF
(Technologie 80er Jahre): MTBF 100 Std.
Durch geeig nete Massn ahmen kann jedoch die MTBF im Laufe der N ut zu n gs d au e r eines System s ganz
w e se n tl i ch ver bes se rt wer den . So w u r de die MTBF des MIRA GE/ TAR AN- Sys tem s im Laufe der v e r g a n genen 20 Jahre um einen Faktor 3 g e s te i g er t (Fig. 10). Das Radar des Flugzeuges TIGER konnte in
10 Jahren auch annähernd um einen Fakto r 2 zuverl ässige r gemacht w er de n (Fig. 11).
25
_
M HM
20 _
15
M
.
B
M
10 .
PERSONALAUFWAND
S .
66
67
63
69
70
71
72
Fig. 10
© HAMFU - www.hamfu.ch
73
74
75
76
77
70
79
00
01
02
MTBF des MIRA GE/T ARAN- Syst ems
83
04
05
06
07
00
(Anzahl Flüge pro
Störung)
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7-10
Fig. 11
3.2
INS TAN DHA LTB ARKE IT
MTBF de r TIGER
(Personalaufwand)
(MTTR)
Die M e a n ti m e -t o - r ep a i r ist entsch eidend durch das S y s te m ko n ze p t beeinflusst. Die Flugzeuge der
70er Jahre (F-14) war en vor allem auf hohe Leistung ausg elegt . Es wurde wenig Gewicht auf eine
gute Ins tan dha ltb ark eit gelegt. Da dies hohe S t i ll s ta nd sz e it e n ergab, wurde n die Flugzeuge der
neusten Generation (F-16, TORNADO, F-18) nach M ö gl ic hk e it un te rha lts fr eun dli ch konstruiert.
Der FA-18 verfügt über ein internes Fe hle rlo ka li si eru ngs -Sy ste m, das
Beheben von Defekten erlau ben soll (BITE: Built In Test Equipment).
ein
rasches
Erkennen
und
Tritt im Flug eine Störung auf, so wird diese mit den notw endi gen Beglei tdate n wie Zeit, Geschwi ndigk eit, Flughöhe, Beschleunigung oder Te mp er at ur erfasst und abg esp eich ert . Das B o d e npersonal kann nach der Landung über einen Display, der sich im Fahr werk sch ach t befindet, die
auf get re te ne n Fehler abruf en. Es können bis zu 400 verschied ene Fehlercodes erfasst und a u f gez eic hn et werden. Für die Avionik will man damit erreich en, dass 98 % der Fehler durch dieses
au to mat isc he System entd eckt werden können. Von diesen 98 % sollen 99 % so beschrieben werden,
dass das Unterhaltspersonal die defe kte Unter einhe it lokalisieren und ausbaue n kann. Dieser A u s bau soll innerhalb von 12 Minuten mög lic h sein.
Das au sge klüg elte F eh l er e rf as s un g s- Sy s te m hat zur Folge, dass das Bodenpersonal über keine w e i teren Prüfgeräte verfügen muss. Mit den Angaben des BITE und den zur Verfügung stehenden R e se r ve geräten kann daher der Grossteil der auft ret ende n Fehler im A v i o ni k -S y st e m in kurzer Zeit b e ho ben werd en.
Die Reparatur der defekt en Geräte erf ord ert dann j ed oc h leistungsfähige Prüfe inric htun gen. Am
Beispiel d e r Prüfbank für das FA-18 Rad ars y stem kann gezeigt werden, wel che n Komp lexitä tsgra d
diese Prüfsysteme aufweisen. Gemäss Sp ezi fi kat ion en soll der Prüfautomat erlauben, innerhalb von
2 bis 6 Stunden einen Fehler auf ein bis vier Syst emt eil e einzugre nzen. Der defekte Systemteil
(komplexe gedruckte Schaltung) kann w i e d e r u m über einen besonde ren Ada pt er auf dem Prüfsystem
getes tet werd en. Innerhalb einer Zeit von 2 bis 5 Stunden soll es möglich sein, den Fehler auf
ein bis sechs Komponenten ein zug renz en (Fig. 12).
Aufgrund der Erfahrungen können auf diese Art etwa 80 % der Fehler ermittelt und behoben werden.
Für die restlichen 20 % werd en an das Unterhaltspersonal besond ere Anforderun gen gestellt. Sie
m ü ss e n einerseits eine aus ge spr och en e Fähigkeit zum Syt emde nke n besitzen und anderseits ein
breites techni sches S p e kt r u m beherrschen. So wird ihr Einsatz von Software über Digitaltechnik,
ans pru ch sv oll e Messtechnik, bis zur Mik ro we ll en -Te chn ik reichen müssen.
Zur Behebung von komplexen Fehlern muss das Gerät in ein Gesa mtsy ste m, ein sogenanntes Hot
Mock- up, eingebaut werden. Dieses erlaubt, ein Gerät unter normalen Sy st emb edi ngu ng en und im
Verbund mit allen Nachba rgerät en zu testen.
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7-11
Fig. 12
Prüfbank für das FA-18
Rad ars yste m
Diese teuren Prüfeinri chtungen können nur noch einmal für die ganze Flotte b es c ha f ft werd en. Um
ihren Einsatz in allen stra tegi sch en Fällen gewährlei sten zu können, werden diese S p ez i al ge rä t e
auch in F riede nszeit en in gesch ütz ten Anlagen betrieben.
LOGISTIS CHE U N TE R ST U ET ZU N G
(HLDT)
Die M ea n -L o gi s ti c- Do wn -T im e kann durch eine zweckmässige Verteilung von Res erv eei nhe ite n, S u b systemen und Ersatzteilen
beeinflu sst wer den . Gemäss unseren Grundsätzen der U n t e r h a l t s k o n zeption (Fig. 13) versuchen wir, eine m ö g li c hs t hohe Auton omie der Standort e zu err eiche n. Da
die komplexen Prüfsysteme - w i e vorgängig erwähnt - nur noch in der Fachstelle und der K r i e g s w e rk st a tt ei ng eri cht et w e rd e n können, muss durch eine genügende Zahl von Res erve ger äten eine
gute logistische Unter tützu ng sic her ge ste llt werden. Das im Flugzeug eingebaute Prü fsy ste m wird
uns besser als bishe r erlauben, Fehler in den einzelnen Sub syst em zu definie ren.
Unabhängigkeit vom Ausland
Bezüglich Durchführung des Unterhaltes und der Ver sorgung mit Ersatzmaterial
Autonomie der Einsa tzstan dorte
Bezüglich Unterhaltsstufen 0 und 1
K o n ze n t ra ti o n und Schwerpunktsb ildung
Für die Unterhaltsstufe 3 , unter Ausschöpfung des
b e s t e h e n d e n Potential s
Anwendung der Grundsätz e der Wi rtsc haft l ichke i t
In Betrieb und Unterhalt im s t ra t eg i s ch e n Normalfall
Komp romi ssl ose Erfüllung kriegswichtiger Minimalfor deru ngen
Im Hinblick auf den Krisenfall, Neutrali tätssch utzfal l
und den Verteidigungsfall
Fig. 13
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Grundsätze der
Un ter hal ts kon zep ti on
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ZU SA MME NFA SSU NG
Die stark erhöhte MTBF und die verbesserte MTTR werden uns erlauben , die gef orde rte V e r fü g b a rkeit im Kri egs ein satz trotz hoher K om pl ex i tä t des Systems m i t unseren Miliz sold aten zu e r r ei chen. Die Ver häl tnis se im Bereiche der Bereitstellung haben sich eher verei nfach t, wäh ren d sie
in den U n te r ha lt sw e rk s tä t te n, die jedoch durch Berufspersonal betrieben wer den , bedeutend kom plexer wer den .
D U RC H FU E HR UN G VON A E ND E RU NG E N
In den Grundsätzen der Un ter ha lts kon ze pt ion haben w ir festgehal ten, dass w i r von Lieferanten
unabhängig ein sollten. Man kann sich fragen, ob dies bei einem S ys t em der Komp lex itä t d e r
Avionik des neuen Kampf flu gze uges überhaupt noch möglich sein wird. Da jedoch die N ut z un gs da ue r
uns ere r W af fe n sy s te me im allge mei nen wes ent lic h länger ist, als uns Lieferanten wirkungsvo ll u n ter stü tze n können, sind w ir gezwung en, vor allem in der zweiten Lebenshälfte eines W a f f e n s y stems, A en de ru ng en selbständi g durc hzu füh ren . Auch für das neue Kampfflugzeu g müssen w i r diese
Autono mie a n st re be n und unsere Unterh alt sste llen so vorber eiten , dass sie A en d er u ng e n d u r c h führen können. Wäh rend bishe r Aen deru nge n vor allem A n pas s un ge n der Hardware betrafen, wird in
Zukunft vor allem der Bereich der Software betroffen sein:
Da es sich bei d e r Avionik des FA-18 um ein E c ht ze it - Me h rr e ch n er sy s te m handelt, muss jede A e n derung vor d e r Realisierung sorgfältig auf allfällig e Einflüsse auf andere Syst emtei le überprüft
wer den . Dies muss m i t eine m sehr syst ematis chen Vorgehen sich erg est el lt wer de n.
Für den Un ter hal t des
e i n ge s et z t (Fig. 14).
gesamten
MANAGEMENT &
ADMI NIST RA TIV E
FA-18
Softwa re-S ystem s
CLERK TYPIST
7%
11%
sind
bei
der
US
Navy
132
Arb eit skrä fte
TOTAL MANPOWER
ENGINEERS
TECHNICIANS
MG MT / ADM I N
CLERK/TYPIST
MILITARY (PILOTS)
TOTAL
73
30
15
9
5
132
SCIENTISTS/ENGINEERS
ELECT ENG'S
COMP UTER SCIENTIST
MATH/PHYSICIST
MASTER DEGREES
DOCTORATE DEGREES
25
15
14
15
4
7 T
Fig. 14
US -N avy -Ar bei tsk rä ft eau ftr ag
für FA-18
S o ft w ar e -S y st em
Sämtli che Meldungen über Fehler, Vorschläge von Benutzern sowie Anregu ngen und Festst ellun gen
der Un ter hal tss te lle n werden an einer zentralen Stelle zusammengefasst. Diese anal ysi er t die
Meld ung en und Vorschläge und ermitte lt die aus den A e nd e ru n ge n erwachsenen Konseque nzen. A n schliessend werden Prioritäten festgel egt und die Entsch eide bezüglich Realisierung gefasst.
Dieser Zyklus läuft über 18 Monate und w i e de r ho l t sich peri odisch (Fig. 15).
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(alle 18 Monate)
Fig. 15
FA-18: Ablauf von Software-Aenderungen
Die Phase der Realisierung erfordert nach Entwicklung und Programmierung eine ausgedehnte Testphase in einem Validation-Lab (Fig. 16, 17). Dann werden Testflüge ausgeführt und die notwendige
Dokumentation zusammengestellt. Erst wenn alle die Prüfungen erfolgreich bestanden sind, und die
Dokumentation vollständig ist, wird eine neue Version des Software-Paketes freigegeben.
DEVELOPMENT/TEST
R E Q U I RE M E N TS /
DEFINITIONS
/
PROCESS
W / /
DESIGN /
/ CODE
/
D EB U G/
D E V TEST
VERIFY/
VAL
V / / / / /
• DESIGN CK
• LAB AND
FLICHT TEST
'777777
REL EAS E/
DIST
v / m
•
.
•
•
USER BRIEF
REPROD.
CONTROL
FEEDBACK
77777///////
/CONFIGURATION MANAGEMENT
QUALITY ASS URA NCE
• BASELINE CONFIGURATION
• ESTABLISH STR SYSTEM
• OA ACCEPTANCE
Fig. 16
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Von der Entwicklung zur Validierung der Software
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CENTRAL
CONTRO
SIMULATED
COCKPIT W O R K STA TIO N
S I M U L A T IO N
MODELS
1553
SIM
MC
TEST S TA TIO N
( A C T U A L OFP's)
C CU
COMP
RADAR
NOSE
RACK
SMS
TEST S TA TIO N
CONTROL
UNIT
WEAPON
TARGET
SIMULATOR
GENERATOR
CSC-CNI
INS
MSDRS
EW
MODES:
•
M A N - I N - L O O P (REAL TIME)
•
STATIC M O D E
•
PROFILE G E N E R A T O R
(STEP C O N T R O L )
(COMPUTER
FLIGHT)
Fig. 17
Val id ati ons -L ab or
Es ist of fen si cht lic h, dass w i r uns diesen Aufwand nicht in dem Umfange leisten können. W ir
rechnen damit, dass eine S of t wa r e- Eq ui pe in der Grössenordnung von 10 bis 20 Ingenieuren n o t wendig sein wird. Wir planen, die für uns notwend ige Auton omie etwa in 5 bis 6 Jahren nach der
Einführung eines Wa ff ens yst ems zu erreichen.
A NF O RD E RU N GE N AN DAS PERSONAL DER
U NTER HA LT S- O RGA NI SA TI O N
Ich habe im Laufe des Referates mehrma ls die Anford erung en, die die neuen Avioni k-Sy ste me an das
Unterhaltspersonal stellen, erwähnt. Ich möc ht e Sie hier nochmals zusammenfassen.
Im Flugbetrieb wird sich die heutige scharfe Trenn ung slin ie zwischen M e c ha n i ke r und El ektr onik er
verwischen. Die T r o ub l e -s h oo t e r w e rd e n vermutlich eher aus dem Elektr onik- Berei ch kommen. Die
Bedienung eines Rechne r-Syste ms und Sy ste mke nnt nis se werden Vorrang vor m ec h an i sc h er G e s ch i ck lichkeit haben. Erziehung und Ausbildung im logischen Vorgehen beim Suchen von Fehlern werde n
von a u ss c hl a gg e be n de r Bedeutung sein.
In der Fachstelle w e r d e n S y s te m -S p e zi al i st e n notwendig, die über eine solide Hardwar e-Ausb ildung
verfügen, sie müssen aber auch auf dem Gebiet der Software ausreichen de Erfahrungen mit bri nge n.
Die F/A-18 Software, die in A s s em b le r ges chri ebe n ist, erfo rde rt zudem auch vom S o f tw a r e- S pe zialisten genaue Har dwar e-K enn tni sse .
Auf eine Flugzeugflotte von 30 bis 40 Flugzeugen wi rkt sich die geringe Anzahl von defekten S y stemen zusätzlich erschwerend aus. Pro S u bs y st em wird nur eine kleine Gruppe (1-2 Mitarbeite r)
bes chäf tig t werde n können, was bei Per sona lflu ktua tio nen einen laufenden hohen Ausb ild ungs bed arf
erfordern wird.
Die Erfahrungen mit den eingefüh rten
stimmen uns jedoch zuversichtlich.
Sys temen
und
die
At tra kti vit ät
der
mo de rne n
Tec hn olo gie
AUS BLI CK AUF DAS JAHR 2000
Die Tr ieb we rk- Lei st ung en sind stark erh öht wor den , die Zelle ist
und die moderne Avionik hat die Einsa tz- Mög li chk eit en ver viel fac ht.
wes ent li ch
Geblieben ist der Mensch, der Pilot der dies alles unter Stress richtig
am Himmel einsetzen muss. Er ist vom reinen Flieger zum Ma na ger geworden.
und
verb esse rt
w or de n
zeitgerecht
einsa m
Er ist bereits heute klar als der limitierende Faktor des G esamtsyst ems erk annt wor den , und man
versu cht deshalb folgerich tig, seine worklo ad durch eine stetige Verbesserung des M e n s c h - M a s c h i n e n- I nt er fa c e, d.h. seines Cockpits, zu vermindern.
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Kon kre t heisst das:
- Verbes serte
Bedr ohun gsd arst ellu ng
z.B. für Angriff auf
Erdziel:
1) mom ent an e eigene Position
2) anz ug rei fen des Ziel
3) vo rge sch lag ene r Flugweg
- Ko ns eq uen t nur Darstellung
ZGigeaaten .
der
in der momen tanen
Flugphase
benötig ten M i s s i o n s - und
F e hl e ra n -
- A r t d e r Darstellung durch Piloten soll wei tge he nd beliebig w ä h lb a r sein, dies führt zu s o ge nannten Glas s-Coc kpit , bei dem das ganze herkömmlic he Instrumen tenbre tt durch einen einzigen
Display ersetzt wird, ent sprec hende Versuche laufen bereits in den Labors.
- Bezüglich Flugsteuerung wird ebenfalls in Richtung Autom atis ier ung entwickelt , z B an einer
a u to m at i sc h en Positionierung des Flugzeugs auf ein Ziel, das vom FLIR/Laser T r a ce r des F l u gy
zeugs verfolgt wird.
- Die Voice-control wird durch einen dig itale n, verschlüs selten Datalink abg elös t werden
dass der Pilot seine Einsat zdaten und Befehle ständig auf seinem Display d a rg es te ll t hat.
Ein Fernziel ist sogar ein g e ge n se i ti ge r Informa tionsau stausch
Bod enr ada rsta tion en.
d e r Radardaten
von
Flugzeug
a
so
und
Sie sehen, der Technik sind noch lange keine Grenzen gesetzt, es scheint alles m a c hb a r zu sein!
Gren zen" o^ e "s te i gerid e ^ Kosten
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9 r e n Z e n l
°Sen
Entwicklung
ein
Ende
setzen,
die
ebenfalls
ins
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