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Electronic Flight Instrument System

EFIS di un Airbus A380.

EFIS a bordo di un Eclipse 500.

EFIS di tipo Garmin G1000 montato su un Diamond DA42.

L'Electronic Flight Instrument System, o EFIS, è un sistema da cabina di pilotaggio di visualizzazione elettronica, anziché elettromeccanica, della strumentazione aeronautica. L'EFIS normalmente si compone di un display di volo primario (Primary Flight Display, o PFD), un display multifunzione (Multi-Function Display, o MFD) e di un sistema di misurazione e allerta relativo ai parametri dei motori (Engine Indicating and Crew Alerting System, o EICAS). Sebbene siano stati impiegati inizialmente i monitor a tubo catodico, oggi è molto più comune l'utilizzo di quelli LCD.

Il complesso orizzonte artificiale elettromeccanico e l'indicatore della situazione orizzontale furono i primi candidati alla sostituzione con l'EFIS. Ad ogni modo, ci sono sempre meno strumenti che non offrono alcuna visualizzazione elettronica.

Visione d'insieme

Gli allestimenti EFIS possono variare enormemente gli uni dagli altri a seconda delle esigenze. Un piccolo aereo può essere dotato di un solo schermo, sul quale sono mostrati i dati di volo e di navigazione. Un apparecchio a fusoliera larga, invece, è presumibile che abbia sei o più monitor.

Un EFIS standard avrà i seguenti componenti:

• display;
• pannello/i di controllo;
• unità di elaborazione dati.

Un EFIS di base potrebbe avere questi elementi in una singola unità.

I display

Primary Flight Display (PFD)

Sul banco di manovra i monitor sono tra le parti più evidenti dell'EFIS e sono anche l'elemento costitutivo della così detta "glass cockpit". Il monitor che prende il posto dell'orizzonte artificiale è detto Primary Flight Display (PFD). Se un display separato riproduce solo l'indicatore della situazione orizzontale, tale display viene chiamato "display di navigazione" (navigation display). Il PFD mostra tutte le informazioni fondamentali per il volo, quali la velocità calibrata, l'altitudine, la prua, la velocità variometrica e l'imbardata. Il PFD è progettato per migliorare l'attenzione generale del pilota integrando queste informazioni in un solo monitor anziché mostrarle con sei diversi strumenti analogici, riducendo così il tempo necessario all'interpretazione. Il PFD accresce il livello di attenzione dell'equipaggio anche verso le condizioni anomale e/o pericolose (per esempio bassa velocità indicata oppure tasso di discesa troppo elevato), cambiando il colore di alcuni oggetti in schermata o con allarmi sonori.

I nomi "orizzonte artificiale elettroncio" (Electronic Attitude Director) e "indicatore elettronico della situazione orizzontale" (Electronic Horizontal Situation Indicator) sono invece adottati solo da alcuni costruttori. Comunque, l'elemento principale del PFD rimane sempre una simulazione di un orizzonte artificiale. Le informazioni aggiuntive compaiono in sovrimpressione e sono disposte in base alla grafica in uso.

I display multifunzione possono rendere superflua la presenza di un display di navigazione. Un'altra alternativa è rappresentata dall'impiego di un schermo maggiorato che mostri sia il PFD che il display di navigazione.

Il PFD e il display di navigazione (o il display multi funzione, ove montato), sono spesso identici per forma e dimensione. Le informazioni aggiuntive sono determinate anche dalle interfacce di sistema ove previsto. Di conseguenza, la gestione degli spazi disponibili sul pannello è semplificata: l'unità a singolo monitor può essere collocata in qualunque posizione.

Le unità a cristalli liquidi emettono meno calore di quelle a tubo catodico, a vantaggio dei pannelli strumenti affollati. Inoltre sono meno pesanti ed occupano una superficie minore.

Multi-Function Display (MFD)

Il Multi-Function Display (MFD) mostra le informazioni legate alla navigazione e alle condizioni atmosferiche provenienti da altri apparati di bordo. Gli MFD sono il più delle volte definiti "chart-centric" ("cartacentrici"), dato che l'equipaggio può visualizzare dette informazioni sovrapposte alla riproduzione di una carta nautica o di una mappa. Esempi di dati mostrati dall'MFD sono la rotta pianificata; i dati meteorologici forniti dal radar di bordo, da sensori di fenomeni temporaleschi o da stazioni di monitoraggio a terra (come la rete NEXRAD); porzioni di spazio aereo sottoposte a restrizioni particolari e la presenza di altri aerei (Traffic Collision Avoidance System, o TCAS). L'MFD può essere usato anche per mostrare dati senza la mappa sotto, come ad esempio l'elenco delle radioassistenze e degli altri fix della rotta pianificata, oppure altri dati elaborati contemporaneamente alla carta, come l'altezza rispetto al terreno, intensità e direzione del vento, velocità e altitudine dell'aeromobile.

Gli MFD possono visualizzare, inoltre, informazioni sui sistemi di bordo, come quelli elettrici e di alimentazione (vedi il paragrafo successivo). Come il PFD, anche l'MFD può cambiare il colore o la forma dei dati per avvertire l'equipaggio di situazioni pericolose.

Engine Indications and Crew Alerting System (EICAS) / Electronic Centralised Aircraft Monitoring (ECAM)

L'EICAS (Engine Indications and Crew Alerting System) mostra le informazioni relative agli appartati dell'aereo, inclusa la quantità di carburante, gli impianti elettrici e i propulsori. I display dell'EICAS sono sovente progettati per visualizzare imitazioni degli strumenti analogici con l'aggiunta di un ripetitore digitale dei parametri misurati.

L'EICAS migliora l'attenzione dei piloti permettendo di riassumere informazioni complesse in un formato grafico e avvisando i medesimi di eventi pericolosi. Per esempio, se un motore comincia a riscontrare una perdita di pressione dell'olio, l'EICAS può mandare un avviso sonoro, spostare automaticamente la schermata da quella attuale a quella del sistema lubrificante ed evidenziare il dato fuori norma dentro una casella rossa. A differenza dei misuratori tradizionali, possono essere impostati vari livelli di avvisi e allarmi. Grande cautela dovrà essere adottata in fase di progettazione dell'EICAS, per far sì che l'equipaggio sia sempre fornito delle indicazioni essenziali e non sia stressato da avvisi e allarmi inutili.

L'ECAM, invece, è un sistema simile usato da Airbus che aggiunge alle funzioni dell'EICAS la formulazione di suggerimenti per uscire dall'empasse.

I pannelli di controllo

I piloti interagiscono con l'EFIS tramite dei comandi, con i quali possono selezionare le modalità di visualizzazione (ad esempio lo zoom della carta/mappa, oppure la rappresentazione della bussola) e immettere dati (ad esempio l'impostazione della prua).

Laddove gli input dell'equipaggio siano impiegati da altri sistemi, i bus di bordo trasmettono i dati immessi all'elemento preposto, in questo modo non si deve compiere la stessa operazione più di una volta. Per esempio, il pilota seleziona l'altitudine di livellamento per l'atterraggio desiderata tramite un'unità di controllo. L'EFIS ripete questa selezione sul PFD e, comparandola con l'attuale altitudine, genera un messaggio di errore. La stessa selezione di altitudine è usata dall'autopilota per livellare autonomamente l'apparecchio e dal sistema di controllo dell'altitudine per fornire gli avvisi adeguati.

L'unità di elaborazione dati

I dati dell'EFIS sono visualizzati con il generatore di simboli. Questo riceve gli input dal pilota e dai sensori. Il generatore di simboli può avere anche altri nomi: computer per l'elaborazione delle visualizzazioni, unità elettronica di visualizzazione, ecc.

Il generatore di simboli fa molto di più di questo. Dispone (almeno) di sottounità di monitoraggio, di un generatore e un hardware grafico. Gli input arrivano sempre tramite i bus e sono controllati ai fini della convalida. Successivamente i dati sono elaborati e inviati ai display tramite il generatore e l'hardware grafico.

Monitoraggio

Come i personal computer, anche la strumentazione aeronautica necessità di enti che eseguano controlli diagnostici all'accensione. A questi vanno aggiunte ulteriori caratteristiche di monitoraggio per il normale funzionamento:

• convalida degli input: per verificare che ciascun sensore invii dati validi;
• comparazione dei dati: controlli incrociati degli input provenienti da sensori duplicati;
• controllo continuo delle visualizzazioni: per scovare eventuali anomalie degli strumenti.

In passato

I tradizionali quadranti elettromeccanici erano dotati di meccanismi di sincronizzazione che dovevano trasmettere a un comparatore il beccheggio, il rollio e la prua mostrati, in quell'istante, sui misuratori del capitano e del primo ufficiale. Il comparatore emetteva un avviso solo in presenza di un'eccessiva discordanza tra i due gruppi di quadranti. Anche un downstream elevato dovuto a un blocco del flusso dati poteva indurre il misuratore del rollio dell'orizzonte artificiale a mandare un segnale di errore di comparazione con conseguente avviso in cabina.

In questo modo il comparatore provvedeva sia al confronto dei dati che al controllo delle visualizzazioni.

Comparaggio dei dati

Con l'EFIS la funzione di comparaggio non è mai stata così semplice. Ad esempio, il parametro del rollio trasmesso dal sensore N.1 è lo stesso mandato dal N.2? In caso contrario, il sistema manda un avviso (CHECK ROLL o qualcosa di simile) ai PFD di pilota e copilota. La stessa cosa accardà per le velocità, il beccheggio e l'altitudine. Gli EFIS più sofisticati dispongono, poi, di più unità di comparaggio.

Controllo delle visualizzazioni

Un monitor EFIS non permette una facile ritrasmissione di quanto visualizzato. Si è richiesto quindi un nuovo approccio al controllo delle informazioni per renderlo equivalente, in termini di sicurezza, a quello tradizionale. Una soluzione è quella di realizzare il monitor nel modo più semplice possibile, impedendo l'invio di dati errati. Il monitor, perciò, funzionerà al 100% oppure non si accenderà affatto, rendendo così evidente, ma non insidiosa, un'avaria di trasmissione. Ora detto controllo può essere posto in upstream, ovvero verso l'output del generatore di simboli.

Con questa tecnica, ogni generatore dispone di due canali di controllo. Un canale, detto interno, campiona il flusso dati diretto dall'elaboratore ai display e calcola, per esempio, quale angolo di rollio produce l'indicazione fornita dal sensore. L'angolo ottenuto è poi equiparato col parametro proveniente dall'INS o dall'AHRS. Ogni differenza sarà segnalata adeguatamente.

Il canale esterno fa gli stessi controlli ma sull'altro lato del banco di manovra: il generatore di simboli lato capitano controllerà così quello lato primo ufficiale e viceversa. Qualora uno dei due riscontri un'anomalia esso emetterà un'avvertimento sul display di sua competenza. Il canale esterno controlla anche, per ragionevolezza, i dati dei sensori, come il canale interno. Un parametro errato si traduce immediatamente in un messaggio di errore.

Fattori umani

Confusione

Nelle varie fasi di un volo, il pilota usa diverse combinazioni di dati. Teoricamente, solo quelli usati in quel momento dovrebbero essere mostrati, ma uno strumento elettromeccanico deve essere consultato in continuazione. Per migliorare la comprensione sugli orizzonti artificiali e sugli indicatori di situazione orizzontale sono adottati complessi meccanismi per oscurare ciò che risulta superfluo. Ad esempio, l'indicatore del glide-slope appare solamente se è stata impostata una frequenza ILS.

Anche con l'EFIS talune indicazioni non si devono mostrare in condizioni normali. Se la condizione particolare si presenta, le indicazioni previste appariranno sul display. Il discorso del glide slope del precedente capoverso si applicherà, pertanto, anche in questo caso.

Quando è richiesta l'attenzione del pilota su una particolare situazione, si attiva automaticamente una modalità di svuotamento dai parametri inutili. Se l'aereo sta beccheggiando al di sopra o al di sotto di un valore di riferimento, generalmente tra i 30 e i 60°, il sistema rimuove, dalla schermata dell'orizzonte artificiale, gli altri elementi fino a che il beccheggio non rientra nei limiti.

Tanker 910

Template:Aereo civile Tanker 910 è il callsign dell'unico aereo a fusoliera larga con motori a reazione in servizio antincendio. Il velivolo, operato 10 Tanker Air Carrier, è un McDonnell Douglas DC-10-10 usato per combattere, di solito, i roghi boschivi in zone non urbanizzate. Il triturbina trasporta 45.600 litri d'acqua o di agenti ritardanti in una cisterna montata sul ventre che può essere svuotata in otto secondi.

Sviluppo

L'apparecchio, attualmente immatricolato come N450AX, era stato in origine consegnato per il trasporto di persone alla National Airlines nel 1975. Successivamente volò per Pan Am, American Airlines, Hawaiian Airlines e Omni Air International.

La conversione della macchina originaria in un aereo antincendio fu possibile grazie alla joint venture tra la Cargo Conversions di San Carlos, California, e la già citata Omni Air che diede vita a 10 Tanker Air Carrier. I lavori furono materialmente eseguiti, sempre in California, dalla Victorville Aerospace presso l'aeroporto dell'omonima località.