Avioniken – flygplanens osynliga system

Avioniken, de flygburna elektroniska systemen, har efter hand kommit att få en avgörande betydelse för utvecklingen av de militära flygplanen och för deras egenskaper.
Avionikutrustningen och dess egenskaper ger sig dock inte tillkänna utåt på samma påtagliga sätt som flygplanet självt, men utgör numera en betydande del av den totala kostnaden för ett stridsflygplan.

Avionikens uppgifter är i princip att samla in, bearbeta och presentera information för föraren eller annan operatör och att automatiskt styra vissa funktioner. Genom elektronikens ut-veckling har dessa uppgifter efter hand kunnat lösas i allt större omfattning och med högre prestanda, samtidigt som storlek, vikt och pris per funktion drastiskt minskat.

De olika systemkomponenterna i korthet

Radion hör till de viktigaste utrustningarna, för allmän talkommunikation och dessutom för att trygga hemflygning och landning vid allvarliga fel. Senare utnyttjas radio för datakommunikation mellan mark och flygplan och mellan flygplan.

Horisontgyro eller en gyroplattform, är nödvändiga för flygning i moln och på natten. Dessa ger också information till andra delsystem om flygplanets läge luften.
Navigeringsutrustningar ger flygplanets position och vägen till destinationen. Radionavigeringsutrustningar av olika typer samt tröghetsnavigeringsutrustningar är vanliga. Numera dominerar GPS baserade system.
Landningshjälpmedel för säker landning i mörker och vid dålig sikt.
Flygradarn är det viktigaste hjälpmedlet för att upptäcka mål på stort avstånd och för målinmätning vid anfall.
FLIR-utrustning, är ett komplement till radarn, som ger möjlighet till upptäckt, inmätning och presentation av mål från den värmestrålning som alla objekt skickar ut.
Sikten och siktlinjesindikatorer krävs för att rikta in flygplanet mot målet vid anfall med kanoner, raketer och bomber liksom vid anfall med robotar.
Robothjälputrustningar startar och förbereder robotarna för avfyrning.
Styrautomater avlastar föraren när han behöver koncentrera sig på annat än flygningen.
Siktlinjesindikatorn presenterar informationen via en genomskinlig spegel innanför frontrutan. Vid flygning på låg höjd och i hög fart, får föraren all information presenterad så överskådligt och lättuppfattligt som möjligt, utan att släppa omgivningen med blicken.
Elektroniska indikatorer på frontpanelen gör att presentationen lätt kan anpassas till varierande behov och stora informationsmängder.
Radarvarnare indikerar för föraren när hot från fientliga system uppstår och får därigenom möjlighet att undvika dem.
Motmedel är nödvändig utrustning för att begränsa förlustrisken. Med störsändare, rems- och fackelfällare kan fientliga radarsystem eller robotar störas eller vilseledas.
Digitala reglerutrustningar för bränslesystem, motor-reglering, bromsreglering etc. är numera en del av avio-niken.
Registreringsutrustningar i form av bandspelare och datorminnen samlar data från olika förlopp under flygningen för senare utvärdering på marken, dels för att underlätta fellokalisering och dels för insamling av underrättelseinformation från elektrooptiska spanings-sensorer.
Luftdataenheter ger noggrann beräkning av fart, höjd och mach-tal för distribution till andra delsystem.
Radarhöjdmätare mäter absoluthöjden över mark och vatten.
Igenkänningsutrustning ger det egna flygplanets identitet automatiskt till egna förband för att undvika våda-bekämpning. Vidare kan ett upptäckt måls identitet av-göras.

· Integrering av de olika systemkomponenterna sker genom en effektiv sammankoppling ofta med en dator som vital länk.
I ett integrerat avioniksystem utnyttjas de flesta systemkomponenter för ett flertal olika ändamål.

· Elförsörjningssystemet räknas även till avioniken med huvudgenerator, reservgenerator och batteri.

Utvecklingen1936-1990

Flygvapnets avionikutveckling kan indelas i tre tidsperioder.

1936 - 1948 Som sammanfaller med flygplanen B3, B17, B18, J9, J21 och J22.
1948 - 1960 Med flygplanen J30, J28, J29, J33, J34 och FPL32 i olika versioner
1960 - 1990 Omfattar systemflygplanen 35, 37 och inledningen av 39.

1936-1948

Under denna tidsperiod var avioniken synnerligen enkel. Radion i B3 och FPL18 arbetade på långvåg och kortvåg med en 70 meters släpantenn. Radiopejlar på långvåg utnyttjades för navi-geringen, I J22 installerades en kortvågsstation FR-3. Samtliga radioutrustningar köptes utifrån eller licenstillverkades. Den första svenska flygradion, FR-5, utvecklades och tillverkades av AGA för J21.
Under 40-talet infördes kristallstyrda radioutrustningar. I ensitsiga flygplan var detta nödvändigt då föraren själv, utan hjälp av signalist, skulle sköta radiokommunikationen.

Vissa flygplan hade enkla kursstyrningsutrustningar kopplade till en fjärrkompass. B3 hade ett bombsikte för planbombfällning, medan B18 utrustades med ett svenskutvecklat dykbombsikte. Senare infördes också ett enkelt reflexsikte för raketskjutning i B18.

Elsystemen var av likströmstyp 24V

J33 Venom

1948-1960

1948 Anskaffades det radarutrustade nattjaktflygplanet J30 Mosquito från England. J30 hade också ett radarnavigerings-system med samhörande markfyrar. Det blev utgångspunkt för svensk vidareutveckling av utrustning för flygplan 32 och 35, PN-50/59 systemet.
Igenkänningsutrustning av allierad typ samt radarhöjdmätare ingick liksom även flygradio av VHF-typ.J33 Venom, som också inköptes från England, fick ärva utrustningar från J30.
J34 Hawker Hunter, anskaffad 1955, hade en enkel radar för avståndsmätning som förbättrade siktets noggrannhet.

Avioniken var hittills i huvudsak inköpt utifrån, i vissa fall licenstillverkad.
I början av 50-talet startade flygförvaltningen, FF, en kraftfull satsning på, att i samarbete med svensk industri, bygga upp ett kunnande inom de flesta avionikområdena.
För flygplan 32 blev utvecklingen av flygradarn en viktig uppgift. LM Ericsson, SRA, Saab och CSF i Frankrike engagerades med flygförvaltningen som tekniskt sammanhållande. Saab, AGA och Philips engagerades för utveckling av sikten, gyro-utrustningar, flygradio och navigeringsutrustningar.
FF startade utvecklingen av remsfällare och radarvarnare.
Flygplan 29 var relativt enkelt utrustad med gyrosikte och en första version av en elektronisk kurshorisont från AGA, VHF- radio, radiopejl samt IK-utrustning.

I S29C Infördes den aktiva bakomvarningsradarn APS-13, ett arv från J26 Mustang, som senare ersattes av en svenskutvecklad passiv radarvarnare PQ-17.

Avioniksystem J35F och J35J översikt
Större bild

1960-1990

Flygplan 35 Draken

Siktesradar till J35A inköptes från Frankrike, medan övrig utrustning i stort ärvdes från flygplan 32. En enkel styrautomat utvecklades av Saab.
För J35B hade utveckling av en svensk flygradar påbörjats hos LM Ericsson. Denna infördes successivt i J35B.

Radarindikatorn utvecklades av SRA. Saab utvecklade sikte för jaktraketer och roboten RB-24 Sidewinder.

Samtidigt med flygplan 35 påbörjades utvecklingen av det första datoriserade strilsystemet, STRIL 60. Med dataöverföring från STRIL 60 beordrades värden på höjder, kurser etc. liksom speciella kommandon. För att presentera all denna information i den trånga kabinen i J35 utvecklade Arenco och FF en serie indikatorer av spalttyp, som medgav en mycket komprimerad instrumentpanel.
För noggrann fart- och höjdinformation i överljudsfart utvecklade Arenco också en luftdataenhet. Signaler från styrdata-omvandlaren kombinerades i en datacentral till styrorder på en styrindikator, sammanbyggd med radarindikatorn.

Styrindikatorn kunde också visa landningsinformation. För horisontstabilisering av radarn och andra beräkningar krävdes en gyroplattform, som utvecklades av AGA.
Två radiostationer fordrades för att klara tal- och dataöverföring samtidigt. De kom successivt att införas i olika flygplan-generationer, betingade av ökade sambandskrav, som också krävde en utökning till UHF.

J35B och det ur avioniksynpunkt snarlika J35D kom således att bli de första systemflygplanen med nära samarbetande utrustningar. För J35D var också tidsplaneringen samordnad mellan flygplan och avionikutveckling.

J35F, som i sin systemutformning byggde på J35D, utformades för den nya direktanfallstaktiken med IR- och radarrobotarna RB28 och RB27. Detta krävde en förbättrad radar, och ett nytt sikte och dessutom robothjälpapparater. Senare infördes en IR-spanare. Ny radioutrustning samt en av LM Ericsson nyutvecklad IK-utrustning tillkom. Resultatet blev ett system som gjorde J35F till ett av Europas bästa allvädersflygplan.

Spaningsversionen S35F försågs med radarvarnare samt rems- och fackelfällare av samma typ som senare infördes i flygplan 37.

Flygplan 37 Viggen

AJ 37

Flygplan 37 var från början planerat att utnyttja datorteknik för automatisering av navigeringen, så att en särskild navigatör ej skulle erfordras. En ny radar krävdes för den långräckviddiga spaningen efter sjömål för insats av RB04. Den centrala datorn CK-37 utvecklades av Saab. Siktlinjesindikator utvecklad i England infördes. SRA fick ansvaret för anpassning av denna till bl a. CK-37, centralindikator och radar.
Navigeringssystemet avsågs ursprungligen bli av Decca-typ, men detta ersattes senare av ett dopplernavsystem.
Gyrosystem FLI-37 utvecklades av AGA. Luftdatasystemet, väsentligen byggt på mekanisk teknik, utvecklades av Arenco.
Styrautomatutvecklingen köptes från Honeywell med licens-tillverkning hos Saab.

Taktiskt instrumentlandningssystem inköptes och döptes till TILS.

Saab fick ansvaret för utvecklingen av datorprogrammen, liksom för samordningen och integrationen av hela elektroniksystemet.
FF ansvarade för avtalen med avionikleverantörerna såväl som för utvecklingen av flygradio, IK, radarvarnare och motmedels-utrustningar, som nu även utökats med störsändare.

AJ37:s avionik byggde nästan till 100 % på halvledarteknik. Systemet integrerades mycket tätt kring den centrala datorn, som fick allt flera nya uppgifter allteftersom utvecklingsarbetet visade på nya möjligheter. Minnet byggdes ut i flera omgångar. Datorn visade sig vara idealisk för att utföra många funktioner som tidigare varit svåra att åstadkomma, bland annat effektiv test- och funktionsövervakning.

Med AJ 37 kom också en annan ny teknik, avancerade realtidsprogram, med mycket höga dynamiska noggrannhets-krav. Kraven på lätthanterlighet för föraren ställdes allt högre. Utvecklingen krävde att en systemsimulator en sk rigg, byggdes upp i laboratoriemiljö. I denna kunde all programvara provas i samverkan med anslutna utrustningar och modeller för yttre signaler. Med föraren ”inkopplad” kunde olika funktioner provas ut mycket grundligt före flygprov.
Flygplan 37 var ursprungligen avsett att bli ett enhetsflygplan för jakt, attack och spaning. Spaningsversionen kom i allt väsentligt att bygga på attackversionen, dock med vissa tillägg.

JA 37

När jaktversionen skulle påbörjas visade det sig att stora delar av avioniken i AJ37 ej skulle komma att uppfylla de tekniskt/taktiska krav som nu ställdes på JA 37.

En helt ny radar, med förmåga att spana i en kraftig mark-ekobakgrund krävdes, varför utveckling av en puls-dopplerradar påbörjades hos LM Ericsson.
En väsentligt kraftfullare central dator behövdes och anskaffades från Singer-Kearfott. Presentationsutrustningen byttes ut för att passa till den nya radar, som hade helt digital bildinformation. Även siktlinjesindikatorn byttes ut för att få ett större synfält och bättre genomsiktsegenskaper. I övrigt var avsikten att AJ 37-utrustningar i huvudsak skulle bibehållas.
Av ekonomiska skäl, betingade av den snabba teknik-utvecklingen, kom ny luftdataenhet, styrautomat och tröghets-navigeringsutrustning, som alla byggde på datorteknik, att anskaffas från USA.
Den svenska utvecklingsinsatsen koncentrerades till radar och presentationsutrustningen, som båda kom att innehålla datorteknik. Ericsson utvecklade också en ny IK-station med frågefunktion. SATT vidareutvecklade radarvarnaren från AJ37.
Med den nya centraldatorn i JA37 introducerades digital kommunikation mellan dator och de ingående system-komponenterna och mellan dessa. Denna teknik minskade signalkablagets omfattning högst väsentligt.

Den ökade datorkapaciteten gjorde det möjligt att införa effektiva övervaknings- och testfunktioner i systemet. Härigenom försvann till stor del behovet av en komplicerad yttre test-utrustning och omfattande testkablage till denna.
Registreringsfunktioner för underhåll och utbildning kunde enkelt införas. För utvärderingen på respektive förband utvecklades en datorbaserad markutrustning som i praktisk användning blivit ett värdefullt medel för att upprätthålla JA 37 höga tillgänglighet och effektivisera utbildningen.

Fortsättningsvis med JAS 39

Studie- och systemdefinitionsperioden från början av 70-talet till beslut om flygplan JAS 39 1982, innefattade en intensiv verksamhet för att systematiskt förbereda utvecklingen av den komplexa avionik som förutsågs för det kommande flygplanet.
Ett försöksprogram för bildalstrande IR-teknik, FLIR, initierades på Ericsson och ledde fram till försöksutrustning som flyg-provades med gott resultat i en SK37. En annan väsentlig komponent var en ny typ av siktlinjesindikator som medgav väsentligt större synfält och mycket hög genomsikt.
Indikatorn utvecklades av Hughes Aircraft i samarbete med SRA.
Ett studiearbete för en helt ny typ av radarvarnare med hög förmåga att identifiera och peka ut hotsystem, initierades hos SATT.

Det stod tidigt klart att det nya systemet skulle komma att kräva kraftfulla datorer och programvara i stora volymer. Möjlighet till programmering i ett högnivåspråk bedömdes mycket angeläget. 1975 initierade FMV ett samarbete mellan de närmast berörda industrierna för att säkerställa en kostnadseffektiv utveckling av programvara.
Dessutom engagerades ett specialistföretag för att konstruera ett system av datormoduler som skulle kunna ingå i respektive företags utrustningar.
Genom ett omfattande försöksarbete kunde systemets egen-skaper demonstreras i nödvändig omfattning för att kunna utgöra grund för fasta utvecklingstaganden i JAS 39 avtalet. Införande av standardiserade datormoduler krävde samtidigt att apparatlådorna i flygplanet även invändigt utformades på ett enhetligt sätt.

Den inledande utvecklingen av System JAS 39 har inneburit en fortsättning på utvecklingen mot allt mer komplexa systemfunktioner och utrustningar inom avionikområdet.
Det fundamentalt nya är att, för att uppnå behövliga prestanda, avioniken även blivit en integrerad och nödvändig del av platt-formen.
Elektroniska utrustningar som till stor del utnyttjar mikrodatorer ingår i styrsystemet, bränslesystemet, försörjningssystemen etc. Kraven på säkerhet och tillförlitlighet har därför blivit ännu mer accentuerade än i de traditionella avioniksystemen.

Om en förare skall kunna utnyttja systemet i alla typer av uppdrag ställs mycket stora krav på utformning och anpassning av systemfunktioner samt på kabinens presentations och manöverorgan.

Åter till början

Sammanställning och bearbetning: Stig Hertze AEF

Källor:

Det bevingade verket, Svensk militär materiel under 50 år. Försvaret Materielverk-Huvudavdelningen för flygmateriel 1986
Föreliggande artikel är till innehåll och struktur baserat på den inledande delen av kapitlet ”Från Långvågsradio till artificiell intelligens”.

Viss redigering och anpassning till Webb format har genomförts av AEF. Bildmaterial har tillkommit.

Dessutom:

Flygteknik under 100 år, SMR:s förlag 2003
Avionics. Bill Gunston. Patrick Stephens Limited 1990