Avionic der Kampfflugzeuge der 90-er Jahre

KRIEG IM AETHER

Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürichim 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. ETHE. Schellenberg, Dipl. El. Ing. ETHP. Vonlanthen, Dipl. El. Ing. ETH

Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und alsPDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.

Avionic der Kampflugzeuge der 90-er Jahre - Vorlesung Krieg im Aether 1988/1989 (ETH Zürich) HAMFU History

© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 1

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. ETHE. Schellenberg, Dipl.El.Ing.ETHP. Vonlanthen, Dipl.El.Ing. ETH

"Krieg im Aether", Folge XXVIII, 1989

48510

Bundesamt für Militärflugplätze8600 Dübendorf



8 - 2

1. EINLEITUNG

Wie man der allgemeinen und der Fachpresse in den letzten Monaten entnehmen konnte, sind dieArbeiten für die Vorbereitungen der Beschaffung von neuen Kampfflugzeugen in vollem Gange. BisMitte 1989 müssen alle Abklärungen so weit getroffen sein, dass der Bundesrat dem Parlament zuBeginn des Jahres 1990 die Beschaffung mit allen Details vorschlagen kann. In enger Zusammen-arbeit mit den Vertretern der Gruppe für Rüstungsdienste sind Mitarbeiter des Bundesamtes fürMilitärflugplätze zur Zeit in den USA und legen dort fest, welche Einrichtungen und welchesMaterial für den Einsatz und den Trainingsbetrieb des komplexen Waffensystems notwendig sind.

Die Vorevaluation im vergangenen Jahr bestätigte uns, dass mit dem neuen Kampfflugzeug eingewaltiger Technologieschub zu bewältigen sein wird. Seit der Einführung des Flugzeuges MIRAGEvor mehr als 20 Jahren war dies nicht mehr der Fall. Wir wählten das Thema Avionik, da der Tech-nologieschub 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 Flugzeugzelle (Rumpf, Flügel, Fahrwerk, Leitwerk)- die Triebwerke (Haupt- und Hilfstriebwerke)- die Waffen (Kanonen, Lenkwaffen, Bomben)- die Avionik

Unter dem Begriff Avionik fasst man die gesamte elektronische Ausrüstung eines Flugzeuges zu-sammen. Ihr gehören als Beispiel das Radarsystem, die Navigationssysteme, die Funkgeräte, dieFlugsteuerung etc. an.

2.2 DIE UNTERSTUETZUNG DES PILOTEN DURCH DIE MODERNE AVIONIK

Am Beispiel des von der schweizerischen Flugwaffe kürzlich erprobten amerikanischen Kampfflug-zeuges FA-18 HORNET möchten wir darstellen, wie der Pilot bei einem Einsatz im Luftkampf undeiner 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 Un-terstützung des Piloten zur Verfügung. Der Pilot gibt alle missionsabhängigen Daten, wie Navi-gationswerte, Waffen, Treibstoffmenge etc., in das (Fig. 1) dargestellte Off-line-Rechnersystem(MISSION SUPPORT SYSTEM) ein. Navigationsdaten können direkt über ein Digitalisiersystem ab Kar-te in den Rechner aufgenommen werden. Nach abgeschlossener Vorbereitung erhält der Pilot eine Da-tenkassette, mit deren Daten er im Cockpit den Flugzeug-Hauptrechner für den geplanten Einsatzladen kann.

S Y S T E M A T I C S GENERALT 5 1 5 2 T E R M I N A L /

COLOR G T C O 3 G 4 0 ADIGITIZER

I D C - 6 0 0 T APE1 5 0 M B INTERF ACE

RE MO V ABL EH A R D DISK

Fig. 1 "Mission-Support-System"



5-3

Bevor wir den Piloten auf seinen zwei Einsätzen begleiten, werfen wir einen Blick in das moderneCockpit des FA-18 HORNET. Das Cockpit ist klar und einfach gegliedert. Die acht Hauptbereicheenthalten Anzeigen und Eingabemöglichkeiten für die folgenden Bereiche (Fig. 2, 3):

1 B r a k e p r e s s u r e i n d i c a t o r2 L a n d i n g h o o k b y p a s s , l a u n c h b a r

a n d s t o r e s j e t t i s o n s e l e c t o r s3 E m e r g e n c y / p a r k i n g b r a k e h a n d l e4 L a n d i n g g e a r c o n t r o l s5 S t o r e s j e t t i s o n i n d i c a t o r s6 D i g i t a l e n g i n e m o n i t o r d i s p l a y7 F u e l q u a n t i t y i n d i c a t o r8 C o u r s e a n d h e a d i n g l i g h t p l a t e9 M a s t e r a r m a m e n t p a n e l

1 0 M a s t e r m o n i t o r d i s p l a y11 L e f t w a r n i n g p a n e l1 2 H e a d - u p d i s p l a y1 3 H e a d - u p d i s p l a y c a m e r a1 4 U p - f r o n t c o n t r o l p a n e l1 5 R i g h t w a r n i n g p a n e l1 6 M u l t i - f u n c t i o n d i s p l a y1 7 I R c o o l i n g , m a p g a i n a n d I L S / D e c k

l a n d i n g s w i t c h e s1 8 A t t i t u d e r e f e r e n c e i n d i c a t o r1 9 R a d a r w a r n i n g d i s p l a y2 0 S t a n d b y a i r s p e e d i n d i c a t o r2 1 S t a n d b y a l t i m e t e r

2 2 V e r t i c a l s p e e d i n d i c a t o r2 3 H o r i z o n t a l s i t u a t i o n d i s p l a y2 4 E C M g r o w t h s p a c e2 5 E C M c o n t r o l p a n e l2 6 R u d d e r p e d a l a d j u s t m e n t2 7 A i r c r a f t b u i l d - n u m b e r p l a t e2 8 C l o c k2 9 C a b i n p r e s s u r e a l t i m e t e r3 0 A r r e s t e r h o o k c o n t r o l3 1 A l t i t u d e i n d i c a t o r3 2 L a n d i n g l i g h t p l a t e3 3 W i n g f o l d c o n t r o l3 4 H y d r a u l i c p r e s s u r e i n d i c a t o r3 5 C a u t i o n l i g h t p a n e l3 6 S t a t i c - p r e s s u r e s o u r c e s e l e c t o r3 7 C a n o p y f r a m e h a n d l e3 8 M i r r o r3 9 L o c k / s h o o t i n d i c a t o r4 0 E n v i r o n m e n t a l c o n t r o l s y s t e m

l o u v r e4 1 C a n o p y j e t t i s o n l e v e r4 2 S t a n d b y m a g n e t i c c o m p a s s

Fig. 2 F-18A HORNET Cockpit-Instrumentierung

Fig. 3 Cockpit Detaildarstellung

12 Head-Up Display (HUD)10 Hauptdisplay14 Kommunikation, Funk16 Mehrfunktions-Display6 Triebwerkdaten

23 Navigations-Display18-22 Back-up Instrumente und Radarwarner24-29 Systeme für die elektronische Kriegsführung



5-2104

Wenige Bedienelemente, die nur bei Start und Landung und in Ausnahmesituationen bedient werdenmüssen, befinden sich auf den seitlichen Panels. Die meisten der Funktionen an den Displayskönnen auch am Steuerknüpel und dem Leistungshebel vorgenommen werden. Die Amerikaner bezeichnendiese Eigenschaft als HOTAS (Hands On Throttle And Stick). Die drei Displays spielen für die Un-terstützung des Piloten eine zentrale Rolle. Nr. 10 und 16 haben an sich identische Funktionenund dienen gegenseitig als Back-up. In der Phase des Suchens von Zielen dient das linke Displayzur Darstellung von Radardaten, bei Annäherung können Waffendaten dargestellt werden. Auf demrechten Display werden laufend Daten gezeigt, die von zweiter Priorität sind. Für die Navigationbietet das untere mittlere Display, Nr. 23, wesentliche Hilfen, die heute bis zur mehrfarbigenDarstellung von detaillierten Geländeausschnitten gehen. In der eigentlichen Kampfphase benutztder 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 vermessenund es anschliessend mit der richtigen Waffe zu bekämpfen.

a) Zielerfassunq (Fig. 4)

Der FA-18 verfügt über ein sehr leistungfähiges Radarsystem. Dieses kann in den 3 folgendenBetriebszuständen eingesetzt werden.

- Radar velocity search: Detektion von sehr schnellen Zielen auf Distanzen von über 100 km.Mit einer hohen Pulsrepetitionsfrequenz werden Azimut und Annährungsgeschwindigkeit deserfassten Objektes ermittelt und dargestellt. Es geht in dieser Phase darum, Gefahren auf-zuzeigen, welche sich im Zeitraum von Minuten als bedrohlich erweisen können.

- Radar range while search: Ziele im gesamten Erfassungsbereich des Radars werden zusätzlichauf 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 diesen10 Zielen werden sämtliche Daten erfasst und ab einer Distanz von ca. 30 km werden 8 Zieledargestellt. Automatisch wird das Ziel, das die grösste Bedrohung darstellt, ausgewählt undbesonders markiert.

b) Der Waffeneinsatz im Luftkampf (Fig. 5)

In der letzten kritischen Phase, kurz vor dem Waffeneinsatz, steht der Pilot unter einem enor-men Zeitdruck. Er benutzt nach Möglichkeit nur noch das Head-Up Display. Mit der gleichenAugeneinstellung, die er für die optische Zielerfassung benutzt, kann er alle relevanten Da-ten auf dem durchsichtigen Display ablesen.

Fig. 4 Zielerfassung



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 be-findet, Flugdauer der Lenkwaffen, Anzahl und Art der bereiten Lenkwaffen (Fig. 5).

Air-to-air gun mode

M a s t e r a r m ' o n '( g u n b o r e s i g h t l ine) —

A i r c r a f t w a t e r l i n e ^

I n d i c a t e d a i r s p e e d s c a l e(F -15 a t 4 4 5 k t ) —

A i m i n g r e t i c l e( 5 0 m i l r a d i u s ;r a n g e 1 , 0 0 0 f t p e r s p o k e ) -

G u n a r m e d ,9 9 9 r o u n d s l e f t -

F l i gh t p a t h l a d d e r .

- H e a d i n g s c a l e( 1 2 0 d e g i n d i c a t ed )

10 11 12 13 V._ _

oo -j — r u-no

w ~ LooJ " C r ̂

j " PJ A I»' C.

IRM 9B9 U•1AM

io to

A l t i t u d e s c a l e- ( 3 5 5 f t i n d i c a t e d )

1 0 - m i l e r ada r, r a n g i n g s c a le

T a r g e t d e s i g n a t o r- o n a c q u i r e d t a r g e t

- T a r g e t at 2 , 0 0 0 f t- C l o s i n g a t 1 5 0 k t

I - — D i s c r e t e s

- V e l o c i t y v e c t o r

Aix-to-aix medium range missile mode

M a s t e r a r m ' o n '( g u n b o r e s i g h t l i n e ) — I

S t e e r i n g c i r c l e — !

S t e e r i n g d o t — |

I n d i c a t e d a i r s p e e d s c a l e "(F -15 at 4 4 5 k t )

V e l o c i t y v e c t o r — -

M i s s i l e s a r m e d ,4 M R M s r e a d y " "

F l i gh t p a t h l a d d e r ^ .

H e a d i n g sca l e• ( 12 0 de g i n d i c a t ed )

T " t w y i

Hj

•—T arget d e s i g n a t o r

- 4 0 - m i l e r ada rr a n g i n g sca leA l t i t u d e s c a l e( 3 5 5 f t i n d i c a te d )

^ ^ - T a r g e t c l o s i n g at9 5 0 k t at 22 m i l e s

- T a r g e t in m i s s i l e r a n g e

I — 6 0 s e c t o m i s s i l 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 jedochvom Radarwarnsystem die notwendigen Angaben und die Empfehlung über die Art des Einsatzes.Besitzt das Flugzeug einen eingebauten Störer, so werden die vom Radarwarnsystem ermitteltenBedrohungen durch den Störer automatisch bekämpft.

d) Unterstützung beim Fliegen:Mit dem Steuerknüpel und den Pedalen gibt der Pilot nur noch Stellgrössen vor. Diese werdenvom Rechner übernommen und unter Berücksichtigung aller erfassten Daten wie Flugzeuglage,Fluggeschwindigkeit, Beschleunigung etc. in eine optimale Klappenstellung umgerechnet und alsdigitale 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 wer-den. Das Anfliegen und Bekämpfen des Zieles sollte möglichst im ersten Anflug erfolgen. Diesstellt an die Genauigkeit der Navigationssysteme und die Möglichkeiten der Darstellung des Ge-ländes 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 einenbesonderen Mode der Radaranlage an einem genau identifizierbaren Geländeteil nachgeführt.



7-6

;

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 Zieler-fassung und Waffensteuerung eingesetzt. Ist das Flugzeug mit einem Forward Looking Infra RedSystem ausgerüstet, so kann das Ziel bei jedem Wetter, bei Tag und Nacht aufgefunden und be-kämpft 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 Figur7 sind alle verwendeten 28 Mikroprozessorsysteme dargestellt. Sie verfügen über eine Speicher-kapazität 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 identification)- Steuerung des Waffensystems (stores management)- Radar und FLIR (tactical sensors)- Elektronische Gegenmassnahmen (electronic warfare equipment)- Displays- Technischer Zustand (Status Monitoring equipment)- Hauptrechner (mission computer)

Die Steuerung dieses gesamten komplexen Systems geschieht von den beiden Mission-Computern ausüber einen doppelt geführten Multiplex-Bus. Dieser (Mil Standard 1553) wird heute bei allenmodernen amerikanischen Flugzeugen verwendet.

Reai b e a m g ro u ndm a p m o d e ident i f iestarge t e r ro r i fea t u res

b e a m sharpened— Jrpet

t i fi ca t ion



7-7

PROGRAMMABLE MEMORY(NORMALIZED 16 BIT WORDS)

S Y S T E M C A P A C I T Y U T I L I Z E D

R A D A R 512K 256KMC1, MC2 512K 290KF C E S 352K 160KA L Q - 1 2 6 B 300K(1) 150KD M C 288K 174KA S P J 256K(1) TBDN A V / F L I R 192K(2) 115KA L R - 6 7 160K 80KA C P S 136K 6 5 . 3 KL. DDI 132K 4 2 . 9 KR. DDI 132K 4 2 . 9 KS D P 6 8 . 5 K 3 5 . 5 KFLIR 64 K 44KACI 54 K 1 3 . 8 KD S S 32K 11KT A C T S 32K 32KINS 24 K 22KC L C 20K 18KC S C 15K 1 2 . 7 KL S T / S C A M 12K(2) 1 0 . 8 KC O M 1 / C O M 2 7.1 K 7.1 KA D C 6K 6KD / L 5.6K 5.6KIREI 5K 2.5KL G C U 4.1 K 4K

3 0 5 3 . 3 K 1 5 9 0 . 3 K

Fig. 7 HORNET Mikroprozessor-System

Mission Computers

Miss io n Miss io nCompuler t Compuler -

No . 1 No . 2 :

E z l(Avionic Mu lt iplex Bus)

Electronic W iHa n Equipment

(Armament Mu lt ip lex Bus)

L I J I I IW i n g

T ip

Pylon Pylon LettFuselage

Righ iFuse lage Pylon Pylon

Decoders SlorisMinjgimml

InterferenceBlanker

Flare/C h a d

Dispenser

Counter-measure

Sel

RadarW a rn in gReceiver

Fl ightControl

Computers

SecureVoice

Encoder

Sensors

ElectronicFlightControl

Air DataSensors

1 A D C Air DataSensors

1 A D C Air DataSensors

' I NS M A D

Navigationand

night Aids

T A C A N RadarBeacon

C o m mNo. I

RadarA l l R/T

A C I

C o m mNo. 2

I F F Transponder

IFFCryplo

DalaL ink

CommunicationRidi« NavigationMintllcittaii

R A D A R• RDP• RSP

The ALQ-126B and the ASPJ are interchangeable(only the ALQ-126B is included In total)

The NA V/FLIR and the LST/SCAM are Interchangeable(only the NAV/FLIR Is included In total)

Fig. 8 FA-18 Avionik Blockschaltbild



7-8

Damit dieses Rechnersystem gehandhabt werden kann, wurde ein Kompromiss zwischen zentraler undverteilter Datenverarbeitung gewählt. Die Mission-Computers regeln den Verkehr zwischen den Sub-systemen. Innerhalb der Subsysteme erfolgt die Steuerung über einen eigenen Contrôler. Dies er-möglicht sowohl im Betrieb, wie auch in der Entwicklung eine bedingte Unabhängigkeit der Unter-systeme vom Zentralcomputer zu erreichen.

Neben der Koordination und der Steuerung des Datenflusses auf dem Hauptbus übernehmen die Mis-sion-Computers hauptsächlich die Funktion der Auswahl der Daten für das Cockpit. Sie zeigen demPiloten nur das an, was er in einem bestimmten Zeitpunkt für seine Mission wissen muss, oder sieverlangen von ihm bestimmte Aktionen. Ueber automatisierte Abläufe wird der Pilot nur infor-miert, wenn als kritisch erkannte Zustände auftreten.

Nachfolgend sind drei verschiedene Typen von Prozessoren in Originalterminologie kurz beschrie-ben. 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 Ra-dar-Signal-Processor eine sehr hohe Rechnerleistung zur Verarbeitung der vielen erfassten Zielebenötigt.

1) MISSION-COMPUTER

Processor Throughput: 2,8 MIPS (z.Zt. upgrading auf 4,5 MIPS)OFP: ca. 205 KMemory: 128 K CORE

128 K EEPROM64 K RAM

2) RADAR DATA PROCESSOR

Type: 4 bit bipolar bit slice microprocessorOFP: ca. 256 KProcessor Throughput: 0,6 MIPS (upgrade — 2 MIPS)Memory: 512 K ( — 1 M)

3) RADAR SIGNAL PROCESSOR

Type: pipeline microProcessor Throughput: 7,1 MCIPS (upgrade — 3 3 MCIPS)Technologie: VHS IC / VLS (upgrade—Gate Array)

3. AUSWIRKUNGEN AUF DEN UNTERHALT

Nachdem wir im Kapitel 2 aufzuzeigen versuchten, welchen Nutzen der Pilot aus der Leistungsfähig-keit der Avionik ziehen kann, möchten wir in diesem Kapitel einige Ueberlegungen zum Unterhaltsolch komplexer Systeme machen.

Für eine Unterhaltsinstanz ist die erreichte Verfügbarkeit eines Systems von ausschlaggebenderBedeutung. Wie die folgenden Bilder zeigen, ist die Verfügbarkeit durch die Zuverlässigkeit, dieInstandhaltbarkeit und die logistische Unterstützung bestimmt.



8-9

Z U V E R L Ä S S I G K E I T

I M T B F . A U S F A L L S R A T E I

I N S T A N D H A L T B A R K E I T

1 M T T R . M T T P M I

L O GI ST I SC HEU N T E R S T Ü T Z U N GI M L D T I

O - O -

VERFUGBARKEIT

1MP T

mil ~ 1 M T B F

M D T = M T T R * M L O T

Fig. 9 Verfügbarkeit, Begriffe und Zusammenhänge

3.1 ZUVERLAESSIGKEIT (HTBF)

Die verwendete Technologie beeinflusst die MTBF ganz wesentlich. So zeigten die Avionik-Systemeder Flugzeuge MIRAGE, TIGER und des NKF nach der Einführung die folgenden Werte:

MIRAGE (Technologie 60er Jahre): MTBF 4 Std.TIGER (Technologie 70er Jahre): MTBF 60 Std.NKF (Technologie 80er Jahre): MTBF 100 Std.

Durch geeignete Massnahmen kann jedoch die MTBF im Laufe der Nutzungsdauer eines Systems ganzwesentlich verbessert werden. So wurde die MTBF des MIRAGE/TARAN-Systems im Laufe der vergan-genen 20 Jahre um einen Faktor 3 gesteigert (Fig. 10). Das Radar des Flugzeuges TIGER konnte in10 Jahren auch annähernd um einen Faktor 2 zuverlässiger gemacht werden (Fig. 11).

2 5 _ M H M

20 _

15 .

10 .

S .

6 6 6 7 6 3 6 9 7 0 71 7 2 7 3 7 4 7 5 7 6 7 7 7 0 7 9 0 0 0 1 0 2 8 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 0

M B M

P E R S O N A L A U F W A N D

Fig. 10 MTBF des MIRAGE/TARAN-Systems (Anzahl Flüge pro Störung)



7-10

Fig. 11 MTBF der TIGER (Personalaufwand)

3.2 INSTANDHALTBARKEIT (MTTR)

Die Meantime-to-repair ist entscheidend durch das Systemkonzept beeinflusst. Die Flugzeuge der70er Jahre (F-14) waren vor allem auf hohe Leistung ausgelegt. Es wurde wenig Gewicht auf einegute Instandhaltbarkeit gelegt. Da dies hohe Stillstandszeiten ergab, wurden die Flugzeuge derneusten Generation (F-16, TORNADO, F-18) nach Möglichkeit unterhaltsfreundlich konstruiert.

Der FA-18 verfügt über ein internes Fehlerlokalisierungs-System, das ein rasches Erkennen undBeheben von Defekten erlauben soll (BITE: Built In Test Equipment).

Tritt im Flug eine Störung auf, so wird diese mit den notwendigen Begleitdaten wie Zeit, Ge-schwindigkeit, Flughöhe, Beschleunigung oder Temperatur erfasst und abgespeichert. Das Boden-personal kann nach der Landung über einen Display, der sich im Fahrwerkschacht befindet, dieaufgetretenen Fehler abrufen. Es können bis zu 400 verschiedene Fehlercodes erfasst und auf-gezeichnet werden. Für die Avionik will man damit erreichen, dass 98 % der Fehler durch diesesautomatische System entdeckt werden können. Von diesen 98 % sollen 99 % so beschrieben werden,dass das Unterhaltspersonal die defekte Untereinheit lokalisieren und ausbauen kann. Dieser Aus-bau soll innerhalb von 12 Minuten möglich sein.

Das ausgeklügelte Fehlererfassungs-System hat zur Folge, dass das Bodenpersonal über keine wei-teren Prüfgeräte verfügen muss. Mit den Angaben des BITE und den zur Verfügung stehenden Reserve-geräten kann daher der Grossteil der auftretenden Fehler im Avionik-System in kurzer Zeit beho-ben werden.

Die Reparatur der defekten Geräte erfordert dann jedoch leistungsfähige Prüfeinrichtungen. AmBeispiel der Prüfbank für das FA-18 Radarsystem kann gezeigt werden, welchen Komplexitätsgraddiese Prüfsysteme aufweisen. Gemäss Spezifikationen soll der Prüfautomat erlauben, innerhalb von2 bis 6 Stunden einen Fehler auf ein bis vier Systemteile einzugrenzen. Der defekte Systemteil(komplexe gedruckte Schaltung) kann wiederum über einen besonderen Adapter auf dem Prüfsystemgetestet werden. Innerhalb einer Zeit von 2 bis 5 Stunden soll es möglich sein, den Fehler aufein bis sechs Komponenten einzugrenzen (Fig. 12).

Aufgrund der Erfahrungen können auf diese Art etwa 80 % der Fehler ermittelt und behoben werden.

Für die restlichen 20 % werden an das Unterhaltspersonal besondere Anforderungen gestellt. Siemüssen einerseits eine ausgesprochene Fähigkeit zum Sytemdenken besitzen und anderseits einbreites technisches Spektrum beherrschen. So wird ihr Einsatz von Software über Digitaltechnik,anspruchsvolle Messtechnik, bis zur Mikrowellen-Technik reichen müssen.

Zur Behebung von komplexen Fehlern muss das Gerät in ein Gesamtsystem, ein sogenanntes HotMock-up, eingebaut werden. Dieses erlaubt, ein Gerät unter normalen Systembedingungen und imVerbund mit allen Nachbargeräten zu testen.



7-11

Fig. 12 Prüfbank für das FA-18 Radarsystem

Diese teuren Prüfeinrichtungen können nur noch einmal für die ganze Flotte beschafft werden. Umihren Einsatz in allen strategischen Fällen gewährleisten zu können, werden diese Spezialgeräteauch in Friedenszeiten in geschützten Anlagen betrieben.

LOGISTISCHE UNTERSTUETZUNG (HLDT)

Die Mean-Logistic-Down-Time kann durch eine zweckmässige Verteilung von Reserveeinheiten, Sub-systemen und Ersatzteilen beeinflusst werden. Gemäss unseren Grundsätzen der Unterhaltskon-zeption (Fig. 13) versuchen wir, eine möglichst hohe Autonomie der Standorte zu erreichen. Dadie komplexen Prüfsysteme - wie vorgängig erwähnt - nur noch in der Fachstelle und der Kriegs-werkstatt eingerichtet werden können, muss durch eine genügende Zahl von Reservegeräten einegute logistische Untertützung sichergestellt werden. Das im Flugzeug eingebaute Prüfsystem wirduns besser als bisher erlauben, Fehler in den einzelnen Subsystem zu definieren.

Unabhängigkeit vom Ausland

Bezüglich Durchführung des Unterhaltes und der Ver-sorgung mit Ersatzmaterial

Autonomie der Einsatzstandorte

Bezüglich Unterhaltsstufen 0 und 1

Konzentration und Schwerpunktsbildung

Für die Unterhaltsstufe 3 , unter Ausschöpfung desbestehenden Potentials

Anwendung der Grundsätze der Wirtschaft l ichkei t

In Betrieb und Unterhalt im strategischen Normalfal l

Kompromisslose Erfüllung kriegswichtiger Minimal-forderungen

Im Hinblick auf den Krisenfall , Neutrali tätsschutzfal lund den Verteidigungsfall

Fig. 13 Grundsätze der Unterhaltskonzeption



8-12

ZUSAMMENFASSUNG

Die stark erhöhte MTBF und die verbesserte MTTR werden uns erlauben, die geforderte Verfügbar-keit im Kriegseinsatz trotz hoher Komplexität des Systems mit unseren Milizsoldaten zu errei-chen. Die Verhältnisse im Bereiche der Bereitstellung haben sich eher vereinfacht, während siein den Unterhaltswerkstätten, die jedoch durch Berufspersonal betrieben werden, bedeutend kom-plexer werden.

DURCHFUEHRUNG VON AENDERUNGEN

In den Grundsätzen der Unterhaltskonzeption haben wir festgehalten, dass wir von Lieferantenunabhängig ein sollten. Man kann sich fragen, ob dies bei einem System der Komplexität derAvionik des neuen Kampfflugzeuges überhaupt noch möglich sein wird. Da jedoch die Nutzungsdauerunserer Waffensysteme im allgemeinen wesentlich länger ist, als uns Lieferanten wirkungsvoll un-terstützen können, sind wir gezwungen, vor allem in der zweiten Lebenshälfte eines Waffensy-stems, Aenderungen selbständig durchzuführen. Auch für das neue Kampfflugzeug müssen wir dieseAutonomie anstreben und unsere Unterhaltsstellen so vorbereiten, dass sie Aenderungen durch-führen können. Während bisher Aenderungen vor allem Anpassungen der Hardware betrafen, wird inZukunft vor allem der Bereich der Software betroffen sein:

Da es sich bei der Avionik des FA-18 um ein Echtzeit-Mehrrechnersystem handelt, muss jede Aen-derung vor der Realisierung sorgfältig auf allfällige Einflüsse auf andere Systemteile überprüftwerden. Dies muss mit einem sehr systematischen Vorgehen sichergestellt werden.

Für den Unterhalt des gesamten FA-18 Software-Systems sind bei der US Navy 132 Arbeitskräfteeingesetzt (Fig. 14).

MANAGEMENT &ADMINISTRA TIVE

1 1 %

CLERK TYPIST7%

TOTAL MANPOWER

ENGINEERS 73TECHNICIANS 30MGMT/ADMIN 15CLERK/TYPIST 9MILITARY (PILOTS) 5

TOTAL 132

SCIENTISTS/ENGINEERS

ELECT ENG'SCOMPUTER SCIENTISTMATH/PHYSICISTMASTER DEGREESDOCTORATE DEGREES

251514154

7 T

Fig. 14 US-Navy-Arbeitskräfteauftrag für FA-18 Software-System

Sämtliche Meldungen über Fehler, Vorschläge von Benutzern sowie Anregungen und Feststellungender Unterhaltsstellen werden an einer zentralen Stelle zusammengefasst. Diese analysiert dieMeldungen und Vorschläge und ermittelt die aus den Aenderungen erwachsenen Konsequenzen. An-schliessend werden Prioritäten festgelegt und die Entscheide bezüglich Realisierung gefasst.Dieser Zyklus läuft über 18 Monate und wiederholt sich periodisch (Fig. 15).



8-13

(alle 18 Monate)

Fig. 15 FA-18: Ablauf von Software-Aenderungen

Die Phase der Realisierung erfordert nach Entwicklung und Programmierung eine ausgedehnte Test-phase in einem Validation-Lab (Fig. 16, 17). Dann werden Testflüge ausgeführt und die notwendigeDokumentation zusammengestellt. Erst wenn alle die Prüfungen erfolgreich bestanden sind, und dieDokumentation vollständig ist, wird eine neue Version des Software-Paketes freigegeben.

D E V E L O P M E N T / T E S T P R O C E S S

/ W / / '777777REQUIREMENTS/ DESIGN / DEBUG/ VERIFY/ RELEASE/DEFINITIONS / CODE DEV TEST VAL DIST/ V / / / / / v / m

• D E S I G N C K• L A B A N D • U S E R B R I E F

F L I C H T T E S T . R E P R O D .

• C O N T R O L• F E E D B A C K

7 7 7 7 7 / / / / / / // C O N F I G U R A T I O N M A N A G E M E N T

QUALITY ASSURANCE

• B A S E L I N E C O N F I G U R A T I O N• E S T A B L I S H S T R S Y S T E M• O A A C C E P T A N C E

Fig. 16 Von der Entwicklung zur Validierung der Software



8-14

CENT RAL C O N T R O

SIMULATEDCOCKPIT W O R K STATION

SIMULATION 1553M O D E L S SIM

M CTEST STATION(ACTUAL OFP's)

CCUCOMP C O N T R O L

UNIT

W E A P O NSIMULATOR

SMSTEST STATION

MODES:• MAN-IN-LOOP (REAL TIME)• STATIC M O D E (STEP CONTROL)• PROFILE G E N E R A T O R (COMPUTER FLIGHT)

T A R G E TG E N E R A T O R

R A D A RNOSER A C K

CSC-CNIINSMSDRSEW

Fig. 17 Validations-Labor

Es ist offensichtlich, dass wir uns diesen Aufwand nicht in dem Umfange leisten können. Wirrechnen damit, dass eine Software-Equipe in der Grössenordnung von 10 bis 20 Ingenieuren not-wendig sein wird. Wir planen, die für uns notwendige Autonomie etwa in 5 bis 6 Jahren nach derEinführung eines Waffensystems zu erreichen.

ANFORDERUNGEN AN DAS PERSONAL DER UNTERHALTS-ORGANISATION

Ich habe im Laufe des Referates mehrmals die Anforderungen, die die neuen Avionik-Systeme an dasUnterhaltspersonal stellen, erwähnt. Ich möchte Sie hier nochmals zusammenfassen.

Im Flugbetrieb wird sich die heutige scharfe Trennungslinie zwischen Mechaniker und Elektronikerverwischen. Die Trouble-shooter werden vermutlich eher aus dem Elektronik-Bereich kommen. DieBedienung eines Rechner-Systems und Systemkenntnisse werden Vorrang vor mechanischer Geschick-lichkeit haben. Erziehung und Ausbildung im logischen Vorgehen beim Suchen von Fehlern werdenvon ausschlaggebender Bedeutung sein.

In der Fachstelle werden System-Spezialisten notwendig, die über eine solide Hardware-Ausbildungverfügen, sie müssen aber auch auf dem Gebiet der Software ausreichende Erfahrungen mitbringen.Die F/A-18 Software, die in Assembler geschrieben ist, erfordert zudem auch vom Software-Spe-zialisten genaue Hardware-Kenntnisse.

Auf eine Flugzeugflotte von 30 bis 40 Flugzeugen wirkt sich die geringe Anzahl von defekten Sy-stemen zusätzlich erschwerend aus. Pro Subsystem wird nur eine kleine Gruppe (1-2 Mitarbeiter)beschäftigt werden können, was bei Personalfluktuationen einen laufenden hohen Ausbildungsbedarferfordern wird.

Die Erfahrungen mit den eingeführten Systemen und die Attraktivität der modernen Technologiestimmen uns jedoch zuversichtlich.

AUSBLICK AUF DAS JAHR 2000

Die Triebwerk-Leistungen sind stark erhöht worden, die Zelle ist wesentlich verbessert wordenund die moderne Avionik hat die Einsatz-Möglichkeiten vervielfacht.

Geblieben ist der Mensch, der Pilot der dies alles unter Stress richtig und zeitgerecht einsamam Himmel einsetzen muss. Er ist vom reinen Flieger zum Manager geworden.

Er ist bereits heute klar als der limitierende Faktor des Gesamtsystems erkannt worden, und manversucht deshalb folgerichtig, seine workload durch eine stetige Verbesserung des Mensch-Maschi-nen-Interface, d.h. seines Cockpits, zu vermindern.



8-15

Konkret heisst das:

- Verbesserte Bedrohungsdarstellung

z.B. für Angriff auf Erdziel:

1) momentane eigene Position2) anzugreifendes Ziel3) vorgeschlagener Flugweg

- Konsequent nur Darstellung der in der momentanen Flugphase benötigten Missions- und Fehleran-ZGigeaaten.

- Art der Darstellung durch Piloten soll weitgehend beliebig wählbar sein, dies führt zu soge-nannten Glass-Cockpit, bei dem das ganze herkömmliche Instrumentenbrett durch einen einzigenDisplay ersetzt wird, entsprechende Versuche laufen bereits in den Labors.

- Bezüglich Flugsteuerung wird ebenfalls in Richtung Automatisierung entwickelt, z B an einerautomatischen Positionierung des Flugzeugs auf ein Ziel, das vom FLIR/Laser Tracer des Flug-zeugs verfolgt wird. y

- Die Voice-control wird durch einen digitalen, verschlüsselten Datalink abgelöst werden sodass der Pilot seine Einsatzdaten und Befehle ständig auf seinem Display dargestellt hat.

Ein Fernziel ist sogar ein gegenseitiger Informationsaustausch der Radardaten von Flugzeug undBodenradarstationen. a

Sie sehen, der Technik sind noch lange keine Grenzen gesetzt, es scheint alles machbar zu sein!

Gren zen" o^ e "s te i gerid e ̂ Kosten r 9 r e n Z e n l ° S e n Entwicklung ein Ende setzen, die ebenfalls ins

Documents

Avionic der Kampfflugzeuge der 90-er Jahre