電子飛行計器システム

航空学において、電子飛行計器システム( EFIS ) は、航空機のコックピットにある飛行計器表示システムであり、電気機械式ではなく電子的に飛行データを表示します。EFIS は通常、主飛行表示装置(PFD)、多機能表示装置(MFD)、およびエンジン指示および乗務員警報装置(EICAS) 表示装置で構成されます。初期の EFIS モデルではブラウン管(CRT) 表示装置が使用されていましたが、現在では液晶表示装置(LCD) の方が一般的です。複雑な電気機械式姿勢指示器(ADI) と水平状態指示器(HSI) は、EFIS に置き換えられる最初の候補でした。ただし、現在では、電子表示装置に置き換えられないフライト デッキ計器はほとんどありません。

操縦室では、ディスプレイ ユニットが EFIS システムの最も目立つ部分であり、グラス コックピットという用語の由来となっている機能です。人工水平線に代わるディスプレイ ユニットは、プライマリ フライト ディスプレイ(PFD) と呼ばれます。HSI に代わる別のディスプレイは、ナビゲーション ディスプレイと呼ばれます。PFD には、較正済みの対気速度、高度、機首方位、姿勢、昇降速度、ヨーなど、飛行に不可欠なすべての情報が表示されます。PFD は、この情報を 6 つの異なるアナログ計器ではなく 1 つのディスプレイに統合し、計器を監視するために必要な時間を短縮することで、パイロットの状況認識を向上させるように設計されています。PFD はまた、ディスプレイの色や形を変えたり、音声警告を提供したりして、低対気速度や高降下率などの異常または潜在的に危険な状況を乗務員に警告することで、状況認識を向上させます。

一部のメーカーでは、電子姿勢指示器や電子水平状況指示器という名称を使用しています。^[1]ただし、シミュレートされた ADI は PFD の中心に過ぎません。追加情報は、このグラフィックに重ねて表示され、その周囲に配置されます。

多機能ディスプレイにより、個別のナビゲーション ディスプレイが不要になります。もう 1 つのオプションは、1 つの大きな画面を使用して PFD とナビゲーション ディスプレイの両方を表示することです。

PFD とナビゲーション ディスプレイ (および装備されている場合は多機能ディスプレイ) は、多くの場合物理的に同一です。表示される情報は、ディスプレイ ユニットが取り付けられているシステム インターフェイスによって決まります。そのため、スペア部品の保持が簡素化され、1 つのディスプレイ ユニットを任意の位置に取り付けることができます。

LCD ユニットは CRT よりも発熱量が少ないため、混雑した計器パネルでは有利です。また、軽量で、占有容積も小さくなります。

MFD (多機能ディスプレイ) には、複数のシステムからの航行情報と気象情報が表示されます。MFD は、ほとんどの場合「チャート中心」として設計されており、航空機の乗組員は地図やチャートにさまざまな情報を重ねることができます。MFD のオーバーレイ情報の例としては、航空機の現在のルート プラン、機内レーダーまたは雷検出センサー、または地上センサー (NEXRAD など) からの気象情報、制限空域、航空機の交通などがあります。MFD は、オーバーレイ以外のタイプのデータ (現在のルート プランなど) や、航空機の滑空半径、地形上の現在の位置、風、航空機の速度と高度など、計算されたオーバーレイ タイプのデータを表示するためにも使用できます。

MFD は、燃料や電気システムなどの航空機システムに関する情報も表示できます (下記の EICAS を参照)。PFD と同様に、MFD はデータの色や形を変更して、危険な状況を乗務員に警告することができます。

EICAS (エンジン表示および乗員警報システム) は、燃料、電気、推進システム (エンジン) を含む航空機のシステムに関する情報を表示します。EICAS ディスプレイは、従来の円形ゲージを模倣するように設計されていることが多く、パラメータのデジタル表示も提供します。

EICAS は、複雑な情報をグラフィック形式で表示できるようにし、また乗務員に異常な状況や危険な状況を警告することで、状況認識を向上させます。たとえば、エンジンの油圧が低下し始めると、EICAS は警告を鳴らし、オイル システム情報のページを表示して、油圧が低いデータを赤いボックスで囲みます。従来の円形のゲージとは異なり、多くのレベルの警告やアラームを設定できます。EICAS を設計する際には、乗務員に常に最も重要な情報が提供され、警告やアラームが多すぎることがないように、適切な注意を払う必要があります。

ECAM はエアバスが使用する同様のシステムであり、EICAS 機能の提供に加えて、是正措置の推奨も行います。

EFIS は、パイロットに表示範囲とモード (地図やコンパス ローズなど) を選択し、データ (選択した方位など) を入力するコントロールを提供します。

他の機器がパイロット入力を使用するのに対し、データ バスはパイロットの選択をブロードキャストするため、パイロットは選択を 1 回入力するだけで済みます。たとえば、パイロットはコントロール ユニットで希望の水平飛行高度を選択します。EFIS は選択された高度を PFD に繰り返し表示し、実際の高度 (航空データ コンピューターから) と比較して高度エラー表示を生成します。この同じ高度選択は、自動飛行制御システムによる水平飛行や、高度警報システムによる適切な警告の提供に使用されます。

EFIS ビジュアル ディスプレイは、シンボル ジェネレータによって生成されます。このジェネレータは、パイロットからのデータ入力、センサーからの信号、パイロットが選択した EFIS 形式を受け取ります。シンボル ジェネレータは、ディスプレイ処理コンピューター、ディスプレイ エレクトロニクス ユニットなど、他の名前で呼ばれることもあります。

シンボルジェネレーターは、シンボルを生成するだけではありません。少なくとも監視機能、グラフィックスジェネレーター、ディスプレイドライバーを備えています。^[2]センサーやコントロールからの入力はデータバス経由で到着し、有効性がチェックされます。必要な計算が実行され、グラフィックスジェネレーターとディスプレイドライバーがディスプレイユニットへの入力を生成します。

パーソナル コンピュータと同様に、飛行計器システムには電源投入時の自己テスト機能と継続的な自己監視機能が必要です。ただし、飛行計器システムには追加の監視機能が必要です。

• 入力検証 - 各センサーが有効なデータを提供していることを確認する
• データ比較 - 重複したセンサーからの入力をクロスチェックする
• ディスプレイ監視 - 計器システム内の障害を検出

従来の（電気機械式）ディスプレイには、機長と副操縦士の計器に表示されるピッチ、ロール、方向を計器コンパレータに送信する同期機構が装備されています。コンパレータは、機長と副操縦士のディスプレイの差が大きすぎる場合に警告します。たとえば^{、 ADI のロール機構の詰まりなど、}下流の故障でもコンパレータ警告がトリガーされます。したがって、計器コンパレータはコンパレータ監視とディスプレイ監視の両方を提供します。

EFIS では、コンパレータ機能はシンプルです。センサー 1 からのロール データ (バンク角) は、センサー 2 からのロール データと同じですか? 同じでない場合は、両方の PFD に警告キャプション ( CHECK ROLLなど) を表示します。比較モニターは、対気速度、ピッチ、ロール、高度の表示について警告を発します。より高度な EFIS システムには、より多くのコンパレータ モニターがあります。

この技術では、各シンボル ジェネレーターに 2 つのディスプレイ モニタリング チャネルが含まれています。1 つのチャネル (内部) は、独自のシンボル ジェネレーターからディスプレイ ユニットへの出力をサンプリングし、たとえば、どのロール姿勢でその表示が生成されるかを計算します。次に、この計算されたロール姿勢は、INSまたはAHRSからシンボル ジェネレーターに入力されたロール姿勢と比較されます。差異は、おそらく処理の誤りによって生じたものであり、関連するディスプレイに警告が表示されます。

外部監視チャンネルは、フライトデッキの反対側にあるシンボル ジェネレーターに対して同じチェックを実行します。つまり、機長のシンボル ジェネレーターが副操縦士のシンボル ジェネレーターをチェックし、副操縦士のシンボル ジェネレーターが機長のシンボル ジェネレーターをチェックします。どちらのシンボル ジェネレーターでも障害が検出されると、独自のディスプレイに警告が表示されます。

外部監視チャネルは、センサー入力 (シンボル ジェネレーターへの入力) の妥当性もチェックします。電波高度計の最大値を超える電波高度などの誤った入力があると、警告が出されます。

飛行のさまざまな段階で、パイロットはさまざまなデータの組み合わせを必要とします。理想的には、航空電子機器は使用中のデータのみを表示しますが、電気機械式計器は常に表示されている必要があります。表示の明瞭性を向上させるために、ADI と HSI は複雑なメカニズムを使用して、パイロットが必要としないときにグライド スロープ スケールを削除するなど、不要な表示を一時的に削除します。

通常の状態では、EFIS はエンジン振動などの一部の表示を表示しない場合があります。一部のパラメータが制限を超えた場合にのみ、システムは読み取り値を表示します。同様に、EFIS はILSアプローチ中にのみグライドスロープ スケールとポインターを表示するようにプログラムされています。

入力エラーが発生した場合、電気機械式計器ではさらに別のインジケーターが追加されます。通常は、エラーのあるデータの上にバーが表示されます。一方、EFIS では無効なデータがディスプレイから削除され、適切な警告が表示されます。

状況によりパイロットが特定の項目に注意を向ける必要がある場合、デクラッター モードが自動的に起動します。たとえば、航空機が指定された制限 (通常は 30 ～ 60 度) を超えて上下にピッチングすると、パイロットがピッチを許容レベルに下げるまで、姿勢指示器が他の項目を視界からデクラッターします。これにより、パイロットは最も重要なタスクに集中できます。

Traditional instruments have long used color, but lack the ability to change a color to indicate some change in condition. The electronic display technology of EFIS has no such restriction and uses color widely. For example, as an aircraft approaches the glide slope, a blue caption can indicate glide slope is armed, and capture might change the color to green. Typical EFIS systems color code the navigation needles to reflect the type of navigation. Green needles indicate ground-based navigation, such as VORs, Localizers and ILS systems. Magenta needles indicate GPS navigation.

EFIS provides versatility by avoiding some physical limitations of traditional instruments. A pilot can switch the same display that shows a course deviation indicator to show the planned track provided by an area navigation or flight management system. Pilots can choose to superimpose the weather radar picture on the displayed route.

The flexibility afforded by software modifications minimises the costs of responding to new aircraft regulations and equipment. Software updates can update an EFIS system to extend its capabilities. Updates introduced in the 1990s included the ground proximity warning system and traffic collision avoidance system.

A degree of redundancy is available even with the simple two-screen EFIS installation. Should the PFD fail, transfer switching repositions its vital information to the screen normally occupied by the navigation display.

In the late 1980s, EFIS became standard equipment on most Boeing and Airbus airliners, and many business aircraft adopted EFIS in the 1990s.

Recent advances in computing power and reductions in the cost of liquid-crystal displays and navigational sensors (such as GPS and attitude and heading reference system) have brought EFIS to general aviation aircraft. Notable examples are the Garmin G1000 and Chelton Flight Systems EFIS-SV.

Several EFIS manufacturers have focused on the experimental aircraft market, producing EFIS and EICAS systems for as little as US$1,000-2000. The low cost is possible because of steep drops in the price of sensors and displays, and equipment for experimental aircraft doesn't require expensive Federal Aviation Administration certification. This latter point restricts their use to experimental aircraft and certain other aircraft categories, depending on local regulations. Uncertified EFIS systems are also found in Light-sport aircraft, including factory built, microlight, and ultralight aircraft. These systems can be fitted to certified aircraft in some cases as secondary or backup systems depending on local aviation rules.

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• 電子航空機計器、航空データコンピュータおよびディスプレイ