ELETRÔNICA NA AVIAÇÃO – PARTE I
O objetivo principal deste “post” é esclarecer ao técnico de aviação, que não é um especialista em eletrônica, os conceitos básicos desta ciência que atualmente está presente em quase todos os nossos hábitos e utensílios, seja na forma de: comunicação, controle, computação, automação, robótica, etc., e também presente nos aviões.
Como todas as outras tecnologias, a eletrônica tem se desenvolvido fortemente nestes últimos anos. É difícil acompanhar esse desenvolvimento se olharmos alguns aspectos como o da física dos materiais e da integração de componentes. Imagine que atualmente um smartphone tem capacidade de processamento maior do que o computador que levou a nave espacial Apolo para lua em 1969, sem levar em conta o seu tamanho que deve ser pelo menos 1000 vezes menor do que o computador da NASA naquela época.
Sala de computadores da NASA no lançamento da Apolo XI
Olhando de outro ponto de vista, a eletrônica sempre assustou muita gente. Mas o fato é que atualmente quase tudo tem um pouco de eletrônica e essa tendência vai continuar aumentando mais e mais. Assim, mesmo aqueles que não trabalham com eletrônica diretamente acabam se envolvendo com ela constantemente. A eletrônica atualmente, tem muitas vertentes. A eletrônica pode ser classificadas, de um modo simples, como: eletrônica analógica e eletrônica digital. Dentro desta classificação existem várias outras subdivisões. Para o nosso estudo, vamos entender como essas divisões funcionam. Isso é importante para criarmos uma divisão entre os dois tipos de eletrônicas. Vamos começar pela “eletrônica analógica”.
Eletrônica Analógica – é a eletrônica como ela nasceu; um conjunto de componentes discretos são agrupados para criar um equipamento com uma função previamente definida. Nesse tipo de eletrônica não há muita flexibilidade. Para você mudar a função do equipamento, você precisa mudar o hardware. Isso cria uma série de dificuldades principalmente se você desejar criar muitas funções para um determinado projeto. Como não existe a possibilidade de se implementar várias funções ao hardware existente, você necessita criar vários módulos eletrônicos para cumprir todos os requisitos do seu projeto. Isso aumenta o peso, o tamanho, o consumo de energia, dificulta a instalação e aumenta a possibilidade de panes.
Os sistemas analógicos também podem ter uma lógica de funcionamento. Coisas como SIM, NÃO, PORQUE, etc… pode ser implementado com uso de relés, lâmpadas, resistores e semicondutores. Mesmo assim, são sistemas dedicados que para ser mudado, necessita acrescentar ou retirar componentes ou módulos do projeto.
Exemplos de eletrônica analógica: uma TV analógica (de tubo); somente recebia os canais de TV e não havia nenhuma interação com o usuário. Um controlador de portão de garagem (dos mais antigos), apenas abre e fecha a porta da garagem acionando um motor. Um rádio AM/FM, recebe as estações de rádio broadcast e sua sintonia era feita por um capacitor variável. Amplificadores de som, usados para amplificar sons de microfones, instrumentos musicais ou outras fontes sonoras e transmiti-las para as caixas acústicas.
TV analógica da Sony
Eletrônica Digital – tem como característica principal, ser muito flexível. Trabalha com um hardware único que pode ter múltiplas funções. Veja por exemplo, o seu computador pessoal ou seu smartphone. Estes servem a muitos propósitos. Você pode: se comunicar, ver fotos, vídeos, ouvir músicas, escrever um texto, desenhar, calcular, anotar, apresentar um projeto, filmar, fotografar, navegar, etc. Assim, você tem uma infinidade de funções em um único equipamento. Como é feito esse milagre? O milagre chama-se software. É simplesmente você dizer ao hardware o que ele deve fazer. Assim vem o primeiro conceito, não existe eletrônica digital sem um software.
A placa eletrônica digital normalmente serve a múltiplas funções
Mas, as coisas não são tão simples assim. Para que tudo isso acontecesse, a tecnologia da eletrônica teve que evoluir. O semicondutor, o coração dos sistemas eletrônicos modernos teve que ser miniaturizado. Isso envolveu grandes esforços tecnológicos em busca de materiais que pudessem servir a esse propósito. O Germânio e o Silício foram os escolhidos para se implementar essa integração de componentes eletrônicos. O Silício foi o principal, é usado em alta escala até os dias atuais. Milhões de componentes eletrônicos ativos podem ser colocados em uma única pastilha de silício com 1mm2 e encapsulado com materiais plásticos ou metálicos e vão servir aos propósitos do projetos eletrônicos. O ponto alto da eletrônica digital são os processadores que servem de elemento motor para fazer funcionar o hardware como um todo. Os componentes eletrônicos miniaturizados foram desenvolvidos para cumprir vários propósitos: processadores, controladores, memórias, portas lógicas, amplificadores, telas de LCD, telas toutch e tudo mais que conhecemos na atualidade e usamos no nosso dia-a-dia.
Processador Core i7 da Intel
Assim, a eletrônica tomou um novo rumo onde, componentes individuais passaram a ser raridades e os blocos eletrônicos miniaturizados com funções bem definidas tomaram o seu lugar. Mas lembre-se tudo isso para funcionar depende de um software.
Telas de LCD mostram todos os dados necessários ao voo (sistema Glass Cockpit)
Os softwares têm muitas vertentes. São comumente chamados de linguagem de programação ou programas de computador. Uma linguagem de computação, envolve muita sofisticação e muita matemática avançada. Assim, o programador precisa ter uma “mente lógica” para escrever um programa de computador eficiente. O programa faz o hardware ter “vida” e “pensar” com a lógica do programador. Um hardware digital sem um bom programa, pode se tornar muito limitado o que certamente perderia sua principal finalidade, a flexibilidade.
Pelos exemplos mostrados, você já entendeu que a eletrônica digital precisa necessariamente de um programa de computador para funcionar corretamente. Alguns programas são muito conhecidos por todos; WINDOWS por exemplo. É um sistema operacional para computadores pessoal baseado em IBM PC, fabricado pela Microsoft e presente na maioria dos lares brasileiros e, é ele que dá vida ao hardware do PC. Sistema operacionais são programas complexos que diz para hardware como ele deve funcionar para que as diversas funções desejadas pelo usuário possa ser implementadas. Essas implementações, tais como: editores de texto, de desenho, de fotos, navegadores de GPS, etc… são feitas por outros programas de computadores com finalidade específicas e trabalham juntamente com o sistema operacional. Observe que agora o programa é que é específico a uma função e não mais o hardware. Assim, usamos um programa para cada coisa que desejamos fazer no computador, acho que você já percebeu isso.
Sistema Operacional Windows
Outra coisa bem legal na eletrônica digital é a possibilidade da comunicação entre dois sistemas digitais. Eles podem gerar uma conversa entre eles através de uma linguagem de comunicação específica chamada de protocolo de comunicação. Talvez você nunca percebeu isso conscientemente mas, é provável que todos os dias você usa um protocolo de comunicação digital para falar com outras pessoas através de Whatsap, enviar fotos, arquivos, conversar com vídeo e som, etc. O protocolo de comunicação mais utilizado no mundo atualmente é provavelmente o TCP-IP, protocolo de comunicação de internet. Os protocolos de comunicação a exemplo dos programas de computadores, trabalham em linguagem binária e usam o “0” e o “1” como elementos básicos de construção.
A eletrônica digital é muito ampla e envolve praticamente todas as coisas que fazemos no nosso dia-a-dia, comunicação, navegação, entretenimento, etc. Uma vertente dessa eletrônica que vem crescendo muito é a robótica. Uma mistura de eletrônica digital e mecânica de precisão veio definir uma nova categoria de profissão conhecida como Mecatrônica. A mecatrônica envolve uma gama muito grande de aplicação, incluindo a avião e deve mudar a vida de todos num futuro breve. Para o Mecânico de Manutenção, ter um conhecimento básico dessas novas tecnologias é essencial para sua vida profissional. Não se trata de transformá-lo em um especialista de eletrônica digital, mas simplesmente levar conceitos que o ajudaram a trabalhar com mais eficiência na manutenção das aeronaves.
Um tablet ou notebook são ferramentas obrigatórias para executar manutenção em aeronaves modernas.
As aeronaves modernas cada vez mais integra a mecânica com a eletrônica digital. Computadores espalhados por diversas partes da aeronave, fazem o monitoramento e o controle dos sistemas e dos motores e hélices da aeronave e autoriza ações. Também faz uma varredura em busca de falhas e armazena essas falhas em memória não volátil para ser lida mais tarde em páginas destinadas a manutenção ou por relatórios com dados do voo, e ainda, grava a falha nos gravadores de dados da aeronave. Durante o voo, essas falhas também podem ser apresentadas em tempo real para tripulação através de uma tela de mensagens de falhas, que deve prover uma ação sobre o sistema afetado ou manter o referido sistema sob vigilância.
MAU – Modular Avionic Unit (Primus Epic)
Outros computadores têm funções de navegação, comunicação, aquisição de dados, gravação e transmissão de dados em tempo real para uma estação de terra. O nível de controle é bastante preciso e esses sistemas, possibilitam interação com o usuário para que este possa checar o correto funcionamento, efetuar testes e fazer regulagem de sistemas. Na maioria das vezes, esses computadores se comunicação através de protocolos de comunicação específicos baseados em ARINC 429, ARINC 667, AFDX, ASCBD, etc. Normalmente um módulo de chaveamento interpreta a comunicação oriunda dos vários computadores embarcados, para que todos eles possam se comunicar sem problemas mesmo trabalhando com protocolos de comunicação diferentes. Um conjunto de DU´s normalmente de Cristal Líquido, apresenta as informações para a tripulação. Esse sistema é conhecido com Glass Cockpit.
Um sistema de comunicação digital bastante utilizado na aviação é o Datalink ou Aircraft Communications Addressing and Reporting System (ACARS), é um robusto sistema de comunicação bidirecional de dados entre aeronaves e sistemas terrestres. Uma comunicação de ligação de dados completa, que pode ser gerada manualmente ou automaticamente, é referida como uma mensagem de ligação de dados. Mensagens da aeronave para o chão são chamadas de mensagens de downlink e mensagens da terra para a aeronave são referidas como mensagens uplink. Os serviços disponíveis via datalink incluem planos de voo, relatórios e previsões meteorológicas, serviços de tráfego aéreo, mensagens de falhas de sistemas e mensagens bidirecionais. O sistema de datalink pode ser separado em três partes: aviônica datalink, infraestrutura de datalink e o provedor de serviços de datalink.
Na prática, o que um mecânico precisa saber para trabalhar bem e entender melhor a eletrônica embarcada? Primeiro conhecer um pouco sobre eletricidade. Todo computador, para o seu funcionamento, depende de energia elétrica. Assim vamos começar por ela. Num avião, nós temos basicamente dois tipos de corrente elétrica; contínua e alternada.
Corrente contínua – oriunda de baterias (normalmente de Níquel Cádmium) e de geradores elétricos (dínamos). São geralmente de 12VDC em pequenos aviões e mais comum de 24 a 28VDC em aviões de médio e grande porte. Esse tipo de corrente elétrica é responsável, em grande parte, pela alimentação elétrica de quase todos os aviônicos existentes em um avião. Os computadores também são alimentados por corrente contínua. Geradores de corrente contínua (dínamos) são comuns em aeronaves de pequeno e médio porte e são sua principal fonte de energia elétrica.
Corrente alternada – oriunda de alternadores e de inversores. São normalmente de 115VAC e 26VAC. Os alternadores, alimenta grandes consumidores de energia, tais como: faróis, luzes no geral, bombas hidráulicas elétricas, galei dos grandes aviões, sistema de aquecimento (ante ice) para hélices, asas, para-brisas, etc. A corrente geradas por alternadores de grande potência é retificada (transformada) para atender as demandas de 28VDC para equipamentos aviônicos. Já os inversores, fazem o caminho contrário e transformam o 28VDC em 115VAC e 26VAC, mas são utilizado em demandas de baixa potência.
Padrão típico de onda senoidal em corrente alternada.
Nota: nos aviões onde o sistema principal de energia elétrica é alternado, um descuido pode causar a eletrocussão do técnico menos avisado e levá-lo a óbito.
