Juni/Juli 2017

Auch wenn man die Boeing 777X als abgeleitetes, umgerüstetes Verkehrsflugzeug bezeichnen könnte, wird sie eine innovative, umfassende Avionik mit sich bringen.

Wenn die Boeing 777X im Jahr 2020 in den kommerziellen Dienst geht, wird das Flugzeug mit der neuesten Avionik und zugehörigen Systemen ausgestattet sein. Bei einigen Geräten handelt es sich um Verbesserungen der nächsten Generation, die von der 787 übernommen wurden, während andere als neue Technologie betrachtet werden könnten. Beides wird die Wissenschaft der Avionik vorantreiben und Flugreisen für Fluggesellschaften kostengünstiger und effizienter machen, so Boeing und erstklassige Anbieter.

Die 777X wird fünf großformatige Avionikdisplays von Rockwell Collins mit Touchscreen-Technologie einführen – eine Premiere für ein Verkehrsflugzeug. Die Touchscreens, Teil des ProLine Fusion-Pakets von Rockwell, werden die Arbeitsbelastung der Piloten während des Boden- und Flugbetriebs verringern.

Ursprünglich in Geschäfts- und Militärflugzeugen eingeführt, wurde die Touchscreen-Technologie zunächst nicht von kommerziellen Fluggesellschaften angenommen, insbesondere von Piloten, die sich Sorgen um die Redundanz und Robustheit der Touchscreen-Panels machten.

„Die Entwicklung eines robusteren Displays ist einer der Bereiche, auf die sich Boeing konzentrieren sollte“, sagte Nic Jaeger, Hauptprogrammmanager der 777X bei Rockwell Collins. „Viele Designanforderungen flossen in die Lünette (oder den Rahmen) ein.“ Die neuen Merkmale der Lünette sollen für Versteifung und zusätzliche Stabilität bei Turbulenzen sorgen. Piloten können auch über Drehcursorsteuerungen mit den Displays interagieren.

Die Touchscreen-Technologie für die 777X wird über eine neue Multi-Touch-Funktion verfügen, bei der Pilot und Co-Pilot den Touchscreen gleichzeitig verwenden können, „ein großer Game Changer aus funktionaler Sicht“, sagte Jaeger.

Die Dual-Head-up-Displays von Rockwell werden beim 777X eine Option sein, da sie beim 787 zur Standardausrüstung gehören.

Boeing und Rockwell sind im 777X-Programm noch nicht so weit, um über Testergebnisse von Avioniksystemen zu sprechen. Dennoch gibt es bemerkenswerte Entwicklungen.

„Wir haben Prototypen zusammengestellt, die in den Boeing-Integrationslabors getestet werden“, sagte Jaeger. „Die Leistung dieser Touchscreen-Prototypen ist bisher so gut.“

Boeing testet seit mehreren Jahren die Touchscreen-Technologie auf Flugdecks in Simulatoren. Im Jahr 2014 nutzte der OEM sein Flugtestflugzeug ecoDemonstrator, um Piloten Echtzeiterfahrungen mit der Touch-Technologie in den vorderen Displays zu ermöglichen.

Sprachaktivierte Avionik ist nicht Teil des 777X-Cockpits, obwohl Rockwell und andere Avionikhersteller die Technologie für den zivilen Einsatz testen.

Die Boeing-Tochtergesellschaft Jeppesen liefert Inhalte für die elektronische Flugtasche auf der Vorderseite der 777X, wie sie es bereits bei bestehenden 777-Modellen getan hat. Tablet-Geräte wie das iPad werden in der Luftfahrtindustrie häufig als kostengünstige Alternative zu Frontpanel-Installationen eingesetzt. Mobile Geräte können außerdem einfacher aktualisiert werden als installierte Avionik-Hardware. Jeppesen sagte, es sei „weiterhin führend bei diesen Anwendungen“.

Darüber hinaus wird die 777X spezielle Apps für den Flugbetrieb hosten. Die Daten können auf vorderen Anzeigeeinheiten angezeigt und interagiert werden.

„Wir haben außerdem neue Sicherheitsfunktionen wie optimales Verlassen der Landebahn und Brake-to-Exit hinzugefügt, die es einem Piloten ermöglichen, den Ausroll- und Bremsweg eines Flugzeugs an einen bestimmten Landebahnausgang zu binden“, sagte Kirk Scarbrough, Chefingenieur für 777X-Systeme bei Boeing.

Die 777X wird über ein neues Bodenkamera-Manöversystem verfügen, das Piloten beim Rollbetrieb unterstützen soll. Die Flugsteuerungssoftware des Flugzeugs nutzt die neueste 787-Technologie, um die Schulung der Piloten zu verkürzen und das Handling unter ungewöhnlichen Bedingungen zu verbessern.

Die 777X wird außerdem über drahtlose Konnektivität für die Besatzung an Bord sowie über drahtlose Terminal- und bodengestützte Mobilfunkkonnektivität verfügen. Emirates, das 150 777X bestellt hat, wird das Bordunterhaltungssystem AVANT von Thales nutzen. Um Emirates zu unterstützen, gründet Thales Discover Dubai, eine IFE-Innovations- und Support-Einrichtung.

„Wir finalisieren weiterhin die Entwicklung und das Design und werden im Laufe der Entwicklungsphase der 777X weitere Funktionen bekannt geben“, sagte Scarbrough.

GE Aviation wird das Common Core System (CCS) und den Enhanced Airborne Flight Recorder (EAFR) für die 777X bereitstellen. Das CCS, oft als „Zentralnervensystem und Gehirn“ des darin eingesetzten Flugzeugs bezeichnet, wird zusammen mit dem EAFR im GE-Werk in Grand Rapids, Michigan, hergestellt. Remote Data Concentrators (RDCs) werden in Cheltenham, Großbritannien, hergestellt.

Die Entwicklung der CCS-Technologie begann Ende der 1990er Jahre mit dem C-130 Hercules Avionik-Modernisierungsprogramm. Die Technologie wurde auf den Boeing KC-46A-Tanktransporter der US-Luftwaffe und weiter auf Zivilflugzeuge übertragen.

CCS besteht aus drei Hauptelementen: Verarbeitung für die Anwendungssoftware; das Netzwerk, das alles miteinander verbindet; und die RDCs, die die Verkabelung im Flugzeug durch lokale Verbindungen zu Sensoren und anderen digitalen Gateways im gesamten Flugzeug erheblich reduzieren. In zwei Schränken sind Prozessoren und 21 RDCs untergebracht, zusammen mit den zehn Schaltern, die alles miteinander verbinden.

Das CCS verwendet einen ARINC 664-Ethernet-basierten Datenbus, aber es gibt auch einige Systeme, die den ARINC 629-Datenbus verwenden, der für die ursprüngliche 777 entwickelt wurde. Diese A629-Signale werden über einen Datenbuskonverter in ein A664-Signal umgewandelt.

Einige der gleichen Anwendungen wie im 787 werden über das CCS auf dem 777X installiert. Die Technologie schreitet auch in anderen Bereichen voran, sagte Mike Madden, leitender Vertriebsleiter von GE Aviation.

GE aktualisiert die General Processing Module-Technologie der 787-Ära, um die Leistung zu steigern. GE gestaltet außerdem das RDC neu, um es spezifischer für den 777X zu machen.

Die 777X behält einen Großteil der bestehenden Legacy-Systeme der 777 bei. „Also haben wir eine Möglichkeit erfunden, das Alte mit dem Neuen zu verbinden“, sagte Madden.

Mit Blick auf die Zukunft erwägt GE die Kombination von Prozessoren und RDCs in einer LRU-ähnlichen Box, „die man überall montieren kann“, sagte Madden. „Dieser Fortschritt würde für kleine Geschäftsflugzeuge und Hubschrauber, bei denen der Platz begrenzt ist, einen größeren Nutzen bringen.“

Der verbesserte EAFR ist ein Beispiel für die Technologieübertragung von der 787 auf die 777X. Der EAFR verfügt über eine größere Kapazität als bestehende Rekorder und war laut GE der erste, der die neuen FAA-Flugschreibervorschriften erfüllte. Das System verfügt über eine eigene Stromversorgung.

Der EAFR verfügt über eine Netzwerkkonnektivität, die eine rekonfigurierbare Flugdatenerfassung ermöglicht und in der Lage ist, von der FAA vorgeschriebene Rekorderfunktionen wie einen digitalen Flugdatenrekorder, einen Cockpit-Sprachrekorder, eine Datenverbindung und eine Bildaufzeichnung in einer einzigen Einheit bereitzustellen. GEs EAFR ist Teil des Netzwerkkommunikationspakets von Rockwell Collins.

Das CCS von GE und das Fly-by-Wire-Flugsteuerungssystem von BAE Systems sind in erster Linie aus Sicherheitsgründen nicht in die 777X integriert. „Obwohl gemeinsame Kernsysteme und bestimmte kritische Systeme miteinander kommunizieren, verfügen Flugsteuerung, Triebwerkssteuerung und elektrische Systeme über separate Steuerungsarchitekturen“, sagte Boeing. „Das gilt auch für die 787 und die aktuelle 777.“

„Die 30-jährige Beteiligung von BAE Systems an der Fly-by-Wire-Technologie umfasst eine lange Beziehung mit Boeing bei zahlreichen Flugsteuerungssystemen“, sagte Andy Corea, Direktor für Lufttransportprogramme bei BAE. Dazu gehört das teilweise Fly-by-Wire-System zur Spoilersteuerung für die 737 MAX. Fly-by-Wire-Systeme wurden zunächst für militärische Kampfflugzeuge der nächsten Generation entwickelt, die von Natur aus instabil sind.

Das Fly-by-Wire-System der 777X ist ein bedeutender Fortschritt gegenüber früheren Modellen. „Wir haben einige gemeinsame Bausteine ​​genutzt“, sagte Corea. „Aber dieses System wird unser fortschrittlichstes sein, was die Verarbeitungsfähigkeit, die Verpackung für Zuverlässigkeit und die fortschrittlichen Sensoren betrifft.“

Während das Fly-by-Wire-System 777X über mechanisch verbundene Steuerungen verfügt, produziert BAE aktive Steuer-Sidesticks für die Businessjets Gulfstream G500/G600, bei denen es sich ebenfalls um Fly-by-Wire-Plattformen handelt. Dies deutet darauf hin, dass, wenn Fly-by-Wire dem typischen Avionik-Entwicklungsmuster für verwandte Technologien von Militär zu Business-zu-Zivil-Flugzeugen folgt, die aktive Fly-by-Wire-Steuerung in Verkehrsflugzeugen eines Tages alltäglich sein wird.

Das 777X Fly-by-Wire-System werde das wartungsfreundlichste und robusteste System sein, das jemals für Verkehrsflugzeuge gebaut wurde, sagte Corea. Der 777X-Großraumflugzeug der nächsten Generation wird einen um 12 % geringeren Treibstoffverbrauch und 10 % geringere Betriebskosten haben als Flugzeuge vergleichbarer Größe, sagte Boeing.

Ein Teil der Treibstoffeinsparungen auf Langstreckenflügen ist direkt auf das Fly-by-Wire-System und andere Avioniksysteme zurückzuführen. Der Ersatz des schwereren mechanischen Verbindungssystems durch leichte elektrische Leitungen und elektronische Steuerungen senkt die Treibstoffkosten und bietet Fluggesellschaften die Möglichkeit, die Passagiernutzlast zu erhöhen. Die Reduzierung der direkten Betriebskosten ist ein zentrales Anliegen der 777X-Kunden Cathay Pacific, All Nippon Airways, Emirates, Lufthansa und Qatar Airways.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Avionik, die mehrere Flugzeugtypen bedienen kann, müssen Fly-by-Wire-Systeme auf ein bestimmtes Flugzeug zugeschnitten werden. Fly-by-Wire ist kein Plug-and-Play-Produkt. Allerdings könnten einige Sensor-, Rechen- und Befehlsfunktionen des Fly-by-Wire-Systems der 777X auch in anderen Verkehrsflugzeugen genutzt werden, sagte Corea.

Für ein Flugzeug, das so weit von der Zertifizierung und Auslieferung entfernt ist, ist es schwierig und nahezu unmöglich, spezifische Testergebnisse für bestimmte Flugzeugteile zu erhalten. Corea gab jedoch zu: „Dieses Fly-by-Wire-System für die 777X schneidet in Entwicklungstests sehr gut ab und ist auf dem besten Weg, die kritischen Meilensteine ​​zu erreichen, die Boeing gesetzt hat.“

Im Jahr 2013 erhielt Teledyne Controls von Boeing einen sogenannten „bahnbrechenden Auftrag“ zur Entwicklung und Lieferung von Flugzeugdatenerfassungssystemen der nächsten Generation für verschiedene Verkehrsflugzeuge, darunter die 777x.

Das Herzstück des Bordnetzwerksystems ist der Network File Server, den Teledyne Controls Boeing für die E-fähige 777X zur Verfügung stellt.

Die Datenerfassung gewinnt in der Luftfahrtbranche, in der die Reduzierung der direkten Betriebskosten im Vordergrund steht, immer mehr an Bedeutung.

„Was wir jetzt sehen, ist, dass OEMs versuchen, all diese vom Flugzeug erzeugten Daten besser zu nutzen“, sagte Sam Mallos, OEM-Geschäftsentwicklungsdirektor bei Teledyne Controls. „Relativ neu ist die Erfassung von Daten, sobald diese aus dem Flugzeug kommen.“

Mit zunehmender Komplexität der digitalen Avionik entstand ein entsprechender Bedarf, die Daten zu sammeln, zu speichern und drahtlos an eine Bodenstation zu übertragen. Zuvor wurden diese Daten ausschnittweise über das Adressierungs- und Meldesystem der Flugzeugkommunikation vom Flugzeug übertragen. Mit zunehmender E-Fähigkeit können von den neueren Flugzeugen mehr Daten übertragen werden.

Der zertifizierte Netzwerkdateiserver ist die Verbindung zwischen der 737 Max und der 777X. Als integraler Bestandteil des Vertrags umfasst die Datenerfassungs- und Informationsmanagementlösung zwei neu entwickelte Avionikeinheiten: die verbesserte digitale Flugdatenerfassungseinheit und den Network File Server 2, der die Flugsicherheit, Effizienz und Wartung weiter verbessern soll. Mallos sagte, dass die Technologie verbessert werde und eine entscheidende Komponente der 777X sei.

Eine große Herausforderung bei der Datenerfassung, die gelöst werden muss, besteht laut Mallos darin, festzustellen, wem die Daten gehören. „Alle OEMs werden das Recht beanspruchen, auf die Daten zuzugreifen“, sagte er. „Die Fluggesellschaften werden sagen, es seien ihr Flugzeug und ihre Daten.“

Auch Pilotengewerkschaften reagieren sensibel auf die Verbreitung von Flugdaten, da diese Aufschluss darüber geben können, wie das Flugzeug geflogen ist.

Eine Sache ist sicher. Verkehrsflugzeuge der nächsten Generation werden in der Lage sein, die Leistungsfähigkeit dieser Daten zu nutzen und sie in „umsetzbare Informationen“ umzuwandeln, sagte Mallos.

In der Zwischenzeit werden OEMs und ihre Zulieferer wie Teledyne darüber nachdenken, wie viele Daten in Echtzeit übertragen werden sollten und wie viele bis zur Landung des Flugzeugs verschoben werden könnten.

Zu den weiteren Zulieferern der 777X gehört Nabtesco Aerospace, das das primäre Betätigungssystem für die Flugsteuerung liefern wird. Mitsubishi Heavy Industries, Kawasaki Heavy Industries, ShinMaywa Industries und die Luft- und Raumfahrtabteilung von Nippi liefern mehr als 20 % der Flugzeugzelle der 777X.

Die Entwicklung der 777X könnte dem gleichen Weg folgen wie andere Verkehrsflugzeugprogramme. Aber die 777X wird nicht nur die vom Großraumflugzeug 787 übernommene Avioniktechnologie verbessern, sondern auch neue Lösungen hinzufügen, die auf zukünftige Flugzeuge angewendet werden könnten.

Es ist klar, dass Fortschritte in der Avionik von Verkehrsflugzeugen nicht länger als „Neuigkeiten“ gelten, sondern neben neuen Entwicklungen bei Verkehrsflugzeugzellen und Triebwerksdesign stehen. Zwar wird die 777X über einen völlig neuen Verbundflügel (mit einer größeren Spannweite als die aktuelle Spannweite der 777) und zwei neue, hochentwickelte GE Aviation GE9X-Triebwerke verfügen. Die 777X wird außerdem über eine Avionik der nächsten Generation mit langer Haltbarkeit verfügen.

Qatar Airways war von Anfang an am Design der 777X beteiligt und lieferte Anregungen dazu, welche Systeme geändert oder an die 787 angepasst werden sollten. Eine Reihe von Avionikänderungen sind nun im Design des Basismodells 777X enthalten. Auch in Zukunft wird Qatar Airways mit Boeing an weiteren möglichen Entwicklungen zusammenarbeiten; Sobald der Designstopp jedoch umgesetzt ist, werden die Änderungen begrenzt sein, aber unsere Eingaben werden weiterhin bereitgestellt. Zusätzlich zum Flugzeugdesign boten wir Designideen für andere Systeme an, insbesondere für solche, die von unseren spezifischen Umgebungsbedingungen betroffen sind.

Qatar Airways hat dazu beigetragen, sicherzustellen, dass Systeme wie Trägheitsreferenzsysteme vom Typ 787, Cockpit-Displays, gemeinsames Kernsystem und Frachtraucherkennungssystem auf die 777X übertragen werden. Qatar Airways war aktiv an den von Boeing durchgeführten WTT- und Handelsstudienaktivitäten beteiligt und hat das Design des Flugzeugs so weit wie möglich aktiv mitgestaltet. Dazu gehört die Installation von Touchscreen-Cockpit-Displays und dem Iridium SATCOM-System.

Das Avionikpaket ist eher eine Weiterentwicklung und Integration der heute auf der 777 und 787 verfügbaren Technologien und keine Revolution, wie viele vielleicht für möglich halten. Es ist flexibler konzipiert und bietet in der Zukunft ein größeres Potenzial für Verbesserungen. Die einzigartigen Designaspekte an der Avionik-Front wären die Touchscreen-Cockpit-Displays und die Änderung der Boeing-Philosophie, bei der nun eine tragbare elektronische Flugtaschenlösung als Basis dient. Das Customer Experience Network ist ein weiteres neues Feature, das erhebliches Potenzial für die zukünftige Entwicklung bietet.

Das Basisangebot von Boeing ist eine PED-Halterung mit drahtloser Konnektivität im Cockpit für ein angeschlossenes tragbares Tablet-EFB. Die Gesamtstrategie für die EFB in der Zukunft wird derzeit von Qatar Airways Flight Ops untersucht.

Die Avionik-Suite wird eine Weiterentwicklung der aktuellen 777 und 787 sein. Neue Funktionen mit den Touchscreen-Displays und dem Kundenerlebnisnetzwerk werden die größten betrieblichen Veränderungen sein, während das CCS die größte Veränderung an der Avionikfront sein wird. Die Tatsache, dass es sich um ein „vernetztes“ Flugzeug handelt, ermöglicht auch effizientere Wartungsaktivitäten wie Ferndiagnose von Fehlern, das Senden von Software an das Flugzeug und das Abrufen von Daten vom Flugzeug. Dies wird für die 777 neu sein, existiert aber bereits heute für die 787. Allerdings steht die IT-Sicherheit bei allen Herstellern und Betreibern ganz oben auf der Agenda, um unbefugten Zugriff zu verhindern.

Aus Wettbewerbsgründen können wir keine vollständigen Details preisgeben, aber die Qatar Airways 777X wird mit Medienservern mit höherer Kapazität ausgestattet sein, um 4K-UHD-Video- und HD-Audioinhalte zu unterstützen und den Passagieren außerdem eine größere Auswahl an Unterhaltungsmöglichkeiten zu bieten. Durch die nahtlose Integration mobiler Passagiergeräte und auch durch die Konnektivität der Rückenlehnen für webbasierte Anwendungen soll ein personalisiertes und herausragendes Fahrgasterlebnis geboten werden. In der gesamten Kabine müssen außerdem Hochleistungs-USB-Lade- und Wechselstromsteckdosen verfügbar sein. Angesichts der jüngsten Änderungen in der Flugzeugsicherheit ist dies jedoch ein Bereich, in dem weiterhin umfangreiche Überprüfungen und Entwicklungen durchgeführt werden müssen. AVS