Оживляем тахометр из кабины «Боинга»

Приветствую всех!

В ходе просмотра «Расследований авиакатастроф» я не раз задумывался над тем, что хотел бы заполучить в коллекцию что-то из авиационных приборов. И вот, вдохновлённый статьёй полугодовой давности, я таки раздобыл один такой экземпляр. А раз так — самое время разобраться, как его подключить, а заодно и поведать об этом миру.

Итак, в сегодняшней статье разберёмся, как запустить тахометр от пассажирского лайнера Boeing 737-300. Узнаем, как устроены и как работают такие приборы, как ими управлять. Традиционно будет много интересного.

❯ Суть такова

Так уж вышло, что начать я решил с какого-то из стрелочных приборов. Вплоть до конца прошлого века они были основным видом индикаторов в авиации.

Десятки таких устройств можно найти в кабине практически любого, что отечественного, что зарубежного самолёта, выпущенного примерно до восьмидесятых годов.

Позже появились и цифровые индикаторы (а заодно и целые экраны), но механические приборы даже не думали сдавать позиции.

В наши же дни такие индикаторы используются либо в качестве резервных, либо не используются совсем. Их вытеснили экраны. Можно видеть, как менялась кабина всё того же Boeing 737 от модификации к модификации.

❯ Как работают стрелочные авиаприборы

И для начала разберёмся, как вообще устроены такие индикаторы.
Если не учитывать чисто механические, то такие приборы можно поделить условно на два типа.

Первый — электромеханические. Чаще всего в них стояли сельсины. Передающий сельсин был механически связан с тем, параметры чего надо измерять, принимающий стоял внутри прибора. То есть, например, в случае тахометра внутри был механизм, крутящийся с той же скоростью, что и двигатель. Никакой другой электроники внутри них не было.

Вообще, эти приборы заслуживают отдельного описания. Чего стоит одна только точность передачи, недостижимая для чисто механических устройств.

А вот, например, авиагоризонт. В приборе, что на фото, нет гироузла, он управляется сельсинами, установленными во внешнем блоке гироскопа.

Второй тип — электронные. Внутри них стоит некая схема, обрабатывающая входной сигнал и выводящая его на шкалу. Стрелку при этом двигает не сельсин-приёмник, а сервомотор. Приборы эти могут быть как самодостаточными, получающими сигнал напрямую с датчика (оборотов, температуры, уровня...), так и полностью управляемыми извне (например, бортовым компьютером). Именно к этому типу и относится мой экземпляр.

Нечто подобное сейчас можно встретить и в автомобилестроении, если разобрать приборную панель в современной машине, то можно увидеть, что все стрелочные приборы полностью электронные, а сами стрелки приводятся в действие шаговыми моторами. Нет уже никаких тросиков спидометра и подобных элементов.

А вот более старая приборная панель с механическим спидометром.

❯ Обзор оборудования

Ну что же, взглянем на то, что нам сегодня предстоит запускать.

А попал ко мне в руки тахометр компрессора высокого давления от Boeing 737-300. Он показывает обороты двигателя в процентах от номинальных. Помимо стрелки он оснащён светодиодным дисплеем, показывающим это число.

Удивительно, но, в отличие от частей железнодорожной техники, раздобыть такой девайс не составило никакого труда, их вполне продают.

Так выглядит штатное место этих приборов. Также видны индикаторы компрессоров низкого давления (N1), температуры выходящих газов (EGT), расходомеры топлива (FF). Последние, к слову, тоже некогда (на более старых модификациях) были крайне интересными экземплярами — по сути это механический интегратор, показывающий общее число потраченного горючего и его расход в данный момент. В правом столбце другие приборы — давление, количество и температура масла, а также уровень вибраций двигателя.

А вот схема реактивного двигателя. Отчётливо видны расположения обоих компрессоров. Они не связаны между собой механически, поэтому для каждого из них стоит отдельный индикатор.

Несмотря на очень маленькие размеры шкалы, прибор выполнен в достаточно длинном корпусе.

Заводская табличка. Тут же видна дата производства — 4 декабря 1997. P/N WL201EED2.

По этому номеру удалось найти даже предложение о продаже. Стоит он, конечно, как крыло от боинга (кстати, хорошее сравнение для такой железки)... На eBay можно найти такие штуки по куда более демократичным ценам. Большинство из них — с замены или снятые со списанного борта.

На другом торце находится разъём. Он тоже заслуживает некоторого описания. В отличие от наших разъёмов (ШР, 2РМ, ОНЦ, РС и прочие), которые практически поголовно резьбовые, в иностранных самолётах распространены и байонетные соединители. Нумерация контактов здесь не последовательная, как у нас, а от центра к краю по спирали. Хорошо видны обозначения «1» и «24» у первого и последнего контактов. Также интересно и само расположение контактов — на отечественных я такого не встречал.

❯ Внутренности

Что мы делаем, когда к нам в руки попадает какая-то интересная железка? Правильно: мы её разбираем.

Многие из таких приборов герметично запаяны, однако этот всё же можно разобрать, выкрутив три винта со стороны разъёмов. Один из них, находящийся рядом с заводской табличкой, залит краской.

Практически никто не ремонтирует эти приборы, в случае выхода из строя обычно меняют весь модуль. Впрочем, ввиду герметичной конструкции, надёжно защищённой от влаги и пыли, а также отсутствия внутри пластиковых трущихся частей, срок службы подобных устройств очень велик.

Сняв кожух, можно увидеть внутри несколько плат, а также механизм сервопривода. По сути индикатор полностью электронный, в нём нет какой-то сверхточной механики или чего-то подобного. Это очень сильно увеличивает надёжность, а также снижает цену. У таких устройств практически отсутствует износ, от которого прибор начнёт врать (для перемещения стрелки можно использовать куда менее точные механизмы), для них не нужно изготавливать детали с какими-то адовыми допусками и потом их баласировать (внутри нет того, что быстро крутится и может создавать биения), настройка и калибровка их куда проще, нежели у электромеханических.

Плотность электроники внутри просто поражает. В маленьком цилиндрическом корпусе разместились сразу пять плат, а также механика перемещения стрелки. Я даже скажу, что испытал эстетическое удовольствие, рассматривая внутренности прибора.

Плата питания. На ней находится входной фильтр.

Она же с другой стороны.
Видно, что задняя часть корпуса, на которой расположен и разъём, не прикручена намертво к шасси прибора, а размещена на двух пружинах. Скорее всего, это сделано либо для удобства монтажа, либо для того, чтобы разъём не отломился от вибраций и тряски.

Одна из плат.

Все микросхемы в керамических корпусах. Также виден оранжевый шлейфик — он ведёт к светодиодной матрице (кстати, она тоже керамическая).

Тут также видно много отличий от подобных изделий отечественного производства — платы не покрыты лаком (предположу, что из-за герметичного корпуса в этом нет необходимости), вместо бечёвки жгуты проводов связаны ленточками, вместо пайки проводами платы соединяются обычными разъёмами типа PLS.

Эта плата, судя по всему, отвечает за обработку входного сигнала. На ней несколько операционных усилителей, а также три залитых герметиком потенциометра. Что именно подкручивается, мне неведомо, предположу, что соответствие процентов на индикаторе уровню входного сигнала.

Вообще, изначально я думал полностью разобрать прибор и показать платы по отдельности. Но у очень плотно уложенных жгутов проводов были свои планы…

Другая сторона. Видны микросхемы каких-то цифровых цепей. Одна из них — явно УФ-ПЗУ, другие — микропроцессор и его обвязка.

А вот механизм перемещения стрелки.

Концептуально это всё тот же сервомотор, который многие из нас использовали в экспериментах с Arduino — здесь так же используется коллекторный двигатель и датчик угла (в данном случае — энкодер).

Коллекторный двигатель перемещения стрелки, неожиданно большой для того маленького момента, который по сути от него требуется.

Инкрементальный энкодер, контролирующий работу механизма.

Стрелка снабжена возвратной пружиной, если попробовать вручную прокрутить шестерни, то после отпускания всё вернётся в исходное положение. Это избавляет от необходимости иметь регулятор установки нуля.

❯ Подключение

Поскольку мне не удалось разобрать прибор с уверенностью, что я его потом соберу, пришлось обратиться к интернету.

На просторах нашёлся любопытный сайт, где автор запускал некоторые авиаприборы от Boeing, включая и мой индикатор.

Распиновка его в итоге оказалась следующая:

1. Лампа подсветки
2. Лампа подсветки
3. Питание (28 В постоянки)
4. Земля питания
5. Дифференциальный вход
6. Дифференциальный вход
7. Масса
8. Тестирование
9. Неизвестно
10. Неизвестно
11. Неизвестно
12. Лампа предупреждения
13. Аналоговый выход
14. Аналоговая земля
15. Не используется
16. Не используется
17. Не используется
18. Не используется
19. Не используется
20. Не используется
21. Не используется
22. Не используется
23. Не используется
24. Не используется

Выводы 9, 10, 11, как я понял, используются как некий релейный выход, переключающийся в зависимости от количества оборотов.

❯ Запускаем

Для начала определимся с подключением. Ответную часть для такого разъёма найти у меня не вышло (подозреваю, что, реши я её купить, в моих краях она обошлась бы мне дороже самого прибора). Контакты от отечественных разъёмов тоже не подойдут: из-за того, что у нас метрическая система, а у них дюймовая, какие-то типоразмеры будут болтаться, а какие-то уже не налезут. Выходом стали разъёмы BLS, которые хоть и очень туго, но удалось насадить. Ну что же, время экспериментировать!

И для начала оживим подсветку. Она питается от пяти вольт, которые надо подать на первый и второй контакт. Так как там стоит лампочка накаливания, не стоит пытаться запустить подсветку от маломощного источника типа USB.

Я использовал пятивольтовую шину компьютерного блока питания для подсветки и отдельный БП для самого прибора.

Подаём основное питание. Если индикатор исправен, стрелка должна дёрнуться и затихнуть. Прибор работает с индукционным датчиком, поэтому обрыв он воспринимает как неисправность.
Если закоротить контакты входа, стрелка встанет на ноль, а дисплей загорится.

Девайс требует для работы переменное напряжение, так что соединить один контакт входа с землёй, а на другой подавать сигнал не выйдет. Собирать отдельную схему желания не было, поэтому достал Arduino. Быстренько написал программу, генерирующую на двух выводах противофазный сигнал:

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(6, OUTPUT);
  pinMode(7, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(6, HIGH);
  digitalWrite(7, LOW);
  delayMicroseconds(250);
  digitalWrite(6, LOW);
  digitalWrite(7, HIGH);
  delayMicroseconds(250);
}

Прибор не особо требователен что к форме сигнала, что к его амплитуде, всё отлично заработало и так.

Подключаем сигнал. Если всё было сделано правильно, то стрелка прибора сдвинется на некоторое значение. Меняя частоту сигнала, можно управлять стрелкой индикатора. Частота эта лежит в диапазоне от 90 Гц до 2,78 кГц, зависимость при этом линейная.

Если попробовать «положить стрелку», то на индикаторе отобразится измеренное значение, которое вскоре погаснет. Стрелка при этом останется в прежнем положении.

Один из выходов служит для тестирования, при подаче на него питающего напряжения стрелка встанет на ноль, а на матрице загорятся все пиксели.

Также данный прибор имеет красную лампу, которая загорается при превышении числа оборотов. Увы, у моего экземпляра она перегорела.

Мне безумно понравилась эта имитация механических указателей, сделанная на светодиодной матрице. Возможно, даже реализую нечто похожее в каком-то из своих проектов.

❯ Вот как-то так

Как оказалось, достаточно простой с виду прибор оказался крайне интересным экземпляром, начиная от внутренностей и заканчивая управлением. В отличие от железнодорожных девайсов, годящихся по большей части чисто для коллекции, этот экземпляр ещё можно много где применить, начиная от приборов для авиасимуляторов и заканчивая индикатором загрузки ЦП. Своим необычным видом и тёплой ламповой подсветкой он точно не оставит кого-то равнодушным.

Такие дела.

---