Sierra5.net
slovenski letalski portal
Enciklopedija letalstva (574)
Kontrolni palici sta poleg pedalov glavni vmesni člen med pilotoma ter sistemom elektronskega nadzora leta (angl. Electronic Flight Control System oz. EFCS). Običajna letala posadki nudijo krmiljenje z običajnim stoječim 'volanom' (rogom) na stebru oz. zgolj s krmilom, ki je zasidrano med pilotovimi nogami. V korenu običajno le-to ni gibno v gibanju naprej-nazaj v smislu približevanja ali oddaljevanja sedenju pilota. Piloti so namreč tisti, ki se glede na telesno višino in doseganju pedalov stebru s krmilom približajo. To storijo s spremenljivim položajem sedeža, ki ga dejansko pomikajo naprej-nazaj. Steber pa običajno ostaja vrtljiv zgolj v svojem fiksiranem korenu. Poznamo tudi letala, kjer je steber pomičen drsno naprej in nazaj, še preden se piloti popolnoma prilagodijo s približevanjem ali oddaljevanjem sedeža.
Glavna in najbolj tipična razlika med sodobnimi družinami letal Airbus je postala prav ta, da je s kontrolo prek obeh kontrolnih palic proizvajalec odstranil oviro (steber s krmilom) med pilotom in instrumenti. Glavna prednost iz tega naslova je tako postal odličen –mnogo bolj neposreden– pogled pilotov na instrumente na obeh straneh.
Kontrolni palici (v nad. KP) pilotom ne ponujajo nikakršne povratne informacije v fizikalnem smislu (povratne vibracije oz. angl. Feedback, ki bi ga pilot čutil v roki ali zapestju). Sistem je že v osnovi zasnovan tako, da piloti ne morejo s KP delati na preveč grob način (prehitri grobi premiki) kar je tudi v skladu z vgrajenimi krmilnimi omejitvami letala (angl. flight envelope).
Za pravilno uporabo palice je pomembno, da pilot postavi roko v pravilen ter stabilen položaj. V ta namen je Airbus ponudil premično ergonomsko ploskev in celo možnost prikaza njenega naklona v LCD obliki (+20 do -15 stopinj). S tako postavljeno roko, ki miruje in kontrolno palico, ki je nepremično fiksirana, lahko pilot letalo vodi zelo natančno in varno z drobnimi popravki ali večjimi odkloni hkrati (zavoji do npr. 30 stopinj).
Prav tako ročici nista povezani kako drugače. Na primer: input ročice kapitana kopilot na svoji ročici ne more čutiti. Input obeh pilotov, ki ročico premikata hkrati, pa se sešteva, pri čemer je kot največja omejitev še vedno šteta kot omejitev oz. odklon ene ročice. Shema, ki je v airbusova letala vprogramirana na ta način, ostaja predmet kritike posadk po vsem svetu. Eden pilot namreč ne čuti nikakršnih namer, kaj s premiki kontrolne ročice (KR) počne sopilot. Tej potencialni nevarnosti se Airbus izogiba s predpisanim boljšim treningom posadk na tleh – najprej teoretično, nato v simulatorjih.
Vprogramirane restriktivne meje preprečujejo preobremenitve konstrukcije letala – kot primerjavo Airbusu lahko vzamemo kontrolni stolp Boeinga B767: letalo je pred prevelikimi obremenitvami zaščiteno skozi feedback, ki ga pilot dobi skozi gibanje stolpa z volanom med nogami. Pilot tako čuti upornost stolpa v smereh, v katerih je teoretično rečeno hotel preobremeniti strukture letala. Z drugimi besedami – na letalih kot je B767 je tako nemogoče stolp poriniti naprej ali ga potegniti k sebi v zelo kratkem času nekaj sekund. To je tista temeljna razlika med Airbusom in Boeingom.
Na Airbusu s stranskimi kontrolnimi ročkami NI omejitev pri samem fizičnem premiku kontrolne ročke (KR) iz ene skrajnosti v drugo. Tako gibanje pilotu na postavi nikakršnih fizičnih omejitev – ročka gre lahko iz skrajne leve v skrajno desno v trenutku s prijemom dveh prstov pilota.
Kar se zgodi zatem je preprosto to, da računalnik kontrolira oz. prestreže delovanja pilota na ročkah, tako da je odziv gibanja letala primeren in struktura ohranjena brez poškodb. Gre za nasprotovanje inputa pilota ter še sprejemljivega gibanja letala med osmi med letenjem. Poleg tega sistem omogoča določanje skrajne meje gibanja letala, ki so glede na režime letenja (Airbus) še spremenljive (angl. Flight Envelope).
Občutljivost kontrolnih palic (A320, A330, A340, A380 in A350)
Vsak majhen –nekaj stopinjski– gib kontrolne ročice s strani pilota se preko računalnika pretvori v majhen gib kontrolnih površin (na konicah kril – aeleronov ter repnih kontrolnih površin). V kolikor bi pilot na ročici izvedel maksimalni odmik in ročico takoj zatem spustil v nevtralen položaj, bi temu sledilo tudi letalo – npr. iz maksimalnega nagiba v levo bi se poravnalo v nevtralen položaj brez nagibov. Poleg tega trimanje s strani posadke ni potrebno – letalo se v nevtralen položaj vrne samo.
Kljub temu lahko rečemo, da so ročice zelo občutljive, z njimi pa je možno enostavno in zelo natančno letenje.
Piloti, ki so z drugih tipov letal prihajali na A320, so bili pogosto nezaupljivi. Soočeni so bili z ročicami (namesto klasičnega stebra z volanom oz. rogovi), različnimi varnostnimi stanji itn. Presenetila pa jih je mizica, ki je nekaj najbolj posebnega in neobičajnega – lepa dobrodošlica. Piloti poročajo, da samo letenje letala iz družine A320 pomeni zgolj 20 odstotkov dela. Kot pisarna pa naj bi bil A320 nekaj neponovljivega. V A320 deluje veliko odvečnosti sistemov – recimo 7 kontrolnih računalnikov (FMC-jev). V kolikor bi izklopili 6 FMC-jev, bi se znašli na ravni Boeinga B737 z direktnim nadzorom kontrolnih površin. Vendar to še ni vse! Tudi s samo enim delujočim motorjem in 3 izklopljenimi FMC-ji A320 pilotom še vedno omogoča avtomatsko pristajanje v CAT3 pogojih.
Prednosti in slabosti uporabe kontrolnih palic za upravljanje letala družine Airbus
Pri vzletanju pilot pri hitrosti VR premakne ročico nazaj k sebi po stopnji cca. 3 stopinje na sekundo. Kapitan lahko z levo roko hkrati počne točno to, kar hkrati počne tudi kopilot.
Medtem ko so stranske ročice pri airbusu zgolj računalniško povezane, tako rekoč preko kablov, nikakor ne delujejo na osnovi kakršnih koli mehanskih povezav med seboj. Če se torej premakne ročica kapitana, na desni ročici ni moč čutiti kapitanovih premikov. Kar pa se zgodi pri neodvisnem gibanju obeh ročic hkrati (npr. pri nasprotnih odklonih), je algebraični seštevek (skupna vsota). Primer: če kapitan ročico potegne na polno v levo, kopilot pa na polno v desno, je neto učinek enak nič. Prednost pri uporabi odklonov ročice dobi tisti pilot, ki pritisne na zato pripravljen gumb ('sidestick priority' – glej sliko), ki v tem primeru zagori, hkrati pa je obveščen tudi drugi član posadke. Kot vidimo, pri uporabi stranskih ročic na novejših družinah airbusovih letal ni več pomembno, kateri izmed pilotov je močnejši, temveč, kdo je v danem trenutku hitrejši pri prevzemanju kontrole nad ročico in posledično letalom.
ABSTRACT
The growth rate of air traffic, particularry in Europe, is impressive. The present infrastructure, as well as the organisation of the airspace, will soon no longer be able to cope with the demand. The modernisation of communications, navigation and surveillance infrastructure and facilities is an issue. Several years ago, ICAO stated that the only way out of this unsustainable scenario would be the implementation of a new concept of Air Traffic Management (ATM). Relying on appropriate powerful infrastructure, it will be able to control and manage air traffic over a wider geographical area (e.g. Europe). Technologies are certainly avaiable, but the implementation will be relatively slow and stepwise. As considerable investments are planned, economical, administrative and political aspects, as well as all safety and efficency requirements, will have to be taken into account. There will be a continuous evolutionary change in technology (and in performance demand), where old and new technologies will have to co-exist. Key development areas in the aeronautical telecommunications – information domain involve the use of air – ground datalink, processing and presentation of surveillance data and introduction of satellite navigation.
ZGODOVINA
Začetki telekomunikacij v letalstvu segajo v prva leta dvajsetega stoletja, točneje v leto 1910, ko so v Franciji in Združenih državah Amerike prvič vzletela letala, opremljena z radijskimi sredstvi [1]. To so bili preprosti, a relativno veliki radiotelegrafski oddajniki. Prav zato, ker je bila oprema velika in nerodna, je letalci niso hoteli uporabljati. Nekaj več uporabe je doživela le na "zračnih ladjah", nemških cepelinih, kjer je bilo prostora več kot dovolj.
Civilno letalstvo se je začelo razvijati po prvi svetovni vojni. Leta 1919 je Marconi izdelal prvo letalsko radijsko opremo in tako opremljeno letalo je 8. februarja 1919 začelo leteti na prvi redni progi London - Pariz. Doseg zveze je bil dokaj omejen (20 km) in na voljo je bila le ena zemeljska postaja blizu Londona. Govor je takrat precej oviral tudi hrup letala samega. V obdobje med obema vojnama segajo prvi zametki standardizacije letalske frazeologije in procedur. Prvotnim navigacijsko – signalizacijskim sredstvom (kresovi, svetilniki) se v dvajsetih letih pridružijo radijski svetilniki [2],[3]. V ZDA je bil prvi kontrolni stolp opremljen z radijskimi sredstvi leta 1931, vendar primerno opremljenih letal ni bilo veliko. V Evropi so se začele pojavljati radijske postaje, delujoče na isti frekvenci, z dosegom okoli 100 km. Na krajših poletih so uporabljali govor, na daljših pa telegrafijo. Uvedli so predpise, po katerih je moralo biti vsako letalo z več kot petimi sedeži in ki je letelo več kot 150 km nad zemljo ali 25 km prek morja opremljeno z radijskim oddajnikom in sprejemnikom, na letalu z več kot desetimi sedeži pa je moral biti telegrafist. Za razliko od danes so takrat kontrolorji pilotom posredovali le informacije, nikoli pa navodil. Komunikacija je potekala v materinem jeziku države, nad katero se je letelo in tako so morali biti piloti pravi poligloti.
Izbruh druge svetovne vojne je skorajda prekinil civilni promet. V tem obdobju se pojavi odkritje, ki bo pomembno zaznamovalo tudi civilni letalski promet v naslednjih desetletjih – radar. Tik pred koncem vojne, leta 1944, Američani organizirajo Mednarodno konferenco civilnega letalstva, da bi uveljavili in ponudili svoje postopke ostalim udeležencem v civilnem letalstvu. Nekaj mesecev kasneje ustanovijo PICAO (Provisional ICAO, začasno ICAO), kot predhodnico Mednarodne organizacije civilnega letenja (ICAO, International Civil Aviation Organisation, ustanovljena leta 1947). Prav Američani imajo precej zaslug za spremembe v letalskih postopkih, saj so kmalu ugotovili, da ima govor (Evropa se ga je trmasto otepala) velike prednosti pred telegrafijo. Leta 1953 je postalo popolnoma jasno, da telegrafija nima prihodnosti, saj so se tudi evropske letalske družbe začele vključevati v Severnoatlantski radiotelefonski komite z namenom uporabe VHF radijskih postaj. Konec leta 1953 se radijski opremi pridruži še selektivni klic, ki se v isti obliki na kratkovalovnih območjih uporablja še danes. Po letu 1956 se telegrafija v razvitem svetu praktično ni več uporabljala. Nekoliko dlje se je obdržala na manj razvitih koncih sveta. Zadnja letalska radiotelegrafska postaja je prenehala delovati v Južni Ameriki leta 1962.
V povojnih letih se razvijejo tudi ostale spremljajoče aktivnosti. Primarnemu radarju se pridružijo sekundarni radarski sistemi. Razvijajo se sistemi za pristajanje pri zmanjšani vidljivosti. Vzporedno z drugo generacijo potniških letal na reakcijski pogon pride v uporabo inercialni navigacijski sistem, ki omogoča zanesljivejšo navigacijo predvsem na polarnih območjih, kjer je magnetni kompas neuporaben. Končno je tu satelitska navigacija, ki sicer uradno še ne izpolnjuje vseh zahtev, a je mišljena kot glavni navigacijski sistem prihodnosti.
V sedemdesetih letih se pojavijo zametki prve letalske podatkovne povezave, ki doživi množično uporabo šele v zadnjem desetletju. Prednosti storitev, ki jih taka povezava nudi, izkoristijo predvsem letalski prevozniki. Prav implementacija in izboljšanje teh storitev so, poleg potreb upravljanja letalskega prometa, gonilna sila za razvoj zmogljivejših podatkovnih povezav letalo - zemlja. Ena ključnih aktivnosti postane tudi obdelava in predstavitev podatkov raznih virov. Letalski promet postaja vse gostejši in v področjih, kot je Evropa, zmogljivosti sistemov in infrastrukture ne zadoščajo več [4]. ICAO zato predlaga nov koncept upravljanja letalskega prometa, ki naj bi zadostil predvidenim potrebam 21. stoletja.
Prvi del diplomske naloge opisuje zasnovo ter funkcijsko razčlenitev upravljanja letalskega prometa, kot jo opredeljuje ICAO, in je cilj, h kateremu počasi, a vztrajno konvergirajo obstoječi sistemi. Tukaj sem se opiral predvsem na funkcijsko razčlenitev, kot si jo zamišljajo strokovnjaki organizacije Eurocontrol [5]. V drugem delu je podan pregled obstoječih in načrtovanih sistemov komunikacij, navigacije in nadzora (CNS, Communications, Navigation, Surveillance), nujno potrebne infrastrukture za izvedbo prej omenjene zasnove, s poudarkom na relaciji letalo - zemlja. Uporabljena literatura je tukaj predvsem tehnična dokumentacija organizacij ICAO in Eurocontrol ter različnih proizvajalcev opreme. Končno je predstavljenih nekaj primerov implementacije novih sistemov in aplikacij.
POSEBNOSTI MERSKIH ENOT V LETALSTVU
Za horizontalne dimenzije se uporabljajo navtične milje (1NM=1852 m), pri vertikalnih pa se uporabljajo čevlji (feet, 1 ft = 0,3048 m). Nad določeno višino je v uporabi izraz višinski nivo (FL, flight level). Poenostavljeno bi lahko rekli, da je to skrajšana oznaka višine v čevljih (npr. FL280 pomeni 28000 čevljev višine). Stroga definicija pa pravi, da je to površina konstantnega zračnega pritiska, relativno glede na konstanten pritisk 1013,2 hPa in se od drugih podobnih površin loči po specifičnih intervalih zračnega pritiska [6]. Kot enoto za hitrost se večinoma uporabljajo vozli (kts, 1kt=1NM/h) ter odstotki zvočne hitrosti. Samo omenimo pa še merske enote mase – funte (1lb=0,45359 kg) in pa prostornine - galone (US gallon, 1gal=3,785 litra), pri katerih vztrajajo predvsem Američani, čeprav je zaradi napak v preračunavanjih že prišlo do nesreč.
RAZDELITEV ZRAČNEGA PROSTORA
Zračni prostor se v grobem deli na regione (FIR, Flight Information Region). FIR je tridimenzionalni prostor, kjer je letalo pod nadzorom določene oblasti in se lahko deli še na določena geografska področja, imenovana sektorji. To so področja, kjer je letalo pod nadzorom ene določene kontrole letenja. Lahko pa imajo par ali več FIR tudi skupno kontrolo letenja – npr. področje Beneluksa – tam za višine nad FL245 skrbi organizacija Eurocontrol, za višine pod FL245 pa lokalne področne kontrole letenja.
Klasični letalski promet je omejen s koridorji – te letalske poti, nekakšne zračne avtoceste, so 10 navtičnih milj (18km) široki pasovi, izključno po katerih poteka letalski promet [7]. Vse letalske poti so razdeljene tudi po višini in sicer 1000 čevljev (300m) med letali, ki letijo v nasprotnih smereh oziroma 2000 čevljev (600m) med letali, ki letijo v isti smeri. To so najmanjše dovoljene višinske razlike do FL290 (8100m), nad to višino pa so, zaradi večjih napak, ki se lahko pokažejo pri višinomerih, višinske razlike pri srečavanju podvojene. V Evropi je pomemben mejnik 24. januar 2002, ko je vpeljano zmanjšano višinsko razdvajanje letal (RVSM, Reduced Vertical Separation Minima) po tisoč čevljev tudi nad FL290 [8].
UPORABNIKI ZRAČNEGA PROSTORA
Sistem upravljanja letalskega prometa nudi storitve in vzajemno sodeluje z različnimi vrstami uporabnikov zračnega prostora. Ti so [9]:
- Komercialni letalski prevozniki: so glavni uporabniki CNS/ATM storitev. Zanje je, poleg varnosti, bistvenega pomena učinkovito delovanje po načrtovanih voznih redih. Ti zadevajo vrsto medsebojno povezanih ter odvisnih poletov in dogodkov, katerih letala in posadke sestavljajo del kontinuiranega procesa, kjer lahko zamuda povzroči neljube posledice pri več medsebojno odvisnih poletih. Letalski prevozniki skušajo te procese optimirati z načrtovanjem najbolj ugodnih letalskih poti ter časov odhodov in prihodov.
- Splošno letalstvo: bo tudi pomemben uporabnik ATM storitev in tudi tu se pričakuje povečanje števila uporabnikov. Zahteve poslovnega letalstva so podobne tistim letalskih družb. Poleg tega je tu še veliko število manjših letal (športno letalstvo), ki letijo večinoma po pravilih vizuelne navigacije (VFR, Visual Flight Rules) in nimajo zmožnosti nošenja raznolike opreme ter imajo prav tako pravico do dostopa v zračni prostor.
- Vojaški uporabniki: z njihove strani gredo zahteve po zračnem prostoru od letalstva pa do zemeljskih in pomorskih aktivnosti. Vojno letalstvo obsega široko paleto vrst letal in ima običajno posebne potrebe po zračnem prostoru (nizko letenje, urjenje dvobojev, itd). Operacije nekaterih vojaških letal (transportna) pa so lahko tudi podobne civilnemu prometu.
Vir: Telekomunikacijski sistemi v letalstvu, Gregor Požar, Ljubljana 2002, copyright
KAZALO DIPLOMSKE NALOGE
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC.. 4
SLOVARČEK.. 11
1. POVZETEK.. 12
2. UVOD.. 13
2.1 ZGODOVINA
2.2 POSEBNOSTI MERSKIH ENOT V LETALSTVU.. 14
2.3 RAZDELITEV ZRAČNEGA PROSTORA.. 14
2.4 UPORABNIKI ZRAČNEGA PROSTORA.. 15
3. CNS/ATM SISTEM.. 16
3.1 ATM – SISTEM UPRAVLJANJA LETALSKEGA PROMETA.. 16
3.2 CNS – KOMUNIKACIJE, NAVIGACIJA IN NADZOR.. 16
3.3 AES – SISTEM LETALSKEGA OKOLJA.. 16
3.4 SODELUJOČI V CNS/ATM SISTEMU.. 17
3.4.1 LETALSKI UPORABNIKI.. 17
3.4.2 NELETALSKI UPORABNIKI.. 18
3.4.3 PONUDNIKI STORITEV.. 18
3.5 FUNKCIJSKA RAZČLENITEV.. 22
3.5.1 LETEČA KOMPONENTA.. 22
3.5.1.1 Komunikacije.. 23
3.5.1.2 Navigacija.. 24
3.5.1.3 Nadzor.. 25
3.5.2 OBDELAVA PODATKOV LETALSKEGA OKOLJA.. 25
3.5.2.1 Operacije nad statičnimi podatki 26
3.5.2.2 Obdelava dinamičnih podatkov letalskega okolja. 26
3.5.3 ATFM – UPRAVLJANJE PRETOKA LETALSKEGA PROMETA.. 26
3.5.4 OBDELAVA PODATKOV O POLETIH.. 28
3.5.4.1 Načrt poleta. 28
3.5.4.2 Začetna obdelava načrtov poleta. 28
3.5.4.3 Obdelava in distribucija podatkov o poletih.. 29
3.5.5 KOMUNIKACIJE.. 32
3.5.6 NAVIGACIJA.. 34
3.5.7 NADZOR.. 35
3.5.7.1 Pridobivanje podatkov.. 36
3.5.7.2 Obdelava podatkov nadzora.. 37
3.5.8 ATC ORODJA.. 37
3.5.8.1 ATC vmesnik človek-stroj 38
3.5.8.2 MONA – Nadzorni pripomočki 38
3.5.8.3 MTCD – Zaznava srednjeročnih konfliktov. 38
3.5.8.4 Varnostne mreže.. 38
3.5.8.5 Sekvenčni upravljalec. 38
3.5.9 CNS/ATM PODPORA.. 39
3.5.9.1 Operativni nadzor in upravljanje. 39
3.5.9.2 Tehnični nadzor in upravljanje. 39
3.5.9.3 Upravljanje s podatki 40
3.5.9.4 Zapisovanje in predvajanje. 40
3.5.9.5 Logistična podpora. 41
3.5.10 ASM – UPRAVLJANJE ZRAČNEGA PROSTORA.. 41
4. CNS – KOMUNIKACIJE, NAVIGACIJA, NADZOR.. 42
4.1 KOMUNIKACIJE.. 42
4.1.1 ANALOGNE KOMUNIKACIJE LETALO – ZEMLJA.. 42
4.1.1.1 Zveze na HF frekvenčnem področju.. 43
4.1.1.2 Zveze na VHF frekvenčnem področju.. 43
4.1.1.3 Satelitske govorne zveze. 43
4.1.2 PODATKOVNE POVEZAVE LETALO – ZEMLJA.. 44
4.1.2.1 ACARS.. 44
4.1.2.2 Satelitske podatkovne povezave. 50
4.1.2.3 TFTS.. 52
4.1.2.4 Gatelink. 53
4.1.2.5 Naprednejše HF podatkovne povezave. 53
4.1.2.6 Naprednejše VHF podatkovne povezave. 53
4.1.2.7 VDL-1. 54
4.1.2.8 VDL-2. 54
4.1.2.9 VDL-3. 56
4.1.2.10 VDL-4. 60
4.1.2.11 Izbira VHF podatkovne povezave. 63
4.1.2.12 UAT. 63
4.1.2.13 SSR-S podatkovni prenos. 64
4.1.3 ZEMELJSKA KOMUNIKACIJSKA MREŽA.. 65
4.2 NAVIGACIJA.. 67
4.2.1 TIRNICA.. 67
4.2.2 ZAHTEVANA NAVIGACIJSKA ZMOGLJIVOST. 67
4.2.3 RNAV – PODROČNA NAVIGACIJA.. 67
4.2.4 KONCEPT PROSTEGA LETENJA.. 68
4.2.5 MEDNARODNI KOORDINATNI SISTEM WGS84. 69
4.2.6 KLASIČNI NAVIGACIJSKI SISTEMI 70
4.2.6.1 LORAN – C.. 70
4.2.6.2 NDB, neusmerjeni radijski svetilnik. 70
4.2.6.3 VOR in DME.. 71
4.2.6.4 ILS, sistem za pristajanje pri zmanjšani vidljivosti 73
4.2.6.5 INS/IRS, inercialni navigacijski / referenčni sistem... 74
4.2.7 NAVIGACIJA S POMOČJO SATELITSKIH SISTEMOV.. 74
4.2.7.1 GPS.. 74
4.2.7.2 Diferencialni GPS.. 76
4.2.7.3 EGNOS.. 76
4.2.7.4 Galileo. 78
4.3 NADZOR.. 81
4.3.1 NEODVISNI NADZOR – PRIMARNI NADZORNI RADAR.. 81
4.3.2 NEODVISNI NADZOR S SODELOVANJEM.. 83
4.3.2.1 Sekundarni nadzorni radar (SSR) – način "A/C". 83
4.3.2.2 SDFC – Sistem obdelave in združevanja podatkov nadzora. 86
4.3.2.3 Sekundarni nadzorni radar – način "S". 88
4.3.2.4 SSR-S podatkovna povezava. 93
4.3.2.5 TCAS.. 96
4.3.3 ODVISNI NADZOR.. 98
4.3.3.1 Ročni odvisni nadzor 98
4.3.3.2 ADS, Samodejni odvisni nadzor 98
4.3.3.3 ADS-B, Samodejni odvisni nadzor - difuzija. 99
5. PRIMERI IMPLEMENTACIJE.. 101
5.1 FANS 1/A.. 101
5.2 NEAN.. 102
5.3 PETAL-1. 103
5.4 PETAL-2. 104
6. SKLEP.. 106
7. SEZNAM SLIK IN TABEL. 107
8. LITERATURA.. 109
Obračalnik potiska je sistem, ki pomaga letalu zavirati po pristanku. Običajno je obračalnik potiska vgrajen v turboreakcijske in turboventilatorske motorje potniških in transportnih letal ter letal splošne aviacije. Obračalnik potiska ni nepogrešljiv sistem na teh letalih, je pa v veliko pomoč pri varnem in hitrem zaviranju letal po pristanku in zato skoraj nepogrešljiv.
Z uporabo reakcijskih motorjev so se v letalstvu odprla nova obzorja. Hitrostni, višinski in drugi rekordi so postajali vedno višji in večji. Hkrati s temi rekordi so se večale tudi zunanje dimenzije letal in predvsem njihova masa. Reakcijski motorji so omogočali večje maksimalne vzletne mase letal in tudi višje hitrosti letenja. To je posledično pomenilo tudi višje pristajalne hitrosti letal. Letala različnih kategorij imajo seveda različne pristajalne hitrosti, skupno pa jim je to, da se morajo kar najhitreje in najvarneje ustaviti na pristajalni stezi. Prva letala so bila dokaj počasna in lahka, zato tudi njihovo ustavljanje na pristajalni stezi ni bilo težavno. Zadoščale so zavore, ki so jih imela letala vgrajena v sklopu pristajalnega podvozja. Pozneje so letalom dodali tudi zračne zavore, kar je pristajalno pot še dodatno skrajšalo.
Gibalna količina, ki je produkt mase in hitrosti, je pri današnjih letalih (potniških, vojaških, transportnih …) prevelika, da bi ji lahko nasprotoval le zavorni sistem na pristajalnem podvozju, zato so se pojavile potrebe po dodatnem sistemu ali sklopu sistemov v letalih, ki bi varno in učinkovito nasprotovali tej gibalni količini. Razvili so različne metode, ki jih danes uporabljajo vsa sodobna letala. Glede na kategorijo in namembnost letala konstruktorji izberejo najbolj učinkovit zaviralni sistem.
Sistem, ki je vgrajen v turboreakcijske in turboventilatorske motorje, omogoča predvsem potniškim in tovornim letalom precej krajše pristajalne poti. Del zraka, ki teče skozi motor (vroči ali hladni del), se preusmeri s posebnimi usmerjevalnimi šobami. Smer toka zraka se pri tem spremeni za več kot 90° v primerjavi s pritekajočim zrakom in tako se doseže zaviralni učinek.
Obračalniki potiska so konstruirani tako, da preusmerijo hladni ali vroči zrak iz motorja v smer, nasprotno premikanju letala. Obračalnik potiska ne sme vplivati na delovanje motorja niti, kadar je aktiviran. Deli sistema obračalnika potiska, ki prihajajo v stik z vročim delovnim zrakom, morajo biti izdelani iz materialov, ki prenašajo visoke temperature. Hkrati morajo biti lahki, zanesljivi in učinkoviti. Poleg vsega naštetega morajo zadostiti tudi aerodinamičnim zahtevam. To pomeni, da morajo biti aerodinamično pravilno oblikovani in kadar niso v uporabi (zloženi), ne smejo dodatno povečevati prečnega preseka motorja, ki bi posledično pomenil večji upor letala. V fazi delovanja morajo lopute obračalnika potiska preusmeriti vsaj 40 odstotkov maksimalne potisne sile, ki jo motor lahko razvije. Danes sta najbolj uporabljena obračalnika potiska na turboreakcijskih in turboventilatorskih motorjih školjkasti (clam shell reversers) in kaskadni (cascade reversers) obračalnik.
Danes se v potniška letala vgrajujejo dve vrsti snemalnih naprav. Prva je zapisovalnik zvoka v pilotski kabini (cockpit voice recorder, CVR) in druga je zapisovalnik podatkov o letu (flight data recorder, FDR). Zapisovalnik zvoka v pilotski kabini snema vse pogovore med pilotom, sopilotom, kontrolo letenja in vse šume (premike stikal, ročic, alarme, prsketanje, pokanje, trkanje, …), ki se pojavljajo v pilotski kabini. Tonski zapis v pilotski kabini snemajo preko treh mikrofonov. Mikrofon, ki snema šume v pilotski kabini je običajno vgrajen v stropnem panelu, saj tako pokriva največji del centralne krmilne plošče. Ostala dva mikrofona sta vgrajena v komunikacijski set pilota in sopilota. Zbrani podatki se preko posebne računalniške enote posredujejo v črno skrinjico (CVR), kjer se shranjujejo na magnetni trak ali na podatkovni disk.
Zapisovalnik podatkov o letu (FDR) beleži različne parametre na sistemih letala in v njegovi okolici. Mednarodna organizacija za civilno letalstvo ICAO je predpisala, da morajo FDR-ji na potniških letalih beležiti od minimalno 11 pa do 29 parametrov. Število obveznih parametrov je odvisno od velikost letala (kategorije v katero letalo spada). FDR-ji, ki podatke shranjujejo na magnetni trak lahko sočasno beležijo do 100 različnih parametrov medtem, ko sodobnejši zapisovalniki podatkov, katerih spominski medij je disk lahko beležijo preko 700 različnih parametrov. Število zabeleženih parametrov je omejeno navzgor s hitrostjo prenosa podatkov na spominski medij. Zapisovalniki podatkov, ki so bili vgrajeni na letala izdelana po letu 2002 morajo beležiti najmanj 88 različnih parametrov. Ti parametri niso standardno določeni in se razlikujejo med letalskimi družbami, so pa ključnega pomena pri odkrivanju vzrokov letalskih nesreč. Najbolj pogosti parametri, ki jih FDR-ji zapisujejo so: čas, višina leta, hitrost leta, vertikalna hitrost, pospeški, smer leta, položaj ročice za uravnavanje moči motorja, položaj smernega in višinskega krmila, položaj krilc in zakrilc, vrtljaji motorja, tlak in temperatura hidravličnega olja, tlak in temperatura v okolici letala, vpadni kot letala, pretok goriva in mnogi drugi. Vsak zabeleženi parameter je za preiskovalce letalskih nesreč zelo pomemben in morda celo ključnega pomena pri razjasnitvah okoliščin nesreče. Podatki, shranjeni na FDR, se hranijo do 25 ur potem pa se prepišejo z novimi podatki. CVR in FDR sta vgrajeni v rep letala, kjer je največja verjetnost, da z najmanjšimi poškodbami preneseta udarec letala v tla. Trup letala je v tem primeru nekakšna tamponska cona.
Podatki pridobljeni iz črnih skrinjic in materialni dokazi s kraja nesreč običajno zadostujejo za razvozlanje vzrokov letalskih nesreč. Z direktivami, ki jih preiskovalci nesreč po svojih ugotovitvah posredujejo letalskim proizvajalcem in letalskim družbam preprečujejo podobne tragedije,k bi jih lahko povzročili podobni ali enaki vzroki. čŒrna skrinjica kljub svojemu imenu ni črne barve. Nasprotno, je živo oranžne barve, da bi jo lahko v razbitinah čim hitreje našli. Ime je bržkone dobila zaradi svoje funkcije. Za večjo sliko kliknite na sliko.
Zanimivost:
Dvosmerni komunikacijski link, kakršne uporabljajo pri upravljanju brezpilotnih letal bi v kombinaciji s posebnim sistemom lahko omogočil vodenje letala iz zemeljske postaje. Na ta način bi se lahko izognili nesreči kakršna se je pred nedavnim zgodila v Grčiji, ko je letalo po domnevnem nenadnem padcu tlaka v pilotski in potniški kabini še nekaj časa letelo povsem brez nadzora z vključenim avtopilotom dokler ni treščilo v gore. Nezmožnost upravljanja letala s strani posadke bi v tem primeru nadomestil pilot operater na zemlji in letalo varno spravil na tla. Kdaj bo to mogoče je težko napovedati, saj bi nepooblaščen nadzor nad letalom le to lahko spremenil v letečo bombo.
Za običajne smrtnike, vajene gibanja v dveh dimenzijah, predstavlja zrak za gibanje »neživljenjsko« okolje, ki si ga je podredil z letalnimi napravami, denimo letalom in helikopterjem. Če se vlak giblje v dve smeri, načeloma naprej in vzvratno, to pomeni, da se ga lahko krmari z eno samo roko. Avto je že bolj zapleten, gre naprej in vzvratno kot vlak, vendar tudi levo in desno.
Smer spreminjamo s krmilom – volanom, vožnjo naprej ali nazaj pa z menjalnikom, kar teoretično in praktično (za avtomobile z avtomatskim menjalnikom) pomeni, da avtomobil krmarimo z eno roko in eno nogo.
Vsakdo pa, ki je kdajkoli videl pilotsko kabino letala, - sploh ni nujno, da je bil to velikanski jumbo jet - se je lahko prepričal v malce bolj zapleteno napravo – za krmarjenje. Torej je letenje le bolj zahtevno od vožnje po tleh! Letalo gre tako naprej kot levo in desno, za razliko od avtomobila in vlaka tudi še navzgor in navzdol, ne pa tudi vzvratno. Vseeno pa v pet smeri! In pilot potrebuje za krmarjenje eno roko in obe nogi.
Helikopter je še nekolikanj bolj zapletena naprava, kot je letalo, vsaj kar zadeva smer gibanja in krmarjenja naprave. Gre tako navzgor kot navzdol, tako levo kot desno - celo bočno - in tako naprej kot, kar je posebnost letalnikov, vzvratno, poleg tega pase še vrti okoli osi v eno ali drugo smer urinega kazalca. Gibanj torej kolikor hočete, najbolj pomembno pa je pravzaprav »negibanje« v zraku: lebdenje!
Osnovno krmilo helikopterja je ročica cikličnega hoda, podobna ročici pri letalih. Krmari hod vsakega od krakov glavnega rotorja. Vsi ti kraki (ali najmanj par) med vrtenjem tvorijo en sam disk, sprememba cikličnega hoda (izraženo bolj zapleteno in fizikalno ), pa povzroči, da se helikopter nagne, ker ustvari komponento aerodinamične rezultante Ta rezultanta sil dovoljuje, da se helikopter giblje naprej, nazaj ali bočno. Ali bolj preprosto: ko pilot potisne ročico cikličnega hoda naprej, se tudi disk rotorja nagne naprej in usmeri curek pretočnega zraka nazaj, leti pa naprej. In podobno vzvratno in v smeri obeh bokov.
Kadar pilot potisne ročico cikličnega hoda naprej, se tudi disk nagne naprej in usmeri curek pretočnega zraka nazaj. Vodoravna komponenta rotorja je tako zmanjšana, izravnavo doseže pilot s povečanjem vpadnega kota krakov, kar pa stori z ročic kolektivnega hoda.
Druga je ročica za uravnavanje kolektivnega hoda , ki spreminja korak vseh krakov rotorja in jim spreminja nosilnost. Na tej ročici je tudi ročica za uravnavanje vrtljajev motorja. Ročica hkrati nadzoruje korak vseh krakov rotorja, z dvigom ročice pilot poveča naklonski kot vseh krakov sočasno, s tem pa poveča pretok zraka skozi rotor, kar pri istih obratih rotorja povečuje nosilnost. Z zmanjševanjem obratov rotorja se zmanjšuje tudi vzgon, kar lahko privede do kritične hitrosti; v izogib temu je trebna ob povečevanju kota krakov rotorja povečevati tudi moč motorja, ki tako kompenzira povečani upor. Večina sodobnih helikopterjev s turbinskimi motorji ima vgrajen sistem avtomatskega napajanja z gorivom, ki vzdržuje konstantno hitrost vrtljajev rotorja.
Z nožnimi pedali pilot spreminja korak repnega rotorja in s tem spreminja smer helikopterja po navpično osi. Gre pravzaprav za rotor za uravnovešanje reakcije vrtilnega momenta, ki ga ustvari rotacija glavnega rotorja. Ponavadi je repni rotor, kar pove že ime, postavljen na repu helikopterja in ga poganja kar podaljšana gred iz istega motorja(motorjev), ki poganja(jo) tudi glavni rotor.
Ob že omenjenih gibanjih v vseh smereh, največja prednost pri tem sta vertikalen dvig in/ali spust, pa ima helikopter še eno bistveno prednost pred vsemi letalniki: lebdenje v zraku. In med tem lebdenjem lahko pilot obrača helikopter okoli svoje navpičnice in si tako ogleduje vse okoli sebe.
Osnovna vzgonska površina helikopterja je glavni rotor, pravzaprav bi krake glavnega rotorja lahko primerjali kar s krili, ki se vrtijo. Predstavljamo si lahko krili (ali več), pritrjeni na osrednjo gred , ki se vrti. Vse skupaj podobno ventilatorju pod stropom. Vrteči kraki rotorja so aerodinamično zasnovani enako kot krila letala. Z izjemo, da so kraki helikopterskega rotorja pač tanjši in ožji, saj se morajo vrteti zelo hitro. Torej je v tem primeru vrteče helikoptersko krilo imenovano preprosto glavni rotor. In ko temu glavnemu rotorju dodamo potem samo še vpadni kot posameznih krakov (kril) in poženemo gred v vrtenje, že začne nastajati potreben vzgon za letenje.
Glavni rotor je tudi sicer najpomembnejši del letalnika – helikopterja, saj zagotavlja za letenje potrebni vzgon, ravno tako pa so potem pomembne še krmilne površine, s katerimi nadzoruje pilot gibanje – letenje, obračanje, menjavo višine ipd. Pri vrtenju krakov rotorja nastajajo seveda ogromne obremenitve, ki jih mora ta najpomembnejši sklop helikopterja vzdržati. Torej mora biti rotor izredno trden.
In kako držati helikopter v smeri, saj glavni rotor s svojim vrtenjem povzroča vrtilni moment, ki ga je potrebno izničiti, da bi se helikopter zaradi tega ne vrtel okoli navpične osi? Običajno in največkrat je to pri helikopterjih rešeno z repnim rotorjem, ki ustvarja potisk, ravno tako kot na primer letalski propeler. Prav ta potisk potem preprečuje vrtenje helikopterja. Z nožnimi pedali pilot spreminja korak repnega rotorja - potisk - in s tem spreminja smer helikopterja po navpični osi. Gre pravzaprav za rotor za uravnovešanje reakcije vrtilnega momenta, ki ga ustvari rotacija glavnega rotorja. Ponavadi je repni rotor, kar pove že ime, postavljen na repu helikopterja in ga poganja kar podaljšana gred iz istega motorja (motorjev), ki poganja tudi glavni rotor.
Smeri vrtenja rotorja in repnega rotorja ter vrtilnega momenta
Ta repni rotor je lahko tudi oplaščen, torej v nekakšnem kanalu. Učinek je enak, le da je oplaščeni rotor tišji, imenujejo pa ga fenestron. Prav lahko pa repni rotor nadomestijo z šobo za iztekajoče pline. Plini iztekajo v nasprotni smeri vrtilnega momenta in tako preprečujejo, da bi se trup (helikopter) zavrtel. Razvili so ga ameriški proizvajalci, sistem pa poimenovali NOTAR – brez repnega rotorja. Znana ameriška inovativna družba za proizvodnjo specialnih helikopterjev in tehnološko najbolj zahtevnih delov za letala Kaman je razvila tehnologijo dveh sinhronizirano nasproti vrtečih rotorjev, ki imata osi postavljeni pod kotom. Ob tej so konstruktorji zasnovali še več rešitev, ena sta na primer dva rotorja – koaksialna - na isti gredi, ki se vrtita v obratni smeri, kot na primer pri helikopterjih ruskega proizvajalca Kamov, ali pa sta rotorja vsak sebi na skrajnih delih trupa, prav tako pa se vrtita v obratni smeri. Takšno rešitev so uporabili med drugim pri helikopterju CH-47 chinook. Tudi pri namestitvi rotorjev na koncu kril, kot na primer pri konvertiplanu V-22, se rotorja vrtita v nasprotni smeri.
Pogonski sklop
Ta del helikopterja sestavljajo trije sklop:, bistveni je turbogredni motor, potem še reduktor in transmisije.
Turbogredni motorji so pravzaprav tisti, ki so ustvarili helikopter kot varno in zanesljivo zračno-transportno sredstvo, batni motorji namreč niso dali želenih rezultatov iz več vzrokov, bistveni pa je bil dosti večja poraba goriva, s tem pa primerno krajši dolet, pa tudi velikost je bila za ustrezno enako moč bistveno večja pri batnih motorjih, kot je pri turbinskih.
Turbinski motor je pravzaprav podoben kot pri turbopropelerskih motorjih, pripada praktično isti družini. Običajno ga sestavljata enogredni sistem in prosta turbina (prosta zato, ker gre večji del energije na prosto turbino, ki ni mehansko povezana s turbino za pogon kompresorja), glavni deli pa so dovodnik (zajemnik) zraka , kompresor, zgorevalna komora, turbina, prosta turbina, izpušni sistem, ohišje pogona motorja in reduktor motorja. Dva, lahko bi rekli ravno tako pomembna podsistema, pa sta naprava za zagon motorja in podmazovalna naprava.
Zajemnik-dovodnik zraka je profiliran kanal na prednji strani, skozi katerega se uvaja zrak v kompresor, pri tem konstruktorji motorja poskrbijo, da so izgube čim manjše in zračni tok čim manj moten zaradi stabilnosti tokovnega polja pred komresorjem. Pri velikih hitrostih deluje ta dovodnik zraka kot difuzor v katerem se kinetična energija zraka pretvori v potencialno.
Zrak prihaja v motor skozi vstopnik zraka – profiliran kanal na sprednji strani Zrak potem prehaja v kompresor pri čemer konstruktorji pri zasnovi poskrbijo, da so izgube pri tem karseda majhne in je zračni tok čim manj moten, saj to vpliva na stabilnost tokovnega polja pred kompresorjem. Ta dovodnik zraka hkrati funkcionira kot difuzor, v njem pa se kinetična energija pretvarja v potencialno. Tako stabilen in enakomeren (tok) zraka gre potem v kompresor, bodisi aksialen ali pa centrifugalen (eno ali več stopenjski, pri sodobnih turbogrednih motorjih so kompresorji večinoma večstopenjski), tako stisnjen in že segret zrak gre potem v zgorevalno komoro, v kateri se mu vbrizga še gorivo. Ta zmes goriva in skomprimiranega in segretega zraka se potem vžge in prav nastali produkt zgorevanja potem zagotavljajo potrebno energijo za pogon turbinskega dela motorja, pomožnih pogonskih enot, kot so črpalke in generatorji, zatem pri turbopropelerskem motorju propelerja in v našem primeru namesto tega rotorja. Turbina motorja je preko gredi povezana z kompresorjem, ki z vrtenjem zagotavlja nov zrak in opisani delovni proces se tako ponavlja.
Kadar turbina reakcijskega motorja ne ustvarja potisnega curka ali ne poganja vijaka, temveč rotor helikopterja, imenujemo tak motor turbogredni. Tudi v tem primeru pa mora biti turbinska gred preko reduktorja povezana z rotorjem, da tako zagotovi manjše vrtljaje. Motorji so konstruirani tako, da se večina energije, ki se sprosti v zgorevalni komori, porabi za vrtenje turbine. Izpušni plini zato ob izstopu iz motorja nimajo velike kinetične energije. Prav to dejstvo zagotavlja tem motorjem precej nizko raven hrupnosti.
V ohišju motorja je potem še vrsta različnih naprav, agregatov in napeljav.
Pomemben sklop je seveda reduktor motorja, ki zreducira število vrtljajev na ustrezno raven ali da zmanjšajo smer vrtenja. Turbogredni motorji dosegajo vrtljaje vse od nekaj tisoč pa celo nad 25.000 obratov v minuti, kar je seveda preveč za rotorje in druge gibljive dele, zato je potrebno te vrtljaje zmanjšati. Tako na primer reduktor v turbogrednem motorju helikopterja SA 332 super puma zmanjša število vrtljajev motorja z 22.800 na 265 min-1 za glavni rotor in na 1279 min-1. Glavni reduktor je jasno tisti, ki zreducira število vrtljajev turbine na želeni število vrtljajev glavnega rotorja; obenem pa prenaša vrtljaje še na reduktor repnega rotorja, poleg tega pa zagotavlja še pogon črpalk za olje in hidravličnega bloka. Stopnja reduciranja obratov znaša v navedenem primeru pri super pumi približno 86 :1 za glavni rotor, za repnega 18 : 1.
Transmisija
Transmisija je namenjena prenosu moči motorja na glavni rotor, pa tudi repni rotor, pa tudi za pogon različnih agregatov in naprav. Tako se transmisije tudi imenujejo po teh sklopih.
Gorivni sistem sestavljajo gorivni rezervoarji, črpalke za gorivo, filtri, vodi, oddušni vodi in čep za natakanje goriva. Ta sistem je v helikopterjih bistveno preprostejši kot pri letalih, saj so gorivni rezervoarji nameščeni večinoma vzdolž vzdolžne osi helikopterja, pa tudi količina je precej manjša kot običajno v letalu. Vojaški helikoppterji imajo običajno od 3 do 5 gorivnih rezervoarjev, so pa tudi izjeme s samo enim, na primer SA 341 gazelle, ki ima dva.
Avtorotacija
Ko govorimo o pogonu in njegovih sklopih, moramo reči še nekaj o tem, kako se obnaša helikopter v primeru odpovedi motorja. V tem primeru se ne bo preprosto zrušil. Pilot s kolektivno ročico takoj pomakne krake rotorja na majhne vpadne kote (na nož) kar jim zagotavlja avtorotacijo - samovrtenje zaradi zraka, skozi katerega potuje. To helikopterju tudi zagotavlja potreben vzgon, ki pa nikakor ni dovolj velik za zagotovitev horizontalnega leta, omogoča pa kolikor toliko varno prizemljitev. Je pa res, da na primer v primeru odpovedi motorja med lebdenjem na višinah med 10 in 250 m rotor ne dobi potrebne hitrosti vrtenja in zato na teh višinah lebdenje ni priporočljivo. Ima pa vsak helikopter, glede na svojo maso in ostale lastnosti, predpisano število vrtljajev rotorja za takšne primere in pilot se ravna po teh predpisanih vrednostih.
Elektronska oprema
Eden najpomembnejših sklopov helikopterja je elektronska oprema, znotraj te pa navigacijski sistemi. Teh sta dve vrsti, najprej sredstva za določanje položaja helikopterja v letu ali lebdenju na osnovi signalov, ki so zunaj helikopterja, in avtonomna sredstva, ki so v helikopterju.
Osnovna navigacijska sredstva so radijski kompas, radio-goniometer, usmerjeni radijski svetilniki (VOR,TACAN,ILS), hiperbolična navigacijska sredstev (npr. LORAN), taktična navigacijska sredstva (TACAN) in radarska navigacijska sredstva (slednja se delijo potem na helikopterske dopplerske radarje, radarske radijske višinomere) ter na koncu najsodobnejša, satelitska navigacijska sredstva, kot je na primer GPS.
Vsak helikopter je načeloma opremljen s po dvema radijskima sprejemnikoma-oddajnikoma, radijskim kompasom, giroskopski kompas, radijski višinomer, iterfon in oprema za instrumentalno letenje. Seveda imajo zapletenejšo opremo vojaški in nasploh bojni helikopterji. Predvsem na primer so z navigacijskimi sredstvi dobro opremljeni helikopterji za delovanje nad morjem, manj zapletene navigacijske opreme je v helikopterjih za taktični transport in logistiko.
Posebna oprema
Helikopter je bil nekdaj tipično sredstvo za uporabo zgolj podnevi ali ob zelo svetli noči. Zelo oteženo je bilo že letenje podnevi ob slabem vremenu, sploh pilotom vojaškim helikopterjem, ki potrebujejo zaradi specifičnega načina letenja tik nad tlemi in v zavetju ovir. Vse to je seveda zahtevalo čim boljšo vidljivost, to pa so v skrajnih razmerah omogočile šele naprave, kot je nočnogled, pa tudi sklop in kombinacija drugih naprav in senzorjev, ki podajajo podatke potem na večfunkcionalne zaslone v pilotski kabini, naposled pa tudi že na vizir pilotove čelade.
V času elektrooptičnih naprav druge generacije, so piloti lahko z nočnogledi komajda opazili daljnovode in druge, na primer telefonske vode, pa z zdajšnjimi napravami lahko mirno letijo kjerkoli. Kljub temu je tako, predvsem zelo nizko letenje še vedno zelo zahtevno. Od pilota zahteva poznavanje zemljišča, predvsem pa kondicioniranje, torej redno letenje v nočnih in drugih skrajnih pogojih.
Seveda pa današnja tehnologija že ponuja vrsto naprav tudi za nočno letenje in celo nočno bojno delovanje s helikopterji. V poštev pride seveda predvsem v vojaškem, spektru, morda do določene mere še v iskalno-reševalnem.
Od civilnih helikopterjev, in pa tistih za bolj splošno rabo,se zelo razlikujejo bojni helikopterji in pa vgrajena oprema v njih. Gre predvsem za namerilni sklop opreme, ki je v zadnjih desetletjih zelo napredoval. Ti bojni helikopterji imajo v nosu ali na »jamboru« nad gredjo rotorja ali nad pilotsko kabino vgrajene, posebne kupole v katerih je cela vrsta opazovalno-namerilnih naprav, od IR do TV ter drugih senzorjev. Najsodobnejša in najfunkcionalnejša naprava je FLIR - IR naprava za opazovanje prednje polsfere,. Gre za sklop naprav, med njimi je termovizijska kamera, tako v opazovalni kot namerilni funkciji. Naslednji element tega sklopa je radar, zatem radijski ojačevalnik ter računalnik za obdelavo video signala. Vse te od senzorjev pridobljene podatke pilot prebira z večfunkcionalnih zaslonov v kabini, lahko pa mu poseben sistem te podatke generira na zaslon na vizirju čelade ali na zaslon pred vetrobranskim steklom – HUD.
Za vojaške helikopterje so prav zaradi nizkega ali nočnega letenja ter letenja v najslabših razmerah zelo priporočljive naprave, ki pilota opozarjajo na ovire. Običajno gre za manjšo napravo – helikopterski radar, ki odkriva ovire in jih posreduje na zaslon v kabini ali na pilotov vizir. Senzor odkrije oviro in posreduje podatek, ko je ovira oddaljena še cel km ali nekaj manj. Takšen radar opazi 3 mm debelo žico v razdalji nad 600 m, debelejšo, 14 mm, pa na 900 m. V povezavi z drugimi senzorji in napravami dobiva pilot jasno sliko nevarnosti, v večini primerov pa tudi zvočno opozorilo.
Seveda bi lahko našteli še veliko sistemov, ki jih vgrajujejo v današnje helikopterje, vse od sistemov za reševanje posadk v morebitni nesreči do sistemov za javljanje nevarnosti trčenja v zraku, pa sistemov za protielektronsko zaščito. Večina bojnih helikopterjev ima tudi oklepno zaščito, največkrat jo predstavljajo jeklene plošče ali plošče iz kompozitnih predvsem ogljikovih materialov. S to zaščito varujejo člane posadke pred strelivom vsaj kalibrov osebnih orožij, pa vse tja do kalibra 23 mm. Pilot ima običajno zaščiten sedež, tako da sta njegovo telo in glava varna pred kroglami iz lahkega pehotnega orožja. Zaščiteni pa so tudi nekateri vitalni deli helikopterja, od na primer gorivnih rezervoarjev (so iz samozalepne gume) do motorjev in elektronskih sklopov. Zajemniki zraka so prav tako v dosti primerih zaščite s posebno mrežo, ki preprečuje vstop prašnim delcem.
Oborožitev
Posebno poglavje predstavlja oborožitev helikopterjev. Slednja je nekje, preprosto rečeno, med pehotno in letalsko. Zasledili boste tako vgrajene mitraljeze kalibrov od 7,62 mm navzgor, do topov kalibra 30 mm in vodljivih ter nevodljivih raket.
Ti raketni izstrelki so bili najprej protioklepni, zdaj se jim vse bolj pogosto pridružujejo izstrelki zrak-zrak za obrambo pred nasprotnikovimi helikopterji ali letali. Pri protioklepnih izstrelkih jih večina izhaja iz kopenskih sistemov, takšna sta na primer TOW in HOTR, oba povrhu vsega še kompatibilna z kopenskimi sistemi. To precej poenostavi oskrbo, saj se helikopter med kratkim postankom lahko oboroži kar s kopenskimi verzijami teh izstrelkov.
Rakete zrak-zrak izhajajo iz letalskih sistemov, na primer AIM-9 sidewinder ali Matra mistral, prav lahko pa izhajajo tudi iz sistemov zemlja-zrak. Naštejemo lahko primere, kot so stinger, igla in drugi, ki jih strelci običajno izstreljujejo z ramena.
Zaradi letalnih lastnosti predstavljajo na helikopterjih zelo učinkovito orožje nevodljive rakete, uporabljajo jih zelo na široko. Na helikopterje, večje in zmogljivejše, pa v nekaterih primerih, čeprav redko, pripenjajo tudi bombe s celo 500 kg.
Pomembno in zelo učinkovito orožje helikopterjev so protiladijski izstrelki, namenjeni uničevanju površinskih plovil, in pa torpedi za protipodmorniški boj.
Nad morjem uporabljajo še dve vrsti posebnih helikopterjev, prvi so opremljeni s sonarji za iskanje in odkrivanje ter slednje podmornic (ti ponavadi tudi nosijo protipodmorniško orožje), naslednji pa so tako imenovani minolovci z (elektromagnetnimi in drugimi) napravami za razminiranje.
Helikopterska prihodnost
O tej je tudi veliko govora, nekaj primerov pa smo tudi podrobneje opisali. Med vojaškimi helikopterji jo vsekakor predstavlja RAH-66 (program je bil ukinjen), bojni izvidnik z uporabo tehnologije slabe radarske opaznosti pri konstruiranju in vseh prednosti, ki jih sicer helikopter nudi: torej vertikalnim manevrom, veliko okretnostjo in hitrostjo. Med transportnimi helikopterji je takšen predstavnik sodobne usmeritve evropski NH90, zagotovo helikopter za prihodnja desetletja z rešitvami, ki se bodo zagotovo uveljavile tudi nasploh v konstrukciji transportnih helikopterjev.
Prihodnost je morda, tu ne moremo biti več tako zanesljivi, v konvertiplanih, če bodo le uspeli preseči nekaj tehničnih pomanjkljivosti, ki so botrovale več nesrečam med preizkušanji V-22. Zagotovo bo vse več elektronike v opremi, kar po eni stani olajšuje delo pilotom, po drugi strani pa zapleta vzdrževalcem, kajti integracija vse opreme, vseh sklopov, senzorjev in celotne elektronike v enovit sistem postaja precej zapletena. Sploh pri današnji veliki konkurenčni ponudbi, ko se proizvajalci s tako imenovanim »Costumizingom« trudijo zadovoljiti prav vsaki kupčevi želji in zahtevi, končni rezultat pa so serije praktično povsem različnih helikopterjev, čeprav so vsi istega tipa in celo z enakimi oznakami. Vse to na račun vgradnje opreme in sistemov po željah njegovega veličanstva današnjega dne : kupca.
V svoji najenostavnejši obliki sistemi za upravljanje motorjev letala niso nič drugega kot mehanske vezi med pilotom in motorjem. Pilot s premiki ročic nadzira pretok goriva do motorja in s tem potisk, ki ga v dani situaciji potrebuje. Ne glede na to ali gre za preprost batni motor športnega letala ali zapleten reaktivni motor je cilj nadzora delovanja vedno enak - upravljati motor na najbolj učinkovit in varen način.
Prvi razvojni korak naprej od enostavnega mehanskega oz. ročnega nadzora delovanja motorja so bili testni sistemi za elektronski nadzor motorjev v šestdesetih letih, t.i. analogni elektronski sistemi. Mehansko povezavo med pilotom in motorjem so zamenjali z električnim signalom, ki je nastavitev pogona (potiska) spreminjal v realnem času večkrat v sekundi. Komercialno so tak sistem prvič uporabili na motorjih evropskega nadzvočnega letala Concorde (motorji Rolls Royce Olympus 593).
Digitalni elektronski sistemi nadzora motorjev so bili naslednji logični korak. V sedemdesetih sta prve preizkusne sisteme za vojaške programe začela razvijati NASA in proizvajalec motorjev Pratt and Whitney. To so bili prvi preizkusni sistemi FADEC, ki so že delovali kot digitalni kontrolni sistemi s popolnim nadzorom oz. oblastjo nad motorji - odtod tudi angl. ime: 'Full Authority Digital Engine Control'.
Sestavni deli in delovanje sistemov FADEC
V smislu delovanja se sistemi za digitalni nadzor delovanja motorjev na letalu ne razlikujejo od sorodnih sistemov v novejših avtomobilih. Njihov cilj je povsem enak - zagotoviti največjo učinkovitost delovanja motorja v danih razmerah.
Glavna dela vsakega FADEC-a sta digitalni računalnik in enota za elektronski nadzor motorjev (angl. Electronic Control Unit ali ECU). Vse podatke, potrebne za nadzor, enotama zagotavljajo senzorji v realnem času. Ti zajemajo podatke o gostoti zraka, temperaturah in tlakih v motorju, dotoku goriva, položaju ročic za plin itn., medtem ko FADEC nadzira tudi zagon motorjev. Podatke sprejema enota za elektronski nadzor in jih analizira tudi po 100-krat na sekundo. Velike prednosti in koristi FADEC sistemi omogočajo na dolgi rok, saj lahko proizvajalci tehnične omejitve za varno delovanje motorjev vprogramirajo v sistem. Motorji svojih kritičnih meja tako sploh ne morejo doseči, saj FADEC v izrednih razmerah posreduje namesto pilota, praviloma takoj in dosti bolj natančno.
Kot vidimo FADEC ponuja ogromno prednosti: bolj učinkovito porabo goriva, samodejno varovanje motorjev pred nedovoljenimi stanji delovanja, zagotavlja natančno diagnostiko motorjev na dolgi rok, boljšo povezanost motorjev z ostalimi sistemi na letalu, posadki zmanjšuje zahtevnost in količino dela, saj mnoge spremenljivke nadzira in se v pred-programiranih stanjih letala nanje samodejno odziva (primer: če letalo izgubi vzgon, FADEC takoj sproži polni potisk motorjev).
Kljub vsem prednostim, ki jih FADEC ponuja, je potrebno poznati še eno njegovih temeljnih značilnosti. Ker je FADEC sistem popolnega nadzora ('Full Authority'), ima kot digitalni računalnik nad delovanjem motorjev popoln nadzor, ki ga posadka ne more prevzeti v nobeni situaciji. Z drugimi besedami - v teoretičnem primeru popolne okvare FADEC-a posadka izgubi tudi motorje (potisk). Ker je sistem povsem avtomatski, piloti v takem primeru nimajo nobenih možnosti ročnega nadzora nad motorji. To tveganje proizvajalci omejijo s tem, da FADEC kot sistem na letalu podvojijo ali celo potrojijo in s tem zagotovijo potrebno 'odvečnost' sistemov (FADEC deluje po dveh ali več enakih, a ločenih digitalnih kanalih).
(FADEC na motorju Pratt&Whitney PW305, vir: United Technologies, 2003)
FADEC na batnih motorjih
Tako zapleteni in napredni sistemi so pri velikih reaktivnih letalih običajni. Kako pa je z manjšimi letali?
FADEC-i v batnih motorjih ponujajo enake prednosti kot pri večjih reaktivnih motorjih, a v manjša propelerska letala prodirajo šele v zadnjih letih. Razlogi za to so zaenkrat še vedno zelo visoki stroški razvoja in certificiranja sistemov na enoto (na motor). Predvsem ameriška podjetja se trudijo razviti FADEC-e za batne motorje, katerih cena ne bi bistveno presegala cen podobnih sistemov v osebnih avtomobilih, ki pa bi izpolnjevali bistveno večjo zanesljivost po letalskih zahtevah, predvsem ko gre za vžig in vibracije.
FADEC batnemu motorju lahko zagotovi večjo moč in podaljša življenjsko dobo. To je možno z optimiranjem mešanice zraka in goriva, ne da bi pri tem tvegali presuho mešanico (premalo goriva), previsoke temperature in detonacije. čŒe se temperature batov ali izpušnih plinov dvignejo preveč, FADEC dodaja gorivo vsakemu valju posebej in s tem nadzira in zagotavlja popolno ravnovesje med temperaturami in izhodno močjo. Nadzira tudi časovno optimalno iskrenje svečk! Tako lahko motor doseže večjo moč med vzpenjanjem in v križarjenju kot enak motor brez FADEC-a. Medtem ko pilot brez slednjega zgolj po občutku nadzira mešanico za vse valje naenkrat in tako doseže nek skupni približek, FADEC v vsakem trenutku izbira popolno mešanico za vsak valj in s tem zagotavlja večjo skupno moč. To bi bilo brez elektronskega nadzora dotoka goriva povsem nemogoče!
Poleg naštetega FADEC v batnem motorju zamenja sistem magnetov (odpade vzdrževanje), odpade tudi nadzor ogrevanja vplinjača in vžiga (prvi dotok goriva). In vendar bodo prav široke možnosti uporabe poleg cene v prihodnosti najbrž tisti temeljni problem, zaradi katerega bo FADEC-e zelo težko uporabiti kar v vsakem manjšem letalu. V takih primerih namreč ne gre za enostavne nadgradnje temveč zapletene postopke vgradnje v letala, ki so že certificirana in je zato vanje težavno posegati.
FADEC na potniškem letalu (Airbus A320)
Airbus v družini letal A320 ne glede na dobavitelja motorjev (SNECMA-GE CFM56-5 ali IAE V2500) uporablja enak sistem FADEC, ki je ponazorjen na shematskem prikazu zgoraj.
Glavni del FADEC-a tvori enota za elektronski nadzor motorjev (ECU) ter naslednji podsistemi: hidromehanični regulator pretoka goriva, sistem naprav za vžig in zagon, sistem za protipotisk, sistem za vračanje oz. protitok goriva (angl. fuel recirculation) ter sistem senzorjev na motorjih. FADEC med letenjem kot glavno kategorijo regulira potisk in ne pretoka goriva, ter opravlja naslednje naloge:
1. Zaščita pred prevelikimi obremenitvami - Ta delovna funkcija FADEC-a zagotavlja varovanje motorja pred 'prevrtenjem' oz. prekoračitvijo največjih dovoljenih obratov motorja.
2. Upravljanje moči potiska (angl. power management) - Računalnik glede na položaj obeh ročic za potisk določa oz. ugotavlja, katero kategorijo potiska pilot zahteva: največji potisk za vzlet, največji potisk za potovalno križarjenje ali 'potisk v prostem teku'. V skladu s tem položajem računalnik ve, kakšne so mejne vrednosti delovanja pri teh potiskih (t.i. thrust rating) in potisk temu primerno lahko tudi avtomatsko regulira. Ta sistem je v angleškem žargonu znan kot Auto Throttle System (ATS).
3. Zagon motorjev - Zagon se ponavadi izvaja avtomatsko, možen pa je tudi ročni zagon. FADEC zagon upravlja v naslednjih korakih: odprtje ventila stisnjenega zraka (za zagonsko turbino), vključitev vžiga, odprtje ventila za gorivo in nadzor dotoka goriva. Hkrati FADEC nadzoruje rotacijske hitrosti ventilatorja in visokotlačne turbine (N1 in N2).
4. Upravljanje protipotiska z vsemi podfunkcijami in nadzorom obratov med vklopom protipotiska.
5. Upravljanje protitoka goriva - Del goriva, ki teče skozi hidromehanični regulator pretoka v motor, se uporablja za hlajenje olja v reduktorju. Tako ogreto gorivo zopet potuje v črpalko goriva ali nazaj v rezervoarje. V fazah delovanja motorja, ko 'hladilno' gorivo zajame preveč toplote (nad določeno temperaturno mejo), se mu pred vrnitvijo v rezervoarje primeša hladno gorivo. Tak protitok se ne izvaja v fazah vzletanja ali v izjemnih razmerah, ko ima gorivo temperaturo 50°C ali več.
Podajanje signalov za prikaz na instrumentih - FADEC svoje delovanje pilotom prikazuje na zaslonih v kabini. Prikazuje primarne spremenljivke motorjev (obrati N1 in N2, temperatura izpuha in pretok goriva), stanje zagonskega sistema, sistema za protipotisk in celo njegovo lastno stanje (normalno stanje in prikaz lastnih napak).
Avtor: Tomaž Sitar
APU je angleška kratica besedne zveze auxiliary power unit (ali APU) in v neposrednem prevodu pomeni pomožen ali dodatni vir oz. generator, ki sistemom ter različnim funkcijam na letalu nudi električno energijo. V grobem gre za zagotavljanje energije za funkcije, ki nimajo zveze s pogonom letala.
Najzgodnejša letala generatorjev električne energije niso potrebovala, saj praviloma niso imela vgrajenih naprav, ki bi elektriko potrebovale. To se je spremenilo v dvajsetih letih preteklega stoletja, ko so se na krovih letal pojavile radijske in navigacijske naprave, ki so delovale s pomočjo baterij z neposrednim tokom. Kasneje so baterije zamenjali majhni 28-voltni generatorji. Danes tovrstne električne sisteme najdemo le še na manjših športnih letalih.
S prodorom reaktivnega pogona v civilno letalstvo so letala postala mnogo bolj zapletena – opremljena z mnogimi električnimi napravami (instrumenti in displeji v pilotski kabini ter ostala avionika, el. aktuatorji, komunikacijske naprave, el. oprema v potniškem predelu vključno s sistemi za informiranje in zabavo potnikov, sistemi za osvetljevanje in ogrevanje itn.). Oskrba z neposrednim tokom ter 28-voltni generatorji teh potreb niso mogli več pokriti, zato večje reaktivce še danes opremljajo s sistemi za zagotavljanje izmeničnega toka pri 115 voltih (400 Hz).
Letala so opremljena s številnimi sistemi za proizvodnjo energije (generatorskimi sistemi). Ti se delijo na primarne ter rezervne (backup) sisteme, slednji energijo ključnim sistemom zagotavljajo v ekstremnih primerih odpovedi oz. okvar. Primarno energijo običajno zagotovijo generatorji izmeničnega toka, ki so neposredno vezani na reaktivne pogonske motorje.
Potniška in mnoga bojna letala so praviloma vsa opremljena z APU-ji, o katerih je govora v tem članku. APU ni nič drugega kot dodaten vir energije v obliki miniaturnega reaktivnega motorja oz. plinske turbine, ki lahko proizvede dovolj osnega navora, da z njim zaženeš pogonski reaktivni motor letala. APU nudi električno moč, hidravlični pritisk in delovanje prezračevanja letala tudi v času, ko je letalo na tleh. APU-je so skozi razvoj letal montirali na različna mesta – najbolj običajen pa je še vedno položaj APU-ja v repu letala, kjer je lepo vidna tudi izpušna cev na repni konici.
APU je praviloma vedno v uporabi in primarne sisteme za proizvodnjo energije podpira ter jih zamenja, v kolikor pride do odpovedi. Boeing 727 je leta 1963 postal prvi reaktivec z APU-jem, zaradi katerega je lahko pristajal in vzletal z manjših letališč neodvisno od podpore talnih ekip.
Za redke primere, ko odpove tudi APU, so mnoga letala opremljena z dodatno turbino, ki se odpre iz trupa letala in zavrti pod pritiskom zračnega upora. Tako kot velike vetrnice, znane iz nekaterih držav (npr. Danska, Nemčija), zagotovijo električno energijo v sili za delovanje kritičnih sistemov letala vse do varnega pristanka. Na levi sliki je prikazana veternica, ki je vgrajena na letalo A380. Podobno veternico imajo tudi letala A320.
Poseben primer so APU-ji na ameriškem orbiterju Space Shuttle. Njegovi APU-ji se temeljno razlikujejo od APU-jev na potniških letalih, saj proizvajajo hidravlični pritisk in ne električne energije. Space Shuttle nosi 3 odvečne APU-je, vsi pa delujejo z izgorevanjem posebnega goriva hidrazina. APU-ji Shuttla delujejo le med izstrelitvijo (delovanje kontrolnih površin in nagiba šob motorjev) ter priletom in pristankom (delovanje kontrolnih površin in zavor). Pristanek se v ekstremnem primeru lahko izvede z le enim delujočim APU-jem.
Z razvojom kompozitnih gradiv so se v strojegradnji odprle nove meje. Masa konstrukcij enake nostilnosti se je zmanjšala, hkrati pa je konstrukcija tudi bolj odporna na mehanske in kemične vplive. Kompoziti so gradiva, ki so sestavljena iz vsaj dveh različnih komponent. Osnova kompozitnih gradiv so vlakna (največkrat ogljikova – Carbon fiber composits (CFC)) okrepljena z umetno smolo. Vlakna tvorijo neke vrste mrežo preko katere so obremenitve razporedijo na večjo površino, medtem ko smola predstavlja vezivo. Rezultat je kompozitno gradivo, ki ga v kalupih poljubno oblikujemo. Element zgrajen iz CFC je vsaj 20 % lažji v primerjavi z elementom iz aluminijevih zlitin (za enake obremenitve). Oblikovanje elementov iz kompozitnih gradiv je v primerjavi z oblikovanjem kovinskih elementov precej dražje in zahtevnejše. To težavo so oblikovalci zaobšli z novimi oblikami komponent, ki jih je z kompozitnimi gradivi ceneje doseči in z zmanjševanjem števila komponent potrebnih za določen izdelek. Krilce letala Lockheed L-1011 tristar izdelano iz kompozitnih gradiv je 26 % lažje od originalnega krilca. Krilce originalno sestavljeno iz 398 elementov so preoblikovali tako, da ga danes sestavlja le 205 elementov. Število zakovic je pri tem padlo iz 5253 na 2574.
Elemente iz kompozitnih gradiv so v pretežni meri vgrajevali v tiste dele letala, ki niso bili nosilni oziroma podvrženi velikim obremenitvam. Z razvojem tehnologij in dejanskim spremljanjem stanja kompozitov te danes vgrajujejo tudi na obremenjena mesta.
Letala in helikopterji vsebujejo različne sisteme s katerimi je letenje omogočeno in bolj varno.
Bralce vabimo, da nam pošljete vaše prispevke o sistemih na zračnih plovilih.
Sistemi na letalih
✈ APU - (Auxiliary power unit) - pomožni vir energije
✈ Črna skrinjica
✈ FADEC - Digitalni elektronski sistem nadzora motorjev
✈ Kako leti helikopter
✈ Obračalnik potiska
✈ Telekomunikacijski sistemi v letalstvu
✈ Krmilna ročica (side-stick)
✈ Sistem za nočno letenje NVG
✈ Zavihek krila (winglets)
✈ Zaščita letal pred ledom
✈
✈
Gradiva
Vse omenjeno na prejšnjih straneh bi bilo praktično nemogoče doseči brez ustrezne izbire in uporabe materialov za izdelavo zgradbe sodobnih bojnih letal. Letala so začeli graditi z lesom in površine trupa ter kril prevlekli s platnom in tudi zgradba britanskega reaktivca de Havilland vampirja je lesena! Danes so ti materiali bistveno bolj trdni, pojavljajo se prav eksotične zlitine. Začelo se je seveda z aluminijem in njegovimi zlitinami in še dandanes je med najpogosteje uporabljenimi materiali prav zlitina iz litija in aluminija. Potem so prišle velike nadzvočne hitrosti, celo dvakratne, in potrebna je bila tudi ustrezna trdnost. To je zagotavljalo jeklo, na nekaterih izpostavljenih mestih, kot je sprednji rob kril, pa tudi titan. V zadnjem obdobju se zelo uveljavljajo kompozitni materiali, ki imajo vrsto prednosti. So izjemno trdni (osnova so ogljikova vlakna) in relativno lahki hkrati, radarsko pa nevidni, kar je izredno pomembno. Predvsem so ti novi kompozitni materialu bistveno vplivali na zmanjšanje mase bojnih letal, ki je v primerjavi s tovrstnimi letali izpred dvajsetih let že tudi do 40 odstotkov nižja kot masa zgradb klasičnih konstrukcij.
✈ Konstrukcije in konstrukcijska gradiva
✈