The Six Senses Ontwerpanalyse van een cockpit

Transcriptie

1 Hogeschool van Amsterdam Amsterdamse Hogeschool voor Techniek Opleiding Aviation The Six Senses Ontwerpanalyse van een cockpit Groep 2A1K Martijn Hoogland Panagiotis Itzes Mark Jongejan Afshin Mohammadi Wouter Sauer Anne-Sophie Schicketanz

2 Amsterdam, 6 december-2006

3 Samenvatting In het projectverslag wordt een uniforme cockpit ontworpen voor een Airbus A380 toestel die voldoet aan de eisen van de opdrachtgever, Amstwerdam Leeuwenburg Airlines, en aan de luchtvaartwetgeving. Men concentreert zich voornamelijk op het Basic-sixsysteem. Er zijn twee soorten Basic-sixinstrumenten, de drukinstrumenten én de gyroscopische instrumenten. Van de drukinstrumenten geeft de hoogtemeter de hoogte aan waarop het luchtvaartuig zich bevindt. De weergave van hoogte ontstaat door het opnemen en meten van de statische druk met behulp van een statische poort. Het signaal zal dan via een air data computer aan de hoogtemeter doorgegeven worden. De hoogte wordt door het krimpen of uitzetten van de membraandoos en door middel van een mechanisch stelsel, aan de meter doorgegeven. De weergave van de hoogte is in voet. Het tweede drukinstrument, de verticale snelheidsmeter, werkt volgens het zelfde principe en wordt aangegeven in 100 voet/minuut. De snelheidsmeter meet het verschil tussen totale en statische druk, in de meeste gavallen opgenomen door de pitot- statische buis. De weergave is in knopen. Bij de gyroscopische instrumenten hoort het gyrokompas, welke de koers van het vliegtuig aangeeft; de kunstmatige horizon welke de houding van het vliegtuig ten opzichte van de horizon weergeeft en de bochtaanwijzer, welke de graad van de bocht en de overhelling aangeeft. Alle drie gyroscopische instrumenten werken volgens precessie en standvastigheid, de standaardeigenschappen van een gyroscoop. Het ontwerp moet voldoen aan de wettelijk vaste eisen, zoals plaatsing, afwijkingen en zichtbaarheid van de instrumenten. Ook aan de variabele eisen van de opdrachtgever zoals uniformiteit, veiligheid en een bepaald budget zal moeten worden voldaan. De vastgestelde functies van het cockpit systeem zijn: drukopname, transporteren van druk, omzetten in een elektrisch signaal, verwerken en corrigeren, versterken, nogmaals transporteren, omzetten naar grafisch signaal en uiteindelijk weergeven. Dit is de basis voor het Air data systeem. Uit het functieonderzoek ontstaat het morfologisch overzicht welke de verschillende mogelijkheden van deelsystemen weergeeft. Hieruit worden drie verschillende systemen gekozen; het mechanische systeem, het digitale systeem en het analoge systeem. Door een voor- en nadelen onderzoek van elk systeem te verrichten, kan het systeem, wat het meest aan de wettelijke eisen en de eisen van de opdrachtgever voldoet uitgekozen worden. In dit geval is dat het gedigitaliseerde systeem, omdat deze technisch en economisch gezien het voordeligst uitpakt. Vervolgens wordt het systeem in het cockpit ingebouwd. De pitot- statische buizen, in totaal drie,worden vooraan bij de neus aan de romp aan de buitenkant van het vliegtuig bevestigt; één voor de piloot aan de linker kant en één voor de copiloot aan de rechter kant. De derde pitotbuis is nodig voor de backupinstrumenten. De in totaal vijf statische poorten, waarvan er drie voor de piloten zijn gereserveerd én twee voor de backupinstrumenten, worden afgezien van de geïntegreerde pitot- statische poorten op het breedste punt van de romp ingebouw. Om de druk om te zetten in een elektrisch signaal zijn de drie air data computers nodig, welke verbonden zijn met de hoogtemeter, de verticale snelheidsmeter en de snelheidsmeter. De elektrische signalen worden via een ARINC databus, een dik kabel, verder getransporteerd naar de Basic-sixinstrumenten, welke op een LCD af te lezen zijn. De backup instrumenten worden op analoge meters weergegeven, bestaande uit de hoogtemeter, de snelheidsmeter, het

4 gyrokompas en de kunstmatige horizon. De backup instrumenten worden evenals de standaard Basic six, tweemaal geplaatst. Nadat de aspecten onderhoud, veiligheid en financiële haalbaarheid van de nieuwe cockpit nogmaals zijn gecontrolleerd, kan het project daadwerkelijk gerealiseerd worden.

5 Summary In the report of the project, a uniform cockpit is designed for an Airbus A320 aircraft which complies with aeronautical regulations and the desires of the client, Amstwerdam Leeuwenburg Airlines. A group of six people concentrates on the Basic six system. The Basic six instruments are split up in two groups, pressure- and gyroscopic instruments. From the pressure instruments the altimeter measures the altitude on which the airplane is. The static pressure which determines the indicated altitude is originated from a static vent, located at the outside of the aircraft. The recorded static pressure is transported to an Air data computer who translate the raw data into a signal that can be used for an altimeter. Another way to translate static pressure into an altitude shown on measuring device is to transport the recorded pressure to a membrane-capsule which grows if the airplane climbs and detracts if the airplane declines. This principle can be used to move a pointer across a display. Altitudes are given by feet. The second pressure instrument is the vertical speed indicator which works on the same principal as an altimeter and where the translation of the vertical speed, down or upwards, is given in hundred feet per minute. The airspeed indicator shows the actual airspeed approximately. The realization of its data can be found to subtract the static pressure from the total pressure, which is recorded by a pitot probe. This probe is also located at the outside of an aircraft. The gyroscopic instruments are subdivided to the heading indicator, which indicated the course of the airplane, the artificial horizon or attitude indicator which indicates the attitude of the airplane regarding to the horizon and the turn and bank indicator which shows the rate of turn and bank of the airplane. These instruments work by precession and rigidity, the standard characteristics of a gyroscope. The design of the Basic six instruments have to comply with the aeronautical regulations, like placement, deviations and visibility of the instruments. But also the desires of the client, like uniformity, safety and low costs are aspects to reckon with. The identified functions of the Air data system are: recording pressure, transportation, transition to a useful signal, processing and correction of that signal, reinforcement of that signal, transportation, an finally the conversion of a signal into pictures and that can be shown on a LCD display. This research forms the basis of the project. From the research to all functions a morphological diagram is made which shows all possible structures and its mutual connection. Based on this, the team can select three kinds of systems; a mechanical system, a digital system and an analogous system. By examining the benefits and disadvantages of every system, the system which most fulfils the regulations of the law and client is finally chosen. With an eye on the future, the digital system is finally chosen. It is technically and economically the best system of the three. Finally the system can be installed into the cockpit. The pressure will be recorded by digital pitot- static probes and separated static vents. The digital pitot- static probes, total three, are installed in front of the aircraft nearby the nose. One for the co-pilot and one for captain. The third one is for backup meanings. The static vents, four pieces totally, are installed at the widest point of the rump. Two for each pilot, other Air data applications and correction networks. To translate the pressure into an electrical signal there are three air data computers in the airplane, which are connected with the altimeter, vertical speed indicator and the airspeed indicator. The electrical signals are transported via an ARINC 629 data bus where data can be

6 programmed on in groups by marking it. The data bus is connected to all Air data systems so the suitable data groups can be picked-up by any instrument. The back-up instruments are: the altimeter, heading indicator, attitude indicator and the speed indicator which are analogically displayed and labeled as the Basic-T. The primary LCD displays on which the Basic six are shown are installed for each pilot. The back-up instruments also installed for each pilot, in the middle and between the two pilots. After checking the maintenance, security and the financial aspects of the new designed cockpit whereby all aspects are approved, the project can be realized.

7 Inleiding De luchtvaartindustrie is nog altijd groeiende, zeker als men kijkt naar nieuwe technologische vindingen en verbeteringen. Vliegtuigen worden groter, sneller, zwaarder wat met zich mee brengt dat de besturing van een dergelijk luchtvaartuig ook geavanceerder wordt. Vliegers moeten er daarom van op aan kunnen dat de achterliggende techniek van de besturing ook verder ontwikkeld aangepast is. Zo is één van de onderdelen waarin technische aanpassingen worden gedaan de cockpit van een vliegtuig. Hierin bevinden zich alle instrumenten waarmee een vluchtuitvoering gerealiseerd kan worden. Aangezien er vele soorten en maten vliegtuigen zijn is het belangrijk dat een verkeersvlieger zonder problemen en of langdurige bijscholing van het ene naar het andere toestel kan overstappen. Dit projectverslag beschrijft de ontwerpanalyse van een glass cockpit voor een modern verkeersvliegtuig toegespitst op de Basic six. De opdracht voor dit project is gegeven door vliegmaatschappij Amsterdam Leeuwenburg Airlines waarbij de volledige Airbus A320 vloot onder handen genomen zal worden. Het project wordt uitgevoerd door ontwerpteam 2A1K, propedeusestudenten Aviation van de Hogeschool van Amsterdam. De Basic six hebben als functie om gegevens die primair van belang zijn voor een vluchtuitvoering weer te geven aan het vliegend personeel. Deze gegevens die in en om het vliegtuig gemeten en vervolgens verwerkt worden splitsen zich in twee soorten systemen. Om reden van veiligheid zal er bij het plaatsen van de instrumenten moeten worden gelet op luchtvaartwetten van het land waarin het luchtvaartuig zal worden gekeurd. Maar ook het Europese agentschap EASA houdt zich bezig met certificering van luchtvaartuigen en stelt tevens eisen aan het ontwerp. Om dieper in te gaan op één specifiek systeem zal een functieonderzoek het traject van metingen buiten het vliegtuig tot de uiteindelijke weergave van de verkregen gegevens de beschrijven. (1) Met behulp van het Morfologisch overzicht worden de deelsystemen binnen één systeem verbonden tot een goed functionerend geheel waarbij de gekozen ontwerpstructuur het resultaat zal zijn van een voor- en nadelen onderzoek. (2) Uiteindelijk zal met de vergaarde kennis een cockpit worden ontworpen in visuele zin, waarbij ook moet worden gedacht aan de haalbaarheid van het ontwerp in financiële en technische zin. Ook moet het ontwerp veilig en onderhoudsvriendelijk zijn, zodat uiteindelijk een weloverwogen en verantwoord resultaat zal ontstaan, geschikt voor de A320 vloot van Amsterdam Leeuwenburg Airlines. (3) De hoofdbronnen voor dit project zijn: Pallet (1992) voor het onderzoek naar de Basix six instrumenten en het ontwerpen hiervan; Siers (2004) voor het morfologisch overzicht en voor het uiteindelijke ontwerp werd vooral gebruikt gemaakt van diverse Boeing en Airbus manuals. Voor de verslagtechniek is gebruik gemaakt van het dictaat Wentzel (2006). Zie voor verdere bronnen de literatuurlijst (p. 38). Omdat veel wordt gewerkt met engelse (vaktechnische)termen zal een termenlijst worden bijgehouden (p. 40). De termen zijn met een asterisk aangegeven. Belangrijke bijlagen zijn: de projectopdracht (I), het piramidemodel (II) en het eisentabel (IV). Ook technische illustraties waarnaar wordt verwezen in tekst, en een vluchtuitvoering zijn in de bijlagen terug te vinden. Uiteindelijk volgt een procesverslag waarin een korte samenvatting het groepsproces beschrijft.

8 1 Basic Six Systeem Het Basic-sixsysteem bestaat uit de zes basis-vlieginstrumenten die in elke cockpit aanwezig moeten zijn zodat een vluchtuitvoering gerealiseerd kan worden. Deze instrumenten worden onderverdeeld in twee groepen: de drukinstrumenten (1.1) en de gyroscopische instrumenten. (1.2) Bij het ontwerpen, inrichten en plaatsen van de basic six instrumenten wordt gelet op de eisen die de opdrachtgever stelt en op de wettelijke voorschriften die van toepassing zijn. (1.3) Uiteindelijk zal in het functieonderzoek onderzocht worden hoe de deelsystemen onderling communiceren. (1.4) Met het functieonderzoek is het basis van het ontwerp gelegd. (1.5) De meest belangrijke bron voor het project komt van E.H.J Pallett (1992). 1.1 Drukinstrumenten Omdat een vliegtuig niet gebruik kan maken van vaste of vloeibare stoffen als asfalt of water om bepaalde waarden te meten zal het de benodigde metingen uit de omringende lucht moeten halen. Dit gebeurt met behulp van de drukinstrumenten. Met drukinstrumenten wordt bedoeld de instrumenten die zorgen voor het meten van druk rondom het vliegtuig (1.1.1). De vlieginstrumenten die door deze drukmetingen worden aangestuurd zijn de hoogtemeter (1.1.2), de verticale snelheidsmeter (1.1.3) en de snelheidsmeter (1.1.4) Theorie drukinstrumenten Om het pitot- statische systeem en de daarbij horende instrumenten te kunnen doorgronden, is een zekere kennis van de atmosfeer en de verschillende lagen waaruit deze is opgebouwd vereist (1.1.1.a). Een ander belangrijk aspect voor de luchtvaart is het verschil in soorten druk binnen de atmosfeer (1.1.1.b) a Atmosfeer De atmosfeer is verdeeld in vier concentrische lagen waarvan alleen de troposfeer en een klein deel van de stratosfeer van toepassing zijn voor de burgerluchtvaart. De samenstelling van de atmosfeer verschilt per laag en heeft invloed op de gedraging van luchtvaartuigen. Omdat de samenstelling van de atmosfeer niet overal hetzelfde is, maar de luchtvaart zich aan vaste waarden moet houden ter voorkoming van conflicten tussen luchtvaartuigen, zijn de gemiddelde waarden van de atmosfeer vastgelegd in de Internationale Standaard Atmosfeer*. 1. Samenstelling atmosfeer 2. Internationale Standaard Atmosfeer (ISA) ad 1 Samenstelling atmosfeer De atmosferische gedraging verandert sterk naarmate men hoger komt. Zo is in Figuur 1.1 de dalende temperatuur (rode lijn) weergegeven. In de troposfeer (1) op zeeniveau, Mean Sea Level (MSL), is deze gemiddeld 15 C en neemt geleidelijk af tot zo n -55 C in de tropopauze (2) waarna deze in de stratosfeer (3) op zo n 20km hoogte weer zal gaan stijgen. Ook de

9 luchtdichtheid en druk nemen af naarmate men hoger komt. Deze twee gegevens zijn niet verwerkt in Figuur 1.1 maar staan wel in de uitgebreide figuur in bijlage IIIA. Troposfeer Tropopauze Stratosfeer Temperatuur Fig. 1.1, Gedeelte van de atmosfeer van toepassing op burgerluchtvaart ad 2 Internationale Standaard Atmosfeer (ISA) Om op een willekeurige hoogte de juiste waarden te meten met behulp van de drukinstrumenten zal men moeten weten hoe de atmosfeer zich op de betreffende hoogte gedraagt, zodat de instrumenten de juiste informatie doorgeven aan de daadwerkelijke meters in de cockpit. Gegeven is dat luchtdichtheid en temperatuur afnemen met toenemende hoogte. Dit zijn twee factoren die de prestaties van een vliegtuig bepalen. Omdat de gedraging van de atmosfeer van belang is voor de luchtvaart is er een internationaal vastgestelde standaardatmosfeer, ISA afgesproken. Deze vastgelegde waarden staan in een zogeheten ISA tabel (zie bijlage IIIB). Belangrijk is het feit dat deze waarden overal ter wereld gelden maar de atmosfeer niet overal hetzelfde is. De ISA gegevens zijn daarom dus niet waarheidsgetrouw maar wél betrouwbaar. Ze zijn daarom ook gelijkgesteld met de instrumenten in een vliegtuig. Door deze afspraak kan het vliegverkeer veilig van luchthaven naar luchtgaven worden geleid zonder dat er misverstanden ontstaan over verschillende vlieghoogten. In dit ISA tabel staan waarden die horen bij bepaalde hoogtes, uitgedrukt in temperatuur, druk, dichtheid, de geluidssnelheid en de viscositeit b. Soorten druk Luchtdruk wordt net zoals alle soorten druk beschreven als een hoeveelheid energie per volume eenheid. Maar binnen het principe luchtdruk wordt onderscheid gemaakt in verschillende soorten luchtdruk. De verschillende soorten druk, van toepassing op metingen betreffende hoogte, snelheid en verticale snelheid scheiden zich in statische druk (Ps), totale druk (Pt) en dynamische druk (q). Statische druk is de druk van de ongestoorde lucht waarbij er geen sprake is van invloeden van omringende lucht. De snelheid van de lucht mag dus niet worden verstoord wat het meten bemoeilijkt als een luchtvaartuig zich met grote snelheid door het luchtruim beweegt. De statische druk wordt gebruikt bij het bepalen van hoogte, snelheid en verticale snelheid. De totale druk vertegenwoordigt de luchtstroom haaks op het luchtvaartuig en wordt uitgedrukt in totale energie per volume eenheid. De dynamische druk is het verschil tussen totale en statische druk, wat maakt dat de totale druk de som is van de statische en de dynamische druk. Het vertegenwoordigt de luchtsnelheid.

10 Hogeschool van Amsterdam Amsterdamse Hogeschool voor Techniek Opleiding Aviation Projectgroep 2A1K c. Drukmeting Het meten van druk gebeurt doormiddel van twee soorten instrumenten een voor statische druk en een voor totale druk - die aan de buitenkant van het luchtvaartuig geplaatst zijn. 1. Theorie instrumenten 2. Statische poort 3. Pitotbuis. ad 1 Theorie Instrumenten Omdat de pitotbuis de totale druk meet moet deze in de luchtstroom worden geplaatst. De luchtsnelheid komt voort uit het verschil tussen totale en statische druk waardoor de uitgang van de pitotbuis verbonden is met een manometer die anderzijds ook in verbinding staat met de statische druk. Om het verschil in druk te kunnen meten wordt gebruik gemaakt van de wet van Bernoulli(1-2). Deze wet is niets anders dan de wet van behoud van energie en kan alleen worden toegepast wanneer de luchtstroom incompressibel, niet-visceus, stationair en adiabatisch is. Wiskundig ziet de wet er als volgt uit: P 1 ρ v 2 const. 1 Of tussen 1 P 1 ρ 1 v 2 twee 1 2 P 2 ρ v Een manometer berekent aan de hand van de twee verschillende drukken de dynamische druk q (in Pa) van de ongestoorde stroming met bijhorende formule q = ½ v² waarbij (rho) tot uitdrukking komt in = kg/m³. Hierop volgt de formule om de vliegsnelheid in m/s te bepalen (3). 3 2 q v ρ Hieruit kan worden geconcludeerd dat deze formule betrekking heeft op alleen een indicatie van de vliegsnelheid aangezien rho een variabele waarde heeft naarmate men stijgt of daalt. Een snelheidsmeter werkt met een standaard ingestelde rho waardoor de weergegeven snelheid flink kan verschillen van de ware vliegsnelheid. ad 2 Statische poort Omdat de statische druk geen invloed mag ondervinden van omringende lucht zal deze gemeten moeten worden in een, zoveel mogelijk, afgesloten ruimte. De statische opening is daarom meestal voorzien voor nog kleinere ronde gaatjes, en zo gepositioneerd aan de buitenkant van het vliegtuig dat het zo min mogelijk last heeft van indringbare luchtstromen. Om een zo precies mogelijke meting te kunnen uitvoeren zijn er altijd meerdere statische poorten aanwezig. ad 3 Pitotbuis De pitotbuis (Fig 1.2) heeft ter inlaat, aan de voorkant een kleine opening welke de luchtstroom in de pitotbuis laat komen en is daarom geplaatst op het stuwpunt van een luchtvaartuig vlakbij de neus. De hartlijn loopt evenwijdig aan de omringende

11 Fig. 1.3, Schematische weergave Hoogtemeter parallelstroming van lucht waardoor de stroomlijnen in de pitotbuis gelijk zijn aan die erbuiten. Warmte-element Statische poort Aansluiting Pitotbuis Aansluiting Statische poort Kabel warmte-element Extern Afvoerkanaal Afvoerkanaal pitotbuis Fig 1.2, Schematische weergave pitotbuis Om de pitotbuis te beschermen tegen vrieskou zodat de ingang niet verstopt kan raken met bevroren water zijn er warmte-elementen aan de binnenkant van de buis aangebracht (1). Deze zijn doormiddel van een elektriciteitskabel verbonden met de aansturing van het warmteelement (5). De statische poort, in dit geval geïntegreerd in de pitotbuis, bevindt zich aan de bovenzijde(2), en is doormiddel van een dunne buis verbonden met de aansluiting voor statische druk op het luchtvaartuig (3). Ook de pitotbuis zelf is aangesloten met een dunne leiding op het luchtvaartuig (4). Om het water dat via de voorinlaat of via de statische poort naar binnen komt is aan de onderkant een extern afvoerkanaal geplaatst (6). Ook de pitotbuis zelf heeft een intern afvoerkanaal (7) die in verbinding staat met het externe afvoerkanaal. Een andere manier om vliegsnelheden te bepalen is doormiddel van een venturibuis, maar omdat deze niet werkt bij hoge snelheden zal dit instrument voorlopig buiten beschouwing worden gelaten Hoogtemeter

12 De hoogtemeter is een instrument welke met behulp van drukverschillen ten opzichte van de atmosfeer reageert (1.1.2 a), en deze veranderingen in hoogteaanduiding weergeeft (1.1.2 b). De hoogtemeterinstellingen moeten zo nu en dan door het vliegend personeel veranderd worden, omdat de atmosferische druk en temperatuur steeds veranderen. Fouten in de weergave van de hoogte zouden kunnen ontstaan, als deze niet gecorrigeerd zouden worden (1.1.2 c) a Werking De hoogtemeter (Fig 1.3) geeft de hoogte van het vliegtuig weer, welke door drukverschillen van lucht op verschillende hoogtes gemeten worden. Statische druk, gemeten door de statische poort (1), wordt naar de membraandozen (2) gevoerd. Als het vliegtuig stijgt, zetten de membraandozen uit en als het vliegtuig daalt dan krimpen deze. De beweging van de membraandozen wordt via een kalibratie-arm (3) naar het tandwielmechanisme (4) geleid. Deze heeft de functie om door te geven aan het wijzersysteem of het vliegtuig daalt of stijgt. De informatie wordt verder via de kalibratie-arm naar de 1000 ft. Cilinder (5) overgebracht. De cilinder meet de druk in elke 1000 ft.. De barometrische tellers (6) meten de druk die de cilinder doorgeeft. Deze leiden de gegevens via een spiraalwiel (7) verder naar de wijzerplaat (8) die de gemeten gegevens in hoogte-eenheden aangeeft. De wijzer (9) geeft uiteindelijk de desbetreffende hoogte aan waarop het vliegtuig zich bevindt. Hoe ver de wijzer moet uitslaan wordt gegeven door de informatie van de cilinders die via de kalibratie-arm aan de wijzer is verbonden. De barometrische instelknop (10) dient voor de hoogtemeter instelling b Weergave De schaal van de hoogtemeter (Fig. 1.5) is in stappen van 10 ft. onderverdeelt. De hoogte wordt door 3 wijzers aangegeven: De grote lange wijzer wijst de 10 en 100 ft. Afstanden aan en de kleine dikke wijzer wijst de 100 en 1000 ft. Afstanden aan. Voor Hoogtemeters boven de ft. is er nog een derde wijzer die elke ft. aangeeft. Hoogtemeters zijn naar de internationale standaard atmosfeer geijkt. De gevormde druk- en de daarbij horende hoogteeenheden zijn vaste maten, en er bestaat een vaste toewijzing tussen de gemeten druk en de hoogteaanwijzing. Omdat een drukverloop bijna nooit van toepassing is op de actuele atmosfeer, net als in de standaardatmosfeer, zou elke afwijking van de standaarddruk een foutieve aangave kunnen weergeven. Om dit te vermijden heeft de hoogtemeter een correctieinrichting. Via een instelknop is het mogelijk de actuele luchtdrukwaarde gelijk te stellen met de correctieschaal van de hoogtemeter, waardoor de hoogtemater zich zal aanpassen om zo de meest juiste hoogte aan te duiden. Fig. 1.5, Analoge weergave hoogtemeter

13 1.1.2.c Instellen Hoogtemeter Er zijn drie instellingen van de Hoogtemeter internationaal afgesproken, om te voorkomen dat er misverstanden over vlieghoogten tussen verschillende luchtvaartuigen en de luchtverkeersleiding ontstaan. Deze instellingen onderscheiden zich in: luchtdruk boven het zeeniveau, luchtdruk op de luchthaven en de druk boven de overgangslaag ofwel transition altitude*. QNH Als de altimeter met QNH ingesteld wordt, dan berekend de hoogtemeter de hoogte vanaf het zeeniveau. QFE Als op de hoogtemeter QFE ingesteld wordt, dan berekend de hoogtemeter de luchtdruk op het vliegveld. QNE Bij de QNE of Standard AltimeterSetting (SAS), wordt de barometrische druk op mb (milibars) of in Hg (Amerikaanse systeem in inch per Hectogram) gezet. Deze instelling wordt gebruikt bij standaard (weers)- omstandigheden, bij luchthavens op zeeniveau en bij hoogtes boven de overgangslaag. Het gebruik van de hoogtemeter gaat gepaard met de drie engelse woorden height, altitude en elevation. De Nederlandse vertaling is van height en altitude is hoogte, en elevation kan worden vertaald als verhoging. True Altitude of ware hoogte is de verticale afstand van een punt of object in de lucht tot het zeeniveau. Dus de hoogtemeter geeft de ware hoogte aan als QNH ingesteld is. Elevation of verhoging is de verticale afstand van het zeeniveau tot een vast punt boven of onder het zeeniveau. Als de hoogtemeter QFE is ingesteld wordt de ware hoogte minus de verhoging aangegeven. Height, of eigenlijk de aangegeven hoogte, wordt beschouwd als de hoogte gerefereerd aan de hoogte die op een specifiek gegeven werd gebaseerd zoals een verhoogde luchthaven. Een afbeelding waarin de verschillen tussen hoogtemeterinstellingen en de daarbij horende vlieghoogtes wordt uitgelegd staat in bijlage IIIC Verticale snelheidsmeter De verticale snelheidsmeter (ook wel vertical speed indicator (VSI)*, of vertical velocity indicator (VVI)* genoemd) is een instrument dat wordt gebruikt om de vlieger te informeren

14 over de snelheid waarmee het vliegtuig stijgt of daalt. Deze meter werkt aan de hand van drukverschillen (1.1.3.a) en de weergave wordt, afhangende van het type 1. Opening vliegtuig statische en druk in welk land er gevlogen wordt, gegeven in knopen, voet per minuut of meters 2. per Capillar-buis seconde(1.1.3.b). 3. Membraandoos Buiten de standaard meter bestaat ook de IVSI*; een verbeterde versie van de VSI (1.1.3.c) a Werking 4. Beweegbare armen 5. Tandwielen Met een VSI (Fig.1.6) wordt de statische druk gemeten doormiddel van de Statische poort. De lucht die via de statische ingang (1) binnenkomt, wordt door middel van een capillair* buis (2), wat ongeveer even dik is als een haartje, verder geleid naar de membraandoos (3). De capillair buis zorgt ervoor dat er een vertragingsproces plaatsvindt voor de verandering van de druk. Zo kan de druk niet gelijk veranderen, maar geleidelijk, zodat de meting nauwkeuriger wordt. Door het drukverschil kan de membraandoos die aangesloten is op het capillaire buisje uitzetten of inkrimpen. Als een vliegtuig horizontaal vliegt, verandert de statische druk niet, waardoor de druk in het membraan gelijk blijft aan de buitenkant van het membraan. Er is geen uitslag, dus de meter blijft op nul staan (Level Flight*). Door een stijging of een daling zal de druk veranderen. Er komt geen verandering in de druk rond het membraan. Als gevolg hiervan zal de membraandoos ingedrukt worden. Bij een daling gebeurt het omgekeerde van dit proces. De druk in het membraan neemt toe en even later neemt de druk rond het membraan pas toe. De hoeveelheid kracht die op de membraandoos uitgeoefend wordt, hangt af van de snelheid waar mee een vliegtuig stijgt of daalt. Om dit verschil op het meetinstrument te kunnen weergeven, is de membraandoos via twee beweegbare armen (4) en een paar tandwielen (5) op de wijzer van het meetinstrument aangesloten. Hierdoor wordt een meting zichtbaar op het wijzersysteem. Fig 1.6, Schematische weergave VSI b Weergave

15 Het meetinstrument (Fig. 1.7) kan in een logaritmische of lineaire schaal verdeeld worden. Er wordt meestal van de logaritmische schaalverdeling gebruik gemaakt, omdat tussen de waarde nul en hogere en lagere waarden meer ruimte bevindt, waardoor de vlieger makkelijker een verandering op het meetinstrument ziet c Werking IVSI De Instantaneous Vertical Speed Indicator (IVSI) is een verbeterde versie van de VSI. Als een vliegtuig op grote hoogte vliegt, is het druk verandering minder snel in het capillaire buisje. Dit instrument werkt ongeveer hetzelfde als een VSI, maar er is een zuigertje en een bijbehorend zuigerhuis gemaakt. Deze zijn aangesloten op het capillaire buisje. Als gevolg 1. Wijzer (staat 0, dus level flight) van een stijging zal het zuigertje achter blijven 2. ten Schaalverdeling opzichte ter aangeving van het van zuigerhuis. stijgen Dit zorgt ervoor dat er wat extra lucht in het reservoir 3. gepompt Schaalverdeling wordt. ter aangeving Zo van ontstaat dalen er direct een 4. Eenheid weergave verticale snelheid drukverschil. Bij een VSI zal dit wat langer duren. Als de versnelling weer verdwenen is en het vliegtuig met een vaste snelheid klimt zal het zuigertje weer in de middenpositie terug keren. Dus hiervoor wordt van massatraagheid gebruik gemaakt om de trage aanwijzing te compenseren Snelheidsmeter Fig 1.7, Verticale snelheidsmeter met lineaire schaalverdeling De snelheidsmeter heeft als voornaamste taak om de vliegers informatie te verschaffen over de gedraging van het vliegtuig. Het werkingsprincipe van de snelheidsmeter berust op het meten van de ongestoorde luchtstroom langs een vliegtuig (1.1.4.a), waarbij de gemeten snelheid wordt weergegeven met behulp van een wijzer en een wijzerplaat (1.1.4.b). Door de weerstand in het meetsysteem en de natuurlijke omstandigheden kunnen fouten in de aflezing ontstaan die al dan niet gecorrigeerd moeten worden (1.1.4.c) a Werking De snelheidsmeter (Fig 1.8) meet het verschil tussen de ongestoorde luchtstroom (1) en de statische druk. De ongestoorde luchtstroom, ofwel de totale druk, wordt gemeten met behulp van een pitotbuis (2), de statische druk met behulp van de statische druk opening(en) (3). De statische druk wordt aangesloten op het instrumenthuis (4) zodat in het instrument altijd dezelfde druk heerst als buiten het vliegtuig. De totale druk wordt aangesloten op een membraandoos (5). Als de vliegsnelheid hoger wordt, wordt het verschil tussen de totale druk en de statische druk groter, en zal de membraandoos uitzetten. Bij langzamer vliegen gebeurt

16 dit uiteraard net andersom. Op deze manier meet het instrument dus het verschil tussen de statische druk en de totale druk. Ongestoorde luchtstroom Pitotbuis Statische poort Instrumentenhuis Membraandoos Overbrengmechanisme Wijzer Wijzerplaat Fig. 1.8, Schematische weergave snelheidsmeter Er is echter nog een probleem want voor de totale druk geldt formule (1). Om de snelheid te weten te komen moet men de statische druk van de totale druk aftrekken. Dat gebeurt in het instrument. Maar dan moet de uitkomst daarvan nog worden gedeeld door de luchtdichtheid ( ), en die verandert bij hoogteverschil, en met weersomstandigheden. De snelheidsmeter werkt daarom met een standaardwaarde voor de luchtdichtheid. Hiervoor zijn internationale afspraken gemaakt. De beweging van de membraandoos wordt met behulp van een overbrengingsmechanisme (6) op een wijzer overgebracht, (7) die langs een wijzerplaat (8) beweegt waarop een schaalverdeling is aangebracht. P totaal P statisch P 1 dynamisch 1 P totaal P statisch ρ v 2 2 v P totaal P statisch 1 2 ρ b Weergave Op de snelheidsmeter (Fig 1.9) leest men de aangegeven luchtsnelheid, ofwel Indicated Airspeed (IAS) af. Deze is van belang voor hoe het vliegtuig zich gedraagt, en wordt weergegeven via een wijzer (1) en een wijzerplaat. Op de wijzerplaat is een schaalverdeling (2) aangebracht, die in de luchtsport meestal in km/h is, in de commerciële luchtvaart zijn knopen (kts) gebruikelijk. Daarnaast zijn er nog enkele kleuren op het instrument aangebracht, zodat de vlieger nog meer informatie op het instrument kan aflezen. Voor alle snelheden binnen het witte gebied (3) geldt dat er flaps* en speedbrakes* mogen worden gebruikt, tot aan de rand van het gebied, de Flaps Extended speed (V FE )ofwel de maximum snelheid met uitstaande flaps. Het groene gebied (4) geeft aan welke snelheden veilig zijn onder elke omstandigheid. Het begin van deze lijn wordt de Stall speed (V S ) ofwel overtreksnelheid genoemd. Het gele gebied (5) betreft snelheden die niet gevlogen mogen worden bij onstuimig weer, en waarbij geen maximale roeruitslagen gegeven mogen worden om overbelasting van het vliegtuig te voorkomen. De rode streep (6) geeft de Never Exceed speed (V NE ) aan, de snelheid die niet overschreden mag worden.

17 Wijzer Schaalverdeling Wit gebied Groen gebied Geel gebied Rode streep Fig 1.9, Klokweergave snelheidsmeter c Afwijkingen Omdat de snelheid wordt berekend aan de hand van een standaard ingestelde waarde voor luchtdichtheid, en omdat de lucht bij hoge snelheden samendrukbaar is, ontstaat er een verschil tussen aangegeven en ware snelheid, waarbij de aangegeven snelheid altijd lager is dan de werkelijke snelheid. Maar ook positiefouten, waarbij een verkeerde plaatsing van de drukopeningen kunnen zorgen voor een verkeerde snelheidsweergave. Om van de aangegeven snelheid ofwel indicated airspeed (IAS) tot de ware snelheid, True Airspeed (TAS) te komen zijn een drietal stappen voorgeschreven. Calibrated Airspeed (CAS). Allereerst zullen de fouten ontstaan door eventuele positiefouten moeten worden gecorrigeerd. Omdat een luchtvaartuig meerdere pitotstatische poorten heeft aan beide zijden, zal aan de ene kant een overdruk ontstaan en aan de andere kant een onderdruk. Al deze poorten zijn doormiddel van een electrisch netwerk met elkaar verbonden waardoor meetfouten elkaar opheffen. Equivalent Airspeed (EAS). Door vervolgens de gekalibreerde snelheid (CAS) te corrigeren voor de samendrukbaarheid van de lucht blijft de Equivalente luchtsnelheid over. True Airspeed (TAS). De laatste stap op weg naar de ware luchtsnelheid is door de Equivalente luchtsnelheid te corrigeren met de luchtdichtheid en de temperatuur van de lucht op bepaalde hoogten. De ware luchtsnelheid blijft uiteindelijk over.

18 1.2 Gyroscopische instrumenten Voor een vlieger zijn navigatie en coördinatie belangrijke aspecten, waarbij de gyroscoop wordt toegepast op de betreffende instrumenten (1.2.1). De gyroscoop wordt gebruikt in drie instrumenten van het Basic-sixsysteem. De drie instrumenten die gebruik maken van een gyroscoop zijn de Gyrokompas (1.2.2), de Kunsmatig horizon (1.2.3) en de Bocht- en overhelaanwijzer (1.2.4) Theorie gyroscoop Om de instrumenten waarbij gebruik wordt gemaakt van een gyroscoop te kunnen interpreteren is een zekere kennis van de theoretische werking vereist (1.2.1.a). Daarbij komen de specifieke eigenschappen van een gyroscoop, die van invloed zijn op de verschillende toepassingen en daarbij kunnen helpen, aan bod (1.2.1.b). Desalniettemin zullen gyroscopen altijd te maken hebben met afwijkingen (1.2.1.c) a Werking gyroscoop Een gyroscoop (Fig. 1.10) is een snel draaiende massa om een as waardoor het ook als tol kan worden gezien (4). Een gyroscoop kan draaien om drie onafhankelijke assen; de tol as (1), de horizontale as (2) en de verticale as (3). Dit wordt een vol-cardanisch opgehangen gyroscoop genoemd, waardoor de tol vrij kan bewegen om de drie assen: x as, y as en de z as. Er zijn ook gyroscopen met alléén een verticale as en gyroscopen met een horizontale as. Bij deze vormen kan de gyroscoop over twee assen bewegen en heeft dus ook een bewegingsrichting Tol as 2. Horizon tale as 3. Verticale as 4. Sneldraaiende tol 1 Fig. 1.10, Schematische weergave gyroscoop b Eigenschappen gyroscoop Er zijn twee eigenschappen die bij een gyroscoop optreden; dat zijn standvastigheid en precessie. Deze eigenschappen worden voor elk type instrument zo gebruikt dat het ten goede komt aan de functionaliteit van het desbetreffende instrument. Standvastigheid

19 Standvastigheid is als de gyroscoop naar een positie blijft wijzen in de ruimte en deze niet meer zal veranderen. Maar de gyroscoop zal wel moeten bijgesteld worden aan de draaiing van de aarde. Precessie Precessie is dat een kracht die wordt uitgeoefend op een draaiende gyroscoop en dan komt die kracht pas tot uitdrukking nadat deze 90 graden is meegedraaid in de draairichting van de tol. Dit komt om dat er twee krachten worden uitgeoefend de kracht van de sneldraaiende as en de externe kracht die uitgeoefend wordt c Afwijkingen Een gyroscoop heeft te maken met afwijkingen die vaak negatief uitpakken voor vliegers. Werkelijke drift Deze afwijking ontstaat door de lagerwrijving en onbalans waardoor de tol as wordt verplaatst en een andere aanwijzing aangeeft. Schijnbare drift De schijnbare drift ontstaat door de rotatie van de aarde. Door dat de gyroscoop de eigenschap van de standvastigheid heeft zal deze niet met de aarde meedraaien. De gyroscoop krijgt ongeveer en afwijking van 15 graden per uur. Transport wander Transport wander is als de gyroscoop beweegt langs de aardoppervlakte (fysieke verplaatsing) maar de gyroscoop blijft wel op het zelfde punt wijzen in de ruimte. Dat gebuurt allen in de richting van oost-west parallel met de aard as d Richtmiddelen Vanwege de afwijkingen van een gyroscoop worden zogeheten richtmiddelen toegepast om een zo precies mogelijke meting te kunnen realiseren. 1. Kogeldoos 2. Kleppendoos ad1 Kogeldoos Een kogeldoos (Fig. 1.11a) is een mechanisch systeem dat onder de gyroscoop gemonteerd wordt. Een kogeldoos wordt gebruikt in een elektrische kunstmatige horizon. In de kogeldoos (1) zitten een aantal kogeltjes (2) die daar in kunnen rollen. Als de gyroscoop recht staat, staan de kogeltjes in het midden van de kogeldoos en als de gyroscoop van richting veranderd dan zal de kogeldoos schuin komen te staan en dan zullen de kogeltjes gaan rollen naar het laagste punt van de kogeldoos. In de kogeldoos zit en mechanisme met haakjes rond omeen. De haakjes draaien en als de kogeltjes naar het laagste punt rollen zullen ze weer naar het hoogste punt worden gebracht en dat gebuurt tot ze weer in het midden van de kogeldoos tot stilstand 6

20 Kogeldoos 2. Kogeltjes 3. Opening 4. Klep 5. Uitstromende lucht 6. Instromende lucht komen. Hierdoor verandert het zwaartepunt van de gyroscoop en met het eigenschaap van precessie komt de gyroscoop weer recht komen te staan. ad 2 Kleppendoos Een kleppendoos (Fig. 1.11b) is een mechanisch systeem dat aan de onderkant van een Fig. 1.11a, Kogeldoos schematisch b, Kleppendoos gyroscoop gemonteerd wordt. Een kleppendoos wordt gebruikt in een pneumatische kunstmatige horizon. De kleppendoos bestaat uit vier openingen (3) waar lucht doorheen kan, en ze worden door een klep (4) half afgedekt. Als de gyroscoop in evenwichts stand is zijn de openingen even ver open. Als er een afwijking is dan zullen de openingen van de kleppendoos veranderen. Twee van de vier openingen wordt een opening groter en de tegenover liggende opening kleiner. Door de overdruk zal lucht uitgevoerd (5) worden en dan zal een drukverschil ontstaan. Als gevolg zal er lucht ingevoerd (6) moeten worden. Door de lucht die uitgevoerd wordt en de lucht die ingevoerd wordt ontstaat het eigenschaap van precessie en de gyroscoop komt weer recht te staan Gyrokompas Een gyrokompas of heading indicator is een instrument dat de richting van het vliegtuig aangeeft aan de vlieger. Een Gyrokompas is een cardanisch opgehangen gyroscoop(1.2.2.a), en wordt gebruikt voor navigatiedoeleinden. Het Gyrokompas Wordt afgelezen door middel van een gradenboog (1.1.2.b). Een voordeel van het gyrokompas boven het magnetische kompas is dat het niet gestoord wordt door magnetische voorwerpen of door plaatselijke afwijkingen in het aardmagnetisch veld. Het Gyrokompas kan ook buiten het aardmagnetisch veld (in de ruimte) gebruikt worden(1.2.2.c) a werking Het gyrokompas werkt met een horizontale gyroscoop (Fig ). Het moet, voor men het in gebruik kan namen, eerst gelijk worden gesteld met het Noorden en dat kan met behulp van een instelknop (4). De buitenring (2) zorgt ervoor dat de ware horizon en de draaiïngsas van de gyroscoop evenwijdig aan elkaar zijn. Hiervoor wordt gebruikt gemaakt van de standvastige eigenschap. Bij sommige gyrokompassen is op de buitenring een bandvormige rooskaart in gradenverdeling aangebracht. Bij andere uitvoeringen wordt de stand van de gyroscoop doormiddel van een weergavemechanisme (5) op een kompasroos (6)

21 overgebracht. Als een vliegtuig van koers verandert zal daarmee het instrumenthuis een andere stand innemen ten opzichte van de gyroscoop of andersom b Weergave Het Gyrokompas (Fig 1.12) is verdeeld in graden. Het Noorden staat gelijk aan 0 of 360 graden, het Oosten 90 graden, het Zuiden 180 graden en het Westen 270 graden. Het Noorden wordt aangegeven met een N, het Oosten met een E, het Zuiden met een S en het Westen met een W (1). Op de Gyrokompas kan de vlieger de richting van het vliegtuig aflezen doormidden van een vliegtuig symbool (2), en de hoofdkoers wordt aangegeven door de punt Verdeling in graden Vliegtuig symbool Hoofdkoers Fig. 1.12, Gyrokompas met 360 kompasroos Binnenring Buitenring Gyroscoop Instel/resetknop Weergavemechanisme Kompasroos Fig. 1.11, Schematische weergave van het vliegtuig symbool (3) c Afwijkingen Een gyrokompas zal in de loop van het gebruik een afwijking vertonen, namelijk tussen het ware Noorden en het gyroscopische Noorden. Deze afwijking noemt men een Totale Fout. Oorzaak van dit verschijnsel is de schijnbare drift. Het zal nodig zijn om de gyrokompas zo nu en dan gelijk te stellen met een magnetisch kompas, die te alle tijden in een cockpit aanwezig moet zijn. Omdat de gyrokompas regelmatig gelijk moet worden gesteld zijn er richtmiddelen. Deze zijn automatisch en dus makkelijker in gebruik en bovendien nauwkeuriger dan een magnetisch kompas Kunstmatige Horizon De kunstmatige horizon, Artificial Horizon* of Attitude Indicator* is een instrument dat de stand van het vliegtuig ten opzichte van de ware horizon aangeeft. Vliegers hebben

22 instrumenten nodig die informatie kunnen geven over de houding van het luchtvaartuig, vooral wanneer zij de positie moeten bepalen bij mist, bewolking of in het donker. De kunstmatige horizon werkt aan de hand van een gyroscoop (1.2.3.a). Omdat het een vrij belangrijk instrument is wordt het in de meeste gavallen weergegeven op een duidelijke manier zodat de vlieger in één oogopslag de status van het luchtvaartuig kan controleren (1.2.3.b) a Werking De werking van de kunstmatige horizon (Fig 1.13) berust in eerste instantie op de gyroscopische eigenschap standvastigheid. Een vol cardanisch opgehangen sneldraaiende tol, behoudt zijn eenmaal ingenomen stand in de ruimte. De behuizing van het instrument zit bevestigd aan het instrumentenpaneel van het vliegtuig. Alle bewegingen die het vliegtuig maakt, dus ook de instrumentenkast, gebeuren om het gestabiliseerde binnenwerk van het instrument. Het binnenwerk bestaat uit een tol met verticale as (1) met daar omheen een cardanring (2) Aan de verticale cardanring zit de horizontale cardanring (3) scharnierend bevestigd. Hieraan zit het vliegtuigsymbooltje (4). Op de horizontale cardanring zit een wijzerpunt die zich kan bewegen over de schaalverdeling (5). Aan de verticale cardanring zit een pen (6) gemonteerd, deze pen zit in een sleuf op de horizontale cardanring, waardoor de Tol Verticale cardanring Horizontale cardanring Vliegtuigsymbool Wijzer en schaalverdeling Scharnier pen Horizontale arm Balansgewicht Scharnierpunt Fig. 1.13, Schematische weergave kunstmatige horizon verticale cardanring zich alleen kan bewegen in de lengte van deze sleuf. Ook is er aan de arm (7) een balansgewicht (8) geplaatst. Dit balansgewicht zorgt ervoor dat de arm in balans is; zodra het vliegtuig beweegt dan beweegt de arm mee. De arm kan zich bewegen door een scharnierend punt (9) achter op de arm. Plaatst men de tol-as verticaal, dan zal deze de originele stand willen behouden. Wanneer het vliegtuig horizontaal vliegt, zal de pen van het tolhuis en draaipunt van de wijzerhefboom op één horizontale lijn liggen. De horizonwijzer staat dan precies horizontaal midden voor het venster en wordt gedeeltelijk bedekt door het in hetzelfde vlak liggende vliegtuigbeeldje. De hellingshoekaanwijzer zal dan op 0 staan. Helt het vliegtuig voorover of achterover, dan draait de vast gemonteerde instrumentenkast in het vliegtuig met de horizontale cardanring om het tolhuis, met de gyroscoop, heen (tolhuis met draaiende tol houdt dezelfde stand, de rest draait er omheen). Het draaipunt van de arm gaat dus met de cardanring mee naar boven of beneden, de pen in de sleuf blijft in zijn normale stand staan, deze is overigens aan het tolhuis vast gemaakt. De horizonstreep zal zich dus ten opzichte van de horizonschaal en ook ten opzichte van het vliegtuigbeeldje naar boven of beneden bewegen.

23 1.2.3.b Weergave Het instrument (Fig 1.14) is voorzien van een vliegtuigsymbooltje en een horizon. De vlieger ziet de situatie alsof een vliegtuig achter zijn eigen vliegtuig aanvliegt. Het vliegtuig wordt weergegeven door twee horizontale oranje streepjes met in het midden een oranje punt. De omgeving, de horizon, wordt weergegeven door een blauw en een bruin gedeelte. Het bruine gedeelte stelt de aarde voor en het blauwe de lucht. Met deze verschillende kleuren en aspecten kan de houding van een vliegtuig, ten opzichte van de horizon, nauwkeurig worden weergegeven. De neus van het vliegtuig kan ook worden weergegeven. Op de kunstmatige horizon zijn in verticale richting, donkere streepjes te zien, deze staan in het blauwe gedeelte. Deze streepjes geven de stand van de neus weer in graden als het vliegtuig stijgt. Gradenschaal voor de roll Gradenschaal voor de pitch Lucht Aarde Vliegtuig Fig. 1.14, Kunstmatige horizon uit klein vliegtuig Bocht- en overhelaanwijzer De bocht- en overhelaanwijzer oftewel turn and bank indicator* geeft de vlieger informatie over de draai van het vliegtuig; of deze naar links of rechts draait en of het vliegtuig wel of niet overhelt (1.2.4 a). Om deze functie correct uit te voeren wordt gebruikt gemaakt van een verticale gyroscoop (1.2.4 b). Tegenwoordig wordt de turn and bankindicator niet meer gebruikt, maar alleen nog maar de simpelere bochtaanwijzer, oftewel turncoördinator*. De veranderingen zijn minimaal (1.2.4 c) 1.2.4a Werking Anders dan bij de kunstmatige horizon en het gyrokompas is de bocht- en overhel aanwijzer (Fig.1.15) halfcardanisch opgehangen en werkt volgens het principes precessie en standvastigheid. Als de wijzer (1) zich in zijn normale positie (middelpunt) bevindt, dan is de rotorrotatie horizontaal. Als de rotor blijft bewegen wordt door de standvastigheid veroorzaakt dat de wijzer op nul blijft staan. Als het vliegtuig nu bijvoorbeeld naar rechts draait, dan wil de standvastigheid van de rotor de draai tegenwerken, welke veroorzaakt wordt door een kracht F (2). De gimbal* ring (3) en de rotor worden daardoor gekanteld over de lengteas als gevolg van precessie (4). Hij gebruikt precessie voor het aangeven van de draairichting en draaisnelheid van het vliegtuig in de bocht. Als de gimbal ring gekanteld wordt, rekt het de

24 Hogeschool van Amsterdam Amsterdamse Hogeschool voor Techniek Opleiding Aviation Projectgroep 2A1K kalibreerde veer (5), welke met de cardanas (6) verbonden is, uit tot de kracht die ontstaat verdere uitslag van de gimbal ring voorkomt. De sterkte van de veer is zo ingesteld, dat de wijzeruitslag meteen een maat voor de draaisnelheid om de hoogteas (7) geeft. Hoe verder de wijzer uitslaat, des te groter is de draaisnelheid. Wanneer de precessie van de gyroscoop gelijk is aan het hoekmoment en de draaisnelheid, is de veerkracht een weergave van de draaisnelheid. De beweging van de gimbal ring vanuit de nul positie kan daarom als de gevraagde turn rate gebruikt worden. De uitslag van de wijzer is in beweging gebracht door de gimbal ring en een vergrootglas systeem welke de wijzer in de goede richting beweegt. De overhel indicatie hangt af van kracht van de aardaantrekkingskracht en de centrifugaal kracht. Om dit aan te kunnen geven wordt een balletje in een gebogen met vloeistof gevulde glasbuis gedaan. Wijzer Kracht F Gimbal ring Precessie Kalibreerde veer Cardanas Hoogte-as Fig. 1.15, Schematische weergave bocht- en overhelaanwijzer Tijdens de normaal vlucht blijft het balletje in het centrum van de buis, veroorzaakt door de zwaartekracht. Als het vliegtuig draait, dan beweegt het balletje ook wat veroorzaakt wordt door de centrifugale kracht plus de zwaartekracht die op het balletje invloed heeft. Deze bij elkaar brengen het balletje naar de buitenkant van de buis. Maar als de draai met de correcte overhelling uigevoerd wordt en overeenkomt met de juiste snelheid dan ontstaat er een evenwichtige balans tussen de centrifugaal en zwaartekracht en de resulterende kracht houdt de bal in het center van de buis. Als de snelheid tijdens de draai groter wordt, dan zouden de overhellings-hoek en de centrifugaal kracht ook vergroot moeten worden, maar zo lang de overhellings-hoek correct is voor de bestaande condities is, houdt de nieuwe resulterende kracht het balletje in het midden. Als er onderoverhelt wordt, dan zou het vliegtuig gaan slippen en het balletje zou uit het center naar links of rechts gaan. Als er overhelt wordt dan zou het vliegtuig de neiging hebben om in de draai te slippen en het balletje zou aan de tegenovergestelde kant terecht komen b Weergave

25 De letters L en R (Fig. 1.16) corresponderen tot een eenheids draai. Als het vliegtuig een gecoördineerde draai naar bijvoorbeeld links maakt, dan wijst de wijzer naar links, maar het balletje blijft in het midden. Maakt het vliegtuig een slipbocht, dan wijst de wijzer naar links en het balletje gaat ook naar links. Bij een schuifbocht naar links wijst de wijzer ook naar links, maar het balletje gaat naar rechts c Aanpassingen turn and bank indicator: Tegenwoordig wordt in vliegtuigen meestal nog maar de turn-coordinator gebruikt. De werking van deze en de turn- and bankindicator is in principe het zelfde. Alleen is de gyro in de turn-coordinator in een ca. 35 graden tot de vliegtuig as geneigde cardaanraam gelagerd. Hierdoor worden ook bewegingen om de langs- as aangegeven. Daarom wordt hier ook gebruik gemaakt van een vliegtuig in plaats van een wijzer. In het onderste gedeelte van het instrument bevind zich het balletje. In een vloeistof bevind zich een balletje, die zich naar de zwaartekracht richt. In een coördineerden curvenvlucht zijn de zwaartekrachten altijd het zelfde. Dan bevind zich het balletje in het midden- zo niet verandert ook de positie van het balletje. 1. Draairichting 2. Overhelindicatie Fig. 1.16, Ouderwetse bocht- en overhelaanwijzer 1.3 Wetgeving en eisen De basic-sixinstrumenten geven primaire vlieggegevens gegevens aan. Het is daarom belangrijk dat deze instrumenten betrouwbaar en van goede kwaliteit zijn. Bovendien moet er een zekere uniformiteit aanwezig zijn om onderlinge verschillen tussen producenten te minimaliseren. (1.3.1) Buiten de wettelijke voorschriften heeft de opdrachtgever ook de nodige eisen waaraan het ontwerp moet voldoen. Deze eisen moeten uiteraard voldoen aan de wettelijke voorschriften. (1.3.2) Wetgeving Er zijn verschillende autoriteiten die eisen stellen aan de instrumenten. De certificering voor deze instrumenten geldt voor de grote en kleine luchtvaartuigen en wordt uitgevoerd door de European Aviation Safety Agency (EASA), welke een onderdeel is van de Europese commissie. Voor de specifiek binnen Nederland geldende richtlijnen bestaat er de Inspectie van Verkeer & Waterstaat Divisie Luchtvaart (IVW DL), de voormalige Rijks Luchtvaart Dienst. In de Nederlandse wet staat dat elk vliegtuig moet voldoen aan de eisen van de EASA, waaronder de vaste eisen de verplichte aanwezigheid, de plaatsing, calibratie, afwijkingen, standby, verstoringen van instrumenten en de meetinstrumenten beinhouden. Verder heeft een luchtvaartmaatschappij ook nog wensen en eisen. De eisen zijn samengevat in een tabel (Tabel 1.3.1)