Cockpit ontwerpanalyse

Transcriptie

1 Hogeschool van Amsterdam Amsterdamse Hogeschool voor Techniek Cockpit ontwerpanalyse 2A1H1 Raisa Ashruf Mike Aydin Rowan Evers Rick de Hoop Niek Mirck Rudy van Oostrom Alex Speet Yoeri Zwanenburg Amsterdam, 5 december 2007

2 Inhoudsopgave Samenvatting 1 Summary 2 Inleiding 3 1. Basic six Luchtdruk Instrumenten Luchtdruk Airspeed indicator Altimeter Vertical speed indicator Gyroscopische Instrumenten Gyroscoop Attitude indicator Turn coördinator Heading indicator Eisen Wetgeving Opdrachtgever Functieonderzoek Ontwerp glass cockpit Morfologisch overzicht Mogelijke cockpitsystemen Voor- en nadelen Conclusie Uitvoering glass cockpit Uitwerking ontwerp Lay-out cockpit Weergave scherm Ontwerpaspecten Kosten en baten Conclusie 33 Literatuurlijst 34 GLASSIX A320

3 Samenvatting Dit verslag is het resultaat van een opdracht die ons is gegeven, in het kader van de Hogeschool van Amsterdam, door Holland Air om voor hun een moderne uniforme cockpit voor de toestellen van vliegtuigfabrikant Airbus. De basic six, de zes belangrijkste instrumenten in de cockpit die de piloot informatie geeft over de positie van het vliegtuig, waar het vliegtuig zich bevindt en hoe deze zich verplaatst en met welke snelheden. Drie van de zes instrumenten werken met behulp van luchtdruk, de airspeed indicator, de altimeter en de vertical speed indicator. De luchtdruk wordt veroorzaakt doordat de zwaartekracht van de aarde de luchtlaag die om de aarde naar zich toe trekt. Hoe verder van het aardoppervlak, hoe zwakker de luchtdruk. Op deze werking zijn de altimeter en de vertical speed indicator gebaseerd. De air speed indicator werkt met behulp van de luchtdruk die ontstaat door samendrukking van lucht. De lucht wordt samengedrukt door het vooruit bewegen van het vliegtuig. De overige drie instrumenten werken met behulp van een gyroscoop, de attitude indicator, de turn coördinator en de heading indicator. Gyroscopen hebben als eigenschap dat ze standvastig zijn en de neiging hebben om op één vast punt in de ruimte gericht te blijven. Hierop zijn de attitude indicator en de heading indicator gebaseerd. De turn coördinator werkt door de repressie ontstaat als je een gyroscoop draait. Voor het ontwerp van de cockpit zijn er ook eisen waarmee rekening gehouden moet worden, deze worden gesteld door de wet en door de opdrachtgever. Voor de basic six is vooral EASA van belang omdat dit de enige organisatie is die ook daadwerkelijk een uitvoerende macht is. Onder de eisen van de opdrachtgever valt onder andere dat de cockpit uniform moet zijn, zo licht mogelijke materialen moet gebruiken, makkelijk te onderhouden moet zijn, duurzaam moet zijn, betrouwbaar en veilig moet zijn. De werking van de instrumenten is uit te leggen door middel van een functie blokschema over de gyroscopische instrumenten. In het functie blokschema staat welke stappen er worden gemaakt van het opnemen van de informatie van de instrumenten tot en met de weergave van de informatie aan de piloot. Het ontwerp van de glass cockpit wordt verder uitgewerkt met behulp van een morfologisch overzicht. Het morfologisch overzicht gebruikt de stappen die in het functie blokschema te vinden zijn en voegt aan deze stappen een tabel toe met daarin de verschillende mogelijkheden waarmee deze stappen kunnen worden gedaan. Met behulp van de tabel zijn drie ontwerpen tot stand gekomen die van een klassieke cockpit, die van een vernieuwde cockpit en die van een moderne cockpit. Deze drie ontwerpen maken respectievelijk gebruik van steeds modernere onderdelen. Na de voor- en nadelen tegen elkaar te hebben afgewogen wordt er geconcludeerd dat het, het beste is voor dit project om gebruik te maken van de moderne cockpit bij dit project omdat deze het beste voldoet aan de verschillende eisen die aan de cockpit gesteld worden. Het ontwerp van de moderne cockpit is verder uitgewerkt met een weergave van de cockpit. En gedetailleerde weergaven van de aparte belangrijke onderdelen die op de verschillende beeldschermen in de cockpit te zien zijn. De keuzes op het gebied van lay-out, weergave en plaatsing van de instrumenten in het vliegtuig zijn gebaseerd op een aantal ontwerpaspecten waar rekening mee gehouden moet worden bij het ontwerpen van de cockpit. Namelijk de betrouwbaarheid, het onderhoud, de duurzaamheid, de kosten en de veiligheid. Ook is er een weergave van kosten van onderdelen voor het bouwen van de cockpit. Dan volgt er een conclusie over het project waarin nog een keer kort een verantwoording wordt gegeven voor de keuzes die gemaakt zijn bij het ontwerpen van de cockpit. GLASSIX A320 1

4 Summary This report is the result of an assignment that was given to us, within the context of the Hoge van Amsterdam, by Holland Air. Their assignment was for us to design a modern uniform cockpit that is suitable for every Airbus airplane. The basic-six are the most important instruments in a cockpit, they give the pilot information about the airplane s position, where the plane is and how it moves at different speeds. Out of the six instruments, three of them work with help of air pressure, the airspeed indicator, the altimeter and the vertical speed indicator. The air pressure is being caused by the earth s gravity that pulls the air layer around the earth towards it. The further the earth s surface, the weaker the air pressure gets. This is what the altimeter and the vertical speed indicator are based on. The airspeed indicator is based on air pressure that arises by compression of the air. The other three instruments work with help of a gyroscope, the attitude indicator, the turn coordinator and the heading indicator. The gyroscopes have a property which is rigidity, and they have the tendency to stay concentrated on one spot in a place. This is what the altitude indicator and the heading indicator are based on. The functioning of the turn coordinator is based on the repression that takes place when the gyroscope spins. The design of the cockpit has a lot of demands, which are demanded by the law and the constituent. When it comes to the basis-six, the EASA is important because this is the only organisation that is an executive power. Besides the EASA, there are other coordinating organisations. They can establish standards and principles but they are not an executive power. The ICAO and the ECAC are the other coordinating organisations besides the EASA. The constituent s demands are that the cockpit must be uniform, the materials must be light, easy to maintain, durable, reliable and it must be safe. The functioning of the instruments are being explained by a function block-system diagram about the gyroscopic instruments. This block-system shows how the steps are being made, from taking in the information of the instruments to how they are being reflected to the pilot. The design for the glass cockpit will be explained with help of the morphological overview. In the morphological overview, the steps that were made in the function block-system diagram are being used. There is a table added with several possibilities, they explain the different possibilities of making these steps. With help of the table, three cockpit designs were made. The three designs were: A classic cockpit, a renewing cockpit and a modern cockpit. From the first to the last design, more and more modern equipments are being used. For every line, the advantages and disadvantages are being discussed. After the advantages and the disadvantages were compared, we came to the conclusion that a modern cockpit is the best choice for this project. Because looking at the different demands for the cockpit, this one was the best option. The final design for the cockpit is displayed with help of an image of the entire cockpit. The separate components on different displays are being reflected very detailed. The choices that were made for the lay-out, reproduction and the placing of the instruments in the airplane are based on a couple of design aspects, which need to be kept in mind when designing the cockpit. These design aspects are; reliability, sustainability, safety and the costs. There will also be a reproduction of how much the components for the cockpit will cost. In the end, a conclusion will be written about the project, where there will be a short version of why the chosen choices where made in the design of the cockpit. GLASSIX A320 2

5 Inleiding Wij zijn projectgroep 2A1H1. Holland Air heeft ons de opdracht gegeven om een moderne uniforme cockpit te ontwerpen. Deze zou in elk toestel van vliegtuigfabrikant airbus moeten passen, omdat Holland Air met Airbus gaat vliegen. Bij het ontwerpen van de cockpit richten wij ons tot de basic-six en de eisen die daaraan zijn gesteld door de wet en opdrachtgever. De opdracht hebben wij gekregen in het kader van de Hogeschool van Amsterdam (HvA) met als studie richting aviation studies. Dit is het eerste project voor het propedeuse jaar. De reden dat we dit gekregen hebben is omdat het een projectmatige studie is. Het verslag is maximaal 40 pagina s groot exclusief bijlagen en zou uiteindelijk op 5 december 2007 worden ingeleverd. De kern van het verslag bestaat uit drie hoofdstukken. Dit is volgens het ontwerpproces dat staat beschreven in het boek over, methodische ontwerpen volgens van den Kroonenberg. De basic six bestaat uit luchtdruk instrumenten en gyroscopische instrumenten. Deze moeten voldoen aan eisen voor een cockpit, die zijn gesteld door de wet en de opdrachtgever. Er zit ook een functieonderzoek in die beperkt is tot de gyroscopische instrumenten. (1) Vervolgens komt er een morfologisch overzicht. Met behulp van het morfologisch overzicht worden mogelijke cockpitsystemen samengesteld, die in een voor- en nadelen onderzoek met elkaar worden vergeleken. (2) Na aanleiding van hoofdstuk één en twee, komt er in drie een uitleg over de ontwerpaspecten met vervolgens een ontwerp. Deze wordt getest in de testfase. Waar na er een conclusie wordt getrokken. (3) Er worden verschillende bronnen gebruikt in het verslag. De hoofdbronnen zijn Pallett (1992) en Sanderson (1998), voor veel informatie over de basic-sixinstrumenten. Voor de verslagstructuur is dictaat Wentzel (2007) gebruikt. Overige geraadpleegde bronnen zijn te vinden op pagina (34). De termen- en afkortingenlijst bevinden zich in bijlage IV-V. De termen worden aangegeven door middel van een sterretje boven het woord en is schuin gedrukt. De opdracht die is gegeven door de Hogeschool van Amsterdam staat in bijlage I. Om de structuur van het verslag duidelijk te maken staat er in bijlage II nog een piramidemodel. De planning staat in bijlage III. Deze en de andere bijlagen zijn te vinden in het bijlage boekje die erbij zit. Bijvoorbeeld Ondersteunend studie materiaal. GLASSIX A320 3

6 1. Basic Six In een cockpit zijn de basic six instrumenten aanwezig. Elk geeft belangrijke informatie over stand en gedrag van het vliegtuig aan de piloten. Het onderzoek is hierbij beperkt tot de basic six. Er zijn luchtdrukinstrumenten die geven het gedrag weer van het vliegtuig. Bijvoorbeeld, snelheid en hoogte (1.1). Daarnaast zijn er de gyroscopische instrumenten die de stand weergeven van het vliegtuig. Dus als de piloot wat wil weten of de stand van het vliegtuig. Bijvoorbeeld daalt of stijgt. (1.2) Deze instrumenten moeten voldoen aan de eisen van de luchtvaartautoriteiten en opdrachtgever (1.3). In het functieonderzoek naar gyroscopische meting wordt er een onderverdeling gemaakt in acht deelfuncties van meten tot en met weergaven in de cockpit (1.4). De hoofdbronnen bij dit hoofdstuk zijn Pallett (1992), Jeppesen Sanderson (1998) en Jong (onbekend). 1.1 Druk Instrumenten Lucht bestaat uit een bepaalde substantie, als het vliegtuig klimt neemt de druk en de dichtheid van lucht af (1.1.1). De instrumenten die gebruik maken van luchtdruk, worden op een logische volgorde uitgewerkt zoals ze zich bevinden in de basic six. De airspeed indicator geeft de snelheid van het vliegtuig aan door middel van de lucht die langs het vliegtuig stroomt (1.1.2). Tijdens het vliegen is het genoodzaakt om te weten op welke hoogte het toestel zich bevind, dit wordt weergegeven door de altimeter (1.1.3). Om ervoor te zorgen dat het vliegtuig niet te snelt daalt of stijgt, wordt er gebruik gemaakt van de vertical speed indicator, deze geeft aan hoeveel feet* er per minuut wordt gedaald of gestegen. (1.1.4) Luchtdruk Omdat de primaire bron van lucht voor de luchtdrukinstrumenten de atmosfeer van de aarde zelf is, wordt er uitgelegd hoe de atmosfeer is opgebouwd (a). Vervolgens zal het projectteam het begrip atmosferische druk uitleggen (b). Binnen de atmosfeer zijn er grootheden die op bepaalde hoogtes verschillend zijn. Deze zijn temperatuur, dichtheid en druk (c). Maar omdat deze variabelen niet overal op aarde gelijk zijn, is er een internationaal model ontworpen om het de vliegers en vliegtuig fabrikanten makkelijker te maken (d). Een bewegend lichaam, met een bekende afmeting heeft zowel kinetische als potentiële energie. Als een lichaam dus energie bezit, is het in staat om arbeid te kunnen verrichten, of anders gezegd, een kracht kan uitoefenen en deze over een bepaalde afstand te verplaatsen. Behalve bij lichamen geldt hetzelfde ook voor stromende lucht (e). a Atmosfeer De aardatmosfeer of dampkring is een omhulsel van lucht om de aarde, die uit verschillende soorten gassen bestaat. De voornaamste gassen zijn; Stikstof (N 2 ) 78,084% Zuurstof (O 2 ) 20,946% Argon (Ar) 0,934% Waterdamp (H 2 O) wisselende hoeveelheden Kooldioxide (CO 2 ) 0,032%. Door conventie is deze gasachtige luchtkolom in enkele concentrische lagen verdeeld die vanaf de oppervlakte van de aarde begint. Elk met zijn eigen onderscheidende kenmerken. Kenmerkend voor de troposfeer is dat het een relatief hoge waterdampgehalte bezit. De troposfeer bevat ongeveer 80% van de totale massa aan lucht. Net boven de troposfeer heerst er een grenslaag, genaamd de tropopauze. Deze grenslaag is een laagje lucht waarin overdag sterke menging optreedt, omdat het oppervlak dan door de zon wordt verwarmd. Het warme oppervlak verwarmt de lucht erboven en de warme luchtbellen stijgen op. De grenslaag heeft meestal een hoogte van enkele hon- GLASSIX A320 4

7 derden meters tot 2 a 3km. De hoogte varieert vooral boven land sterk. De grenslaag is het dikst in de middag als het oppervlak al flink opgewarmd is. 's Avonds zakt de grenslaag in tot een dikte van een paar honderd meter. Boven zee is de grenslaaghoogte min of meer constant, omdat het veel langer duurt om de zee op te warmen dan het land. Dit komt door de grote warmtecapaciteit van water. De grenslaag maakt deel uit van de troposfeer, een luchtlaag die zich uitstrekt van het oppervlak tot de tropopauze, bij ons op zo een 10km hoogte. Boven de tropopauze bevindt zich de stratosfeer en de ozonlaag. In de onderste lagen van de stratosfeer blijft de temperatuur gelijk. Boven gemiddeld 20km hoogte neemt de temperatuur weer toe. De stratosfeer heeft anders dan de troposfeer juist een uiterst laag waterdampgehalte. De stratosfeer is heel stabiel, met als gevolg dat er nauwelijks verticaal transport en verticale menging plaatsvindt. Vervuiling die vanuit de grenslaag (tropopauze) net erboven komt kan dan ook nauwelijks verder verticaal omhoog de stratosfeer in. De stratopauze is een barrière voor verticaal transport. Op hogere hoogtes is de atmosfeer verdeeld in de overgebleven luchtlagen, die zijn van onder naar boven de mesosfeer ongeveer 50 tot 80/85km, de thermosfeer ongeveer 80/85 tot 640/700km en de exosfeer ongeveer 700 tot 800km dik. De grenzen tussen de overige lagen heten de mesopauze en thermopauze. In al deze lagen ondergaat de atmosfeer een geleidelijke overgang van zijn kenmerken vanaf zeeniveau naar die aan de randen van de exosfeer waar het met de volledige ruimte fuseert. De waarden en kenmerken binnen de atmosfeer van temperatuur, dichtheid en luchtdruk zijn op zeeniveau en op een hoogte van ft erg belangrijk (bijlage VI). b Atmosferische Druk Door de zwaartekracht wordt de atmosfeer in contact gehouden met het aardoppervlak. De zwaartekracht oefent ook een kracht uit, per oppervlakte-eenheid, op de atmosfeer. (Deze kracht, per oppervlakte-eenheid, wordt druk genoemd) De effecten afkomstig van de zwaartekracht zullen verminderen, naarmate men hoger in gaat ten opzichte van het aardoppervlak. Hierdoor zal er ook een regelmatige vermindering in atmosferische druk plaats vinden. Pascal (symbool Pa) is de SI-eenheid voor druk: 1 Pa = 1 N/m² (1 newton per vierkante meter). Er zijn ook andere eenheden voor druk, deze zijn in een tabel weergegeven in de bijlage. (2) Met toenemende hoogte vermindert de dichtheid en de atmosferische druk terwijl de temperatuur schommelingen maakt. c Temperatuur, Dichtheid en Druk Dichtheid en temperatuur zijn ook nog belangrijke factoren binnen de atmosfeer. Omdat de atmosfeer in contact gehouden wordt met het aardoppervlak, gaat de temperatuur stijgen door geleiding. Hierdoor vermindert de dichtheid van de lucht in de atmosfeer zich, naarmate men hoger gaat. Maar op hogere hoogtes is het toch wat kouder, dit komt omdat de verbinding tussen het aardoppervlak en de atmosfeer kleiner wordt, dus er is een slechtere geleiding. Deze vermindering van temperatuur zal actief zijn tot de tropopauze zelf, waar het dan C is, op een hoogte van ft (vanaf 15 C op MSL). De snelheid van daling van de temperatuur wordt de lapse rate genoemd. In de stratosfeer zal de temperatuur constant blijven tot een hoogte van ft en zal vervolgens weer stijgen naar C tot een hoogte van ft. Maar wat gebeurt er met de dichtheid precies. Dit kan het beste uitgelegd worden door middel van de algemene gaswet (1). De algemene gaswet, ook wel ideale gaswet genoemd, beschrijft het gedrag van ideale gassen onder invloed van druk, volume, temperatuur en aantal deeltjes. Deze formule luidt: p V = n R T Hierin is: p = absolute druk (Pa) (1) V = Volume (m3) n = aantal mol R = gasconstante [8.314 m3 Pa K-1 mol-1] T = Temperatuur (K) GLASSIX A320 5

8 De algemene gasconstante R is 8,31 J mol -1 K -1. Voor het volume V nemen we 1 m 3, dan is er de mogelijkheid om n te berekenen. Want de grootheden die het meest relevant zijn, zijn in dit geval, de temperatuur (in K ) en de druk (in p). Er moet dan alleen opgelet worden dat er de SI-eenheden worden toegepast bij de gewilde grootheden. In dit geval Kelvin en Pascal. p Hierin is: ρ = dichtheid (kg/m ρ gas = M 3 ) P = absolute druk (Pa) (2) R T R = gasconstante [8.314 m3 Pa K -1 mol -1 ] T = Temperatuur (K) M = massa van 1 mol gas Als de n bekent is gemaakt door middel van een berekening, kan de dichtheid van het gas worden berekenen. Om de dichtheid uiteindelijk te berekenen, zijn er weer de volgende grootheden nodig: de temperatuur, de gasconstante, en de druk. Een andere niet-grootheid die wordt gebruikt is de massa van één mol gas (aangeduid met M). Je vindt de massa door het aantal mol n met de molaire massa M te vermenigvuldigen. Nu alle vier waarden bekent zijn kan de dichtheid worden berekend met formule (2) Het verband tussen de temperatuur(y-as) en de dichtheid(x-as) is een exponentiele groei. d Standaard Atmosfeer Om een indicatie van de airspeed indicator, altimeter en vertical speed indicator te krijgen, is het nodig om het verband tussen de luchtdruk, temperatuur, dichtheid variabelen te weten samen met de hoogte. Indien deze indicaties met absolute nauwkeurigheid voorgesteld worden, zouden rechtstreeks maten van de drie variabelen aan alle hoogten moeten genomen worden en gevoerd worden in de geschikte instrumenten als correctie factoren. Dit is inderdaad wel mogelijk maar vraagt om te gecompliceerde eisen. Het is daarom het beste geweest om alle maten en berekeningen op de standard atmosphere* te baseren. De standaard atmosfeer wordt ook wel de Internationale Standaard Atmosfeer (ISA) genoemd. Dit rekenmodel is in het jaar 1946 door de International Civil Aviation Organization (ICAO) internationaal aangenomen waarin de waarden van luchtdruk, temperatuur en dichtheid staan voor verschillende hoogtes, dit alles staat weergegeven in een tabel (bijlage VII). De lucht in ISA is een ideaal gas, dit omdat het een constante en homogene samenstelling heeft. Het is onsamendrukbaar. Het gas is droog, dus het bevat geen waterdamp. Het is niet-viskeus, of anders gezegd, het heeft geen wrijving. Het is schoon, dus heerst er geen vervuiling en het in rust is, dus er is geen wind. e Luchtdrukken rond lichamen Een bewegend lichaam, met een bekende afmeting heeft zowel kinetische als potentiële energie. Als een lichaam dus energie bezit, is het in staat om arbeid te kunnen verrichten, of anders gezegd, een kracht kan uitoefenen en deze over een bepaalde afstand te verplaatsen. Behalve bij lichamen geldt hetzelfde ook voor stromende lucht. Een probleem echter is dat lucht geen concrete afmetingen heeft. Daarom werken we met energie per volume eenheid. De reden waarom lucht potentiële energie bevat is op grond van de afstand van de moleculen ten opzichte van elkaar. Hoe dichter de moleculen bij elkaar zitten, des te groter is de potentiële energie per volume eenheid van de lucht, dit wordt ook we de statische druk genoemd. De energie per volume eenheid van een hoeveelheid lucht is namelijk een druk. Uitleg: E V = 1 2 mv V 2 = 1 2 ρv 2 Hierin is: E = Energie (J) V = Volume (m 3 ) v = snelheid (m/s) ρ = dichtheid (kg/m 3 ) (3) GLASSIX A320 6

9 De eenheid van 2 ρv is: 1 2 kg m 3 m s N, de eenheid van druk. 2 2 kg m 1 = 2 s m 2 N = m 2 Uiteindelijk is 2 m De dynamische druk kan niet net zoals de statische druk gemeten worden door middel van een statische poort. Er is bovendien geen dynamische druk als het lichaam (vanaf nu, een vliegtuig) stil staat. Zonder snelheid zal alleen de statische druk gemeten worden. Statische druk is namelijk altijd aanwezig ook al staat het vliegtuig stil. Zodra het toestel zich in beweging zet komt hier de dynamische druk bij. De dynamische druk wordt indirect gemeten met behulp van een pitot buis. Deze buis bestaat simpelweg uit een tube die met de vliegrichting mee gericht staat (bijlage VII). Omdat de buis lucht bezit, kan er een druk gemeten worden, op het moment dat het tot rust is gekomen. Deze druk wordt de stagnatie druk genoemd, ook wel de totale druk genoemd. Doormiddel van een formule kan nu uiteindelijk de dynamische druk berekend worden. Deze luidt: P = P + P (4) tot dyn stat Hierin is: P tot = Totale druk (Pa) P dyn = Dynamische druk (pa) P stat = Statische druk (Pa) De dynamische druk staat dus gelijk aan het verschil tussen de totale en statische druk: P = P P dyn tot stat Deze druksoorten zijn erg belangrijk geweest in de luchtvaart. Ze zijn nodig om informatie te kunnen geven aan een piloot, nadat ze zijn gebruikt in de meetinstrumenten van de basic six. Voor de duidelijkheid, zijn ze hier nog eens weergeven: De statische druk, p s is de druk van de ongestoorde lucht op vlieghoogte. De dynamische druk, q is de druk dat veroorzaakt wordt door de snelheid van het vliegtuig ten opzichte van de omringende lucht: het is de kinetische energie per volume eenheid. De totale druk, P tot is een maat voor de totale energie per volume eenheid : Air speed indicator De snelheidsindicator is één van de basic-sixinstrumenten. Het wordt gebruikt om de snelheid van een vliegtuig weer te geven. De snelheid wordt weergegeven in knots (knopen). Wanneer een toestel in de lucht zit hebben de piloten de werkelijke snelheid nodig waarmee het toestel vliegt. Hieronder zal de theorie worden uitgelegd van de airspeed indicator (a). Verder zal ook de werking worden uitgelegd (b), de weergave (c) en de snelheid terminologie (d). a Theorie pitot buis De werkelijke snelheid die wordt weergegeven wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van een pitot buis (figuur 1.1). De pitot buis is een uitvinding van de Franse natuurkundige Henry Pitot. De pitot buis wordt alleen gebruikt voor de airspeed indicator, terwijl alle drie de luchtdruk instrumenten (airspeed indicator, altimeter en vertical speed indicator) zijn aangesloten op de statische poort. Het doel Figuur 1.1: De Pitotbuis. 1. Pitot buis 2. Luchtinstroom 3. Vliegrichting GLASSIX A320 7

10 van de pitot buis is het meten van de statische druk, en dit te vergelijken met de totale druk, zodat de dynamische druk berekent kan worden. Pitot buizen kunnen op verschillende plekken op het toestel geplaatst worden, bijvoorbeeld onder de vleugel. Binnen de ASI zijn er vooraf aangenomen waarden waar elk luchtruimdeelnemend land zich aan houdt. Maar dit zijn dus standaard waarden en die gelden vrijwel of eigenlijk nooit in het echt. Dus daarom moet er iets gedaan worden om tot een geldige heersende waarde te komen. Dit wordt gedaan door de dynamische druk te berekenen. Dit wordt gedaan omdat als er alleen uitgegaan zou worden van de ISA waardes er mogelijk levensgevaarlijke situaties ontstaan omdat men gelooft dat ze op een bepaalde hoogte vliegen, ISA geeft dit immers aan. Maar als een ander toestel op een andere flight level vliegt, maar in werkelijkheid op de zelfde hoogte vliegt kunnen ze wel elkaar raken. Zoals al gezegd werken de drie luchtdruk instrumenten op luchtdruk en geven ze allemaal een geldige waarde als de statische druk bekend is. Een pitot buis moet op de juiste locatie van het vliegtuig worden aangebracht waar de luchtstroom erover heen niet word beïnvloed door verschillen van houding van het vliegtuig. De effecten van deze zijn het grootst bij de statische druk meting, wat ook wel zorgt voor een position or pressure error (Positie of Druk Fout). Door deze position error zou het kunnen dat de airspeed indicator en altimeter verkeerde waarden weergeven. Een vertical speed indicator heeft geen last van position errors. zo ontworpen zijn dat het de luchtstroom eroverheen niet verstoord voor íedere vlucht gecontroleerd worden of alles in orde is met de buis. Er moet gecontroleerd worden of deze niet verstopt is met water of vuil. aan het einde van iedere vlucht en wanneer het toestel voorlopig niet zal worden gebruikt de pitot buis afgedekt worden zodat deze niet verstopt zou kunnen raken. Aan het begin van de eerstvolgende vlucht moet de afdekking er natuurlijk van af worden gehaald. een verwarmings element hebben die voorkomt dat de buizen dichtvriezen omdat de pitot buis aan de buitenkant van het toestel zit en te maken heeft met zéér koude temperaturen. b Airspeed Indicator werking De airspeed indicator (figuur 1.2) bevat een druk-meet instrument (1) die bestaat uit een metalen capsule en deze meet de luchtstroom (2) door middel van de pitot druk connector (3). Statische druk wordt aan de buitenkant van de capsule binnengevoerd. De capsule is verbonden aan grote tandwielen en kleine Figuur 1.2: Het proces van de Air Speed Indicator. 1. Drukgevoelig membraan 2. Luchtstroom 3. Pitot buis tandwielen die op hun beurt zijn verbonden aan de wijzertjes. Omdat de capsule kan krimpen of uitzetten worden de grote en kleine tandwielen bewogen, dus uiteindelijk ook de wijzer. Omdat het materiaal van de capsule ook gevoelig is voor temperatuurveranderingen wordt dit tegen gegaan door een bi-metaal strip die de gevoeligheid van de capsule kan veranderen. De relatie tussen capsule afbuiging en snelheid is niet lineair, waardoor het moeilijk is om nauwkeurig een waarde af te lezen. Om de lijn lineair te maken kunnen meerdere dingen gedaan worden, bijvoorbeeld de arm van een hefboom veranderen wanneer afbuigingen van de capsule plaatsvinden. Hierdoor wordt het mechanisme en beweging van de wijzer groter bij kleine afbuigingen en kleiner bij grote afbuigingen. c Weergave Er zijn verschillende manieren om de snelheid van het toestel weer te geven, omdat er zoveel verschillende soorten toestellen zijn. De snelheids meter van een Cessna is pneumatisch en niet servo-operated zoals de snelheids meters van de Airbus en Boeing toestellen. (figuur 1.3) Figuur 1.3: Airspeed indicator 1. Normale vliegsnelheid met de flaps uitgeklapt 2. Normale vliegsnelheid met flaps ingetrokken 3. Vliegsnelheid aandacht bij besturing 4. Snelheidsgrens nooit overschrijden GLASSIX A320 8

11 d Airspeed terminologie Vijf termen die te maken hebben met de airspeed. Indicated airspeed (IAS) Is de luchtsnelheid dat rechtstreeks word afgelezen van de luchtsnelheidsmeter van een vliegtuig. Het word gestuurd door een statisch pitot systeem. Computed airspeed Dit is in principe het zelfde als IAS maar dan met correcties betreft Position Errors (PE). De term computed slaat op automatische correcties die worden toegepast door air data computer systeem. Calibrated airspeed (CAS) Dit werkt ook met air data computer systeem, en deze CAS is de berekende snelheid die gecompenseerd is voor de niet lineaire verhouding tussen druk en hoogte. Equivalent airspeed (EAS) Is de luchtsnelheid berekend door de drukverschillen waarbij gebruik word gemaakt van de constante dichtheid van het lucht bij zeeniveau. Dit kan handig zijn bij een grotere hoogte (20.000ft of hoger) waar de lucht zo samengedrukt is. Hierdoor geeft de snelheid indicator abnormaal hoge snelheden aan. True airspeed (TAS) Dit is EAS gecompenseerd voor veranderingen in lucht, temperatuur en dichtheid op verschillende flight levels. Dit wordt ook automatisch gedaan door Air Data Computer systemen Altimeter De altimeter is ook één van de basic-sixinstrumenten die op luchtdruk werkt. De altimeter wordt gebruikt om de hoogte aan te geven. Altimeters werken op hetzelfde principe als barometers, oftewel er wordt een waarde weergegeven gebaseerd op de luchtdruk (a). Binnen de luchtvaart wordt er met luchtdruk altijd de standaard genomen van de International Standard Atmosphere (I.S.A.). Gedurende een vlucht wordt natuurlijk de hoogte scherp gecontroleerd (b) in verband met ander vliegverkeer, maar voornamelijk wordt er met hoogtemeting niets anders gedaan dan de heersende waarden daarbuiten vergelijken met de standaard van ISA. Net zoals bij de ASI en andere instrumenten zijn er andere mogelijke soorten weergave mogelijk zoals analoog of digitaal (c). In de commerciële luchtvaart wordt er gebruikt gemaakt van universele benamingen voor soorten hoogte (d). a Werking Figuur 1.4: De binnenkant van een altimeter 1. Statische poort 2. Druk gevoelige membranen 3. Grote tandwielen 4. Kleine tandwielen 5. Wijzers 6. Afstelknop Altimeters (figuur 1.4) zijn aangesloten op de statische poort (1) en door deze komen de drukgegevens binnen. Op het moment dat de berekende statische druk binnenkomt, gaat er binnen in de hoogtemeter het drukgevoelig onderdeel bestaande uit twee of meerdere capsules, ook wel de membranen (2) genoemd reageren op de druk. De drukgevoelige membranen kunnen uitzetten of krimpen. Wanneer een toestel stijgt en de luchtdruk daalt, zetten de capsules uit. Zo ook wanneer een toestel daalt en de luchtdruk stijgt, krimpen de capsules. Doordat de capsules uitzetten of krimpen, worden de grote tandwielen(3) en kleine tandwielen(4) bewogen, waardoor het mogelijk is dat de 100ft., 1.000ft. en ft wijzers (5) worden gedraaid. De membranen zijn verbonden aan de grote en kleine tandwielen. De grote tandwielen lijken op een kwart van een cirkel, en de kleine tandwielen zijn hele cirkels. GLASSIX A320 9

12 Het complete mechanisme vormt een afgesloten eenheid, met uitzondering op de statische druk eenheid. Het materiaal waar de capsules van zijn gemaakt is elastisch. De mate van elasticiteit hangt van de temperatuur af. Omdat de temperatuur van de lucht zo vaak veranderd zouden de membranen ongewild kunnen uitzetten of krimpen, waardoor uiteindelijk de wijzertjes worden bewogen en dus een verkeerde waarde wordt weergegeven. Om dit tegen te gaan zit er vlak naast de capsules een bimetaal compensator die de gevoeligheid van de membranen kan veranderen, zodat deze temperatuur fouten niet meer zouden voorkomen. Hoewel de data die de hoogtemeter laat zien zeer accuraat is, is het vaak in de meeste gevallen zinloos om te gebruiken omdat de waardes zijn gebaseerd op de standaarden van I.S.A. Daarom worden altimeters geleverd met een handmatige instel knop (6) die het toestaat om de druk op de grond al in te stellen, en ook om de uitkomsten van de altimeter om te zetten naar de waardes die heersen op de desbetreffende plek. Het apparaat bestaat uit twee trommels met tellers. De ene rekent in inch kwik (inch Hg) en de andere in millibar (mb) en ze zitten samen vast aan de draai knop. Waarom er twee zijn is te verklaren door de verschillende gebruiken in de wereld. In Noord-Amerika wordt er alleen gerekend met inch kwik, en in de rest van de wereld met millibar. Als deze knop wordt gedraaid kunnen beide trommels de heersende druk aangeven. Ook is dit apparaat gelinkt aan het meetinstrument zelf, zodat deze ook kan worden gedraaid. De plek waar de capsules zitten, onder welke druk ze ook staan, zit niet in de weg van het draaiende mechanisme. b Weergave Omdat je twee verschillende altimeters hebt, namelijk de pneumatische en de servooperated altimeters zijn er verschillende soorten manieren om de hoogte weer te geven (figuur 1.5). Het is wel bekend dat een altimeter van een kleine Cessna niet te vinden zal zijn in de Airbus A320 en andersom ook niet. In een Cessna is het een ouderwets ingebouwd schermpje en in de nieuwere grote commerciële toestellen is het op een scherm door een computer weergegeven, vlak naast aan de attitude indicator aan de rechterkant ervan. 1. Schaalverdeling 2. Wijzers 3. Afstelknop Figuur 1.5: De analoge weergave van de altimeter. c Q-codes De International Civil Aviation Organization (I.C.A.O.) is een organisatie van de Verenigde Naties die internationale principes en waarden voor de luchtvaart vaststellen. De verzoeken en transmissies die worden gebruikt in de luchtverkeersleiding gesprekken worden universeel benoemd en zijn onderdeel van de I.C.A.O. Q-codes (bijlage XI) van communicatie. Er zijn drie termen die vrijwel altijd worden gebruikt in verband met het instellen van de altimeter en gesprekken met de luchtverkeersleiding: Question Field Elevation (QFE): Zet de barometer tot de heersende druk op het vliegveld, zodat de hoogtemeter 0 aangeeft bij landen en opstijgen. Deze 0 heeft geen betrekking tot boven of onder de zeespiegel liggen. Question Normal Height (QNH): Zet de barometer tot het vliegveld elevation boven zeeniveau, gebaseerd op de standaard van ISA. Wanneer deze wordt gebruikt bij landen en opstijgen is de setting bekend als airport QNH, en elke waarde is pas waardig bij de nabije aanwezigheid van het desbetreffende vliegveld. Standard Altimeter Settings (SAS) met als ingestelde barometrische waarde de standaard van I.S.A. (1013,2mb of 29,92Hg). SAS wordt gebruikt voor vluchten boven de voorgeschreven transitie hoogte (transition altitude). In het Verenigd Koninkrijk is bijvoorbeeld de transitie hoogte 3000ft. tot 6000ft. Hoogtes worden genoemd als Flight Levels. een voorbeeld hiervan: een toestel vliegt op 6000ft.. Zijn flight level is dus FL60. Er worden altijd de laatste twee nullen weggelaten. GLASSIX A320 10

13 Termen die worden gebruikt bij de altimeter instelling procedures 1. Altitude 2. Elevation 3. Height ad 1 ad 2 ad 3 Altitude (hoogte) Is de verticale afstand van een level, punt of object, die geacht wordt boven zeespiegel niveau te zitten. Elevation (verhoging) Is de verticale afstand van een vastgestelde punt, of het nou boven of onder zeeniveau is. Height Is de verticale afstand van een niveau, punt of een voorwerp dat als punt van een gespecificeerd gegeven wordt beschouwd Vertical speed indicator Een piloot moet weten hoe snel hij stijgt, überhaupt wel stijgt, daalt of op een hoogte vliegt dat niet verandert, ook wel level vliegen genoemd. Dit allemaal kan de piloot niet achterhalen zonder dat er een meting wordt gemaakt door het vliegtuig en uiteindelijk op een display in de cockpit wordt weergeven. Deze display wordt de vertical speed indicator (VSI) of ook wel de rate-of-climb indicator genoemd. Als het gaat om de rate-of-climb indicator is er de conventionele vertical speed indicator (a), die verdeeld kan worden onder de liniaire- en logaritmische versie (b) en de instantaneous vertical speed indicator (c). a Conventionele VSI De conventionele vertical speed indicator, vanaf nu de pneumatische vertical speed indicator, meet de mate van verandering in hoogte door middel van statische druk. Het instrument bestaat uit een membraandoos dat is verbonden met een luchtstromingbuis (capillairbuis), dat bevestigd is aan een meet eenheid waarin de statische druk vanuit de atmosfeer binnenkomt. Tijdens het veranderen van de hoogte, verandert de atmosferische druk buitenaf ook, waardoor ook de luchtstromen die in en uit de membraandoos stromen mee veranderen. Hoe sneller het vliegtuig stijgt of daalt, des te sneller de lucht stroomt. Lucht dat uit de membraandoos stroomt, geeft aan dat het vliegtuig stijgt. Lucht dat in de membraandoos stroomt, geeft aan dat het vliegtuig daalt. De vertical speed indicator is schematisch weergeven (bijlage XIIa). Je kunt zien dat de meet eenheid een deel van de poort vormt waar statische druk binnenkomt. Dit geheel is weer verbonden met de binnenkant(interieur) van de membraandoos door middel van een capillair buis. De meet eenheid zorgt ervoor dat er statische druk binnen komt, wat dient voor binnen in de behuizing. Als je horizontaal vliegt (bijlage XIIa, 1), word er statische druk binnen het membraan, én buiten het membraan toegelaten. Omdat er geen verschil ( P) is tussen de twee plaatsen ((1) en (2)) word er via de mechanische deel (4) een 'nul' aangewezen met de aanwijzer. Als het toestel probeert te dalen (bijlage XIIa, 2), zal niet meteen een verschil in druk worden geconstateerd. Op het moment dat het toestel dalende is, waar de druk ook hoger is, zal er direct (hogere) statische druk binnen de membraandoos (1) instromen. Tegelijkertijd zal ook (hogere) statische druk binnen in de behuizing stromen (2), maar dan wel met een langzamere snelheid.(dit omdat de meet unit een verdunning bevat). Uiteindelijk zal er toch een drukverschil aanwezig zijn over de membraandoos waardoor deze uitzet, en zo een negatief antwoord komt te staan op de display, via de mechanische deel (3). Als het toestel daalt (bijlage XIIa, 3) zal in plaats van een hogere statische druk, bij een stijging van het toestel lagere druk heersen zowel in de behuizing en in de membraandoos. Omdat de meet unit een verdunning bevat, zal er minder snel lucht naar buiten gezogen worden, dat van de behuizing af komt. Waardoor er weer een P zal worden ontstaan. Nu zal in de membraandoos (1) de druk lager GLASSIX A320 11

14 zijn dan in de behuizing (2), waardoor de doos zal inzakken. Een weegave voor de piloot zal weer via het mechanisch deel (3) worden gevormd op de VSI. b Lineair of logaritmisch De 'nul' positie van een vertical speed indicator is aan de linker kant gekozen, oftewel de '9 uur' positie. De vertical speed indicator laat zien hoe snel je klimt of daalt in voet per minuut. Als de wijzer onder de '0' staat daalt het toestel. Als de wijzer boven de '0' is, dan stijgt het toestel. En als de wijzer óp de '0' staat blijft het vliegtuig op dezelfde hoogte vliegen. Vertical speed indicators kunnen op twee manieren worden weergeven: 1. De lineaire weergave 2. De Logaritmische weergave ad 1 Lineaire weergave In figuur 1.6 wordt een lineaire schaal verdeling gebruikt. Dit wordt ook wel een klassieke weergave genoemd. Deze weergave wordt minder vaak gebruikt, omdat de schaalverdeling niet overeenkomt met de werkelijkheid. Figuur 1.6: Lineaire 1. Schaalverdeling (lineair) 2. Wijzers ad 2 Logaritmische weergave In figuur 1.7 wordt een algoritmische schaal verdeling gebruikt. Bij de 0 is de schaal groter dan, in dit geval, de 16. Dit heeft als voordeel dat de piloot nauwkeurigere variaties van 'level' vliegen kan waarnemen. Dit is een modernere weergave dan de lineaire VSI. Deze VSI is meer gewild in de luchtvaart. 1. Schaalverdeling (Logaritmisch) 2. Wijzers c Instantaneous VSI De instantaneous VSI (letterlijk vertaalt, de versnelde VSI) is een 'geüpgrade versie' van de pneumatische VSI. Deze VSI had namelijk één groot nadeel: Het tijdsverschil tussen de meting en de weergave, waardoor de piloot zijn informatie laat binnenkrijgt. De instantaneous VSI gebruikt een accelerometer unit, om de vertraging zo goed mogelijk te vermijden. De accelerometer unit zorgt er namelijk voor dat er sneller een drukverschil gemeten word, en dit vooral aan het begin van een stijging of daling. De accelerometer unit (figuur 1.8) waarbij de cilinder (1) een piston (2) bevat en in evenwicht wordt gehouden door een veer (3). Als het vliegtuig een verticale beweging verricht, zal de piston omhoog bewegen bij een daling en omlaag gaan bij een stijging, door een kracht genaamd, acceleration force. Hierdoor zal meteen (versnelde) een verschil in druk worden geconstateerd waardoor de membraandoos zich weer zal meebewegen. En zo word er via het mechanische deel een weergave getoond. 1.2 Gyroscopische instrumenten Figuur 1.7: Logaritmische 1. Cilinder 2. Zuiger 3. Veer Figuur 1.8: versnellingsmeter In een vliegtuig zitten de attitude, turn en bank en de heading indicator, die vallen onder de gyroscopische instrumenten. Een gyroscoop heeft twee belangrijke eigenschappen standvastigheid en precessie (1.2.1). Tijdens het vliegen is het van belang dat je weet hoe je neus (pitch) en je vleugels (bank) tegen over de horizon staan, dit geeft de attitude indicator weer (1.2.2). Tevens heb je nog een instrument voor de stand van je vleugels, voor het maken van strakke en niet te steile bochten, dit is de turn coördinator (1.2.3). Het is van groot belang dat je weet waar je naar vliegt, of je de juiste kant op navigeert daarvoor zit er een heading indicator (richtingskompas) in de cockpit verwerkt (1.2.4). GLASSIX A320 12

15 1.2.1 Gyroscoop Theorie In een vliegtuig zitten twee verschillende soorten gyroscopen (figuur 1.9), single degree freedom en een two degree freedom. Het hart van de gyroscoop is in de vorm van één tol (1). Single degree of freedom is een tol die twee assen bevat waarvan één de tol-as X is(2) en één de as Y is(3), deze wordt toegepast in de turn bank coördinator. Een two degree of freedom heeft één tol as X en twee assen Y en Z (4), deze wordt toegepast in de attitude indicator en in de heading indicator. Op het moment dat de gyroscoop pneumatisch of elektrisch wordt aangedreven en ongeveer omwentelingen maakt per minuut komen zijn zeer belangrijke eigenschappen naar voren, 1. Standvastigheid 2. Precessie ad 1. Standvastigheid Dit is alleen als er sprake is van een vol-cardanische ophanging (de tol opgehangen tussen twee andere assen die telkens 90 graden ten op zichten van elkaar staan). De stand die een gyroscoop eenmaal heeft aangenomen verandert niet ten opzichte van de ruimte. De tol-as blijft altijd naar dezelfde richting wijzen wanneer er geen externe kracht op wordt uitgeoefend. De mate van standvastigheid hangt af van de rotormassa, de rotatiesnelheid en de afstand waarop de rotormassa werkt vanaf het middelpunt. Als er een toename is in één van de elementen zal de gyroscoop standvastiger zijn. ad 2. Precessie Oefenen we een kracht uit op een draaiende gyroscoop, dan komt die kracht pas tot uitdrukking, nadat deze 90 is meegedraaid in de draairichting van de tol. Bijvoorbeeld als een kracht op de tol-as uitgeoefend wordt deze kracht 90 later weergegeven, op het moment dat de gyroscoop zou stilstaan zou deze as zelf kantelen en niet 90 later. Helaas heeft de gyroscoop ook wat nadelige eigenschappen wat zijn nauwkeurigheid kan beïnvloeden. 1. Schijnbare drift 2. Ware drift 3. Transport wander 1. Tol 2. Tol-as X 3. Horizontale as Y 4. Verticale as Z Figuur 1.9: Two degree of freedom gyroscoop ad 1. Schijnbare drift Als de gyroscoop 24 uur lang zou draaien, zal je zien dat na elk uur de gyroscoop 15º is gedraaid (360º/24u =15ºp/u), dit noemen we schijnbare drift. Daarom moet er bij gebruik van de gyroscoop de rotatie van de aarde gecorrigeerd worden. ad 2. Ware drift Een gyroscoop van iets mindere kwaliteit kan door middel van lager wrijving en onbalans in de ophanging van de tol, ongewenst precessie ontstaan. Als je hoogwaardige kwaliteit gyroscoop zal deze nadelige eigenschap veel minder tot niet voorkomen. ad 3. Transport wander De aarde draait van oost naar west, op het moment dat je van het oosten richting het westen vliegt, gaat het proces van de schijnbare drift nog sneller (15º p/u) dan als je van west naar oost vliegt. Een horizontaal uitgelijnde gyroscoop lijkt dus te gaan driften. Deze drift is dus niet schijnbare drift maar transport wander. Maar in de modern glass cockpit wordt niet gebruik van gemaakt van de ouderwetse gyroscoop bij de primaire instrumenten, de ring laser gyroscoop wordt toegepast, deze heeft de eigenschappen schijnbare drift, transport wander en ware drift niet. Deze werkt niet mechanisch dus ook geen slijtage. GLASSIX A320 13

16 1.2.2 Attitude Indicator De attitude indicator ook wel artificial horizon ook wel kunstmatige horizon, is een instrument dat de stand van het vliegtuig weergeeft ten opzichte van de horizon (kunstmatige horizon). De kunstmatige horizon maakt gebruik van de gyroscopische eigenschap standvastigheid (a). Dit instrument (b) is ook zeer belangrijk voor het Instrument Flight Rules (IFR) vliegen, als het weer buiten slecht weer is zie je de horizon niet. a Werking Attitude Indicator (Figuur 1.11) maakt gebruik van een verticale gyroscoop (1), en er wordt gebruik gemaakt van de eigenschap standvastigheid. De gyroscoop is los opgehangen in de behuizing zodat hij vrij kan kantelen (2). Op het moment dat het vliegtuig van pitch veranderd bijvoorbeeld op het moment dat het vliegtuig stijgt (het vliegtuig beweegt om de gyroscoop) zal door middel van standvastigheid de gyroscoop in dezelfde positie willen blijven staan. Dit is mogelijk door de ophanging (3), door middel van een pen (4) word de arm (5) omhoog bewogen en geeft een indicatie weer dat je aan het stijgen bent. Ook geeft de Attitude Indicator een weergave van de bank, bijvoorbeeld als je een hellende bocht naar rechts gaat maken zal de gyroscoop ook door middel van standvastigheid in zijn positie willen blijven staan, dit word mogelijk gemaakt door de roll cardanring (6), aan het eind van deze ring zit een pointer die je vliegtuig weergeeft, als je een bepaalde bank hebt tegen over de horizon kan je dit aflezen in schaalverdeling (7). b Weergave In het display (figuur 1.11) van de attitude indicator, is de kunstmatige weergaven van het vliegtuig aangegeven (1), het rondje is de romp, het hart van het vliegtuig en de twee uitstekende lijnen links en rechts van het hart zitten de zo genaamde vleugels. De gyroscoop kan wat opstartproblemen hebben daarom kan je in het begin van de vlucht de roll (2) en de pitch (3) ingesteld worden zodat ze goed recht geplaatst worden tegen over het display. Als je een bocht gaat maken zijn er bepaalde limieten om een niet te scherpe bocht te maken, dit kan je aflezen op de bank pointer (4) die tevens in graden word weergegeven. Het display wordt verdeeld in twee delen, de kunstmatige lucht (5) en de kunstmatige grond (6) Turn Coördinator Figuur 1.10: Binnenkant attitude indicator 1. Verticale gyroscoop 2. Vrije ophanging 3. Pitch cardanring 4. Horizon referentie arm 5. Horizon referentie 6. Roll cardanring 7. Bank indicator Figuur 1.11: Attitude indicator weergave 1. Kunstmatige vliegtuig 2. Roll trim 3. Pitch trim 4. Bank pointer 5. Kunstmatige lucht 6. Kunstmatige grond De turn coördinator heeft als functie het laten zien hoe groot de richtingsverandering van het vliegtuig is bij het maken van een bocht. Ook geeft de inclinometer die bij de turn coördinator hoort een indicatie over de bocht die gemaakt wordt, en of deze met de juiste hoek en snelheid wordt gemaakt. De turn indicatie komt tot stand met behulp van een gekantelde gyroscoop (a). De gyroscoop is gekoppeld aan de op het display te vinden vliegtuig die een indicatie geeft van een hoeksnelheid en roll (b). De inclinometer geeft met behulp van een balletje in een met vloeistof gevuld buisje weer of de bocht correct wordt gemaakt. (c) GLASSIX A320 14

17 a De werking De turn coördinator is in tegenstelling tot de andere gyroscopische instrumenten, de kunstmatige horizon en de heading indicator, niet opgenomen in het vacuüm systeem. Dit omdat de turn coördinator als back-up systeem werkt voor de twee bovengenoemde gyroscopische instrumenten. De turn coördinator is daarom meestal elektrisch aangedreven om te zorgen dat deze blijft werken als er iets mis is met het vacuüm systeem. De turn coördinator maakt gebruik van een gekantelde gyroscoop met een gimbal ring. Als in de turn coördinator (figuur 1.12) de rotor van de gyroscoop is aangedreven (1) zal het besproken gyroscopisch effect van standvastigheid in werking treden waardoor de rotor van de gyroscoop automatisch in één positie zal proberen te blijven ten opzichte van de aarde. Zodra er een bocht wordt gemaakt zal door de precessie de gimbal ring gaan draaien (3). De gimbal ring is bevestigd aan een mechanisme dat de draaiing van de gimbal ring gespiegeld weergeeft op de display. Hierdoor draait het vliegtuig op de display dus met de bocht mee. Ook is er aan de gimbal ring van het instrument een veertje verbonden die ervoor zorgt dat de gimbal niet te ver kan draaien. De kracht die de veer en de gimbal ring op elkaar uitvoeren heffen elkaar op, op het moment dat er sprake is van een zogenaamde Rate one Turn. Dit is bij een richtingverandering van 3 graden per seconde. Ook zal door deze veer bij rechtlijnige vlucht de gimbal ring snel weer terugkeren naar zijn begin positie en deze niet door blijven schommelen. De gyroscoop van de turn coördinator is gekanteld (4). Dit is gedaan zodat het instrument ook de 'roll' van het vliegtuig weer kan geven. Bij een roll is er wel sprake van een rechtlijnige vlucht maar is het vliegtuig wel gekanteld ten opzichte van de horizon. Omdat de gyroscoop gekanteld is zal er ook bij een verandering van de hoek van de vleugels ten op zichten van de horizon precessie optreden. De gyroscoop zal, als dezelfde hoek blijft aangehouden vanzelf terugkeren naar zijn normale positie door het veertje dat aan de gimbal ring is bevestigd. b De weergave Op de display (figuur 1.13) van de turn coördinator zijn twee dingen te zien. Het vliegtuigje met de streepjes met de L en de R en de inclinometer. Het display van de turn coördinator toont een vliegtuigje (1) dat verbonden is met het eerder genoemde mechanisme dat aan de gimbal ring van de gyroscoop is bevestigd. Zolang de gyroscoop horizontaal blijft doet het vliegtuigje dat dus Figuur 1.12: Werking turn coördinator Figuur 1.13: Het display 1. Rotatie rotor 2. Gimbal 3. Rotatie gimbal 4. Gekantelde gyroscoop 1. Vliegtuig referentie symbool 2. Schaalverdeling 3. Incliometer ook en zullen de vleugels gelijk zijn aan de twee bovenste streepjes. De twee streepjes (2) eronder geven de aanbevolen hoeksnelheid aan. De 2 min die op de display (boven de inclinometer) van de turn coördinator is te zien geeft aan dat de turn coördinator Rate one Turn aangeeft met een hoeksnelheid van 360 graden per 2 minuten. Dit staat gelijk aan 3 graden per seconde. Door deze weergave is het mogelijk om door middel van timing toch goede richtingsveranderingen te kunnen maken na uitval van de kunstmatige horizon en de heading indicator. Zodra er een 'roll' gemaakt wordt zal de display hetzelfde weergeven als bij een bocht met als verschil dat het vliegtuig op de display snel weer zal terugkeren naar zijn beginpositie. Dit door de gekantelde gyroscoop die is opgenomen in het instrument. Zodra er een roll gemaakt wordt zal de gimbal ring van de gyroscoop eerst gaan draaien, maar de kracht die ervoor zorgt dat de gimbal ring in eerste instantie gaat draaien niet langer werkt en het eerder genoemde veertje aan de gimbal ring is bevestigd, zal de kracht die de uitgerekte veer op de gimbal ring uitoefent deze weer terug brengen naar zijn begin positie. Op het display zit ook nog een inclinometer (3) ingebouwd, deze zorgt voor een nauwkeurige bocht ( 1.2.3c pagina 16). GLASSIX A320 15

18 c De Inclinometer De inclinometer (bijlage XVb, 2) geeft aan of de draai die het vliegtuig op dat moment maakt met de juiste voorwaartse snelheid gemaakt wordt. De hoek van de vleugels van het vliegtuig ten opzichten van de horizon wordt de bank genoemd. Als de bank van het vliegtuig groter wordt zal het buisje meedraaien. Bij een koersverandering wordt er altijd geprobeerd om een draai te maken, waarbij er zo min mogelijk voelbare krachten zijn. Als er sprake is van een goede draai (1) blijft het balletje tussen de twee streepjes doordat de zwaartekracht en de kracht die ontstaat door de richtingsverandering elkaar opheffen. Als de draai niet goed genomen wordt heeft dit tot gevolg dat het balletje tussen de streepjes vandaan komt om aan te geven dat de draai under- of over- banked is. Als de hellingshoek van het vliegtuig te groot is in verhouding met de richtingsverandering zal de naar buiten gerichte kracht groter zijn dan de zwaartekracht en het balletje naar buiten worden geduwd (2). Je krijgt dan een skid. Als de hellingshoek van het vliegtuig te klein is gebeurt het omgekeerde, een zwaartekracht zal dan te veel invloed hebben. Met als gevolg dat het balletje naar de binnenkant van de bocht verplaatst, er ontstaat een slip (3). De slip en skid effecten zorgen ervoor dat alles in het vliegtuig respectievelijk naar binnenkant en naar buitenkant van de bocht wordt gedrukt Heading Indicator Het kompas in het vliegtuig wordt ook wel de heading indicator, directionele gyroscopische- of koerstol genoemd. Het doel van het kompas is het weergeven van de richting, of anders gezegd de koers, van het vliegtuig ten opzichte van de aarde. Het kompas werkt door middel van een gyroscoop, vandaar de naam gyrokompas. Er wordt gebruik gemaakt van standvastigheid (a). De meting wordt weergeven op een scherm met een wijzerplaat met daarop windstreken en als wijzer een vliegtuig (b). a De werking Een gyroscoop kan verschillend opgehangen worden, afhankelijk van het instrument en welke eigenschappen je wilt (figuur 1.14). Bij het kompas hangt de gyroscoop horizontaal (1) en is er sprake van two degrees of freedom. Als het vliegtuig een draaiing maakt, lijkt het alsof de gyroscoop ook draait. De beweging die het vliegtuig maakt wordt via de cardanring (2) overgebracht naar het hoofdtandwiel, deze geeft de beweging weer door aan de wijzerplaat via een tandwielconstructie (3). Doordat de tandwielconstructie in beweging komt, ze je die beweging op een display (4). Doordat de wijzerplaat vast zit aan een tandwiel, draait de wijzerplaat in plaats van de wijzers. Het is ook mogelijk om het kompas bij te stellen, doormiddel van een reset knop (5). Er wordt gedraaid aan de reset knop die de aanpassing doorgeeft via een tandwiel en een staafje. b Weergave Figuur 1.14: Werking heading indicator Figuur 1.15: Heading Indicator 1. Gyroscoop 2. Cardanring 3. Tandwiel constructie 4. Display 5. Afstelknop 1. Vliegtuig referentie symbool 2. Schaalverdeling 3. Afstelknop De weergave van het gyroscopische kompas is een cirkelvormige plaat met daarop alle windstreken, noord, zuid, oost en west (figuur 1.15). Voor deze plaat zit een afbeelding van een vliegtuig, die met de neus naar boven wijst (1). De weergave is te vergelijken met de weergave van een klok, alleen is het nu de wijzerplaat die draait, in plaats van de wijzers. Deze plaat geeft de schaalverdeling aan. Als de gyroscoop beweegt ten opzicht van zijn omgeving, doordat het vliegtuig een bocht maakt, draait de plaat als gevolg hiervan (2). De neus van het vliegtuig geeft de koers aan. Het gyrokompas moet steeds worden afgesteld (3). Dit komt doordat de meting continu minder nauwkeurig wordt. Dit is het gevolg van de draaiing van de aarde. Het afstellen van het instrument werd eerst altijd door de piloot gedaan door middel van de afstelknop, en moest ongeveer om het kwartier gebeuren. In nieuwere en betere GLASSIX A320 16