‘The Magic Six’

(PROJECT)GROEP: 2A1BE

PROJECTLEIDER: HILGERSOM, RICK

SCHOOLJAAR: 2010/2011

PROJECTLEDEN: PEDRAM SOLTANI, ROCIO CORNELISSEN, TUGRUL MIZRAK, TIJMEN KADLECEK, ROB

HUIJS, JEROEN WIJNBERGEN, ALEX ESSER, DECLAN JONKERS

‘Ontwerpanalyse uniforme cockpit’

Inhoudsopgave

Samenvatting 1 Summary 2 Inleiding 3

Hoofdstuk 1 Opbouw van de Basic six

1.1 Gyroscopische instrumenten 4

1.1.1 Theorie 4 1.1.2 Directional Gyroscope 6 1.1.3 Artificial Horizon 8 1.1.4 Turn and Bank Indicator 10

1.2 Air data instrumenten 12

1.2.1 Theorie 12 1.2.2 Altimeter 15 1.2.3 Vertical Speed indicator 17 1.2.4 Airspeed indicator 19

1.3 Eisen 20

1.3.1 Wettelijke eisen 20 1.3.2 Eisen opdrachtgever 21

1.4 Functie onderzoek 22

1.5 Conlcusie 23

Hoofdstuk 2 Het ontwerp van het air data systeem

2.1 Uitleg morfologisch overzicht 24

2.1.1 Meting 24 2.1.2 Transport 25 2.1.3 Omzetting 25 2.1.4 Versterking 26 2.1.5 Corrigeren 26 2.1.6 Transport 27 2.1.7 Omzetting 28 2.1.8 Weergave 28

2.2 Mogelijkheden tot ontwerp 29

2.2.1 Het mechanische air data systeem 30 2.2.2 Het semi-moderne air data systeem 30 2.2.3 Het moderne air data systeem 30

2.3 Voor en nadelen 30

2.3.1 Het mechanische air data systeem 30 2.3.2 Het semi-moderne air data systeem 30 2.3.3 Het moderne air data systeem 31

2.4 Conclusie 31

Hoofdstuk 3 Uitvoering van de uniforme cockpit

3.1 Cockpit inbouwen 32

3.1.1 De gekozen componenten 32 3.2.2 Mechanische bak-up systeem 32

3.2 Inrichting cockpit 32

3.2.1 Cockpit inbouwen 33

3.3 Ontwerp analyse 35

3.3.1 Veiligheid 35 3.3.2 Duurzaamheid 36 3.3.3 Onderhoud 36 3.3.4 Kosten 36

2.4 Conclusie 37

Literatuurlijst 38 Termenlijst 39 Bijlagelijst 40

1

Samenvatting

Projectgroep 2A1BE heeft de opdracht gekregen van Avia Claim Airlines om een uniforme cockpit te ontwerpen. Hiervoor worden verschillende cockpitsystemen onderzocht. De uniforme cockpit bestaat voornamelijk uit de zes belangrijkste instrumenten die de piloot constant gebruikt tijdens een vlucht. Deze ‘Basic six’ zijn onder te verdelen in twee groepen: de gyroscopische instrumenten en de air data instrumenten. De gyroscopische instrumenten (de directional gyroscope, de turn and bank indicator en de attitude indicator) geven aan wat de positie en de richting van het vliegtuig is, terwijl de air data instrumenten (de altimeter, de vertical speed indicator en de airspeed indicator) onder andere laten zien wat de snelheid van het vliegtuig is, wat de verticale snelheid van het vliegtuig is en op welke hoogte het vliegtuig zich bevindt.

Bij het samenstellen van een uniforme cockpit moet rekening gehouden worden met de eisen van Avia Claim Airlines. Deze eisen hebben betrekking op de veiligheid, duurzaamheid en uniformiteit van de cockpit. Een goede prijs-kwaliteit verhouding is van essentieel belang. Ook moet men de wettelijke eisen van EASA en de nationale regelgeving in acht nemen. Als er geen rekening wordt gehouden met de wettelijke eisen kunnen de vliegtuigen niet gecertificeerd worden en mogen ze dus niet de lucht in. Tijdens het onderzoek wordt uitsluitend gekeken naar de componenten van het air data systeem. Deze componenten zijn schematisch weergegeven in het morfologisch overzicht. De componenten zijn van belang als er een keuze gemaakt moet worden voor een bepaald uniform cockpitsysteem. Avia Claim Airlines wil namelijk een zo veilig, overzichtelijk en onderhoudsvriendelijk mogelijk systeem. Zo wordt voor iedere component de veiligste, duurzaamste en betrouwbaarste versie gekozen. Het onderzoek naar de componenten leidt tot drie mogelijke air data systemen: Het mechanisch systeem, het semi-moderne systeem en het moderne systeem. Deze systemen verschillen zich in de manier waarop het signaal van een grootheid in de lucht (druk) overgebracht wordt tot een waarde op het scherm van de piloot. Zo gebeurt dat bij een mechanisch systeem vooral met tandwielen, membranen en metalen leidingen. Een modern systeem daarentegen brengt dat signaal over met de meest recente technologieën. Maar welk systeem is het meest geschikt om te ontwerpen?

Om een systeem ‘het meest geschikt’ te noemen wordt er onderzoek gedaan naar welk systeem het beste voldoet aan de gestelde voorwaarden . De systemen krijgen cijfers op punten als brandveiligheid, onderhoud en betrouwbaarheid. Aan die voorwaarden wordt vervolgens een weegfactor gehangen, omdat de prioriteit van de voorwaarden ook van belang is. Dit onderzoek is schematisch weergegeven in een voor- en nadelen schema.

Om het systeem vervolgens te gaan ontwerpen wordt er aan de hand van het voor- en nadelen schema een keuze gemaakt voor het moderne air data systeem. Het is van belang dat, wanneer één instrument het begeeft, er een reserve ingeschakeld kan worden. Daarom beschikt het systeem over een back-up. Het is wettelijk verplicht dat de cockpit beschikt over een driedelig systeem: Eén voor de piloot, één voor de copiloot en een mechanisch back-up systeem, voor als er geen elektriciteit meer is. Tussen deze systemen kan naar wens geschakeld worden, zodat de informatie van de Basic Six altijd voor handen is.

Nu is het belangrijk Avia Claim Airlines te laten weten wat nu precies de kosten van dit systeem zijn. Niet alleen de aanschafkosten, maar ook alle variabele kosten als de onderhoudskosten. Daartegenover staan baten als lagere onderhoudskosten en minder omscholing voor piloten.Als één van de laatste stappen tot het ontwerp zijn de veiligheid, duurzaamheid, het onderhoud en de kosten geanalyseerd. Er is onderzocht of dit systeem inderdaad beter is dan bestaande cockpitsystemen. De conclusie die op basis van de ontwerpanalyse en het kosten-baten overzicht genomen kan worden is dat het

ontwerp van de uniforme cockpit door projectgroep 2A1BE inderdaad beter scoort op alle gestelde eisen. Er wordt

dan ook aangeraden het ontwerp in productie te nemen.

2

Summary

Project group 2A1BE was commissioned by Avia Claim Airlines to design a uniform cockpit. Several different

cockpit systems will be researched.

The six most important instruments for a pilot can be put into two categories: the gyroscopic instruments and

the air data instruments. The gyroscopic instruments – the directional gyroscope, the turn and bank indicator

and the attitude indicator – indicate what the position of the aircraft is, whilst the air data instruments – the

airspeed indicator, the altimeter and the vertical speed indicator - indicate what the speed and altitude of the

aircraft are.

When designing a uniform cockpit one must take into account the requirements of Avia Claim Airlines.

These requirements relate to the safety, durability and uniformity of the cockpit. Also taken into account are

the statutory requirements of such systems, otherwise the aircraft cannot be certified.

Whilst researching the design of a cockpit, each component is examined individually. In this design only the air

data components will be taken into consideration. These components are schematically displayed in a

morphologic overview. These individual components must all play a significant role in the final choice of the

uniform cockpit design. Avia Claim Airlines wants the safest, clearest, most durable and most maintenance free

system possible. There are three possible cockpit systems to consider: a mechanical system, a semi-modern

system and a modern system. They differ in the way a value of air pressure is measured, transferred too, and

displayed on, the screen of the pilot. A modern system uses the most recent technology available to

accomplish what a mechanical system does using primarily a series of gears and mechanical membranes. But

which system is the best?

Before this can be determined each system is given a weighted rating for characteristics such as fire

safety, maintenance and durability. By applying this ranking system the Modern air data system has come out

as the most suitable candidate. It is important that when an instrument fails, a backup option is available. It is

compulsory that the cockpit has a three-part system: one for the pilot, one for the copilot and mechanical

backup system, for if there is a power outage. Pilots can switch between these systems so that the necessary

flight information is always available.

It is important to give Avia Claim Airlines an accurate indication of what the costs of the system are.

Not just the price of acquisition but also all the variable costs and maintenance costs. It is also important that

the benefits of the uniform cockpit design are presented to Avia Claim Airlines using a costs- and benefit

overview. The final step of the design is to analyze the systems safety, durability, and cost. The goal of this

analysis is to check whether the design is actually better than existing cockpit systems.

The conclusion based on design analysis and cost-benefit overview is that the uniform cockpit, designed by

project group 2A1BE, scores higher on all the requirements. Therefore it recommended that the design is put

into production.

3

Inleiding

Projectgroep 2A1BE heeft in het studiejaar 2010-2011 van de HBO opleiding Aviation Studies aan de Hogeschool van Amsterdam de opdracht gekregen om een universele cockpit te ontwerpen. Deze opdracht is uitgevaardigd door Avia Claim Airlines en moet aan een aantal voorwaarden voldoen. Zo hebben wij de opdracht gekregen om ons alleen op de Basic Six instrumenten te concentreren. Dit zijn de zes belangrijkste instrumenten voor een piloot. Het ontwerp moet voldoen aan de wettelijke eisen voor een cockpit. Tevens wordt dit ook een compleet nieuw ontwerp. Er wordt dus niets aangepast vanuit een bestaand ontwerp. Dit alles moesten wij binnen elf weken realiseren. Dit verslag bestaat uit drie hoofdstukken. Dit is gedaan omdat er drie verschillende “hoofd”-stappen gedaan moet zijn om tot het uiteindelijke ontwerp te komen. Dit moet gedaan worden met behulp van het boek van F.J. Siers, waarin er drie stappen hebben gevolgd volgens de methode van ‘Van den Kroonenberg’. Deze drie stappen zijn: definiëren, ontwerpen en uitvoeren. Hoofdstuk één gaat over de achterliggende techniek van zowel de Basic Six instrumenten als de theorie van de gyro- en luchtdruk-instrumenten in het algemeen. Men dient de techniek te begrijpen voordat men ermee kan werken. Met alle informatie die in het eerste hoofdstuk verkregen is kan er later een betere keuze gemaakt worden tussen verschillende technieken en instrumenten. (1) Vervolgens hebben wij het in het tweede hoofdstuk over een aantal verschillende ontwerpen die wij wellicht zouden kunnen gaan maken. Deze ontwerpen zijn gemaakt met behulp van de theorie uit hoofdstuk één. Ook bekijken wij hier de voor- en nadelen van de verschillende ontwerpen. Uiteindelijk kiezen wij hier voor een ontwerp dat wij gaan uitvoeren. (2) Het derde en laatste hoofdstuk gaat over hoe wij het ontwerp gaan realiseren en wat dit gaat kosten. Ook wordt er gekeken naar de veiligheid van het ontwerp. Uiteindelijk zal hieruit blijken of ons ontwerp voldoet aan de gestelde voorwaarden. En dan doen we een aanbeveling. (3) Wij hebben voor dit verslag voornamelijk gebruik gemaakt van de database van ICAO en het boek Aircraft Instruments & Integrated Systems van E.N.J Pallett. Voor de volledige literatuurlijst verwijzen wij naar de bijlage, pagina 38. Ook hebben we veel Engelse termen gebruikt in dit verslag, daarom is er ook een termenlijst gemaakt en die staat op pagina 39 . De bijlagelijst is achterin het verslag te vinden.

4

Figuur 1. Vol cardanisch opgehangen gyroscoop

Hoofdstuk 1 Opbouw van de Basic six

In hoofdstuk één wordt gedefinieerd wat de “Basic Six” zijn en hoe deze instrumenten werken. De “Basic Six” is onderverdeeld in twee categorieën; de Gyroscopische instrumenten (1.1) en Airdata instrumenten (1.2). In deze twee paragrafen wordt de achterliggende theorie en de werking van de instrumenten behandeld. In paragraaf (1.3) worden de wettelijke eisen en de eisen van de opdrachtgever behandeld. In paragraaf (1.4) wordt het functie onderzoek besproken. De hoofdbronnen voor dit hoofdstuk zijn: E.H.J Pallet, Aircraft instruments & intergrated systems(1992) en G. de jong, Electro-mechanical instruments in aircraft

1.1 Gyroscopische instrumenten Een deel van de Basic Six instrumenten werken met behulp van een gyroscoop. Daarvoor is het belangrijk eerst te weten hoe een gyroscoop nu precies werkt, en wat zijn eigenschappen zijn (1.1.1). Er zijn drie instrumenten van de Basic Six waarvan de werking berust op een gyroscoop. Allereerst de Directional Gyroscope (1.1.2), om de precieze koers van een vliegtuig weer te geven. Ten tweede de Artificial Horizon (1.1.3), die wordt gebruikt om de vlieger informatie te geven over de positie van het vliegtuig ten opzichte van de horizon. Het laatste instrument van de Basic Six dat gebruik maakt van een gyroscoop is de Turn and Bank indicator (1.1.4),dat een hulpmiddel voor de vlieger is bij het maken van bochten.

1.1.1 Theorie Een gyroscoop is een massa met een as er omheen (1.1.1a). Er zijn twee verschillende soorten gyroscopen (1.1.1b). De twee belangrijkste kenmerken van een gyroscoop zijn precessie (1.1.1d) en standvastigheid (1.1.1.c).Één van de nadelen van een gyroscoop is dat hij bij bepaalde krachten niet meer nauwkeurig werkt. Daarvoor zijn bepaalde richtmiddelen gemaakt (1.1.1e). Zodat de piloot correcties kan toepassen om deze afwijking ongedaan te maken(1.1.1f).

1.1.1a Wat is een gyroscoop?

Een gyroscoop (figuur 1) is een draaiende massa om een as, waardoor het

ook gezien kan worden als een tol. De ‘tol’ (1) wordt opgehangen tussen

nog twee andere assen die allebei negentig graden ten opzichte van elkaar

staan. De gyroscoop kan dan om drie verschillende assen draaien, namelijk

de horizontale as (z-as)(2), de verticale as (y-as)(3) en de tol-as (x-as)(4). De

horizontale as is opgehangen in de lengte van het object, om de

rolbewegingen waar te nemen. De verticale as neemt de bochten waar. De

tol-as is opgehangen in de breedte van het object, voor het waarnemen van

stijg- en daalbewegingen. Dit noemt men een vol cardanische opgehangen

gyroscoop. Er zijn ook gyroscopen met alleen maar twee assen. Die werken

alleen op een verticale as en een horizontale as waardoor de gyroscoop

maar over één vlak kan draaien in plaats van over twee vlakken. Wanneer

dit het geval is noemt met die een half cardanisch opgehangen gyroscoop.

1.1.1b Soorten gyroscopen

Er zijn twee verschillende soorten gyroscopen, waarbij er onderscheid wordt

gemaakt in de manier waarop ze aangedreven worden:

1. Pneumatische gyroscopen 2. Elektrische gyroscopen

1. tol = de tol 2. y-as = verticale as 3. x-as = tol-as 4. z-as = horizontale as

5

Ad 1. Pneumatische gyroscopen

Pneumatische gyroscopen worden op een pneumatische manier aangedreven. Dat betekent dat de

draaisnelheid wordt aangedreven door het pompen van lucht. Een vacuümpomp bestaat uit een door een

motor aangedreven pomp, die in verbinding staat met pijpleidingen naar de bijpassende vlieginstrumenten.

Een vacuüm indicator, een overdrukklep en een centrale luchtfilter zijn ook aanwezig. Elk gyroscopisch

instrument heeft twee verbindingen: één verbinding is direct naar de pomp gemaakt en de ander staat in

verbinding met het rotorsysteem van de gyroscoop, dat open is voor de omgevende atmosfeer via een

luchtfilter. Wanneer de vacuüm stand wordt geactiveerd, wordt de druk in de instrumenten verlaagd om de

omringende lucht in het rotorsysteem van de gyroscoop te laten stromen. Dit is omdat, lucht van een hoge

druk naar een lage druk stroomt. Het rotorsysteem is geplaatst naast een serie uitsparingen aan de buitenkant

van elke gyroscopische rotor, zodat de lucht tegen die uitsparingen blaast waardoor de rotor gaat draaien.

Ad 2. Elektrische gyroscopen Een elektrische gyroscoop wordt aangedreven op een elektrische manier. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een AC (een motor die op wisselstroom werkt) of DC (een motor die op gelijkspanning werkt) motor. Voor de kunstmatige horizon (1.1.3) wordt gebruik gemaakt van de AC-motor. De DC-motoren worden gebruikt voor de turn and bank indicatoren.

1.1.1c Standvastigheid

Standvastigheid houdt in dat een gyroscoop (als deze in beweging is/

draait) in één positie blijft. De standvastigheid is afhankelijk van de

rotatiesnelheid, de straal en de massa van de gyroscoop. De gyroscoop

zal niet van positie gaan afwijken, zolang de gyroscoop blijft draaien en

er niets verandert aan de rotatiesnelheid, de straal en de massa van de

gyroscoop. De mate van standvastigheid wordt bepaald door de massa,

de straal en de draaisnelheid van de gyroscoop. Dit noemen we het

impulsmoment.

1.1.1d Precessie

Precessie is een compenserende draaibeweging. Deze beweging maakt een draaiende tol (Figuur 2) wanneer er

een uitwendige kracht langs de draai-as wordt uitgeoefend (1). Als een tol uit de verticale stand word gebracht

zal de zwaartekracht deze omver proberen te trekken. De tol zal echter niet omvallen door dat er energie zit

opgeslagen in de draaiende massa. De helft van de massa wil doordraaien naar links, terwijl het andere deel wil

doordraaien naar rechts. Doordat de massa draait wisselen deze krachten elkaar voortdurend af. Er ontstaat

een kracht loodrecht aan de draai-as(2). Waardoor de tol rondjes gaat draaien in plaats van dat hij omvalt. Hoe

sneller de tol draait hoe langzamer deze precessie plaatsvindt.

Figuur 2. Precessie op een draaiend fietswiel

Wet van behoud van impulsmoment L=m*r*v Waarbij: m = Massa in kg R = Straal in m v = Snelheid in m/s L = Impulsmoment in kg*m

2*s

Formule 1. (het impulsmoment)

6

1.1.1e Afwijkingen De richting van een vliegtuig kan fout weergegeven worden. Er zijn verschillende soorten afwijkingen:

1. Apparent drift (schijnbare drift) 2. Real drift (werkelijke drift) 3. Transport wander 4. Gimbal lock

Ad.1 Apparent drift

De aarde draait om zijn eigen as met een snelheid van vijftien graden per uur. Dit wordt ook wel earth rate

genoemd. Bij een gyroscoop die afgesteld is op het noorden, is er een afwijking van vijftien graden per uur van

de werkelijke koers. Dit wordt ook wel apperent drift genoemd.

Ad.2 Real drift

Real drift is een afwijking van een paar graden die ontstaat door wrijving. Die wrijving vindt plaats tussen de

ringen van de gyroscoop. Hierdoor ontstaat bij de werkelijke koers een afwijking van een aantal graden. Real

drift is een gevolg van imperfectie. Het is namelijk erg moeilijk om de gyroscoop zodanig te maken dat er geen

wrijving plaatsvindt tussen de ringen.

Ad.3 Transport wander

De transport wander is afwijking die ontstaat als een vliegtuig zich voortbeweegt over de aarde. Als een

vliegtuig vliegt van de ene kant van de aarde naar de andere kant, terwijl de aarde stilstaat, behoudt die zijn

positie ten opzichte van de aarde, terwijl de piloot dat niet doet.

Ad.4 Gimbal lock

Gimbal lock houdt in dat twee of meerdere assen van de gyroscoop loodrecht staan ten opzichte van elkaar.

Wanneer dit gebeurd is de beweging van de gyroscoop beperkt. Een heel bewegingsgebied wordt onmogelijk.

Er zijn twee manieren om een gimbal lock te vermijden.

De eerste manier is om een vierde ring te gebruiken, die wordt aangedreven door een motor, om een grote

hoek tussen de x en de z as te behouden. Een andere manier is om één of meerdere ringen in een willekeurige

positie te draaien waardoor de gimbal lock ongedaan wordt gemaakt.

1.1.2 Directional gyroscope

Een directional gyroscope (koerstol) is een instrument dat gebruikt wordt om de richting van het vliegtuig aan te geven. Het is een in alle richtingen beweegbare en elektrische aangedreven tol, die een eenmaal aangenomen oriëntatie in de ruimte altijd behoudt. Het lijkt veel op een kompas. Een belangrijk verschil tussen de koerstol en het kompas is dat de koerstol niet wordt beïnvloed door metalen voorwerpen of (plaatselijke) afwijkingen van het aardmagnetisch veld.

1.1.2a Werking

De directional gyroscope werkt met een pneumatische gyroscoop. In figuur 3 zie je de directional gyroscope. Het is een vol cardanische opgehangen gyroscoop (1.1.1a). In de basisvorm is de rotor omhuld door een aantal ringen. De rotor (1) wordt ondersteund door de inner-ring (7). De inner-ring is weer gemonteerd in een ring er buiten. Wanneer het vacuümsysteem in werking is, maakt de drukvermindering binnen de ringen het mogelijk om de omringende lucht binnen te laten stromen. Door middel van een filter maar ook door de buizen van de ringen ontstaan ‘jets’. De lucht uit de jets hebben

invloed op de ‘buckets’;. Buckets zijn een soort van kleine emmertjes. Er stroomt lucht de buckets in waardoor

de rotor begint te draaien (1). Deze snelheden gaan tussen de 12 000 en 18 000 rev/min.

1 rev = 1 rotatie.

7

Een instelknop (4) is weergegeven aan de voorkant van de behuizing van de gyroscoop. Dit is gedaan om de

directional gyroscope op dezelfde koers te zetten als dat van een magnetisch kompas. Wanneer deze knop

wordt ingedrukt, wordt er een ‘balk’ opgetild waardoor de inner-ring(7) loodrecht op de buitenste ring(8) komt

te staan. Tegelijkertijd ontstaat er een afscheiding tussen de knop en de buitenste ring. Aldus een koers kan

worden ingesteld door de knop te draaien waardoor ook het hele systeem draait. De reden om de binnenste

ring te omhullen is om te voorkomen dat er precessie optreed wanneer de buitenste ring wordt gedraait, maar

ook om er voor te zorgen dat tijdens het omhullen van de assen, de onderlinge assen loodrecht op elkaar

blijven staan. Wanneer het vliegtuig een bocht maakt zal de rooskaart(9) in dezelfde richting mee draaien.

1.1.2b Weergave

Op de buitenste ring van de gyroscoop staat een schaalverdeling in graden weergegeven. Deze schaalverdeling

wordt de gradenboog genoemd. De piloot leest de schaalverdeling af van een koerslijn die op het frame is

geplaatst. Wanneer de rotor draait, en het vol of half cardanische systeem en de kaart zijn gestabiliseerd,

draait het frame ook waardoor je het aantal graden kan aflezen van de gradenboog.

Op de directional gyroscope staan getallen en cijfers weergegeven (figuur 4). De cijfers lopen van 0 t/m 36. De

30(2) betekent dat het vliegtuig een koers van 300° aangeeft ten opzichte van het noorden. De neus van het

vliegtuig in het kompas geeft aan welke koers het vliegtuig vliegt (3). Op het kompas zijn ook windstreken af te

lezen: North, South, West, East (1). Linksonder zit de instelknop (4).

1.Gimbal rotatie 2.Primaire aandrijving koersplaat 3.Koersplaat aandrijving 4.Instelknop 5.Instel tandwielen 6.Rotor 7.Inner-ring 8.Buitenste ring 9.Rooskaart

Figuur 3. Directional gyroscope - dwarsdoorsnede

Figuur 4. Directional gyroscope - weergave

1. Windstreken 2. Cijfers 3. Koers 4. Instelknop

8

1.1.2c Afwijkingen Na een tijd de directional gyroscope te hebben gebruikt zal er zich een afwijking voordoen. De afwijking doet

zich voor in de richtingaanwijzer. Door de aardrotatie zal een gyroscoop continu verlopen ten opzichte van het

aardoppervlak maar het aardoppervlak of magnetisch noorden moet het referentie punt blijven.. Dit kan op

twee manieren opgelost worden: automatisch of handmatig .

Wanneer het automatisch is, wordt dat gedaan door de flux valves. De flux valves zijn twee ‘kleppen’ die aan de wing tips zitten. Deze meet het magnetisch noorden door middel van de magnetische velden met elkaar te vergelijken. Aan de hand daarvan kan het ware noorden bepaald worden. Om dit handmatig te corrigeren moet de piloot oplijnen dit doet hij door de instelknop intedrukken. Wanneer

dit gebeurd koppelt de gyroscoop zich los en wordt de inner-ring vastgezet. Dit wordt gedaan zodat de ring niet

meedraait met het aanpassen. Als dit gedaan is zal de rooskaart in de juiste opstelling versteld worden. Als de

knop losgelaten wordt zal het ongelijnd zijn.

1.1.3 Artificial Horizon Een Artificial Horizon (attitude indicator of kunstmatige horizon) laat de piloot in één oogopslag zien wat de

stand van het vliegtuig is ten opzichte van de horizon. Het instrument werkt met een gyroscoop. De stand van

het vliegtuig ten opzichte van de horizon wordt aan de piloot gepresenteerd op een display zoals in Figuur 2

(1.1.3b).

1.1.3a Werking De werking van de kunstmatige horizon (Figuur 7) berust op de gyroscopische eigenschap standvastigheid (1.1.1c). De vol cardanisch opgehangen gyroscoop (1.1.1) wordt direct achter het instrument opgehangen, en wordt bevestigd aan het instrumentenpaneel. Iedere positieverplaatsing van het vliegtuig heeft effect op de stand van het symbolische vliegtuigje op de display (1.1.3b). Wanneer het vliegtuig omhoog of omlaag beweegt wordt pitch genoemd, een beweging over de horizontale as naar links of naar rechts wordt een roll genoemd.

De gyroscoop voor de kunstmatige horizon bestaat uit een aantal componenten (figuur 5). Het geheel begint

bij de rotor (2), deze beweegt zich in drie dimensies. Deze beweging heeft uiteindelijk effect op de stand van

de gehele constructie. Om de rotor heen zit een binnenring (4), en om de binnenring zit een buitenring (3). De

horizonarm (8) zit vast aan het symbolisch vliegtuigje op de display en zorgt ervoor dat de beweging van de

gyroscoop wordt overgebracht op het symbolisch vliegtuigje (1). Aan het eind van de horizonarm zit een

contragewicht (5) dat is er om de arm in balans te houden bij een beweging van het vliegtuig. Net daarvoor

bevind zich een draaipunt (6), dit geeft de horizonarm de mogelijkheid om te bewegen. De scharnierpin (7) zit

vast aan de binnenring. De pin gaat door twee gleuven heen en blokkeert daarmee de vrije beweging van de

1. Symbolisch vliegtuig 2. Rotor 3. Buitenring 4. Binnenring 5. Contragewicht 6. Draaipunt 7. Scharnierpin 8. Horizon arm 9. Schaalverdeling en wijzer

Figuur 5. Gyroscoop voor de kunstmatige horizon

9

1. De lucht 2. Schaalverdeling, graden van de pitch 3. De horizon 4. vliegtuig 5. De grond

gyroscoop. Aan de voorkant zit het symbolische vliegtuigje (1) dat op een lijn ligt met de Z as. Daaronder zit een

schaalverdeling en wijzer (9) die aangeeft met hoeveel graden er een roll wordt uitgevoerd.

1.1.3b Weergave Het display van de AI (figuur 6) is voorzien van een vliegtuigsymbooltje (4) en een horizon (3). Het vliegtuig wordt weergegeven door het gele kruis. De horizon scheidt twee vlakken: de bovenste helft (1) stelt de lucht voor, de onderste helft (5) stelt de grond voor. Op de AI zijn in een verticale lijn een aantal witte horizontale strepen met cijfers (2) te zijn. Deze cijfers duiden op de graden van de pitch. Op het moment dat het vliegtuig stijgt zal het symbolische vliegtuig dat ook doen, daardoor komt deze op of tussen een horizontale streep, en kan de piloot zien met hoeveel graden het vliegtuig stijgt of daalt. Hetzelfde geldt als een piloot een roll uitvoert, alleen zal het vliegtuigje niet stijgen, maar rollen. Dus

als het vliegtuig naar rechts vliegt, beweegt de rechter kant van het symbolische vliegtuig zich naar het bruine deel van de kunstmatige horizon, en de linkerkant van het symbolische vliegtuig beweegt naar het blauwe deel van de kunstmatige horizon.

1.1.1c Afwijkingen

Er zijn in totaal drie methodes om de afwijkingen van de gyroscoop te verkleinen: 1. De kogeldoos 2. De kleppendoos 3. De vloeistofschakelaar

Ad 1. De kogeldoos

De kogeldoos (Figuur 7) is een doos die onder de gyroscoop wordt vastgemaakt. In deze doos zijn er meerdere

kogels (1) die vrij kunnen rollen. Maar de kogels bewegen niet uit zichzelf, er zal een kracht in een bepaalde

richting op moeten werken. Dus als het vliegtuig bij een bocht scheef in de lucht hangt, dan rollen de kogels

door de invloed van de zwaartekracht, naar het laagst mogelijke punt. Aan de randen van de binnenkant van

de doos zijn een soort van haakjes bevestigd (2), deze draaien continu met de klok mee. De haakjes draaien

met een snelheid van vijfentwintig rotaties per minuut (RPM). De kogels gaan in deze haakjes en worden van

het laagste punt naar het hoogste punt gebracht, dit gaat door totdat de gyroscoop weer recht staat. De kogels

blijven dan in het midden staan.

Figuur 6. Display AI

1. Kogels

2. Kogelhaakjes

Figuur 7. Kogeldoos

10

Ad 2. De kleppendoos

De kleppendoos (Figuur 8) is zoals de naam verraad, een doos

met kleppen. De kleppendoos is ook vastgemaakt onder de

gyroscoop, maar in tegenstelling tot de kogeldoos is de

kleppendoos niet dicht.

In de kleppendoos bevinden zich in totaal vier kleppen, elk bij

een rand (4). Deze kleppen bevinden zich een klein stukje van

de rand af, de achterkant van elke klep is open. Er wordt aan

de bovenkant van de kleppendoos lucht geblazen in de doos

(3). Als de gyroscoop recht staat wordt de lucht goed verdeeld

over de kleppen en naar buiten geblazen. Als de gyroscoop

scheef gaat staan, dan gaan er bepaalde kleppen dicht en

gaan andere wijder open staan. Vervolgens wordt de lucht die eigenlijk door

die dichtere kleppen had moeten gaan, verdeeld over de resterende kleppen,

wat er voor zorgt dat er een kracht gaat werken op de klep die dichter is. Dit gaat

net zolang door tot de gyroscoop recht staat. De kleppendoos wordt gebruikt in de

pneumatisch kunstmatige horizon.

Ad 3. Vloeistofschakelaar

In de schakelaar bevindt zich een stroomgeleidende vloeistof, genaamd: elektrolyt. Als de vloeistof recht is dan

gaat de stroom door de vloeistof, maar als de vloeistof schuin gaat dan zal de spanning afwijken. Als de

afwijking wordt gemeten gaat er een motortje werken. Dit zorgt ervoor dat de gyroscoop weer recht gaat

staan.

1.1.4 Turn and bank indicator Dit instrument geeft de vlieger informatie over een te nemen bocht. De turn and bank indicator (TBI) werkt ook

met een gyroscoop, die op een aantal punten afwijkt van de eerder besproken gyroscoop (1.1.4a). De

informatie wordt aan de vlieger gepresenteerd door een indicator als in Figuur 12. (1.1.4b). Een vernieuwde

versie van de TBI is de Turn Coordinator (1.1.4c), welke aan een aantal punten sterk verschilt met de TBI.

1.1.4a Werking De turn- and bank indicator bestaat eigenlijk uit 2 delen in één behuizing:

1. Turn indicator (bochtaanwijzer) 2. Bank indicator (slipmeter)

Ad 1. Turn indicator

De gyroscoop die hiervoor gebruikt wordt wijkt op een aantal punten af van de eerder gebruikte gyroscopen

(figuur 9). Zo heeft deze gyroscoop bijvoorbeeld niet de mogelijkheid om volledig vrij te bewegen, maar om

één as (precessie-as). Dit wordt een halfcardanische ophanging genoemd. Verder zit deze as vast aan

springveren (A), om de kleinste bewegingen de kop in te drukken. Dit geeft als bijkomend voordeel dat deze

gyroscoop niet regelmatig gecorrigeerd hoeft te worden door de vlieger. De springveren zorgen namelijk dat de

gyroscoop altijd weer terug in de beginpositie komt. Ook kan de rotor door de springveren op een (relatief)

lage snelheid ronddraaien. Het impulsmoment hoeft namelijk niet zo groot te zijn, omdat de veren ook al veel

arbeid verrichten. Als het vliegtuig recht vooruit vliegt (horizontaal), zal de wijzer (D) altijd het nulpunt

aanwijzen. Dit is omdat de as van de gyroscoop horizontaal staat door de zwaartekracht. Wanneer het vliegtuig

een bocht naar links maakt zal de draaiende rotor (C) van de gyroscoop horizontaal willen blijven, er werkt nu

immers een kracht (F) op de ophanging. Door de precessie (P) die vervolgens ontstaat, zal de gyroscoop een

hoek maken met het vliegtuig. Omdat de gyroscoop ten opzichte van het vliegtuig naar rechts beweegt, zal de

wijzer gecorrigeerd moeten worden naar links om de vlieger kloppende informatie te geven. De grootte van

deze hoek is een maat voor de rate of turn (draaisnelheid).

3. Luchtinlaat

4. Rand

Figuur 8. Kleppendoos

11

Figuur 9. Turn indicator – uitgangssituatie: bocht naar links

Ad 2. Bank indicator

De bank indicator vertelt de vlieger of de krachten die op het

vliegtuig werken tijdens een bocht (centrifugale kracht en

zwaartekracht) in de juiste proporties voorkomen. Dit wordt

weergegeven door een simpel balletje dat vrij kan bewegen in een

met vloeistof gevulde gebogen buisje (figuur 10). Wanneer gewoon

horizontaal gevlogen wordt zal het balletje zich, door de

zwaartekracht, in het laagste punt van het buisje bevinden (a).

Wanneer er vervolgens een bocht wordt gemaakt is er een aantal

factoren van belang: snelheid, zwaartekracht (W) en centrifugaal

kracht (CF). Zolang deze, tijdens een bocht, allen in de juiste

proporties voorkomen is er sprake van een gecoördineerde bocht.

Het balletje blijft tussen de twee streepjes (b). Wanneer het vliegtuig

niet genoeg overhelt, heeft de centrifugale kracht de overhand, wat

invloed heeft op de resulterende kracht (R) (c). Dit wordt skidding

genoemd. Het tegenovergestelde kan natuurlijk ook het geval zijn,

wanneer de zwaartekracht relatief groter is dan de centrifugale

kracht. Het vliegtuig helt te veel over. Dit noemen ze ook wel slipping. Het

balletje beweegt naar binnen toe (d)

1.1.4b Weergave

De vlieger krijgt het volgende te zien (figuur 11). De wijzer bovenin kan

uitwijzen naar de L (left) of R (right), afhankelijk van de richting van de bocht.

Dit moet nog gecorrigeerd worden, omdat de wijzer in de tegenovergestelde

richting als de gyroscoop moet uitwijzen. De bank indicator geeft vervolgens

aan of een toestel goed in de lucht hangt voor de desbetreffende bocht.

1.1.4c Turn coordinator

Dit is een nieuwere versie van de TBI, welke terug te vinden is in voornamelijk

kleinere vliegtuigen. Het grootste verschil met de TBI is niet de display (figuur 12), maar het feit dat de

precessie-as van de gyroscoop waarmee dit instrument werkt een hoek met het vliegtuig maakt van dertig

graden. Hier wordt mee bereikt dat de gyroscoop niet alleen gevoelig is voor banking maar ook voor turns. Het

helpt de vlieger dus nóg meer om een perfect gecoördineerde bocht te maken. De display van de turn

1 Springveren

2 Correctie

3 Rotor

4 Wijzer

5 Precessie

6 Kracht als gevolg van

een bocht

figuur 10. Bank indicator

Figuur 11. Turn and bank indicator

12

Figuur 12. Turn coordinator

coordinator (figuur 12) bestaat uit de bank indicator (3)(1.1.4a), het vliegtuigsymbool (1) en de

schaalverdelingstreepjes die de mate van de bank aangeven (2). In de figuur is bijvoorbeeld een rate-2 bocht

aangegeven, ofwel een bocht van driehonderdzestig graden in twee minuten.

1.2 Air data instrumenten In deze paragraaf wordt er behandeld hoe de verschillende air data instrumenten in elkaar zitten, en wat de

werking ervan is. Eerst wordt de atmosfeer behandeld (1.2.1a), de kenmerken van de lucht op verschillende

hoogtes in de atmosfeer hangen namelijk samen met de vliegprestaties. Om deze kenmerken voor de hele

wereld gelijk te trekken is de International Standard Atmosphere (ISA)(1.2.1b) afgesproken. Vervolgens

worden de drukinstrumenten besproken (1.2.1c), waarmee de verschillende drukken buiten het vliegtuig

kunnen worden gemeten. Hieronder valt bijvoorbeeld de pitotbuis. De theorie wordt afgesloten door de wet

van Bernoulli (1.2.1d) en de continuïteitswet (1.2.1e). Deze zijn cruciaal omdat door middel van deze wetten de

gemeten druk kan worden omgezet in bijvoorbeeld de snelheid van het vliegtuig. Tot slot worden de

instrumenten van de Basic Six die gebruik maken van de druk behandeld. Dit zijn de Altimeter (1.2.2), de

Vertical Speed Indicator (1.2.3) en de Airspeed Indicator (1.2.4).

1.2.1 Theorie Om te kunnen begrijpen hoe de air data instrumenten in elkaar zitten en werken, moeten eerst een aantal

aspecten behandeld worden die hier aan voor gaan. Deze aspecten zijn: de atmosfeer, de ISA en de

drukinstrumenten. De atmosfeer wordt behandeld, omdat vliegtuigen in de atmosfeer vliegen. De

verschillende toestanden in de atmosfeer zijn dus van groot belang, om te kunnen uitleggen hoe de air data

instrumenten werken. De pitotbuis is een belangrijk meetinstrument die van toepassing is op alle drie de air

data instrumenten, en daarom wordt deze ook behandeld in deze paragraaf. De wet van Bernoulli en de

continuiteitswet zijn de standaard formules die worden gebruikt bij de drukinstrumenten en daarom worden

die ook uiteengezet.

1.2.1a De atmosfeer

De aarde wordt omringd door een laag van lucht (figuur 13) die de atmosfeer (1) wordt genoemd (bijlage III).

Deze laag van lucht blijft rondom de aarde hangen vanwege de zwaartekracht. De atmosfeer van de aarde is

een mengeling van gassen, waarvan de belangrijkste twee gassen stikstof en zuurstof zijn. De atmosfeer is

onderverdeeld in verschillende lagen vanaf de oppervlakte van de aarde, met elk hun eigen eigenschappen. De

laagste laag is de troposfeer (2), die zich uitbreit tot een grens die de tropopauze (3) wordt genoemd. De

temperatuur (8) daalt in de gehele troposfeer en blijft in de tropopauze dan constant. Boven de tropopauze

hebben we een laag die de stratosfeer (4) heet, hier stijgt de temperatuur weer geleidelijk aan. Ook de

stratosfeer breidt zich uit tot een grens. Die grens heet de stratopauze (5). Hier is de temperatuur weer

constant, om vervolgens weer te gaan dalen in de volgende laag lucht, de mesosfeer (6). Op grotere hoogtes is

1. Vliegtuigsymbool

2. Schaalverdeling

3. Bank indicator

13

Figuur 13. Luchtlagen rond de aarde

de atmosfeer verder onderverdeeld in de

thermosfeer (7), de ionosfeer en de exosfeer

(deze laatste twee zijn in de illustratie niet

meegenomen). Voor de (commerciële)

luchtvaart zijn alleen de lagen tot en met de

stratosfeer van belang.

Om voor een vliegtuig te kunnen bepalen wat

de snelheid, verticale snelheid en hoogte is

moeten we eerst weten wat het verband is

tussen de atmosferische druk, temperatuur,

dichtheid en hoogte. Als we deze variabele

grootheden zonder onnauwkeurigheden willen

meten in een vliegtuig voor elke hoogte,

zouden er veel ingewikkelde sensoren nodig

zijn. Om te voorkomen dat zulke sensoren

nodig zijn gaat men uit van een ‘standaard

atmosfeer’, waar de waarden van druk,

temperatuur en dichtheid voor elke hoogte zijn

vastgelegd in een tabel. Deze standaard

atmosfeer is gebaseerd op vele meteorologische

waarnemingen, theorieën en berekeningen.

1.2.1b International Standard Atmosphere (ISA) De ISA is een mathematisch model van de standaard atmosfeer (bijlage IV). Bij de ISA worden atmosferische

grootheden en/of eenheden berekend (zie figuur 14), aan de hand van een aantal standaard MSL (mean sea

level) waardes en formules. In 1964 is de ISA vastgelegd door de international Civil Aviation Organisation

(ICAO). Aan de hand van de ISA waardes, worden airdata instrumenten in vliegtuigen geijkt.

Wanneer er in de vliegwereld over hoogte gesproken

wordt kunnen verschillende begrippen bedoeld worden.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen de volgende

hoogtes (altitudes):

- ‘Indicated altitude’: De hoogte die is te lezen op

de hoogtemeter als de ‘Standard Altitude Setting’

aan staat. (1.2.2a).

- ‘Absolute altitude’: De hoogte van het vliegtuig ten opzichte

van het terrein waarover die vliegt.

- ‘True altitude’: De hoogte van het vliegtuig ten opzichte van de zeespiegel (Mean Sea Level).

- ‘Pressure altitude’: De hoogte van het vliegtuig ten opzichte van een standaard referentievlak. Als je

de pressure altitude deelt met 100 ft, is de uitkomst een eenheid van de ‘flight level’(FL). Als de

indicated altitude 18000 ft is, is er dus sprake van FL 180.

- ‘Density altitude’: Dit is de gecorrigeerde hoogte voor situaties waarin de echte atmosfeer verschilt

met de ISA. De density altitude is afhankelijk van de atmosferische temperatuur en druk.

1. Atmosfeer 4. Stratosfeer 7. Thermosfeer

2. Troposfeer 5. Stratopauze 8. Temperatuurlijn

3. Tropopauze 6. Mesosfeer

P0 = druk = 1013,250 hPa

= dichtheid = 1,225 Kg/m³

T0 = Temperatuur = 15oC of 288,15K

Rs = Gas constante = 287,05278 J/Kg*K

G0= Valversnelling = 9,80665 m/s²

= Speed of sound = 340,294 m/s

Figuur 14. Standaard waarden

International Standard Atmosphere

14

Ps + Pd = Pt

Waarbij:

Ps in Newton

Pd in Newton

Pt in Newton

1.2.1c Drukinstrumenten

Er zijn drie instrumenten (van de Basic Six) die werken op basis van de gegevens die ze

verkrijgen van de drukinstrumenten. Dit zijn de hoogtemeter, verticale snelheidsmeter

en de snelheidsmeter.

Er zijn verschillende soorten druk die de drukinstrumenten meten (formule 2):

- Statische druk (Ps): Is de atmosferische druk. Hoe hoger een vliegtuig vliegt,

hoe lager de druk is.

- Dynamische druk (Pd): De druk die afhankelijk is van de snelheid van een

vliegtuig.

- Totale druk (Pt): De totale druk is de som van de statische druk en de

dynamische druk. De totale druk ontstaat bij een voorwaartse beweging van een vliegtuig.

Er zijn drie verschillende drukinstrumenten die in een vliegtuig kunnen zitten, om deze verschillende drukken te meten:

1. De pitotbuis 2. De statische poort 3. De pitot-statische buis

Ad 1. de pitotbuis

Om de totale druk te berekenen, die nodig is voor de bepaling van de

airspeed, is een pitotbuis nodig (figuur 15). Op een klein vliegtuig bestaat de

pitotbuis uit een simpele metalen buis waarvan het open einde (2) zich richt

in de stromende lucht (1). Belangrijk is dus dat de pitotbuis geplaatst is op

een plek waar er sprake is van een vrije ongestoorde luchtstroom. De

pitotbuis kan dus onder andere aanwezig zijn op de neus van een vliegtuig,

of de staartvin. In de pitotbuis is overigens een klein gaatje gemaakt dat

ervoor zorgt dat regenwater of condensatie zich niet ophoopt (3). De werking

van de pitotbuis berust zich op het feit dat de (in deze figuur paarse) vloeistof gaat bewegen door de druk van

de instromende lucht. Er zal dan een hoogteverschil ontstaan, wat recht

evenredig is met de druk (4). In grotere vliegtuigen, onder slechte

weersomstandigheden, moet de pitotbuis ijsvrij kunnen worden gemaakt.

Daarom is de pitotbuis omringd door een elektrisch verwarmingselement (5).

De hitte moet zich vooral op de voorkant van de buis concentreren, en

daarom wordt koper gebruikt om de warmte goed te geleiden.

Ad 2. De statische poort De statische poort (figuur 16) is een opening in het vliegtuig die alleen maar de statische druk meet op een soortgelijke manier als de pitotbuis. De luchtstroom die voorbij de opening (1) stroomt zal een drukverlaging tot gevolg hebben, wat er weer voor zorgt dat een vloeistof naar boven wordt gezogen. (figuur 15)(4). De mate waarin deze vloeistof naar boven komt is vervolgens recht evenredig met de statische druk. De statische poorten zitten aan de zijkanten van het vliegtuig. De plaats waar de statische poort op de zijkant van het

vliegtuig zit hangt af van het soort vliegtuig. Bij de wat grotere vliegtuigen zitten twee statische poorten, omdat de lucht in verschillende invalshoeken op de statische poorten kan komen.

Formule 2. De totale druk (Pt)

Figuur 15. Pitotbuis

1. Ongestoorde luchtstroom

2. Luchtgat

3. Afvoergaatje

4. Hoogteverschil vloeistof

5. Verwarmingselement

Figuur 16. Statische poort

1. Opening

2. Deel wat in het vliegtuig steekt

Figuur 15. Pitotbuis

15

Ad 3. De pitot-statische buis In figuur 17 is een pitot-statische buis te zien, wat eigenlijk niets meer is dan een combinatie van een pitotbuis

en een statische poort. De gaatjes die aan de buitenkant van de pitotbuis zitten (2), en dus de statische druk

registreren zijn verbonden met een kant van de drukopnemer ‘pressure transducer’. Het gat in het centrum (1)

is gescheiden van de gaten aan de buitenkant, en is verbonden met de andere kant van de drukopnemer. De

opnemer meet het verschil in druk door het meten van de vormverandering van een dun element. Een

drukverschil zorgt er immers voor dat er aan één kant van de opnemer harder gedrukt wordt dan aan de

andere kant. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een elektrische rekstrookje. De druk in de buizen (gaatjes) aan

de buitenkant van de pitotbuis (2) is de statische druk. Het centrum van de buis is gevuld met de totale druk.

Met het verschil tussen de verschillende drukken, de waarde van de luchtdichtheid op een bepaalde hoogte, en

de temperatuur kan met de wet van Bernoulli de snelheid van het vliegtuig worden bepaald (1.2.1d).

1.2.2 Altimeter In deze paragraaf wordt de altimeter (hoogtemeter) in drie stappen besproken. Eerst wordt er besproken wat de werking is van de hoogtemeter (1.2.2a), vervolgens hoe deze word weergegeven(1.2.2b) en als laatst wordt er besproken wat de fouten/correcties zijn (1.2.2c). Dit om een duidelijk beeld te scheppen van hoe de hoogtemeter werkt en hoe eventuele meetfouten van de hoogtemeter worden gecorrigeerd.

1.2.2a De werking De hoogtemeter kan je in twee groepen onderverdelen: de pneumatische hoogtemeter en de servo-operated

hoogtemeter. In deze paragraaf wordt alleen de pneumatische hoogtemeter uiteengezet.

De pneumatische hoogtemeter werkt op basis van het barometer principe. Dit betekent dat hij reageert op

veranderingen in de atmosferische druk en deze koppelt (door middel van kalibratie) aan waarden van de

hoogte (figuur 18).

Zoals je kunt zien zit het gehele mechanisme in een omhulsel met uitzondering van de aansluiting van de

statische druk(static port)(1). Het drukgevoelige deel van de hoogtemeter bestaat uit een capsule (die bestaat

uit membraandozen)(2). Bij een toename van de hoogte daalt de druk in de omhulsel en zetten de

membraandozen uit. Die bewegingen van de membraandozen, als gevolg van de verandering van de luchtdruk,

worden doorgegeven aan het tandwielmechanisme (4) met behulp van de kalibratie-arm (3). Door het

roterende effect van de kalibratie-arm wordt de 1000 ft cilinder (5) aangedreven, waardoor de barometrische

tellers (6) in werking gaan. Die geven vervolgens hun gegevens door aan de spiraal tandwiel (spiral gear) (7),

die het op zijn beurt weer doorgeeft aan de wijzerplaat (8). De wijzerplaat geeft de verkregen gegevens weer

als waarden van de hoogte. De wijzer (9) geeft aan op welke hoogte het vliegtuig vliegt.

Hoe ver de wijzer uit moet slaan wordt bepaald door de kalibratie-arm. De hoogtemeter bevat ook een

instelknop (10) waarmee de instellingen kunnen worden geselecteerd. De hoogtemeter heeft dus een lineaire

schaalverdeling. De kalibratie is volgens de normen van de standaard atmosfeer, en wordt bewerkstelligd door

Figuur 17. De statische pitotbuis (combinatie van een statische poort en een pitotbuis

1. De buis voor

de totale druk

(Pt).

2. De buis voor de

statische druk

(Ps).

16

Figuur 19. De hoogtemeter

1.Dunne lange wijzer 2.Dikke korte wijzer 3.Omgekeerde driehoek

Figuur 18. De hoogte meter (exploded view)

een speciaal transportsysteem. De wrijving in het tandwielmechanisme wordt geminimaliseerd door een

elektrische vibrator. Dit zorgt er voor dat er een minimale nauwkeurigheidsfout (met het aangeven van de

hoogte) aanwezig is.

De instelling van de hoogtemeter op verschillende vlieghoogtes, met betrekking tot de barometrische druk, maakt deel uit van vliegoperatietechnieken (bijlage V). Dit is erg belangrijk om afstand te behouden tussen twee vliegtuigen. Er zijn twee lettergroep codes die gebruikt worden in verband met de instelprocedures van de altimeter:

- QFE: Dit is een instelling van de barometrische druk die heerst op een vliegveld. Die wordt gebruikt om

de hoogtemeter nul aan te laten geven bij landen en stijgen vanaf dat vliegveld. De aangegeven ‘nul’ is

ten opzichte van de hoogte van het vliegveld boven de zeespiegel.

- QNH: Dit is een instelling van de barometrische druk die ervoor zorgt dat de hoogtemeter de hoogte

van het vliegveld ten opzichte van de zeespiegel weergeeft. De druk die wordt ingesteld is een waarde

van de zeespiegel die overeenkomt met de ISA. Als de QNH wordt gebruikt voor het landen of stijgen,

wordt het ook wel de ‘airport QNH’ genoemd. Elke waarde van de hoogte is dan alleen geldig in

nabijheid van het vliegveld. Omdat de hoogtemeter met een QNH instelling altijd de hoogte boven de

zeespiegel weergeeft, is deze instelling ook heel handig voor het bepalen van de hoogte boven een

bepaalde terrein als een vliegtuig onderweg is.

- QNE: Er is ook een derde instelling van de barometrische druk, en deze wordt ook wel de Standard

Altimeter Setting (SAS) genoemd. Met deze instelling wordt de barometrische druk ingesteld op

1013.2 mb of 29.92 Hg. Deze instelling wordt gebruikt voor vluchten boven een voorgeschreven

hoogte (transition altitude). Het voordeel hiervan is, dat met alle vliegtuigen die met deze instelling

vliegen de afstand tussen de verschillende vliegtuigen goed behouden kan worden.

1.2.2b Weergave

In figuur 19 geeft de dunne lange wijzer(1) 100 ft aan, de dikke korte (2) geeft 1000 ft aan en de dunne lange

met een omgekeerde driehoek aan de bovenkant(3) geeft 10000 ft aan. Hoogtemeters worden geijkt door

middel van de tabellen van het ISA. Het is echter zo dat de echte atmosfeer vaak kan verschillen met de ISA.

Dat betekent dus dat de hoogtemeter een andere weergave kan geven van de werkelijke hoogte.

17

1.2.2c Afwijkingen

De kalibratie van de hoogtemeter is gebaseerd op de standaard atmosfeer. Als de echte atmosfeer gelijk is aan

de standaard atmosfeer geeft de hoogtemeter de reële hoogte weer, ook wel ‘pressure altitude’ genoemd. Als

de echte atmosfeer ongelijk is aan de standaard atmosfeer, geeft de hoogtemeter een foute hoogte weer en

dit wordt ook wel de ‘indicated altitude’ genoemd.

De hoogtemeter kan een foute weergave geven vanwege van verschillende invloeden. Deze invloeden zijn:

1.De (atmosferische) luchtdruk 2. De temperatuur 3. Meetfouten

Ad 1. De luchtdruk

Bij een hoogte waarvan de luchtdruk lager is dan de luchtdruk aangegeven in de standaard atmosfeer op

dezelfde hoogte, is de reële hoogte (pressure altitude) lager dan de hoogte die de hoogtemeter aangeeft

(indicated altitude). Andersom geldt dat bij een hoogte waarvan de luchtdruk hoger is dan de luchtdruk

aangegeven in de standaard atmosfeer op dezelfde hoogte, de reële hoogte hoger is dan de hoogte die de

hoogtemeter aangeeft.

Ad 2. De temperatuur

De standaard atmosfeer geeft ook een bepaalde waarde voor de temperatuur op verschillende hoogtes. Ook

die temperatuurwaardes kunnen een fout veroorzaken in de weergave van de hoogtemeter. Als de

temperatuur toeneemt, zet lucht uit en wordt de afstand tussen drukniveaus vergroot. Als op een bepaalde

hoogte de reële temperatuur lager is dan de temperatuur aangegeven in de standaard atmosfeer, dan is de

reële hoogte kleiner dan de hoogte die de hoogtemeter aangeeft.

Ad 3. Meetfouten

De nauwkeurigheid van de hoogtemeter wordt echter niet alleen beïnvloed door de standaard waardes van de

temperatuur en luchtdruk, maar ook door fouten in de meting van de luchtdruk en afwijkingen in de

temperatuur helling (bijvoorbeeld de afname/toename van de temperatuur per 1000 ft). De mate waarin de

meting van de luchtdruk een bijdrage levert aan de onnauwkeurigheid van de hoogtemeter hangt af van hoe

nauwkeurig de statische druk kan worden gemeten in een vliegtuig. De vorm en de positie van de pitotbuis en

de snelheid van het vliegtuig hebben een sterke invloed hierop.

1.2.3 Vertical Speed Indicator (VSI) Met de verticale snelheidsmeter (VSI, “vertical speed indicator”) wordt een drukverschil gemeten, en aan de

hand daarvan wordt het hoogteverschil bepaald(1.2.3.a). Het hoogteverschil wordt dan weergeven op de

indicator(1.2.3.b). Bij de VSI kunnen drie afwijkingen voorkomen; de instrumentele afwijking, methodische

afwijking en de vertraging (1.2.3.c). Als correctie op de afwijking “vertraging” is er een instantaneous vertical

speed indicator (ISVI) ontworpen

1.2.3a De werking

De VSI werkt door middel van het meten van drukverschillen, wat weergegeven wordt op een meter (figuur

20). De behuizing van de VSI bevat onder andere een gekalibreerd lek(1) en een membraan(2). Het membraan

wordt constant gevuld met statische druk, net zoals de behuizing van de VSI, alleen wordt die gevuld via het

gekalibreerde lek, wat langzamer gaat. Tijdens het stijgen van een vliegtuig, wordt de statische druk lager. De

druk in de behuizing van de VSI is dus hoger, en het membraan krimpt (4). Doordat het membraan krimpt,

wordt de wijzer omhoog getrokken (5), en is de hoogteverandering te zien op de meter.

18

Figuur 20. De Verticale snelheidsmeter

1. Gekalibreerd lek

2. Membraan (die uitzet)

3. Wijzer

4.Membraan (die krimpt)

5.Wijzer

Als het vliegtuig niet meer stijgt, zorgt het gekalibreerde lek

ervoor dat de druk in de behuizing langzaam gelijk gesteld

wordt met de statische druk. Dit heeft als gevolg dat de wijzer

weer langzaam naar nul daalt. Voor het dalen van een

vliegtuig werkt het precies omgekeerd. Het membraan (2) zet

uit, en de wijzer (3) wordt omlaag getrokken.

1.2.3b Weergave

De waardes op de VSI (figuur 21), worden weergeven in feet per minute.(fpm) De schaalverdeling is logaritmisch. Daarvoor is gekozen zodat de piloot bij lage hoogtes toch goed in staat is om de waarden nauwkeurig af te lezen.

1.2.3c Afwijkingen Bij de VSI kunnen verschillende afwijkingen voorkomen:

1. De instrumentele afwijking 2. De methodische afwijking 3. De vertraging

Ad 1. Instrumentele afwijking:

De ‘instrumental error’ is dat de VSI een foute stijging of daling laat zien. De afwijkende waardes worden

veroorzaakt door de temperatuur aan de buitenkant van de VSI. Als de temperatuur aan de buitenkant stijgt,

wordt de lucht in de behuizing van de VSI ook warmer, waardoor die gaat uitzetten. Als gevolg hiervan wordt

de druk in de behuizing groter en veroorzaakt het een foute dalingswaarde. De instrumentele fout kan

voorkomen worden door de VSI thermisch te isoleren.

Ad 2. Methodische afwijking:

De ‘methodical error’ wordt veroorzaakt doordat de atmosferische temperatuur niet overeenkomt met de

temperatuur waarmee de VSI is gekalibreerd. In plaats van dat er een simpel capillair wordt gebruikt voor de

gekalibreerde lek, kan een combinatie van een capillair en een uitstroomopening worden gebruikt waardoor de

temperatuur goed gecompenseerd kan worden.

Ad 3. Vertraging

De belangrijkste factor bij het gebruiken van een VSI is de tijdsvertraging die zit tussen het dalen/stijgen van

het vliegtuig en het weergeven daarvan op de indicator.

De vertraging van het instrument is, de hoeveelheid tijd dat het kost om de wijzer van nul naar 37% van de

echte waarde te laten gaan. De tijdsvertraging hangt af van hoe groot het gekalibreerde lek is. Om de hoogte

veranderingen snel te laten weergeven moet de tijdsvertraging zo laag mogelijk zijn. Een te lage waarde van de

tijdsvertraging is echter ook niet goed omdat de VSI dan te gevoelig wordt. Dat zou betekenen dat de wijzer

Figuur 21. De VSI

19

1. Membraan 2. Statische druk toevoer 3. Ram air toevoer 4. Ram air 5. Pitotbuis 6. Tandwiel mechanisme

Figuur 23. De ASI

constant in beweging is. Als tussenweg is ervoor gekozen om de tijdsvertraging op vier seconde te houden bij

lage hoogtes. De tijdsvertraging stijgt omgekeerd evenredig met de absolute druk van de hoogte.

1.2.3c Instantaneous vertical speed indicator De instataneous vertical speed indicator (IVSI) is ontworpen voor een snellere weergave van het dalen of stijgen, van het vliegtuig, dan de VSI. Het verschil tussen de IVSI en de normale VSI is dat bij de IVSI een accelerometer in zit. Het principe van de IVSI is te zien in figuur 22. Als het vliegtuig

stijgt, gaat de zuiger (m) naar beneden die ervoor zorgt dat de

druk in de behuizing direct oploopt. Het membraan krimpt en de

meter geeft aan dat het vliegtuig stijgt. Als het vliegtuig daalt

gebeurt er het tegenovergestelde van het stijgen. Tijdens het

langdurig stijgen of dalen, gaat de zuiger door een gebrek aan

versnelling weer naar zijn oude stand. Het membraan werkt dan

alleen nog maar op het druk verschil dat in het membraan en in

de behuizing aanwezig is.

De IVSI kan verkeerde waardes aangeven als het vliegtuig zich in turbulente lucht begeeft, of als het een bocht

aan het maken is (drift).

1.2.4 Airspeed indicator

Ieder type vliegtuig heeft tijdens take-off, climb, cruise, descent en landing een bepaalde airspeed nodig. De

airspeed is de snelheid van het vliegtuig relatief aan de lucht om het toestel heen. Een piloot gebruikt de

airspeed Indicator (ASI) om de luchtsnelheid van het vliegtuig constant te houden met de benodigde

luchtsnelheid. Hierdoor is de ASI onmisbaar voor een piloot. De airspeed wordt weergegeven aan de piloot

zoals die te zien is, in figuur 25. (1.2.4b).

1.2.4a Werking

De ASI werkt door middel van de drukverschillen tussen de luchtstroom (ram air) om het vliegtuig heen en de

statische druk (1.2.1b) . In de ASI zit een membraan (figuur 24) (1). Om dit membraan heen heerst de statische

druk (2), en binnenin heerst de druk van de “ram air” (3,4). De ram air wordt doormiddel van de pitotbuis

bepaald (5). Naarmate de druk in het membraan hoger wordt, door toename van de snelheid, zal het

membraan zich uitzetten. Dit komt door het feit dat de druk in het membraan hoger is geworden dan de

omringende statische druk. Door deze uitzetting wordt een tandwiel (6) gedraaid dat vervolgens de wijzer op

de ASI in beweging brengt (5). Deze wijzer is zo gekalibreerd om dit drukverschil weer te geven in de vorm van

de corresponderende snelheid (figuur 23).

Figuur 22. De IVSI

20

1.2.4b Weergave In de luchtvaart zal de airspeed snelheid aangegeven worden in het

aantal knopen (knots). 1 knoop is gelijk aan 1,852 km/h. Op de airspeed indicator zijn ook een aantal kleuren gemarkeerd (Figuur 24). Deze kleuren zijn typerend voor elk type toestel en zijn dus per vliegtuig anders. De kleuren geven bepaalde veiligheid zones aan.

De witte streep (1) geeft aan bij welke snelheden het veilig is de flaps te gebruiken.

Het groene gebied (2) geeft het normale gebied van operatie met de flaps omhoog. Hier mag een piloot abrupte manoeuvres maken. Tevens is dit ook de snelheid waarmee door turbulentie gevlogen mag worden.

Het gele gebied (3) is het gebied waarin een piloot voorzichtig moet handelen. Abrupte manoeuvres en turbulentie moeten vermedenworden.

De rode lijn (4) is de air speed waar een vliegtuig nooit voorbij mag. Voorbij deze snelheid kan het vliegtuig ernstige schade oplopen.

1.2.4c Afwijkingen

Wat men uitleest op de ASI is de Indicated airspeed (IAS) (Figuur 25). Dit is nog niet de ware luchtsnelheid (true airspeed). Er zijn nog een aantal factoren waar rekening gehouden mee moet worden. De calibrated airspeed (25)is de snelheid waarbij men met instrument afwijkingen rekening word gehouden, zoals de positie van de pitotbuis. Bij een toename in hoogte wordt de luchtdruk lager. Bij de equivalent airspeed (25) word hier rekening mee gehouden. Als laatste is er de true airspeed (25) waarbij rekening wordt gehouden met de temperatuur en de dichtheid. Er wordt rekening gehouden met de dichtheid omdat hoe hoger een vliegtuig zich bevindt, hoe lager de luchtdichtheid is. Deze stappen worden tegenwoordig door de computer (boardcomputer) van het vliegtuig berekend.

1.3 Eisen Omdat de basic six instrumenten de zes belangrijkste instrumenten zijn voor een piloot dienen ze betrouwbaar en van goede kwaliteit te zijn. Omdat er veel verschillende producenten zijn en er toch altijd dezelfde kwaliteit gegarandeerd moet worden is er een aantal wetten opgesteld waaraan de instrumenten moeten voldoen (1.3.1). Tevens heeft de opdrachtgever ook een aantal eisen waaraan het ontwerp moet voldoen (1.3.2), echter deze mogen onder geen voorwaarde in tegenstrijd zijn met de wettelijke eisen.

1.3.1 Wettelijke eisen

Meerdere instanties maken wetten binnen de luchtvaart en het is dus uitzoeken aan welke je moet voldoen bij

het ontwerpen. De keuring van “de basic six” instrumenten valt onder de European Aviation Safety Agency

(EASA). Dit is zo binnen de Nederlandse wet geregeld. Deze wetten zijn onder te verdelen in eisen voor

Figuur 24 Weergave Asi

Figuur 25. Verschillende airspeeds

21

aanwezigheid en plaatsing (1.3.1a), ijking (1.3.1b), afwijking (1.3.1c), meetinstrumenten (1.3.1d), back-up

instrumenten (1.3.1e) en gebruik van kleuren (1.3.1f).

1.3.1a Aanwezigheid en plaatsing van de instrumenten

De zes navigatie- en vluchtinstrumenten vormen samen een rechthoekig blok van twee hoog en drie breed.

Binnen dit blok hebben vier instrumenten een vaste plaats en twee mogen naar eigen inzicht geplaatst worden.

Linksboven komt de ASI, in het midden de AH en rechts de Altimeter. Op de onderste rij komt in het midden de

DG. De TBI en de VSI mogen naar eigen inzicht links of rechtsonder geplaatst worden.

Nadat dit blok gevormd is moet het zo in de cockpit geplaatst worden, dat de piloot dan wel co-piloot zijn blik

niet of nauwelijks hoeft te verplaatsen om de instrumenten te bekijken (CS25.1303). Tevens moeten de

systemen van de piloot en co-piloot apart van elkaar opereren en dienen ze voorzien te zijn van aparte

energiebronnen (CS25.1333)

1.3.1b IJking

De ASI dient geijkt te worden op knopen en de output op het scherm of meter dient ook in knopen te zijn. De

Altimeter dient geijkt te worden in feet (ft) voor de hoogte en hectopascal (hPa) voor de druk. De VSI moet

worden geijkt op feet per minute ft/min (CS25.1323)

1.3.1c Afwijkingen

Bij een meting van de instrumenten worden fouten tot ongeveer 1% afwijking getolereerd. Uitgezonderd van

de VSI en DG. Voor de VSI mag een afwijking van maximaal 3% of vijf knopen vertonen (CS25.1323). De DG mag

een afwijking van maximaal tien graden van de eindbestemming vertonen (CS25.1327).

1.3.1d Meetinstrumenten

Pitotbuizen moeten verwarmingselementen bevatten om ijsvorming tegen te gaan . Tevens dienen de buizen

ver uit elkaar te liggen zodat ze bij een eventuele botsing niet allemaal tegelijk uitvallen. Tevens dient er in de

cockpit een waarschuwingslicht aanwezig te zijn dat gaat branden in het geval van een probleem met de

verwarming van de buizen (CS25.1326).

Indien er een gewone pitotbuis gebruikt word en de statische poorten zich dus ergens anders op het vliegtuig

bevinden, dienen deze zo geplaatst te zijn dat ze geen hinder ondervinden bij veranderende luchtstromen en

andere condities. (CS25.1325)

1.3.1e Back-up instrumenten

Elk vliegtuig dient voorzien te zijn van een back-up artificial horizon, altimeter en ASI. Deze dienen allemaal

voorzien te zijn van een apart meetsysteem. Tevens zijn deze systemen analoog zodat ze bij stroomuitval

blijven werken. Deze systemen dienen geplaatst te zijn voor het geval dat de andere systemen in het vliegtuig

niet meer werken. Op deze drie systemen kan het vliegtuig toch nog veilig aan de grond worden gezet (CS25

Book 2, 2ii).

1.3.1f Gebruik van kleuren

Bij het maken van de instrumenten en andere onderdelen binnen de cockpit dient rekening gehouden te

worden met de volgende kleuren rood, groen en amber. Dit omdat rood voor gevaar staat, groen voor veilig en

amber voor waarschuwing.

1.3.2 Eisen opdrachtgever

We hebben een opdracht gekregen van een vliegtuigmaatschappij om een uniforme vliegtuigcockpit te

ontwerpen. Bij het ontwerpen van deze cockpit moet er rekening gehouden worden met verschillende

eigenschappen. Deze punten zijn van te voren vastgesteld. Het eindresultaat moet voldoen aan de eisen van

22

de opdrachtgever. De cockpit moet uniform zijn (1), dus de cockpit moet op de hele floot toegepast worden. De

cockpit moet natuurlijk ook een lange tijd mee gaan, dus hij moet duurzaam (2) zijn. Een andere belangrijk punt

is natuurlijk veiligheid (3) . Hier rekent de opdrachtgever natuurlijk ook op. Al die punten zijn voor de kwaliteit,

maar er is nog een ander punt waar rekening mee gehouden moet worden dat zijn namelijk, de kosten (4).

Ad 1. Uniform

De vliegtuig cockpit die wij ontwerpen moet toegepast worden op een hele vloot van de vliegtuigmaatschappij.

Reden voor de opdracht is, dat de vliegtuigmaatschappij er voor wil zorgen dat hun piloten gelijk van de ene

vliegtuig naar de andere kunnen stappen en besturen zonder eerst een training door te maken.

Ad 2. Duurzaam

Vliegtuigen zijn duur. Een vliegtuigmaatschappij kan niet elk jaar zijn vliegtuigen vervangen. Dat is de reden

waarom cockpits duurzaam moeten zijn. De cockpits moeten in verschillende omstandigheden een lange tijd

mee kunnen gaan. De nieuwe cockpits moeten technisch niet veel verschillen van de huidige cockpits. Ze

moeten onderhouden worden door monteurs. Als de cockpits technisch te veel afwijken, moeten de monteurs

opnieuw opgeleid worden.

Ad 3. Veiligheid

De vliegtuigen moeten natuurlijk ook veilig zijn. De besturing moet foutloos geregeld zijn, de plaatsen van de

verschillende instrumenten moeten duidelijk zijn en de kwaliteit van de cockpit moet goed zijn, zodat alles voor

een lange tijd goed functioneert. Het is heel erg belangrijk dat het vliegtuig foutloos werkt. In een vliegtuig

worden immers honderden mensen vervoerd en al deze mensen moeten veilig op hun bestemming aankomen.

Ad 3. Kosten

De eisen moeten in evenwicht zijn. Als je wilt dat de cockpits duurzaam, veilig en uniform zijn kost dat

natuurlijk geld, maar de laatste eis is dat het betaalbaar is. Als de nadelen (kosten) te groot worden gaan de

voordelen van een uniforme cockpit verloren. de kosten moeten in evenwicht worden gebracht met alle

andere eisen, dus je kan bijvoorbeeld cockpits nemen die iets minder lang meegaan maar daardoor heel

goedkoop worden.

1.4 Functieonderzoek

Hoe komen de waardes die op de meters van de Basic Six in de cockpit staan tot stand? Op deze vraag wordt een antwoord gegeven door het functieonderzoek. We hebben onderzocht, welke weg een bepaalde factor in de omgeving van het vliegtuig aflegt tot een waarde op een scherm van de Basic Six. Dit gebeurt achtereenvolgens in de stappen opnemen (1), transporteren (2), omzetting (3), corrigeren (4), versterken (5), transporteren (6), omzetting (7) en weergeven (8).

Ad 1. Meting:

De airdata instrumenten werken op basis van de verschillende waarden van druk. Het is dan voor de hand

liggend dat bij dit proces de statische en de totale druk worden gemeten. Deze waardes leggen overigens een

basis voor alle andere resultaten die ook van toepassing zijn tijdens de werking van de air data instrumenten.

Ad 2. Transporteren:

De druk die gemeten wordt bij het eerste proces, moet vervolgens vervoerd worden naar de volgende

deelfunctie. Dit gaat natuurlijk niet vanzelf, en daarom is transportatie van essentieel belang.

Ad 3. Omzetting

De luchtdruk die opgenomen is bij proces 1 kan moeilijk weergegeven worden op een schaalverdeling.

Daarvoor moet de luchtdruk omgezet worden in een elektrisch of mechanisch signaal, waardoor het wel goed

weergegeven kan worden op een schaalverdeling.

23

Ad 4. Versterken:

Soms is het verkregen signaal (als resultaat van de omzetting) te klein/zwak. Om dit signaal toch te kunnen

corrigeren en te kunnen weergeven, moet het signaal worden versterkt, waardoor het werken met die signaal

veel makkelijker is.

Ad 5 Corrigeren:

Er kunnen onnauwkeurigheden tijdens het meten (proces 1) ontstaan, waardoor de verkregen waarde van een

grootheid dus niet overeenkomt met de reële waarde van die grootheid. Dit moet dus worden vermeden, door

middel van corrigering, om een zo nauwkeurig mogelijke weergave te geven.

Ad 6. Transporteren:

De verkregen waarden moeten nu worden getransporteerd naar de cockpit, zodat de piloot het kan aflezen op

een display. Nog steeds wordt gebruik gemaakt van elektrische of mechanische signalen.

Ad 7. Omzetting

Voordat de gegevens kunnen worden weergeven op een display in de cockpit, moeten de gegevens worden

omgezet.

Ad 8. Weergeven:

Dit is waar het uiteindelijk om draait. De gegevens die tijdens het gehele proces zijn gemeten, getransporteerd,

omgezet, versterkt en gecorrigeerd, getransporteerd en weer omgezet, moeten uiteindelijk zichtbaar zijn voor

de piloot in de cockpit. Hierbij kan worden gekozen tussen verschillende soorten digitale beeldschermen, of

analoge apparatuur.

1.5 Conclusie

Met de kennis van de analoge werking van de Basic six, is het mogelijk om goede keuzes te maken tijdens het ontwerpen van een nieuw modern cockpitsysteem. Voor het ontwerpen van het systeem zal er aan het behandelde eisenpakket gehouden worden. Aan de hand van de behandelde functies in het functieonderzoek wordt er tijdens het ontwerpen gekeken, hoe deze functies bewerkstelligd kunnen worden in het nieuwe ontwerp.

24

2. Het ontwerp van het air data systeem

In dit hoofdstuk komt de ontwerpfase aan bod. Daarbij wordt gekeken naar de verschillende componenten die deel uit kunnen maken van het uiteindelijk ontwerp. Deze componenten beperken zich alleen tot het air data systeem. Om een keuze te kunnen maken uit de verschillende componenten moeten eerst de functie en de werking worden besproken (2.1). Daarna komen de drie mogelijke air data systemen aan bod (2.2). Dit zijn het mechanische systeem, het semimoderne systeem en het moderne systeem. Ook moeten de voor- en nadelen van elk van de drie systemen worden besproken (2.3). Als laatst wordt het uiteindelijke gekozen air data systeem gepresenteerd (2.4).

2.1 Uitleg morfologisch overzicht Het morfologisch overzicht (bijlage VI) is de weg die signalen afleggen vanaf de meting tot aan de uiteindelijke weergave. Het signaal ondervindt acht stappen: Meting (2.1.1), transport (2.1.2), omzetting (2.1.3), versterking (2.1.4), corrigeren (2.1.5), transport (2.1.6), omzetting (2.1.7) en uiteindelijk weergave (2.1.8).

2.1.1 Meting

Om überhaupt een meting te kunnen verrichten is er meetapparatuur nodig. Om de luchtdruk en verschillen in de luchtdruk te meten, wat essentieel is voor het air data systeem, kunnen de volgende instrumenten worden gebruikt: een statische poort (2.1.1a), een pitotbuis (2.1.1b), een pitot-statische buis (2.1.1c), een venturibuis (2.1.1d) en een smart probe (2.1.1e).

2.1.1a De statische poort De statische poort meet de statische druk. De statische poort is bevestigd aan de zijkant van het vliegtuig.

2.1.1b De pitotbuis Bij een pitotbuis stroomt de lucht in de buis, waarbij die drukt tegen een bepaalde vloeistof. Die vloeistof is aanwezig in een U-vormige buis. Als de druk aan de linkerkant van de U-vormige buis hoger is dan de rechterkant, neemt de hoogte van de vloeistof in de rechterkant toe. Hiermee kan men de dynamische druk berekenen, wat nodig is om de snelheid van het vliegtuig te bepalen.

2.1.1c De pitot-statische buis De pitot-statische buis is een combinatie van een pitotbuis met een statische poort.

2.1.1d De venturibuis De venturibuis (figuur 26) is een buis waarvan het midden (1) een kleinere doorsnede heeft dan de linker- (2) en de rechterkant (3). De linkerkant van de buis, waar de opening voor de luchtstroming zit, is verbonden met een U-vormige (4) buis waarin een vloeistof bevindt. De U-vormige buis is overigens ook verbonden met het midden van de venturibuis. Als er een luchtstroom door de buis gaat, heerst er in het midden van de buis een andere druk dan de linker en de rechterkant van de buis. Dit komt door de verkleining van de doorsnede. Door het hoogteverschil (5) van de vloeistof in de U-vormige buis, kan het drukverschil berekend worden.

Figuur 26. De venturibuis

25

2.1.1e De smart probe Dit is een pitot-statische buis waarbij de meting van de luchtdruk direct wordt omgezet in een elektrisch signaal.

2.1.2 Transport Er zijn verschillende opties om de druk van de meetinstrumenten naar de omzetter te transporteren. Dit gaat aan de hand van een netwerk van buizen. De keuze die gemaakt moet worden is welk materiaal het best past in een vliegtuig en het meest betrouwbaar is. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in kunststofbuizen (2.1.2a), rubberen slangen (2.1.2b), aluminium buizen (2.1.2c) en stalen buizen (2.1.2d).

2.1.2a Kunststof buizen

Kunststof buizen kunnen met een bepaalde elasticiteit gemaakt worden. Het probleem is dat ze na een tijd kunnen verstijven en gemakkelijk gaan scheuren. Dit kan verholpen worden door de buis steviger te maken, maar dan kan deze slechter tegen lage temperaturen.

2.1.2b Rubberen slangen Rubberen slangen zijn erg gemakkelijk te plaatsen en naar wens te vormen. Alleen zijn deze niet onderhoudsvriendelijk, omdat ze na een tijd verstijven en gaan scheuren (net zoals het geval is bij kunststof buizen). Rubber toont bij verschillende temperaturen, verschillende eigenschappen. Dit kan dus ook een probleem vormen. 2.1.2c Aluminium buizen Aluminium is een relatief licht en sterk metaal. Ook is het materiaal roestbestendig. Aluminium laat zich gemakkelijk vormen en is een populair constructiemetaal in de luchtvaart. 2.1.2d Stalen buizen Staal is een sterk metaal. Het is een zwaar metaal en ook roestgevoelig. Een mogelijk oplossing voor het roesten is het gebruiken van roestvast staal, alleen is het probleem hiermee dat het duurder is dan aluminium. Het blijft ook zwaarder dan aluminium.

2.1.3 Omzetting De gemeten druk (2.1.1) kan op vier manieren worden omgezet zodat andere apparaten het kunnen verwerken. Het eerste omzetapparaat zorgt voor een digitaal signaal (2.1.3a) en de andere drie zorgen voor een analoog signaal (2.1.3b/c/d). 2.1.3a A/D converter (analoog/digitaal) Als je een analoog signaal wilt verwerken in een computer moet dit eerst omgezet worden naar een digitaal signaal, ook wel een binaire code genoemd. Dit kan door middel van een A/D converter. Deze doet dit door middel van schakelingen die het signaal coderen en decoderen.

2.1.3b Piëzo-elektrische transducer De piëzo-elektrische transducer werkt door middel van een speciaal kristal. Dit kristal geeft bij een bepaalde druk een bepaalde spanning af. Als de druk verandert, verandert de spanning mee. Hier kan dus een bepaalde meting aan gekoppeld worden. De gegeven spanning is in minivolts en moet dus wel nog versterkt worden.

2.1.3c Membraandoos De membraandoos is een mechanisme, die in- en uitkrimpt als gevolg van de verandering van de luchtdruk. Het verschil in luchtdruk (de bewegingen van de membraandoos) kan dus mechanisch worden omgezet. Dit kan onder andere door middel van tandwielen.

26

2.1.3d Force-balance transducer De force-balance transducer (figuur 27) werkt door middel van een membraandoos en twee spoelen. De ene spoel heeft de vorm van een I (1) en de andere de vorm van een E (2). Deze spoelen zijn tegenover elkaar gemonteerd. Door de I spoel loopt een spanning, dat uit een voeding (3) komt. In rust staat de I spoel zo dat hij tegenover de middelste staaf van de E staat. Als door een veranderende druk de doos krimpt of uitzet, verandert de positie van de I spoel ten opzichte van de E spoel. Door de verandering in het magnetisch veld produceert de E spoel een elektrisch signaal, dat getransporteerd kan worden naar een computer om het signaal te verwerken.

2.1.4 Versterking Nadat de elektrische of mechanische signalen zijn omgezet moeten ze worden versterkt, omdat deze signalen vaak te zwak zijn. Het versterken van de signalen kan elektronisch, namelijk via een op-amp (2.1.4a), transtisor (2.1.4b) of een buizenversterker (2.1.4c). Het signaal kan ook mechanisch worden versterkt door middel van tandwieltjes (2.1.4d).

2.1.4a Op-amp De op-amp of operationele versterker is een elektrisch component, die de spanning van een elektrisch signaal versterkt.

2.1.4b Transistor De transistor is ook een elektrisch component die de stroom van een elektrisch signaal versterkt.

2.1.4c Buizenversterker De buizenversterker wordt gebruikt voor het versterken van de stroom van een elektrisch signaal. 2.1.4d Mechanische versterking Door middel van tandwielen met verschillende vertandingen kan een signaal versterkt worden.

2.1.5 Corrigeren Metingen van de luchtdruk kunnen vaak onnauwkeurig zijn. Deze onnauwkeurigheden moeten uit het signaal worden gehaald, anders kan een hoogtemeter bijvoorbeeld een foute hoogte weergeven. Dit kan zorgen voor gevaarlijke situaties. Een signaal, dat voortkomt uit een meting, kan gecorrigeerd worden door middel van een springveer (2.1.5a) of een Static Source Error Correction (2.1.5b). 2.1.5a Springveer Het gebruik van springveren bij correcties van gemeten data is erg handig. Dit is, omdat springveren altijd terugveren naar hun originele stand. De veer corrigeert dus de data als het uitgetrokken wordt. Hoe sterk de veer corrigeert hangt van zijn veerkracht af.

1. I spoel

2. E spoel

3. Voeding

Figuur 27. Force-balance transducer

27

2.1.5b Static Source Error Correction (SSEC) Het SSEC speelt een belangrijke rol in de nauwkeurigheid van het air data systeem door verbeteringen aan te brengen in het signaal van de opgenomen luchtdruk. Het doel van de SSEC is om zo min mogelijk residuele statische systeem fouten te produceren. De Static Source Error Correction wordt door de Static Source Error Computer toegepast.

2.1.6 Transport De verkregen waarden moeten nu worden getransporteerd naar de cockpit, zodat de piloot het kan aflezen op een display. Er zijn een aantal methodes om het signaal te transporteren naar de juiste display. Het soort signaal is van belang bij het kiezen van het soort transportmiddel. Je kunt een signaal transporteren door middel van een ARINC 429 (2.1.6a), een ARINC 629 (2.1.6b), metalen leidingen (2.1.6c), koperdraad (2.1.6d), aluminiumdraad (2.1.6e), glasvezel (2.1.6f) en mechanisch transport (2.1.6g).

2.1.6a ARINC 429 De ARINC (Aeronautical Radio, Incorporated) 429 is een databus waarmee verschillende systemen en computers met elkaar kunnen communiceren. De systemen en computers communiceren met elkaar via een kabel, oftewel de databus. Alle uitgaande data (specifieke informatie) van computers wordt geïdentificeerd met een binaire code, die een label wordt genoemd. Elk label bevat 32 bits. De labels worden 100 kilobites per seconde uitgezonden. Aan welke functie in een vliegtuig de label gerelateerd is hangt af van het type vliegtuig en welke soort systemen er in het vliegtuig zijn toegepast. Ook neemt de vliegtuigfabrikant standaard voorwaarden (wettelijke eisen) in acht. Bij de ARINC 429 is het mogelijk dat dezelfde label, in dezelfde databus, voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt. De ARINC maakt het mogelijk dat als een computer (transmitter) informatie verstuurt over één kabel (databus), verschillende ontvangers (receivers) de informatie kunnen ontvangen. Het maximum aantal ontvangers die op één databus verbonden kunnen worden is twintig. De analoge signalen worden in de ARINC 429 omgezet in digitale signalen. Dit gaat door middel van de A/D converters. Bij een ARINC 429 is er alleen sprake van een eenrichtingsverkeer van signalen.

2.1.6b ARINC 629 Het verschil tussen een ARINC 629 en een ARINC 429 is dat bij een ARINC 629 ook een terugkoppeling van data mogelijk is. Dit betekend dat over een databus, data van een transmitter naar een receiver verstuurd kan worden, maar ook andersom. Er is dus een tweerichtingsverkeer van signalen.

2.1.6c Metalen leidingen Metalen leidingen worden geprefereerd bij het transport van de opgenomen druk. Dit is vanwege het feit dat ze steviger zijn dan de buizen gemaakt van ander materiaal.

2.1.6d Koperdraad Koperdraad wordt veel gebruikt voor het transport van elektrische signalen, omdat het een goede geleider is. Koperdraad heeft alleen niet zo een lange levensduur, omdat het in aanraking met zuurstof en vocht gaat oxideren en roesten. Daarom vereist koperdraad veel onderhoud. Ook is het nadeel van koperdraad dat het redelijk storingsgevoelig is. Daarom is het niet een slimme keuze om het te gebruiken voor het transport van een signaal, in een vliegtuig, in combinatie met digitale apparatuur.

2.1.6e Aluminiumdraad Aluminiumdraad is erg sterk en licht. Een nadeel van aluminiumdraad is dat het een slechte geleider is. Het is dan ook slecht te gebruiken bij het transport van elektrische signalen in een vliegtuig.

2.1.6f Glasvezel Bij glasvezel wordt licht door vezels van glas gestuurd om signalen over een grote afstand te kunnen transporteren. Glasvezel wordt onder andere toegepast in de telecommunicatie. Glasvezel zelf is erg sterk en heeft een lange levensduur, alleen kan de kabel van glasvezel geen korte bochten maken waardoor het niet goed toepasbaar is voor in een vliegtuig.

28

2.1.6g Mechanisch transport

Bij mechanisch transport wordt met behulp van tandwielen en andere mechanismen een (analoog) signaal

getransporteerd. Een nadeel van het mechanische transport is het feit dat het signaal maar kleine afstanden

kan overbruggen.

2.1.7 Omzetting Omdat de output (weergave) van een signaal op een digitale manier (via een LCD-schermpje) of via een analoge indicator kan plaatsvinden zijn er verschillende manieren van omzetten. De oudste manier is de mechanische manier (2.1.7a), waarbij gebruik wordt gemaakt van tandwielen. Om een digitaal signaal om te zetten naar een analoog signaal, wordt een D/A converter gebruikt (2.1.7b). Als het signaal digitaal aankomt, bij de omzetter, en ook digitaal moet worden weergegeven, wordt een Display Electronic Unit gebruikt (2.1.7c).

2.1.7a Mechanische omzetting Deze manier wordt gebruikt als het binnengekomen signaal ook mechanisch is, bijvoorbeeld in de vorm van draaiende tandwieltjes. De mate waarmee, of de richting waarin, de tandwieltjes draaien correspondeert dan met de gemeten data. Er wordt dan een wijzer vastgemaakt aan het laatste tandwiel, die waardes kan aanwijzen, op een analoge scherm, door te draaien. 2.1.7b D/A converter(digitaal/analoog) Wanneer de plek waar de data gemeten wordt ver verwijderd is van de plaats waar de weergave van deze data plaatsvindt, wordt het signaal digitaal naar de indicator verplaatst. Het moet dan, om analoog te worden weergegeven, nog omgezet worden naar een analoog signaal. Een D/A converter is hiervoor goed te gebruiken. Deze zet een rij met betekenisloze getallen om naar werkelijke meetwaardes, die dan kunnen worden weergegeven.

2.1.7c Display Electronic Unit (DEU) Wanneer het signaal digitaal binnenkomt, kan het natuurlijk niet in de vorm van een binaire code worden weergegeven op het display. Daarom zit hier de DEU tussen. De DEU maakt van de digitale code symbolen zodat die op de display weergegeven kunnen worden. Behalve het produceren van deze symbolen heeft de DEU ook een controlerende functie. Hij controleert of de signalen die binnenkomen wel geldig zijn. Dan pas worden ze verwerkt. Een andere naam voor de DEU is ook wel de symbol generator.

2.1.8 Weergave De opgenomen data heeft alle stappen gevolgd. Uiteindelijk moet het worden weergegeven op een scherm zodat de piloot en de copiloot dit kunnen aflezen. Er zijn verschillende manieren om data te kunnen weergeven: op een analoge manier (2.1.8a), door middel van een LCD (2.1.8b), een CRT (2.1.8c), een HUD (2.1.8d), een OLED (2.1.8e) en een TMOS scherm (2.1.8g).

2.1.8a Analoog De snelheid van het vliegtuig wordt bijvoorbeeld weergegeven op een analoge manier, door middel van klokjes. In deze klokjes zijn wijzers en een schaalverdeling te zien. Een voordeel van de analoge weergave is dat het erg goedkoop is.

2.1.8b Liquid Crystal Display (LCD) / TFT-LCD Een LCD scherm bestaat uit twee polarisatiefilters op twee glasplaatjes met transparante elektroden. Hiertussen zit vloeibaar kristal. Het vloeibare kristal is verdeeld in een aantal vakjes. Die vakjes worden weer onderverdeeld in 3 pixels. Één zo’n vakje heet een subpixel. Elk subpixel zorgt voor een kleur. In één pixel zitten drie aparte subpixels die de kleuren rood, groen en blauw kunnen maken, door middel van een kleurfilter. Kristal is erg gevoelig voor magnetische velden. Als er een spanning op de beide glasplaten wordt gezet, zullen alle staafjes in het vloeibaar kristal in de richting van de elektrische veldlijnen gaan staan, loodrecht op de polarisatiefilters. Het licht kan niet meer beide filters passeren en het display wordt zwart.

29

Voordelen van LCD schermen zijn dat het scherm zonder vertraging informatie weergeeft doordat het snel is met schakelen. Ook is het rendement van weergave en stroomgebruik hoog. Een Thin Film Transistor (TFT) is een LCD scherm maar dan zit er bij elk pixel , in het scherm , een kleine transistor die informatie over een bepaald pixel vasthoudt. Wanneer je het voltage van een transistor aanpast ontspannen de kristallen zich. Doordat de kristallen zich ontspannen en spannen bewegen ze. Hiermee kunnen twee lichtfilters ten opzichte van elkaar bewegen. Deze lichtfilters bepalen aan de hand van hun rotatie hoeveel licht er doorgelaten wordt. Dat licht valt op het kleurfilter van een subpixel. Zo wordt de sterkte van een subpixel afgesteld en kunnen er rood, groen en blauw combinaties gemaakt worden die de pixel als geheel zijn kleur geven.

2.1.8c Cathode Ray Tube (CRT) De CRT is een elektronenvacuüm buis voorzien van een scherm met daarop een laagje fosfor. Wanneer er een straal van elektronen tegen dit scherm komen licht het scherm op. Tussen de elektronenbuis en het beeldscherm zit een vacuüm buis. Hierin zit een afbuigmechanisme zodat een elektronenstraal afgebogen kan worden zodat er een afbeelding te zien is. De straal van elektronen bestaan uit de kleuren rood, groen en blauw. Het nadeel van deze methode is dat er een bepaalde afstand nodig is tussen de buis en het display. Dit neemt meer ruimte in beslag dan andere methodes.

2.1.8d Head Up Display (HUD) Een HUD is een systeem waarbij de informatie wordt geprojecteerd in het gezichtsveld van de piloot. Hierbij hoeft de piloot niet meer naar het instrumentenbord te kijken. De HUD projecteert een beeld op een doorzichtige lens die in het gezichtsveld van de piloten staat. Het beeld kan afkomstig zijn van een CRT of een LCD.

2.1.8e Organic light emitting diode (OLED) Een OLED werkt met organische moleculen die werken als dioden. Deze laten in één richting stroom door waardoor ze gaan gloeien in verschillende kleuren en lichtsterkten. De moleculen worden aangebracht tussen twee laagjes glas of kunststof (om vocht te weren) en vormen zo een beeldscherm. Een groot voordeel is dat het dunner en helderder is dan een LCD scherm, en het verbruikt ook minder energie.

2.1.8f Plasma scherm Een plasmascherm bestaat uit heel veel kleine gas ontladingslampen. In een scherm zitten honderdduizenden lampjes. Het gas (neon) dat in een lampje zit, gloeit op wanneer er een elektrische spanning doorheen gaat. Als een gas ontladingslamp opgloeit zendt deze UV licht uit wat vervolgens tegen de fosfor laag aan komt die aan de binnenzijde van het scherm zit. Deze laag gaat vervolgens zichtbaar licht uitzenden op de plaats waar hij geraakt wordt. Door deze lampjes in een bepaald patroon aan te schakelen krijg je een beeld te zien op je tv. Een nadeel van een plasma scherm is dat het niet geschikt is voor kleine schermen, dat is nou net wat er nodig is in een cockpit. Ook verbruikt het veel energie.

2.1.8g TMOS scherm TMOS is een nieuwe techniek die nog in ontwikkeling is. In plaats van voor elk pixel drie subpixels te gebruiken, werkt een TMOS scherm met een soort sluitermechanisme. Hiermee is het mogelijk om de kleuren blauw, rood en groen snel achter elkaar op dezelfde pixel te tonen. Dit gaat te snel voor het menselijke oog. Men kan de verandering van kleur niet waarnemen, en ziet hierdoor dus maar één kleur. Er wordt verwacht dat de helderheid van dit scherm tien keer hoger is dan die van een LCD scherm. Ook wordt het goedkoper dan een LCD scherm, dus dat is een groot voordeel.

2.2 Mogelijkheden tot ontwerp Uit het morfologisch overzicht zijn er drie systemen naar boven gekomen die kunnen worden gebruikt voor het uiteindelijke ontwerp: het mechanische air data systeem (2.2.1), het semimoderne air data systeem (2.2.2) en het moderne air data systeem (2.2.3).

30

2.2.1 Het mechanische air data systeem Het mechanische air data systeem komt vooral voor bij de wat oudere type vliegtuigen. Het systeem maakt gebruik van een statische poort en de pitotbuis, die de luchtdruk opnemen. Voor het transporteren van de opgenomen druk zijn metalen leidingen toegepast. De druk wordt door middel van een membraandoos omgezet in een beweging (afhankelijk van de waarde van de luchtdruk). Een springveer corrigeert het signaal. Het signaal wordt vervolgens door een aantal tandwielen versterkt en omgezet. Het uiteindelijke signaal wordt analoog, door middel van een aantal wijzertjes, weergegeven.

2.2.2 Het semimoderne air data systeem Het semimoderne air data systeem maakt gebruik van een pitotbuis en een statische poort om de luchtdruk op te nemen. Voor het transport van de opgenomen druk worden aluminium buizen gebruikt. De opgenomen druk wordt vervolgens door een force-balance transducer omgezet naar een elektrisch signaal. De operationele versterker wordt hierna gebruikt om het signaal te versterken. Het signaal komt aan bij een Air Data Computer (ADC), die het signaal corrigeert. Daarna wordt het signaal door middel van koperdraden getransporteerd naar een CRT scherm, waar het signaal (de data) wordt weergegeven.

2.2.3 Het moderne air data systeem In dit systeem wordt een smart probe gebruikt om de luchtdruk op te nemen. De smart probe zet de opgenomen druk gelijk om in een digitaal signaal, om hem vervolgens te transporteren naar een ADC. De ADC corrigeert vervolgens het signaal. Het signaal wordt opgevangen door een ARINC 629 transmitter, en doorgestuurd naar een Display Electronic Unit, die het signaal dusdanig omzet dat het kan weergegeven worden op een TMOS scherm. De gegevens worden hiermee dus zichtbaar voor de piloot en de copiloot.

2.3 Voor- en nadelen

Het mechanische air data systeem (2.3.1), het semimoderne air data systeem (2.3.2) en het moderne air data systeem (2.3.3) worden elk op hun voor- en nadelen besproken. De eisen van de opdrachtgever zijn hierbij in acht genomen. Deze eisen zijn duurzaamheid, uniformiteit, veiligheid en een goede prijs-kwaliteit verhouding. De voor- en nadelen zijn overigens schematisch weergegeven in bijlage IX.

2.3.1 Het mechanische air data systeem Het mechanische air data systeem wordt goed beoordeeld op de aanschafkosten. De verschillende componenten van het systeem hebben een relatief lage aanschafprijs. Een groot nadeel is echter dat het mechanische systeem erg zwaar is. Dit is gebaseerd op het feit dat er metalen leidingen worden gebruikt voor het transport van de opgenomen druk (door de pitotbuis en de statische poort). Ook bestaat het systeem uit andere mechanische componenten die relatief een zware massa hebben. Een ander groot nadeel is het feit dat er veel onderhoud gedaan moet worden aan het systeem. Het is namelijk zo dat de verschillende tandwielen, hefboommechanieken en membraandozen, die gebruikt worden tijdens het versterken of omzetten van een signaal, snel kunnen slijten. Ook is het mechanische systeem niet erg veilig. Dit is omdat de piloot zich maar op een paar instrumenten tegelijk kan focussen, omdat de instrumenten een beetje van elkaar af zijn geplaatst. Wanneer er zich een afwijking voordoet, kan de piloot deze dus niet direct constateren.

Een mechanisch air data systeem wordt overigens nog wel als back-up systeem gebruikt in vliegtuigen, omdat het wettelijk is vastgesteld dat als de elektriciteit in een vliegtuig uitvalt de piloot toch nog moet kunnen navigeren op zijn/haar analoge instrumenten.

2.3.2 Het semimoderne air data systeem Het semimoderne systeem is bijna op alle fronten beter dan het mechanische systeem. De aanschafkosten en de brandveiligheid van het systeem zijn hierbij een uitzondering. De aanschafkosten van het systeem liggen hoger, omdat de verschillende componenten van het systeem ingewikkelder in elkaar zitten dan bij het

31

mechanische systeem en de gebruikte grondstoffen duurder zijn. Ook is het systeem iets storingsgevoeliger, omdat er gebruik wordt gemaakt van koperdraad (voor het transport van de signalen). Een groot voordeel van het semimoderne air data systeem is de grote gewichtsbesparing. De metalen leidingen, die worden gebruikt in het mechanische systeem, worden vervangen door aluminiumbuizen. Het gewichtsbesparing zorgt voor lagere brandstofkosten. Het systeem is ook veel onderhoudsvriendelijker. Er zijn minder componenten in het systeem die gecontroleerd moeten worden op hun functionaliteit. Nog een voordeel is dat de duurzaamheid van het semimoderne air data systeem is toegenomen in vergelijking met het mechanische systeem, vanwege het feit dat er nieuwe technologieën zijn toegepast.

2.3.3 Het moderne air data systeem Het laatste systeem is het moderne air data systeem. Dit systeem is het meest duurzame van allemaal, omdat de meest nieuwe technologieën zijn toegepast. Mede daardoor heeft dit systeem de laagste onderhoudskosten. Ook de gewichtsbesparing komt weer terug in dit systeem. Een aantal mechanische componenten van het mechanische systeem zijn vervangen door onder andere de ARINC 629 en de Air Data Computer. De koperen draden, die worden gebruikt in het semimoderne systeem, zijn vervangen door een ARINC 629. Het systeem is dus ook minder storingsgevoelig. Het systeem is ook erg onderhoudsvriendelijk. De uniformiteit van het systeem zorgt ervoor dat onderhoudsprocedures sneller verlopen. De hoge aanschafkosten worden opgeheven door de lage vaste lasten (onderhoud, brandstofkosten etc.).

2.4 Conclusie Met inachtneming van de voor- en nadelen schema kan worden geconcludeerd dat het moderne air data systeem het beste voldoet aan de voorafgestelde eisen van de opdrachtgever. Het systeem is uniform, wat betekend dat het dus toegepast kan worden op een hele vloot van vliegtuigen. Daarnaast is het systeem erg veilig, onderhoudsvriendelijk en duurzaam. De hoge (eenmalige) aanschafkosten van het systeem worden gecompenseerd door de duurzaamheid van het systeem, het gaat namelijk erg lang mee. Ook zijn de onderhoudskosten erg laag. De grote gewichtsbesparing van het moderne systeem in vergelijking met het mechanische systeem zorgt voor een compensatie tegenover de hoge aanschafkosten. Al met al steekt het moderne air data systeem boven de twee andere systemen met kop en schouder uit.

32

Hoofdstuk 3 Uitvoering van de uniforme cockpit

Uit het vorige hoofdstuk is gebleken dat het moderne air data systeem het meest geschikt is voor ontwerp. Dit systeem moet nu uitgevoerd worden. Er wordt onderzocht hoe de air data instrumenten in een uniforme cockpit moeten worden ingebouwd. Eerst is er gekeken naar hoe de air data instrumenten gekoppeld zijn aan de drukinstrumenten en welke weg de opgenomen druk aflegt naar het display (3.1). Hierna wordt uitgelegd hoe de instrumenten op een display worden opgesteld (3.2).Ook is er een analyse gemaakt van het gekozen cockpitsysteem op punten als veiligheid, duurzaamheid, onderhoud en kosten(3.3). Als laatst volgt er een conclusie (3.4).

3.1 Cockpit inbouwen

De gekozen componenten (3.1.1) voor het moderne cockpitsysteem (bijlage VIII) zijn: de Smart Probe, de Air Data Computer (ADC), de Static Source Error Correction (SSEC) (deze zit in de ADC), de ARINC-629, de Symbol Generator Unit (SGU) en het TMOS scherm. Het is overigens wettelijk verplicht om minstens één mechanische back-up systeem in een cockpit te hebben (3.1.2).

3.1.1 De gekozen componenten - Meten: In de nieuwe cockpit wordt ontworpen wordt een Smart Probe gebruikt om de luchtdruk op te

nemen. In totaal zijn er in het vliegtuig drie Smart Probe’s. De eerste is voor de piloot, de tweede is voor de copiloot en de derde is voor de back-up lijn.

- Transporteren: De druk hoeft niet getransporteerd te worden, want het wordt in de Smart Probe al omgezet in een digitaal signaal.

- Omzetten: Er hoeft geen extra instrument aanwezig te zijn om de druk om te zetten, want het meetinstrument is tegelijkertijd ook de omzetter.

- Versterken: Het signaal wordt versterkt door de ADC. - Corrigeren: Het signaal wordt gecorrigeerd door de SSEC. Deze zit overigens al in de ADC. - Transporteren: Het gecorrigeerde signaal wordt getransporteerd door middel van een ARINC 629 naar

de SGU. - Omzetting: Het signaal wordt omgezet door de SGU. Ook is het verbonden met een TMOS-scherm. In

een vliegtuig bevinden zich in totaal drie SGU’s. Één voor de piloot, één voor de copiloot en één voor de back-up lijn.

- Weergave: Het uiteindelijke signaal wordt weergegeven op een TMOS-scherm, die zich in de cockpit bevindt. De piloot heeft twee schermen, de copiloot heeft twee schermen en er zijn ook twee schermen voor de back-up lijn. Er zijn dus in totaal zes schermen aanwezig in de cockpit.

3.1.2 Mechanische back-up systeem In het back-up systeem wordt er gebruik gemaakt van een pitotbuis en een statische poort om de luchtdruk op te nemen. Voor het transporteren van de druk worden stalen buizen gebruikt. De druk wordt omgezet naar een analoog signaal door een membraandoos. Het signaal wordt versterkt door middel van tandwielen. Het versterkte signaal wordt gecorrigeerd door middel van een springveer. Het signaal wordt voor de tweede keer getransporteerd, maar dit keer door middel van tandwielen. Ook worden tandwielen gebruikt voor de omzetting van het signaal. Het uiteindelijke signaal wordt analoog weergegeven.

3.2 Inrichting cockpit De basic six instrumenten in de cockpit worden digitaal (3.2.1.) weergegeven. Er is overigens ook een back-up aanwezig (3.2.2). Bij de digitale weergave worden er zes schermen gebruikt waarop de informatie wordt weergegeven, twee voor de piloot en twee voor de copiloot. De twee overige digitale schermen worden als back-up gebruikt. Van de mechanische back-up systeem is één set aanwezig van analoge instrumenten die mechanisch aangestuurd worden. Volgens de regels en wetgeving moet er een mechanische back-up zijn, voor het geval dat de elektriciteit uitvalt in de cockpit.

33

Figuur 28. Primary Flight Display

3.2.1 Digitale weergave

De Basic Six worden met een digitale weergave (figuur 28) in het gezichtsveld van de piloot geplaatst, met een identieke weergave voor de copiloot. Het is erg belangrijk dat alle instrumenten goed zichtbaar en gemakkelijk af te lezen zijn voor de piloot. Het belangrijkste gebied is recht voor de piloot, daar wordt dus het PFD (Primary Flight Display) geplaatst. Op het PFD wordt alle belangrijke informatie die de piloot nodig heeft getoond, zoals de vliegmodus weergave (1), de altimeter (2) (3.2.1e), de vertical speed indicator (3) (3.2.1f), de turn and bank indicator (4) (3.2.1c), de artificial horizon (5) (3.2.1b), de airspeed indicator (6) (3.2.1a) en de directional gyroscope (7) (3.2.1d).

3.2.1a Airspeed indicator In figuur 29 is de airspeed indicator weergegeven. De balk (3) is de snelheidsmeter, maar deze is minder accuraat dan het kleine schermpje (4). Het paarse getal boven in beeld is de ingestelde snelheid van de autopiloot (1). Daarbij hoort het paarse pijltje (5) dat wederom aangeeft wat de ingestelde snelheid van de autopiloot is, maar dan zonder getallen. Het schermpje (4) geeft de huidige snelheid in knopen weer. De rode blokjes (2) zijn een waarschuwingsgebied voor de critical speed. Het gele nietje (6) is de stall speed. Onder de balk bevindt zich de huidige mach snelheid (7).

3.2.1b Artificial horizon De kunstmatige horizon (figuur 30) bevindt zich in het midden van de PFD. In de kunstmatige horizon zit ook een turn indicator (1) en een bank indicator (2). De schaalverdeling (3) geeft de pitch en de roll van het vliegtuig aan in graden. Het paarse kruis (4) is de vliegrichting van de autopiloot. De witte lijn (5) die de twee helften scheidt is de horizon (5). De twee zwarte blokjes (6) stellen een symbolisch vliegtuigje voor, dat de piloot een duidelijker beeld van de stand van het vliegtuig geeft.

1. Vliegmodus weergave 2. Altimeter 3.Vertical speed indicator 4. Turn and bank indicator 5.Artificial horizon 6. Airspeed indicator 7. Directional gyroscope

1.Ingestelde snelheid autopilot 2.Critical airspeed 3. Airspeed indicator 4.Huidige snelheid 5.Vastgestelde snelheid indicator 6.Stall speed 7. Huidige mach snelheid

1.Turn indicator 2. Bank indicator 3. Schaalverdeling 4.Vliegrichting 5.Horizon 6. Symbolisch vliegtuigje

Figuur 30 Artificial Horizon

Figuur 29 Airspeed indicator

34

3.2.1c Turn and bank indicator De turn and bank indicator is gesplitst in een turn(1) en bank(2) indicator. Beide onderdelen bevinden zich in de artificial horizon. Het driehoekje is de turn indicator en laat zien met hoeveel graden een bocht word gedraaid. Dit gebeurt met behulp van de schaal verdeling(3), die als volgt is ingedeeld:60,45,30,20,10, 0,10,20,30,45,60 graden. De bank indicator is het rechthoekje onder de turn indicator, deze laat zien met hoeveel graden het vliegtuig weg slipt met gebruik van dezelfde schaalverdeling.

3.2.1d Directional gyroscope

De cirkel aan de onderkant is de directional gyroscope (figuur 31). De schaalverdeling(6) is verdeeld in hele graden met tussen streepjes van vijf graden. De getallen die getoond worden zijn met factor tien verkleind. Het witte kader(1) met het getal er in duid de huidige koers aan, het getal helpt de piloot de huidige koers in graden te laten zien. Het paarse getal(5) geeft aan welke koers, in graden, er gevlogen moet worden. De paarse pijl (2) laat zien waar het witte kader moet zitten om de juiste koers te vliegen. Het groene MAG (4) duid erop dat het gyrokompas ingesteld staat op het magnetische noorden. Er is ook nog een andere stand genaamd TRU, dat duid erop dat het kompas is ingesteld op het werkelijke noorden. De lange pijl (3) werkt als extra aanduiding voor de richting.

3.2.1e Altimeter

In figuur 32 is de altimeter weergegeven. De huidige hoogte wordt aangegeven in voet, door de gehele balk(2) en in het kader(5) in het midden van de balk. De hoogte in het kader (5) is nauwkeuriger en is de huidige hoogte. Boven de balk wordt een paars getal aangegeven(1) dit is de hoogte waarop de autopilot is ingesteld. De paarse pijl (4) hoort bij de hoogte die is ingesteld op voor de autopilot.

1 Huidige koers 2. Autopiloot course indicator 3. Huidige richting 4. Kompas instelling 5.Ingestelde koers autopiloot 6. Schaal verdeling

1. Autopilot 2.Altimeter 3. Vertical speed indicator 4.Autopilot altitude 5. Huidige hoogte 6. Huidige verticale snelheid 7.Barometrische standaard

Figuur 31 Directional Gyroscope

Figuur 32 Altimeter en Vertical speed indicator

35

3.2.1f Vertical speed indicator De vertical speed indicator (figuur 32) (3) bevind zich helemaal rechts in het PFD. Deze band bevat een schaalverdeling die laat zien met hoeveel voet per minuut het vliegtuig stijgt of daalt. De schaalverdeling van de meter is 1:1000. Het witte pijltje(6) is de huidige verticale snelheid.

3.2.2 back-up Er zijn een aantal back-up systemen in de cockpit verwerkt (figuur 33). De eerste mogelijkheid die de piloot of copiloot heeft is om de data van het huidige scherm (1,10) naar een naastgelegen scherm te verplaatsten (7,8). In het geval dat de stroomvoorziening naar de instrumenten dan wel schermen uitvalt is er altijd nog een mechanisch systeem (3,4,5,6) aanwezig zodat er nog genavigeerd en gevlogen kan worden. Het mechanische systeem bestaat uit de vier belangrijkste van de basic six instrumenten: Een altimeter (3), een directional gyroscope (4), een artificial horizon (5) en een airspeed indicator (6).

3.3 Ontwerpanalyse

Voor het ontwerpen van een goed systeem zijn er een aantal aspecten van belang die invloed hebben op de

overweging welk air data systeem er uiteindelijk gekozen is. Het air data systeem moet veilig zijn en niet

zomaar uitvallen (3.3.1). Ook de duurzaamheid (3.3.2) en het onderhoud (3.3.3) van het systeem zijn ook

belangrijk voor Avia Claim Airlines bij het maken van hun keuze. Uiteraard mogen de kosten van het air data

systeem ook niet te hoog uitvallen (3.3.4).

3.3.1 Veiligheid De veiligheid van het vliegtuig hangt onder andere af van de werkingen van de air data instrumenten. Om de werking van de air data instrumenten zo goed mogelijk te waarborgen, is er voor zowel de piloot als de copiloot een reserve systeem aanwezig dat alles kan overnemen van zijn huidige systeem. Het air data systeem van de piloot en de copiloot zijn allebei uitgerust met twee TMOS schermen. Tussen de

piloot en de copiloot in is er nog een derde scherm aanwezig. Als er één scherm defect raakt kan er geschakeld

worden naar een ander scherm. Als het zover komt dat er twee defecte beeldschermen zijn bij een piloot, dan

kan de piloot nog één keer overschakelen naar een derde scherm. Voor de smart probe , air data computer en

de symbol generator unit kan de piloot eventueel overschakelen naar het reserve systeem dat aanwezig is. Als

dat niet mogelijk is kan de piloot naar het systeem van de copiloot overschakelen.

Mocht het voor komen dat er geen enkel elektronisch systeem meer werkt, dan kan de piloot kijken op het

back-up systeem dat volledig analoog is.

3.3.2 Duurzaamheid Bij het ontwerpen van het nieuwe air data systeem speelt duurzaamheid ook een belangrijke rol.

Duurzaamheid is onder andere ook de reden geweest dat er voor het TMOS scherm is gekozen, in plaats van

bijvoorbeeld een LCD-scherm. Het TMOS scherm heeft 300.000 branduren terwijl een LCD scherm slechts

100.000 branduren heeft. Dat scheelt dus aanzienlijk in levensduur, buiten het feit dat een TMOS scherm ook

1. PFD piloot 2. Navigatie scherm piloot 3. Mechanische altimeter 4. Mechanische directional gyro 5. Mechanische artificial horizon 6. Mechanische AI 7. Back-up scherm 1 8. Back-up scherm 2 9 Navigatie scherm copiloot 10. PFD copiloot

Figuur 33 Cockpit layout

36

nog een lager energieverbruik heeft. De levensduur van een smart probe is ook langer dan die van een

statische pitotbuis. En mocht het zo zijn dat er onderdelen aan vervanging toe zijn, is dit makkelijk te bereiken

en dus te vervangen.

3.3.3 Onderhoud Om te zorgen dat het vliegtuig veilig kan blijven vliegen is het nodig dat er controles (checks) worden uitgevoerd. Er zijn vijf controles die uitgevoerd worden. Wannéér de controles worden uitgevoerd hangt af van hoeveel vlieguren het vliegtuig heeft gemaakt. De controles die uitgevoerd kunnen worden zijn als volgt: de dagelijkse check, check A, check B, check C en check D. De dagelijkse check dient dagelijks uitgevoerd te worden. De check moet binnen 24 tot 60 uur na een vlucht

zijn uitgevoerd. Voorbeelden van wat gecontroleerd moet worden bij de dagelijkse check is: controleren of er

geen beschadigingen aan het vliegtuig zijn, of de vloeistofniveaus goed zijn en of de cockpit netjes en veilig is.

Ook wordt er gekeken of de nooduitrusting aanwezig is en in welke staat deze verkeerd.

Check A is uitgebreider dan de dagelijkse check. Check A dient binnen 500 vlieguren of elke maand gedaan te

worden. Deze check kan meestal in één nacht worden uitgevoerd. Tijdens check A worden alle punten die bij

de dagelijkse check behandeld worden ook gecontroleerd. Voorbeelden van wat er nog meer gecontroleerd

wordt is als volgt: Zuurstofsysteem van het personeel, noodverlichting, BITE (een ingebouwd testsysteem voor

het controleren van alle elektronica) en het controleren van de parkeerrem druk.

Check B wordt tegenwoordig niet zo vaak meer gebruikt. De onderdelen die gecontroleerd dienen te worden

met check B zijn verdeeld over check A of check C.

Check C is een groot onderhoud aan het vliegtuig. Bij deze controle worden alle systemen apart getest en ook

de componenten daarvan. De systemen en componenten worden getest op hun functioneren. De eerder

genoemde lichtere controles worden ook uitgevoerd. Voor deze controle is het vliegtuig ongeveer 3 – 5 dagen

niet inzetbaar.

Check D is de zwaarste onderhoudsbeurt voor een vliegtuig. Bij deze onderhoudsbeurt wordt het hele vliegtuig

uit elkaar gehaald en gecontroleerd. Alle voorgaande checks worden ook uitgevoerd. Voor het uitvoeren van

check D is meer dan 20 dagen nodig. Wat voorbeelden van wat er gecontroleerd wordt bij deze check zijn de

vloerbalken en de gedetailleerde controle van vleugelvakstructuur.

3.3.4 Kosten Een van de punten waarop Avia Claims Airlines het ontwerp van de cockpit zal beoordelen zijn de kosten. Dit is onder te verdelen in directe kosten (3.3.3a), indirecte kosten (3.3.3b), directe baten (3.3.3c) en indirecte baten (3.3.3d).

3.3.3a Directe kosten

De directe kosten bestaan uit de onderdelen waaruit ons systeem bestaat en de installatie hiervan. Zo moeten er drie smart probe’s, drie airdata computers, drie SGU’s , drie ARINC 629 en zes TMOS schermen moeten worden aangeschaft. Naast dit digitale systeem dient er ook nog één compleet analoog systeem gemaakt te worden. Verder moet dit allemaal nog verwerkt worden in het vliegtuig. Aangezien wij de nieuwste systemen gebruiken zullen deze kosten naar alle waarschijnlijkheid hoger zijn dan het huidige systeem. Ook dienen de monteurs en piloten omgeschoold te worden zodat zij met ons systeem kunnen worden en dit brengt ook kosten met zich mee.

3.3.3b Indirecte kosten Wat betreft de indirecte kosten, deze komen voort uit de onderhoudskosten en eventuele vervanging van onderdelen in de toekomst. De onderhoudskosten zullen door het systeem dalen. Dit komt ten eerste doordat er in alle vliegtuigen hetzelfde systeem zal zitten en controle dus meer routine zal worden en daardoor sneller. Ten tweede is het systeem compleet uit te lezen met een computer om te controleren of er ergens een fout zit. Dit sluit gelijk weer aan op de vervanging van

37

de onderdelen. Doordat er tussen elk onderdeel een schakeling zit kan, zodra er een fout of kapot onderdeel is gevonden, elk onderdeel heel simpel en snel verwijderd worden en opnieuw aangesloten.

3.3.3c Directe baten

Directe baten zijn er niet met dit systeem. Alle besparingen op kosten en opbrengsten vanwege het betere en makkelijkere systeem zijn op de lange termijn. Het zal dus een investering zijn om op langere termijn rendement hieruit te halen.

3.3.3d Indirecte baten

De indirect baten komen voort uit de uniformiteit van het systeem. Doordat er maar één systeem is hoeven zowel piloten als monteuren maar met één systeem bekend te zijn. Dit bespaart kosten op op scholing. Ook hoeven er alleen onderdelen voor dit systeem in huis te zijn en dit bespaart kosten op de voorraden omdat er minder veschillende onderdelen in huis hoeven te zijn. Ook gaan een aantal van de onderdelen een stuk langer mee dan de huidige, deze hoeven hierdoor minder snel vervangen of gerepareerd te worden en dit bespaart kosten op reparaties en onderdelen.

3.4 Conclusie Het is sterk aan te raden het ontworpen systeem toe te passen op de vloot van Avia Claim Airlines. De

ontworpen uniforme cockpit is op veel fronten beter dan voorgaande systemen vanwege scholing, onderhoud,

duurzaamheid en veiligheid.

De piloot hoeft immers niet omgeschoold te worden wanneer hij of zij van toestel wisselt. Ook scheelt het

aanzienlijk in de onderhoudskosten. Monteurs hoeven namelijk maar één type cockpit te onderhouden, wat

veel zoekwerk in handleidingen kan besparen. Ook hoeven er maar van één cockpit onderdelen op voorraad te

worden gehouden. Er hoeft immers maar één type cockpit te worden onderhouden. Bovendien is het air data

systeem opgebouwd uit duurzame componenten. Er is namelijk voor componenten gekozen die lang meegaan

en een hoogwaardige kwaliteit hebben. Avia Claim Airlines heeft zo de garantie dat zij de komende tientallen

jaren de cockpit niet hoeft te vervangen. De veiligheid van het air data systeem is gewaarborgd doordat de

piloot elk component dat defect is direct kan vervangen door eenzelfde component uit een van de andere

aanwezige systemen.

38

Literatuurlijst

Boeken en Dictaten Pallet, E.H.J. Aircraft Instruments & Integrated Systems tweede editie Sussex, 1992 Anderson John D. Jr. Introduction to Flight zesde editie New York, 2008 De Jong, G. Elektro-mechanical instruments in aircraft Jaar onbekend Thom, Trevor The air pilot’s manual vierde editie Shrewsbury, England, 2001 Wentzel, Tilly De moderne ingenieur Amsterdam, 2010 Wentzel, Tilly Opbouw projectverslag Amsterdam, 2009 Hogeschool van Amsterdam, domein Techniek

IJspeert, Simon Ontwerpanalyse van een cockpit Amsterdam, 2010 Kroonenberg, van den H.H. en Siers, F.J. Methodisch ontwerpen 2e druk Houten, 1998. Dijk, B.H. van Dictaat Stromingsleer Amsterdam, 2006 Hogeschool van Amsterdam Amsterdamse Hogeschool voor Techniek van Dijk, B.H. en van Aalst, R.J. Natuurkunde dictaat Amsterdam, 2010

Icao

Icao 7488 tabel Derde editie 1993

Bezochte internetsites http://www.wisegeek.com/what-is-a-directional-gyro.htm copyright © 2003 - 2010, conjecture corporation (bekeken op: 3/9/10) http://www.easa.eu.int/language/nl/home.php Disclaimer & Copyright Notice 2003 - 2010 easa.europa.eu Geraadpleegd: onbekend.

39

Termenlijst

Term Defenitie Airdata Data verkregen door luchtdruk Airspeed Snelheid van een object ten opzicht van de lucht Analoog Mechanisch Apparent drift Schijnbare drift Artificial Kunstmatig Attitude Hoek die het vliegtuig maakt ten opzicht van de horizon Auronautical Luchtvaart Bank Het lateraal hellen van een vlieguitg of wegglijden in een bocht te voorkomen Climb Klimvlucht Corrigeren Bijstellen Cruise Kruisvlucht Decent Daalvlucht Digitaal Elektronisch Directional gyroscope Gyrokompas dynamische druk druk die de lucht op iets uitoefent beinvloed door bijvoorbeeld beweging Earth rate Draaing van de aarde 15⁰ per uur Exploded vieuw Overzicht van object wat uit elkaar gehaald is

Flux valves Twee kleppen aan de wing tips die het magnetische noorden zoeken door de magnetische velden met elkaar te vergelijken

Half cardanisch pgehangen

Gyroscoop die om 2 assen kan draaien

Hectopascal Eenheid voor luchtdruk Horizontal Horizontaal, evenwijdig aan de horizon Indicator Aanwijzer

Kalibratie Iets afstellen op een systeem zodat bij dezelfde invoer dezelfde uitkomst wordt gegeven

Landing Landing van een vliegtuig Mean Sea Level Standaard zee niveau

Pitch Hoek die een vliegtuig maakt ten opzicht van de horizon waarbij het vliegtuig kantelt over de breedte as

Pneumatisch Met luchtdruk bestuurd

Precessie Het fenomeen waarbij als je een gyroscoop een richting op duwt de gyroscoop zich 90 graden loodrecht op de draairichting zal bewegen

Primary Flight Display Scherm waarop de zes basisinstrumenten voor de piloot worden weergegeven

Rate of Turn Draaisnelheid

Real drift Werkelijke drift

Receiver Ontvanger

Roll Hoek die een vliegtuig maakt ten opzichte van de horizon waarbij het vlieguitg kantelt op de lengte as

Slipping Het vliegtuig beweegt zich niet in een perfecte cirkel maar glijdt ook zijwaarts

Smart Probe Meetsysteem wat zowel de statische als de dynamische druk meet aan de buitenkant van het vliegtuig en dit direct omzet in een elektrisch signaal

Statische druk druk die de lucht op dat moment heeft zonder dat die beinvloed word door bijvoorbeeld beweging

Take off Opstijgen

Transmitter Verzender

Turn Bocht

Vertical Verticaal, loodrecht op de horizon

Vol cardanisch Een gyroscoop die zich om alle 3 de assen kan bewegen

Wing tips omhoogstaande uiteinden van de vleugels

40

Bijlagenlijst

I Projectopdracht 1 II Piramidemodel 4 III Atmosfeer 5 IV ISA (International Standard Atmosphere) waardetabel 6 V Instellingen hoogtemeter 7 VI Morfologisch overzicht 8 VII Voor- en nadelen schema 9 VIII Schakelschema air data instrumenten 10 IX Bediening van het air data systeem, na uitval van een component 11 X Procesverslag 12 XI Adressenlijst 13

1

Bijlage I Projectopdracht

De Projectopdracht De projectopdracht bestaat uit het maken van een ontwerpanalyse van de inrichting van een cockpit van een middelgroot of groot verkeersvliegtuig (2.1). Het project moet voldoen aan algemene randvoorwaarden (2.2), met als eindresultaat een projectverslag (2.3). De zelfsturende opdrachten zijn bedoeld als ondersteuning van het project (2.4). 2.1 De opdracht Hogeschool van Amsterdam Domein Techniek Opleiding: Aviation Periode : 1-2 Thema : Methodisch ontwerpen Onderwerp : Opbouw cockpitsysteem Groep : 2A1-BE Uitgangssituatie Een vliegmaatschappij in oprichting wil haar vloot samenstellen uit toestellen van één van de vliegtuigbouwers: óf van Boeing, óf van Airbus dan wel Embraer. In verband met het gemengd vliegen (van piloten) op de vloot gaat, voor aflezing van instrumenten en bediening van systemen, de voorkeur uit naar een uniform ingedeelde cockpit. Opdrachtformulering Als projectteam van de vliegmaatschappij komen jullie via analyse van bestaande cockpitsystemen tot een ontwerp voor een moderne, uniforme cockpit van het nieuw aan te schaffen vliegtuig. Hierbij gaan jullie bepalen hoe de presentatie van stand en gedrag van het vliegtuig tot stand komt en hoe deze er in de cockpit uit moet zien, met een verantwoording van de opbouw en werking van het gekozen systeem. Hierbij kun je het onderzoek hoofdzakelijk beperken tot de instrumenten van de Basic Six, zoals die op wettelijk voorgeschreven wijze voor beide vliegers geplaatst behoren te zijn. Richtlijnen

Waar bestaan de instrumenten van de Basic Six uit?

Hoe komt de aanwijzing van een bepaalde waarde tot stand (meetprincipes)?

Aan welke eisen van wet- én opdrachtgever moet de cockpitpresentatie voldoen (stel je op de hoogte van luchtvaartnormen en kwaliteitseisen)?

Zijn back-up instrumenten benodigd (en zo ja: welke)?

Wat is de opbouw van een compleet systeem en welke (deel)functies worden door de samenstellende onderdelen uitgevoerd?

Hoe zijn jullie tot de keuze van het ontwerp gekomen (welke opties voor de inrichting van de cockpit waren zoal voorhanden)?

Welke constructiemethoden zijn toegepast en waarom?

Wat voor aanwijzingen worden nog meer verzorgd op het scherm, waar de Basic Six op worden getoond?

Welke rol spelen de ontwerpaspecten bij het cockpitsysteem (onderhoud, duurzaamheid, veiligheid en kosten)? 2.2 Randvoorwaarden voor het project Randvoorwaarden zijn van bovenaf gegeven eisen, waaraan het project onvoorwaardelijk moet voldoen. Ze vormen als het ware de ‘buitenste rand’ van het project. Als zodanig zijn ze van meer gewicht en te onderscheiden van de richtlijnen bij de opdracht (eisen van de opleiding of opdrachtgever) of het eisenpakket voor het te ontwerpen product. Ook mijlpalen (tussentijdse producten) kan men tot de projectrandvoorwaarden rekenen.

2

Randvoorwaarden

De tijdsduur van het project is elf weken (week 35-41, en 45-48); het verslag moet vrijdag 3 december 2010 om uiterlijk 15.30u worden ingeleverd

Het project volgt de algemene projectindeling (zie Planningsschema in 3.1, p. 8)

De ontwerpmethode gaat volgens de methode van Van den Kroonenberg (2004)

Het te ontwerpen product voldoet in elk geval aan wettelijke voorschriften

Het ontwerp is voor een nieuw aan te schaffen toestel, er wordt niet gemodificeerd

Het eindresultaat is een verslag, dat voldoet aan het dictaat Wentzel (2010)

Het verslag is ingevoerd in de computer en heeft – exclusief bijlagen – een omvang van 30-40 pagina’s.

In het verslag is een Engelse termenlijst en een Summary aanwezig Mijlpalen

Plan van Aanpak (of: Startdocument)

Afronding van de drie projectfasen (Definitie, Ontwerp, Uitvoering) De mijlpalen zijn in het eerste project gegeven door de projectfasen in het Planningsschema in 3.1 (p. 8) en preciezer ingevuld in het Weekschema (Bijlage I). In volgende projecten worden planning en mijlpalen meer aan jullie zelf overgelaten. Voor het projectwerk kan men ook eigen randvoorwaarden bedenken, waaraan de groep zich absoluut moet houden. Zulke groepsafspraken, genoteerd op het vergaderformulier, maak je in het begin van het project. Ze zijn van belang voor het groepsproces. 2.3 Het projectverslag Het schrijven van het projectverslag loopt gelijk op met het project (zie Planningsschema in 3.1, p. 8). Je begint er dus eigenlijk al mee in de eerste week van het project (wk 35) omdat je dan de projectopdracht samen met de groep gaat bekijken. Dat heet de ‘Analyse van de opdracht’, wat de basis vormt voor het maken van het Plan van Aanpak in projectweek 2. Bestudeer hiervoor terdege hoofdstuk 1 van het dictaat ‘Opbouw projectverslag’. Het verslag wordt opgebouwd in piramidevorm. Nadat de hoofdlijn is vastgesteld, wordt het onderliggende niveau bepaald. De hoofdlijn volgt de fasen van de algemene indeling van het project, zoals weergegeven in het Planningsschema. Elk niveau heeft weer een nieuwe indeling. Dat gaat zo door tot de zogenaamde platte tekst kan worden ingevuld: de inhoud van het project. Voor een verslag als dit volstaan drie of vier niveaus. Omdat de verslagschrijving niet eenvoudig is, komt in periode 1-2 wekelijks de docent Communicatie [COM] langs om te helpen met de verslagtechniek in een vast geroosterd COM-uur. Als je die begeleidingsuren en het in Bijlage I gegeven werkschema volgt, krijg je de garantie van een voldoende of zelfs goed verslag, dat er ook nog mooi uitziet. Belangrijk is dat jullie aanwezig zijn en dat de groepsvoorzitter wekelijks het intranet (https://intra.techniek.hva.nl) bekijkt. Hier vind je onder Handleiding/Studiemateriaal bij het vak COM een map Draaiboek met een verwijzingssysteem naar het dictaat; én een map Weekberichten waarin de communicatie met de groepen plaatsvindt. Ook het Vergaderformulier en de Vergaderregels staan op het intranet, maar dan onder Handleiding/Studiemateriaal bij het Project zelf. De verslaginhoud moet voldoen aan de richtlijnen en randvoorwaarden bij de projectopdracht. Opbouw en vorm gaan volgens het dictaat Wentzel (2010), dat tevens een voorbeeldfunctie heeft. Ook dit projectboek is op die manier vormgegeven. Een voldoende verslag geeft toegang tot de mondelinge projecttoets. Daarna zijn de groepen toegerust om in periodes 3 en 4 én de verdere studie zelfstandig een goed projectverslag te maken. 2.4 Zelfsturende opdrachten Ter inhoudelijke ondersteuning van een aantal projecten binnen de opleiding Aviation worden vanuit de theorie- of projectvakken zelfsturende opdrachten gegeven. Deze opdrachten, die afzonderlijk staan opgenomen in Bijlage II, zijn voor dit project: 1. Vergaderen 2. Vaktechnisch Engels

3

Ad 1. Vergaderen Omdat ‘het vergaderen’ en daarbij gemaakte afspraken de komende vier jaar een belangrijke plaats zullen gaan innemen in het groepsproces, is het nuttig om de basisprincipes hiervan vroegtijdig onder de knie te krijgen (zie Bijlage II.1). Elke student zal tijdens zijn opleiding meerdere keren de rol van zowel voorzitter als notulist vervullen, en verder als groepslid veelvuldig deelnemen aan vergaderingen. Deze moeten elke keer weer zorgvuldig worden voorbereid, in welke rol je ook participeert. Ad 2. Vaktechnisch Engels In de internationale wereld van de luchtvaart wordt veel gecommuniceerd met een eigen jargon aan Engelse termen. Briefwisselingen of e-mail, vlieg(tuig)handboeken of systeembeschrijvingen: alles gaat geheel in het Engels. Het is dan in jullie belang ook hierin snel voldoende vaardigheid te ontwikkelen. Het nut van de te maken Termenlijst is dat men hem kan gebruiken om de Engelse termen in het projectverslag te definiëren. De Summary is een vertaaloefening vanuit het Nederlands naar het Engels (zie Bijlage II.2) In het uitgebreide Weekschema in Bijlage I is aangegeven wanneer de groep gaat beginnen met de afzonderlijke opdrachten en wanneer deze moeten worden ingeleverd. Ook bij de formulering van de opdrachten zelf, in Bijlage II, staan de inlevermomenten vermeld.

4

Bijlage II Piramidemodel

The Magic Six

Hoofdstuk 1 Definiëren

§1.1 Gyroscopische instrumenten

§1.1.1 Theorie

§1.1.2 Directional Gyroscope

§1.1.3 Attitude Indicator

§1.1.4 Turn and Bank Indicator

§1.2 Airdata instrumenten

§1.2.1Theorie

§1.2.2 Altimeter

§1.2.3 Vertical Speed indicator

§1.2.4 Air Speed indicator

§1.3 Eisen

§1.3.1 Wettelijke eisen

§1.3.2 Eisen van de opdrachtgever

§1.4 Functie onderzoek

§1.5 Conlcusie

Hoofdstuk 2 Ontwerp

§2.1 Morfologische

overzicht, uitleg

§2.2 Mogelijkheden tot

ontwerpen

§2.2.1 Verschillende

cockpitsystemen

§2.3 Voor en nadelen

§2.3.1 Wegingsfactor

schema

§2.4 Conclusie

Hoofdstuk 3 Uitvoering

§3.1 Cockpit inbouwen

§3.2 Inrichting cockpit

§3.3 Ontwerpanalyse

§3.3.1 Veiligheid

§3.3.2 Duurzaamheid

§3.3.3 Onderhoud

§3.3.4 Kosten

§3.4 Conclusie

5

Bijlage III Atmosfeer

6

Bijlage IV ISA waardetabel

7

Bijlage V Instelling hoogtemeter

De hoogtemeter kan ingesteld worden op drie verschillende standen (referentievlakken): QNH, QFE en QNE. De drie verschillende standen zijn hierboven weergegeven.

8

Bijlage VI Morfologisch overzicht

Zwarte lijn: Mechanisch Blauwe lijn: Semi-modern Roze lijn: Modern

9

Bijlage VII Voor- en nadelen schema

Het voor- en nadelen schema

Wegingsfactor

Mechanisch systeem

Semi-modern systeem

Modern systeem

Betrouwbaarheid 2,5 x 17,5 20 22,5

Brandveiligheid 1,5 x 13,5 12 10,5

Gewichtsbesparing 2,0 x 4 14 16

Aanschafkosten 2,0 x 16 12 8

Nauwkeurigheid 2,5 x 12,5 20 22,5

Onderhoud 2,0 x 6 12 16

Veiligheid 3,0 x 18 24 27

Duurzaamheid 2,0 x 10 14 16

Totaal 97,5 128 138,5

10

Bijlage VIII Schakelschema air data instrumenten

11

Bijlage IX Bediening van het air data systeem, na uitval van een component

12

Bijlage X Procesverslag

We hebben als groep gekozen voor een planning waarbij iedereen iedere week een taak had. In de eerste week werd dus een schema opgesteld waarin voor ieder groepslid duidelijk werd wat zijn of haar taken waren. In het plan van aanpak (PvA) wat vervolgens werd gemaakt werd deze planning opgenomen, net zoals het piramidemodel. In vergaderingen zijn deadlines gesteld waar alle groepsleden het op dat moment mee eens waren. Zo kwam het nog wel eens voor dat deadlines verschoven werden omdat het meer werk bleek dan vooraf gedacht. Maar ook het omgekeerde kwam voor; stukken die ruim voor de deadline af waren, waardoor weer aan iets nieuws begonnen kon worden. De communicatie tussen de groepsleden liet nog wel eens te wensen over. Vooral de eerste drie weken was het flink wennen voor iedereen. Daarom is tijdens een vergadering besloten om een gastenboek op te zetten waar iedereen minstens één keer per dag op moest kijken. Zo was iedereen up-to-date en konden vragen snel beantwoord worden. Na een week of vier kwam naar voren dat Tugrul en Declan plagiaat gepleegd hadden. Dit is toen afgehandeld met een streng gesprek. Er zijn duidelijke nieuwe afspraken gemaakt. Zonder goede reden mocht er geen deadline meer gemist worden. En onder geen beding meer plagiaat gepleegd worden. Toch bleek in de laatste paar weken van het project dat Declan en Tugrul nogal moeite had met de deadlines. Tevens had Declan wederom een aantal maal plagiaat gepleegd. Na gesprekken met de SLB docent en de projectdocent is besloten dat als beide zich niet aanpasten ze uit de projectgroep gezet zouden worden. Bij Tugrul was direct verandering te merken maar bij Declan bleef dit nog uit. Na nog een gesprek met de projectdocent kreeg Declan een ultimatum. Haalde hij dit niet, dan werd hij alsnog uit de groep gezet. Dit heeft hij toen wel gehaald. De projectdocent gaf ieder groepslid trouwens ook de optie om hem een onvoldoende te geven voor de samenwerking. Maar dat is aan iedere persoon zelf om dat te beslissen. Onze groep heeft het geluk gehad dat de hele groep gedurende het eerste project bij elkaar is gebleven. Dit had als bijkomend voordeel dat we de taken goed konden verdelen en niemand teveel hooi op z’n vork nam. Bij een volgend project zouden de volgende punten verbeterd kunnen worden: - Het streng zijn voor de mede-groepsleden. Gemaakte afspraken zijn immers gemaakte afspraken. Worden

deze niet nageleefd, dan zullen de daarvoor gestelde sancties optreden.

- Duidelijkheid in de communicatie. Er is ons wel duidelijk geworden dat communicatie heel erg belangrijk is in

een project. Het opstellen van een gastenboek is hier een heel goed oplossing voor gebleken. Dit is een punt

wat zeker kan worden meegenomen naar een volgend project.

13

Bijlage XI Adressenlijst

1. Declan Jonkers 2. Rocío Cornelissen Raoul Wallenbergstraat 55 Blekenbergplein 8 1102 AX Amsterdam-Zuidoost 2023 WJ Haarlem 06-22144467 06-20386097 3. Tugrul Mizrak 4. Alex Esser Kruiningenstraat 224 Leidseweg 55 3086 KT Rotterdam 3531 BC Utrecht 06-42926497 06-42205229 5. Rob Huijs 6. Jeroen Wijnbergen Bosstraat 22 Anna blamanstraat 20 5963 NZ Hegelsom 1827 LX Alkmaar 06-45371814 06-21214109 7. Pedram Soltani 8. Tijmen Kadlecek Steenbes 1 Kuipersstraat 8B 3823 CC Amersfoort 1074EK Amsterdam 06-22890742 06-34874349