2011. november 20., vasárnap

Az utasszállító repülőgépek kormányzása (AF447 cikksorozat)

Az első cikkben összefoglalt körüljárási irányok után az Air France 447-es járat balesetének megértéséhez át kell tekintenünk a repülőgépek kormányzásának technikáját, különösen a nagy utasgépekét, mert a témában keveredés mutatkozik a médiában is. A baleset elemzésében látni fogjuk, mekkora szerepe van a különböző megoldásoknak a pilóta és a repülőgép közti harmonikus együttműködésben, illetve rávilágítunk az eltérő elgondolások működésére is.

Az alapok

A kis sport- és oktatógépek, vitorlázógépek kormányzása végtelenül egyszerű, ami részben annak köszönhető, hogy nem igényelnek aktív kormányrásegítőket, szervókat (hidraulika, elektromos kitérítés), részben pedig annak, hogy kevés és viszonylag kis kormányfelületet kell mozgatnia a pilótának.

A legegyszerűbb megoldás a kormánymozdulatokat  tolórudakon és himbákon (vagy sodronyokon és csigákon) keresztül közvetíteni a kormánylapra.




A megoldás közvetlen kapcsolatot biztosít a kormánybot (-oszlop) és a kormánylap himbája közt. A pilóta gyakorlatilag közvetlenül a kezében érzi a kitéréshez szükséges kormányerőt, illetve a kormánylapra visszaható erőket.


A nagyobb méretű és nagyobb erőkifejtést igénylő gépeken, valamint olyan alkalmazásokban, ahol a kormánylap mozgatásában automatika is részt vesz, szükségessé vált valamilyen szervórendszer, kialakítása. A mai utasszállító repülőgépek többségén találunk hidraulikus kormányvezérlést, ami a gépkocsik szervokormányához hasonló rásegítőktől a teljesen hidraulikus kormányvezérlésig terjed. Nem térünk ki minden megoldásra, hiszen a téma önmagában több bejegyzést megtöltene. A következő ábrán sematikus rajz látható szintén egy magassági kormányvezérlésről.

Klikk a nagyításhoz
A hidraulikus vezérlés megjelenése több problémát is felvet a rendszer felépítésétől függően. Amennyiben az adott típuson nincs mód hidraulikanyomás nélkül kormányozni, akkor egy fontos lépcsőhöz érkezünk. Sokan a fly-by-wire megjelnéséhez kötik azt a pontot, ahol megszűnt a közvetlen kapcsolat a pilóta kormánya és a kormánylapok közt, holott minden olyan repülőgép, ahol csak a munkahengerek ereje mozgatja a kormánylapokat, a hidraulika megkerülhetetlen láncszeme a kormányok mozgatásának. Éppen ezért ezeket a rendszereket többszörözik, illetve a több hidraulikakört úgy építik fel, hogy azok a funkcionálisan alternatív kormányfelületek közt meg legyenek osztva.  A hidraulikus táplálást is többszörözik, tehát a létfontosságú rendszereket nem csak egy szivattyú képes ellátni.
A másik probléma viszont a kormányerők visszajelzésének megszűnése. A kormányszervekkel a pilóták 210bar nyomású munkahengereket mozgatnak, amelyek óriási erőkifejtésre képesek, ám "visszafelé" nem dolgoznak, vagyis nem lenne érezhető a kormányerő, ez veszélyes lehet a gépre a túlzott kormánykitérések okozta terhelés miatt. Épp ezért különféle műterhelő eszközöket fejlesztettek ki, amelyek képesek imitálni az adott repülési helyzetben szükséges nyomatékokat. A sebesség növekedésével arányosan a repülőgép trimmhelyzetét is figyelembe véve korlátozzák a pilóták által létrehozható kitérés paramétereit is. Az egyszerű rugós műterhelő tehát nem elegendő, így egyre kifinomultabb eszközök születtek, végül az analóg műterhelők helyett már számítógép vezérlésű eszközök, feel computerek kerültek a rendszerbe. (Erről külön bejegyzés készül).

Bár a hidraulikus vezérlésű repülőgépek kormányzását nemcsak analog robotpilótával, hanem digitális repülésvezérlő rendszerekkel is össze lehet kapcsolni (DFCS - Digital Flight Control System, illetve FMS - Flight Management System), ezek nem tévesztendők össze a fly-by-wire  rendszerrel. 
A digitális repülésvezérlők egyrészt a repülőgép korábbinál hatékonyabb, összefogottabb, optimálisabb vezérlését és vezetését teszik lehetővé, másrészt képessé teszik a gépet olyan összetett feladatok végrehajtására, mint az automatizált navigáció, horizontális (laterális) és vertikális profilok lerepülése szélsőségesen gyenge látási viszonyok közt történő automatikus leszállás, vagy pl. pontos kormányparancsok kidolgozása a flight directorra pilóták számára. Ezeket pl. a FBW nélküli 737-es is elég régen tudja.

A fly-by-wire kezdetben analóg rendszerként, a hidromechanikus kormányzású katonai gépek bonyolult, nagy tömegű sérülékeny rendszereinek minél nagyobb mértékű kiváltására jött létre. Lényege, hogy a kormányparancsok nagyrészt elektromos vezérlőjelként jutnak el a megfelelő egységekhez, kiváltva ezzel tolórudas vagy huzalos-csigás vezérlést is, lerövidítve a szükséges hidraulikus táp és vezérlési vonalakat is, ugyanakkor lehetővé téve a vezérlési vonalak egyszerű többszörözését is.

A mai technológia

Klikk a nagyításhoz
A ma használt gépeken pedig már digitális fly-by-wire dolgozik, ami az ősi analóg FBW rendszerektől abban tér el, hogy a kormányvezérlés utasításai, a robotpilóta, a navigációs berendezések, helyzet és gyorsulásérzékelők, hajtóművezérlés, tehát a repülőgép berendezéseinek jelei is digitális csomagokban "utaznak" a repülőgép megfelelő pontjaira. Az ehhez szükséges adatbuszok vezetékei nemcsak a hagyományos vezérlés elemeinél könnyebbek, de kiváltanak rengeteg analóg elektromos és elektronikus kábelt is, ami a hagyományos repülőgépeken a berendezések rendszerszintű ellenőrzését és irányítását szolgálta.

A mai repülőgépiparban nem az a kérdéses, hogy fly-by-wire vezérlésű legyen-e egy repülőgép, hanem  hogy pontosan hogyan építsék fel a rendszert és az hogyan legyen kezelhető.

Ebben ugyanis több ponton éles eltérések vannak a gyártók közt, ezt szintén külön tárgyaljuk.

A FBW és a mai repülési informatikai rendszerek nagyfokú üzembiztosságot, és repülésbiztonságot képesek nyújtani. A gépek képesek felismerni a veszélyes egyensúlyi helyzeteket, és még a komoly veszély kialakulása előtt be is avatkoznak - feltéve, hogy minden rendszer működik.

Ám a pilótáknak abban az esetben is tudniuk kell mi a teendő, ha a gép szélsőséges körülmények közé kerül, vagy egyéb okból a szoftveres védelem cserbenhagyja a gépet.

A mi történetünkben ez is fontos tényező, hiszen az AirFrance gépe átesett, miközben a pilóták nem nagyon voltak tisztában azzal, hogy milyen kormánymozdulatokkal is kellene reagálni. Nem kizárt, hogy el sem hitték, hogy átesésben lehetnek ezért csak nagyon rövid ideig próbálkoztak a helyes kormánymozdulatokkal. Ez majd a rögzítők elemzéséből látható lesz.

Hogy mit tudhattak a kérdésről ezek az A330-as pilóták, és mit tanulhattak a szintén FBW vezérlésű, szintén átesésvédett B777-esen repülő kollégáik, arról egész pontos képünk nem lehet, de a típusokra kiadott  2009 előtti oktatási anyag ad támpontot. (Erről is külön posztban írunk bővebben).

A330 / 340 tréninganyag az átesésről:
... pontosabban az átesésközeli helyzetekről. A szaknyelv ezt ugyanis "near stall" helyzetnek hívja. Az átesést (fully developed stall) az Airbus anyag nem tárgyalja

Klikk a nagyításhoz





Boeing 777 tréninganyag az áteséről:


Klikk a nagyításhoz

Klikk a nagyításhoz
 

Trikó NickCreative Commons Licenc


 

Nincsenek megjegyzések: