The Six Essentials To Fly

The Six Essentials To Fly A technical analyses and display of the six basic instruments in an airliner

Made By:

Projectgroep AN Arvind Bisoen, Musacan Dinc, Roy Lamberts, Romeo Maul, Nick Poelstra, Bo Riedeman en Menno de Vries

Powered by:

Hogeschool van Amsterdam Domein Techniek Aviation Studies

Date:

09-12-2011

ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN

09 DECEMBER 2011 AVIATION STUDIES

Voorwoord Daar zijn we dan, als kersverse afgestudeerde Vwo/Havo/Mbo studenten. Met de benodigde kennis nemen wij deel aan Aviation studies. Wij zijn ingedeeld in projectgroep AN, beter bekend als de Aviation Essential Engineers (A.E.E.). De 8 leden van de A.E.E., die hun hart aan de luchtvaart hebben verloren, zijn: Arvind Bisoen, Musacan Dinc, Roy Lamberts, Romeo Maul, Nick Poelstra, Bo Riedeman en Menno de Vries. Elke individu in de groep heeft zijn eigen ervaring en kennis van vliegtuigen. Wij proberen deze ervaring en kennis zo slim mogelijk te combineren, om uiteindelijk kwalitatief werk af te leveren. We zijn stuk voor stuk gedreven en geïnteresseerd in de luchtvaart. Zo ontstaan er tijdens de vergaderingen soms hevige discussies, maar aan het eind lopen wij allemaal met een grijns op ons gezicht naar buiten. Of je nou piloot, luchtverkeersleider of engineer wilt worden, we komen allemaal in hetzelfde wereldje terecht. Verder gaat onze dank uit naar Rick Hilgersom (projectbegeleider) en John Verbeek (Communicatie docent). Zij hebben ons erg gesteund tijdens het project. Mede dankzij hun, hebben wij een technisch verslag af kunnen leveren. Maar uiteindelijk zijn het onze ouders die ons het meest hebben gesteund tijdens al die jaren van huiswerk maken, leren voor tentamens en het keiharde werken aan het project. Dit zijn kleinigheden die bij elkaar opgeteld een groot verschil maken. Wij als groep hebben dit al die jaren meegekregen, maar nu kregen we er daadwerkelijk mee te maken. Wij hebben het hier over samenwerken. Terugdenkend aan al die vergaderingen en brainstormsessies, hebben ons doen realiseren dat samenwerken van groot belang is om iets te kunnen bereiken. De ingeplande project begeleiding- en Communicatielessen zijn er niet voor niets. Je word door de jaren heen steeds meer getraind in het vergaderen en dit heb je dan ook zeker nodig in de toekomst. Zo hopen wij allen deze studie met succes af te ronden.

2 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN

2011/2012 AVIATION STUDIES



Inhoudsopgave Voorwoord .................................................................................................................................................................. 2 Inhoudsopgave ........................................................................................................................................................... 3 Samenvatting verslag .................................................................................................................................................4 Summary report.......................................................................................................................................................... 5 Inleiding .......................................................................................................................................................................6 1 Vooronderzoek ..................................................................................................................................................... 7 1.1 Air Data Instrumenten ......................................................................................................................... 7 1.1.1 Theorie Air Data.................................................................................................................. 7 1.1.2 Airspeed Indicator ........................................................................................................... 10 1.1.3 Altimeter .......................................................................................................................... 12 1.1.4 Vertical Speed Indicator .................................................................................................. 14 1.2 De Gyroscopische instrumenten ...................................................................................................... 16 1.2.1 Theorie gyroscoop ........................................................................................................... 16 1.2.2 Artificial Horizon.............................................................................................................. 20 1.2.3 Direction Indicator ........................................................................................................... 21 1.2.4 Turn and Bank indicator .................................................................................................. 22 1.3 Wetgeving en Eisen opdrachtgever ................................................................................................24 1.3.1 Wetgeving ........................................................................................................................ 24 1.3.2 Eisen opdrachtgever ........................................................................................................ 26 1.4 Functieonderzoek ............................................................................................................................. 27 1.5 Samenvatting ....................................................................................................................................28 2 Ontwerp Cockpit............................................................................................................................................... 29 2.1 Morfologisch overzicht .................................................................................................................... 29 2.1.1 Meten ............................................................................................................................... 29 2.1.2 Transporteren .................................................................................................................30 2.1.3 Omzetten ......................................................................................................................... 31 2.1.4 Versterken ........................................................................................................................ 32 2.1.5 Corrigeren ........................................................................................................................ 32 2.1.6 Transporteren van gecorrigeerde data .......................................................................... 33 2.1.7 Omzetten van Signalen ...................................................................................................34 2.1.8 Weergave ......................................................................................................................... 35 2.2 Voor- en nadelen onderzoek ........................................................................................................... 37 2.2.1 Mechanisch systeem ....................................................................................................... 37 2.2.2 Conventioneel systeem ...................................................................................................38 2.2.3 Modern systeem..............................................................................................................39 2.2.4 Scoretabel ...................................................................................................................... 40 2.3 Conclusie .......................................................................................................................................... 40 2.4 Samenvatting ................................................................................................................................... 41 3 Uitvoering Cockpitsysteem ...............................................................................................................................42 3.1 Systeem samenstelling .....................................................................................................................42 3.1.1 Modern systeem: inbouw instrumenten ........................................................................ 42 3.1.2 Algehele Cockpitconfiguratie ..........................................................................................43 3.2 Primary Flight Display(PFD) ............................................................................................................ 43 3.3 Ontwerpaspecten ............................................................................................................................. 47 3.3.1 Kosten en Baten Overzicht.............................................................................................. 47 3.3.2 Onderhoud ..................................................................................................................... 48 3.3.3 Veiligheid ........................................................................................................................ 49 3.3.4 Duurzaamheid ......................................................................................................................50 3.4 Conclusie ........................................................................................................................................... 51 3.5 Samenvatting ................................................................................................................................... 52 Bijlagenlijst .......................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.





Samenvatting verslag Dit verslag dient om luchtvaart maatschappij A.L.A te voorzien van een aanbeveling voor een cockpit ontwerp, waarbij gelet moest worden op kosten, duurzaamheid, lage onderhoudsdruk en veiligheid. Om te kunnen ontwerpen moet er allereerst kennis worden opgedaan van de basic six, het hoofdonderdeel van het vliegtuig en de wetgeving. De basic six zijn onder te verdelen in air data instrumenten en gyroscopische instrumenten. Air data instrumenten maken gebruik van de luchtdruk. Deze druk is afhankelijk van enkele factoren als temperatuur en hoogte. Hiervan zijn enkele gemiddelde waardes weergegeven in de ISA tabel van ICAO. Luchtdruk kan worden verdeeld in statische en dynamische druk. Statische druk wordt gebruikt bij de pressure-altitude meter, die de hoogte boven een standaard vlak weergeeft, en de vertical speed indicator, die de stijgen daalsnelheid laat zien. De airspeed indicator maakt gebruik van de dynamische druk om de piloten informatie te tonen over de snelheid waarmee gevlogen wordt. Gyroscopische instrumenten maken gebruik van een gyroscoop, een snel draaiende tol. Een gyroscoop bezit de eigenschappen van standvastigheid en precessie. De artificial horizon, die de stand van het vliegtuig (bank en pitch) weergeeft, en de direction indicator, welke de koers van het vliegtuig aangeeft, maken gebruik van standvastigheid. Precessie is voor de rekening van de turn and bank indicator die aangeeft of je een gecoördineerde bocht vliegt. Vervolgens werd gekeken, aan de hand van het functieonderzoek en de wetten opgesteld door EASA, hoofdzakelijk in CS-25, welke opties voor ons beschikbaar waren. Dit werd apart bekeken voor de functies meten, transporteren, omzetten, corrigeren, versterken, transporteren-2, omzetten-2 en weergave en vervolgens in een morfologisch overzicht geplaatst. Hieruit zijn drie systemen ontwaard die als mogelijke leidraad konden dienen. Hieruit zijn mechanische, conventioneel en modern uitgekomen en deze zijn afzonderlijk beoordeeld op de ontwerp aspecten. Hieruit in modern als beste gekomen. Een modern systeem is dan ook de rode draad voor het uiteindelijke ontwerp. Het uiteindelijk ontwerp zal bestaan uit een drietal smart probes, het zelfde aantal digitale air data computers en symbol generators. Tussendoor zal het getransporteerd worden d.m.v. elektrische draden en na de DADC met ARINC 629 databussen. Uiteindelijk zal het weergegeven worden op 6 verschillende LED schermen. Deze PFD's bevinden zich tussen de zichtlijn en het vlucht pad en hebben een vernieuwd uiterlijk voor een verbeterde informatie overdracht. Kijkend naar het systeem kan geconcludeerd worden dat dit systeem duurzaam is, gegeven door de lange levensduur van de onderdelen, zeer veilig is, door de vele back-up installaties, een lage onderhoudsgevoeligheid kent door de makkelijke bereikbaarheid en duur van het onderhoud en weliswaar duurder in de aanschaf is, maar uiteindelijk veel zal opleveren.





Summary report This report serves as a recommendation for the airliner A.L.A for the integration of an universal cockpit design, across their entire fleet, with the aspect of costs, durability, low maintenance pressure and safety taken into account. However, to design a cockpit, information about the basic six, its operating systems and its legislation should be known first. The basic six can be divided into a group of air-data instruments and gyroscopic instruments. Air data instruments make use of air-pressure, which depends on certain factors as temperature and altitude. The average quantities of this data can be found in ISA table set by ICAO. Air-pressure can be parted into static and dynamic pressure. Static pressure is used in the pressure-altitude meter, which provides the altitude above a certain standard level, and the vertical speed which shows the rate of climb and descend. The airspeed indicator uses the dynamic pressure to provide the pilots with the airspeed flown at the time. Gyroscopic instrument are linked to a gyroscope, a fast spinning top, whilst operating on its characteristics of precession and nutation. The artificial horizon, which shows the current state of the airplane (pitch and bank), and the direction indicator, which provides us with current flown heading, use this last principle while the turn and bank indicator, a indicator for a coordinated turn, uses the principle of precession. Next was an analysis of the options we had, while taking the functional examination and the legislation, which are formulated by the EASA meanly in CS-25. This was investigated for each separated step of the functions measure, transport, convert, correct, fortify, transport-2, convert-2 and show and the options were placed in a morphological scheme. From here, the three different systems of mechanical, conventional and modern were marked and judged on their pros and cons concerning the design aspects. The modern system was proved to be the best of the three, and will therefore be the guide for the final design. The final design eventually consists of a set of three smart probes, a same number of digital air data computers and the same amount of symbol generators. In between the data is send by electrical wire and by ARINC 629 data-ports and eventually shown on the primary flight displays of the pilots on one of the six LED aviation screens. These PFDs are placed in line of the pilot’s vision and the current flight path and have a renewed design for a better information transfer. Analyses of the final system, will show that this system exceeds on the aspects of durability, given the long live spans of the objects, a high maintenance efficiency provided by easy accessibility and duration of the service, safety, caused by the back-up installations and costs, whilst more expensive in purchase on the long term it will give a bigger profit.





Inleiding Een nieuwe studie, een nieuwe manier van werken en bovenal nieuwe dingen leren over de techniek van vliegtuigen. Wie zijn ‘wij’? Wij zijn projectgroep AN, beter bekend als de The Aviation Essentials Engineers (A.E.E.) Dit zijn: Arvind Bisoen, Musacan Dinc, Roy Lamberts, Romeo Maul, Nick Poelstra, Bo Riedeman & Menno de Vries. De A.E.E. heeft van de Amsterdam Leeuwenburg Airlines (A.L.A.) de opdracht gekregen om een ontwerpanalyse te realiseren van een uniforme Glass Cockpit, waarbij we ons moeten beperken tot de zes basis instrumenten, de basic six. Dit ontwerp moet zowel in een groot als een middelgroot vliegtuig kunnen worden gebruikt, zodat het in elke cockpit van de nieuwe vloot van de A.L.A. past, die varieert van de Airbus A380 tot de Embraer 190. In dit verslag zullen een aantal aspecten naar voren komen. Zo zal in het Vooronderzoek (1) ingegaan worden op de werking, weergave, afwijkingen en back-ups van de zes instrumenten, evenals de theorie en regelgeving die deze zes instrumenten omsluit. Bij het Ontwerp (2) zal worden beschreven hoe de kennis die ten tijde van het vooronderzoek verkregen is in een ontwerp te plaatsen is. Hierbij zullen enkele manieren en keuze mogelijkheden gegeven worden die kunnen worden toegepast in het ontwerp van de uniforme cockpit. Hieruit zullen wij uiteindelijk een keuzeadvies uitbrengen aan de A.L.A. In Uitwerking (3) zal dit keuze advies verder worden uitgebreid en wordt er onder andere uitgelegd of dat ontwerp realistisch is. Om dit verslag in goede banen te lijden wordt het boek van ‘van der Hoeven’. Om het verslag tevens geloofwaardig te maken wordt er gebruik gemaakt informatieve bronnen over de basic six instrumenten zoals ‘De Jong’ en ‘Pallet’.




1


Vooronderzoek

De basic six* zijn zes noodzakelijke instrumenten die samen een duidelijk beeld geven van de snelheid en positie van het vliegtuig. Deze zes instrumenten zijn onderverdeeld in 2 groepen. De Air Speed Indicator*(ASI), Altimeter* en de Vertical Speed Indicator*(VSI). Deze drie instrumenten werken door middel van luchtdruk en worden daarom de air data instrumenten genoemd. Deze staan beschreven in paragraaf (1.1). De andere drie instrumenten werken doormiddel van een gyroscoop, welke verder worden uitgelegd in paragraaf (1.2). De basic six instrumenten moeten aan bepaalde eisen en wetten voldoen (1.3). De acht deelfuncties worden beschreven in het functieonderzoek (1.4).

1.1

Air Data Instrumenten

In de luchtvaart haalt men een groot deel van de benodigde informatie uit de lucht. Voor een vliegtuig is de informatie over de luchtdruk en het atmosfeer erg belangrijk, dit wordt beschreven in (1.1.1). De Air Speed Indicator (1.1.2), de Altimeter (1.1.3) en de Vertical Speed Indicator (1.1.4) maken gebruik van de luchtdruk die gemeten wordt.

1.1.1 Theorie Air Data In de luchtvaart haalt men een groot deel van de benodigde informatie uit de luchtdruk (1.1.1.b). Luchtdruk kan je bepalen aan de hand van eigenschappen van de atmosfeer (1.1.1.a). De luchtdruk kan worden verdeeld in drie soorten druk, namelijk dynamische-, statische- en totale druk (1.1.1.c) en deze worden gemeten doormiddel van een pitot tube* (1.1.1.e) en een static port* (1.1.1.f). Bij het meten van de luchtdruk worden er bepaalde formules gebruikt (1.1.1.d). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Altimeter Vertical Speed Indicator Air Speed Indicator Statische Opening Statische lijn Stooklijn Pitot lijn Afvoer opening Pitot druk kamer Verwarmingselement

Figuur 1. Bronnen van de statische druk

1.1.1.a Atmosfeer De aarde wordt, door de eigenschappen van haar zwaartekracht, omringd door een 800 km dikke luchtlaag, dit wordt de atmosfeer genoemd. De atmosfeer blijft door de aantrekkingskracht rond de aarde. De atmosfeer bestaat uit een bepaalde samenstelling van gassen (Zie tabel 1). Zie voor de specifieke samenstelling van de atmosfeer in (bijlage I). De samenstelling van de luchtlaag is als volgt: Stikstof(N2) Zuurstof (O2) Edelgassen (Argon(Ar), (Ozon(O3), (Helium(He), (Krypton(Kr) Rest (Waterdamp, Kooldioxide(alleen in de troposfeer)

Percentage 78% 21% 1%

(1)





De atmosfeer bestaat uit vijf lagen met tussen de eerste 3 lagen een overgangslaag (Zie tabel 2 en Bijlage II). Deze lagen zijn als volgt onderverdeeld: (2) 1. Troposfeer -5 tot 11 km Tropopauze(overgangslaag) 11 tot 20 km 2. Stratosfeer 11 tot 47 km Stratopauze(overgangslaag) 47 tot 51 km 3. Mesosfeer 47 tot 79 km Mesopauze(overgangslaag) 79 tot 90 km 4. Thermosfeer 79 tot 105 km 5. Exosfeer >105 km Voor civiele vluchten zijn alleen de lagen troposfeer en stratosfeer van belang. Hierboven is namelijk de lucht te ijl voor de motoren. Hierom is voor de meeste vliegtuigen een maximum cruise Pressure Altitude* (PA) ingesteld. Dit zit op een hoogte van 46000 ft dat ongeveer gelijk is aan 14 km.

1.1.1.b Luchtdruk Door de aantrekkingskracht van de aarde op de 800 km dikke luchtlaag, ontstaat er luchtdruk. Dichtbij het aardoppervlak is de luchtdruk het grootst, want hier is de gravitatiekracht van de aarde het groter. Naarmate je hoogte toeneemt, wordt de gravitatiekracht kleiner. De luchtdruk neemt af naarmate er hoger wordt gevlogen. Door de dalende luchtdruk op een toenemende hoogte, heeft de lucht ruimte om uit te zetten. Dit veroorzaakt een verlaging van de temperatuur. De temperatuur daalt met een constante waarde tot aan de tropopauze. Deze constante waarde is 6,5 graad per 1000 meter. In de stratosfeer blijft de temperatuur in het begin constant en op hogere lagen neemt de temperatuur weer toe.

1.1.1.c De druk Druk staat letterlijk voor de kracht die per vierkante meter wordt uitgeoefend. De gravitatiekracht wordt steeds kleiner naarmate je hoogte toeneemt (Zie 1.1.1.b) en (Zie bijlage III). Hierdoor wordt kracht [F] kleiner en blijft oppervlakte [A] gelijk, waardoor P kleiner wordt (Zie formuletabel 1). De druk kan je als volgt beschrijven: Druk formule : P = F/A Kracht formule : F=m*g Dus : P = (m*g)/A Bij afnemende hoogte Bij toenemende hoogte

: :

P↑= F↑/A P↓= F↓/A

(1) P= Druk

[Pa]

F= Kracht

[N]

A = Oppervlakte

[m²]

g= valversnelling=9.81

[m/s²]

m = massa

[kg]

In de luchtvaart kennen we drie soorten druk die van belang zijn voor onze basic six instrumenten, namelijk: statische druk, dynamische druk en de totale druk.

 Statische druk Statische druk, ook wel atmosferische druk, is de druk die elk stilstaand voorwerp ondervindt en is afhankelijk van de hoogte. De statische druk kan ook wel worden gezien als potentiële druk. De statische druk is volgens het ISA Tabel 1023 hPa op zeeniveau en daalt naarmate je hoger gaat vliegen.

 Dynamische druk Dynamische druk ontstaat door de luchtsnelheid waarin zich kinetische energie bevindt. Bij 8 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




een hoge snelheid is de dynamische druk hoog en bij een lage snelheid is de dynamische druk laag. De dynamische druk kan niet worden gemeten, maar moet berekend worden door middel van de statische druk en de totale druk (Zie Formule tabel 2). De 3 soorten druk: Totale druk Statische druk Dynamische druk

(2) Ptot ( P=ρ*g*h+Po) Ps -( Pd=1/2.ρ.v²) Pdyn

ρ= dichtheid lucht

[kg/ m3]


[m/s²]

h= hoogte

[m]

Po= Druk omgeving

[Pa]

v= snelheid

[m/s]

1.1.1.d De werking Met de continuïteitswet kun je de massastroom berekenen die ergens in gaat en gelijk moet zijn aan de hoeveelheid massastroom wat er ook weer uit gaat. Dit is de wet van behoud van massa en dit bewijst dat de massa niet verloren gaat (Zie formuletabel 3). De Continuïteitswet formule Continuïteitswet V1 * A1 = V2 * A2

(3) V1 = instroomsnelheid V2 = uitstroomsnelheid

[m/s] [m/s]

A1 = doorsnede

[m²]

A2 = doorsnede

[m²]

Figuur 2. Continuïteitswet principe

1.1.1.e Pitot tube/stuwdrukbuizen De pitot tube* is ontdekt door de Franse natuurkundige Henry Pitot. Het meetinstrument wordt gebruikt voor de air speed indicator en meet de totale druk. Een vliegtuig heeft twee of meer pitot tubes, zodat het een eventuele afwijking kan corrigeren die ontstaat in een bocht of bij een defect. In de bocht naar links meet de linker pitot tube een hogere druk dan de pitot tube rechts. Het gemiddelde van deze twee gemeten waardes wordt getoond. Elke piloot heeft zijn eigen pitot tube, deze werken beide onafhankelijk van elkaar. De pitot tubes steken uit in de vliegrichting zodat ze de totale ongestoorde luchtstroom kunnen meten. Op de pitot tube zit een verwarmingselement, waardoor deze niet bevriest tijdens de vlucht. De pitot tube wordt tijdens de vlucht gevuld met lucht. De wet van Bernoulli (4) P1, P2 = druk [Pa] P1 + ρ*g*h1 + 1/2*ρ*v1² = P2 + ρ*g*h2 + 1/2*ρ*v2² ρ = luchtdichtheid

[kg/m3]


[m/s²]

h1,h2 = de hoogte

[m]

v1,v2 = snelheid v/d lucht

[m/s]

Als de pitot tube bevriest of wordt geblokkeerd (Zie Bijlage IV), zal hij zich gedragen als een altimeter (1.1.3). Hoe hoger je zult klimmen met je vliegtuig, hoe hoger de air speed indicator wordt. Dynamische druk is gelijk aan totale druk minus statische druk, dus de totale druk blijft de druk op het moment dat de pitotbuis bevriest. De statische druk verandert naarmate je stijgt of daalt (Zie Formule tabel 5). Bij een daling is de weergave van de snelheid lager dan de werkelijke snelheid.





1.1.1.f Static port De static port wordt door alle drie de air data instrumenten gebruikt en hij meet de statische druk. Er zitten kleine gaatjes in om wervelingen te voorkomen, voor een goede statische meting. Hij is haaks gevestigd op de vliegrichting en is gemonteerd op de romp van het vliegtuig, zodat deze de statische druk kan meten en niet de totale druk. Er zijn twee statische poorten aanwezig op een vliegtuig voor de afwijkingen in de bochten. De static port kan ook een integraal onderdeel van de pitot tube zijn (Zie figuur 4). De meetinstrumenten zijn loodrecht op de bewegingsrichting van de lucht gemonteerd, zodat het de druk van de stilstaande(statische) lucht kan meten. Ook op de statische poort zit een verwarmingselement, zodat het niet dicht vriest tijdens de vlucht. Formule tabel Bij bevriezing of blokkade van de Pitot Klim : Pdyn↑= Ptotº – Ps↓ Daling : Pdyn↓= Ptotº – Ps↑ Bij bevriezing of blokkade van de Statische poort Daling : Pdyn↑= Ptot↑ – Psº Klim : Pdyn↓= Ptot↓ – Psº

(5) v = Snelheid Ptot =Totale druk

[m/s] [Pa]

Ps = Statische druk

[Pa]

Pdyn = Dynamische druk

[Pa[

1 2 3 4

Pitot tube opening Static port ingang 1 Static port ingang 2 Romp

Figuur 3. Pitot/static tube

Als de statische poort bevriest of wordt geblokkeerd (Zie Bijlage IV), dan zou de ASI een onnauwkeurige weergaven vertonen. Op de hoogte waar de blokkade ontstaat, zal de air speed meting normaal zijn. Als er wordt geklommen, vanaf het moment dat de statische poort is geblokkeerd, zal de ASI een lagere air speed weergeven. De air speed vermindert naarmate de hoogte toeneemt. Als het vliegtuig daalt, vanaf de hoogte waarop de statische poort is geblokkeerd, zal de ASI een hogere air speed weergeven. De air speed neemt toe naarmate de hoogte afneemt (Zie Formule tabel 5 ). Als de piloten met een standaard snelheid willen dalen, is dat langzamer dan de werkelijke snelheid en ontstaat er een stall*.

1.1.2 Airspeed Indicator In (1.1.2.a) wordt beschreven wat het doel van de air speed indicator is en welke soorten er zijn. De werking van de air speed indicator wordt uitgelegd in (1.1.2.b). De weergave van de air speed indicator wordt beschreven in (1.1.2.c). Er wordt gebruikt gemaakt van verschillende snelheden, deze worden toegelicht in (1.1.2.d). De air speed indicator heeft te maken met afwijkingen, deze worden beschreven in (1.1.2.e).

1.1.2.a Doel De air speed indicator (ASI) is een instrument dat gebruikt wordt om de snelheid van het vliegtuig ten opzichte van de omringde lucht te bepalen. De ASI wordt door de piloot tijdens alle fasen van de vlucht gebruikt. We onderscheiden indicated/computer airspeed indicators en mach/airspeed indicators (Zie Bijlage V). Ze zijn vrijwel gelijk in constructie en vormgeving. Je hebt ze in de 10 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




klassieke vorm ‘’elektromechanisch’’ en in modernere vorm ’’LCD’’, hier zijn de basisprincipes niet gewijzigd.

1.1.2.b Werking De Air Speed Indicator meet het verschil tussen de totale druk en de statische druk. Dit levert de dynamische druk op (Zie Formuletabel 6). Uit de dynamische druk wordt de snelheid gemeten. De static port (6) is met een leidingstelsel aangesloten aan het instrumentenhuis (Zie figuur 4). De statische druk zorgt ervoor dat er in het instrumentenhuis dezelfde druk heerst als de druk buiten het vliegtuig. De pitot tube (1) is met een leidingstelsel aangesloten aan het instrumentenhuis. Wanneer de totale druk groter wordt dan de statische druk, zal de membraandoos (3) uitzetten. Dit gebeurt als het vliegtuig sneller gaat vliegen of taxiën. Andersom zal het membraandoos (5) inkrimpen als het vliegtuig langzamer gaat vliegen. Dus als men harder vliegt neemt volgens de dynamische druk formule de druk in het kwadraat (Zie Formule tabel 6). Hierna word via een overbrengingsmechanisme (2) deze uitzetting mechanisch omgezet als een indicatie op de wijzerplaat. Om de snelheid niet logaritmische weer te geven, worden er pianoveren (4) geplaatst in het instrument. Formule tabel Dynamische Druk : Toename druk in het kwadraat :

(6) Pd= Ptot – Ps (Ptot= Ps + ½ . v²) (V= √(Ptot – Ps : ½))

v = Snelheid

[m/s]

Ptot =Totale druk

[N]

Ps = Statische druk [m²]

1 2 3 4 5 6

Aansluiting pitot tube Aansluiting static port Membraan van pitot tube Pianoveren Statische druk membraan Snelheidsindicatie

Figuur 4. Werking Air Speed Indicator

1.1.2.c Weergave De wijzerplaat van de air speed indicator laat de snelheid zien van het vliegtuig ten opzichte van de omringende lucht. Dit heet de Indicated Airspeed* (IAS) en word weergeven in knopen. Elke kleur op de wijzerplaat (1) heeft een betekenis (Zie Figuur 5). In het witte gebied (2) mogen de flaps* gebruikt worden. Het einde van het witte gebied (5) is de maximale snelheid waarin je de flaps mag gebruiken. Dit gebied heet Flaps Extended Speed*. Het groene gebied (3) is veilig oom te vliegen onder alle omstandigheden. In het gele of soms oranje gebied (6), mag alleen gevlogen worden als het weer stabiel is en de piloot geen grote roeruitslagen hoeft te maken. Het rode streepje (4) is de Velocity Maximum Operating* (VMO). Deze snelheid mag nooit overschreden worden . Wanneer dit wel gebeurt, dan loopt het vliegtuig gevaar door de grote krachten die hierop werken.





1 2 3 4 5 6

Wijzerplaat Wit gebied Groen gebied Rode streep Eind wit gebied Geel gebied

Figuur 5. Weergave Air Speed Indicator

1.1.2.d Snelheden In de luchtvaart worden verschillende soorten snelheden gebruikt. Als eerst heb je de Indicated Air Speed (IAS), dit is de snelheid die de pitot tubes en de static ports meten. De Calibrated Air Speed (CAS) is de snelheid, na correctie van de fouten van de IAS. Bij hoge snelheden en hoge hoogtes, wordt de gekalibreerde luchtsnelheid verder gecorrigeerd voor samendrukbaarheid fouten en wordt daarna de Equivalent Air Speed (EAS). De EAS is de snelheid op zeeniveau in de International Standard Atmosphere (ISA). Hierbij is de dynamische druk hetzelfde is als de dynamische druk bij de werkelijke luchtsnelheid TAS en de hoogte waarop het vliegtuig vliegt. De TAS geeft de snelheid van het vliegtuig door de luchtmassa. De IAS geeft een lagere snelheid dan de True Air Speed (TAS) aan. De moderne schermen tonen de TAS. De Ground Speed (GS) is de snelheid van het vliegtuig ten opzichte van de grond. Formule tabel (7) Mach Speed =

TAS plaatselij ke.geluidsnel heid

1.1.2.e Afwijkingen De wettelijke afwijking van de air speed Indicator mag niet groter zijn dan 3%. De machmeter heeft tijdens een horizontale vlucht een afwijking van 0.01 mach, deze afwijking mag maximaal oplopen tot 0.02 mach. Blijkt de Air speed indicator grotere afwijking te hebben, dan moet deze meteen gekalibreerd worden in een maintenance shop*. Dit moet worden uitgevoerd volgens de vastgestelde waarden van ICAO (Zie Bijlage III) en de ISA.

1.1.3 Altimeter In (1.1.3.a) zal kort worden beschreven wat het doel is van de altimeter. In (1.1.3.b) zal worden beschreven wat de werking is. In (1.1.3.e) zal worden ingegaan op de weergaven. In (1.1.3.d) word ingegaan op de fouten en afwijkingen. In (1.1.3.f) word ingegaan op de verbeteringen die de altimeter heeft ondervonden en in (1.1.3.g) zal worden ingegaan op de verschillende instellingen die de hoogtemeter heeft.

1.1.3.a Doel De altimeter geeft de vlieghoogte van het vliegtuig weer. De altimeter geeft niet de hoogte van grond tot vliegtuig of van zeeniveau tot vliegtuig, maar de hoogte vanaf het punt waar deze op ingesteld is tot aan het vliegtuig, omdat de luchtdruk niet overal gelijk is. 12 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




1.1.3.b De werking De hoogtemeter werkt doormiddel van luchtdruk die word binnen gelaten door de static port. Door de veranderingen in luchtdruk bij het stijgen of dalen, kan de hoogte bepaald worden . Wanneer je stijgt of daalt in de lucht zal er via de capillair-buis (2) nieuwe lucht worden aangevoerd die de zelfde luchtdruk heeft als de lucht buiten het vliegtuig (Zie Figuur 6). Door het uitzetten of krimpen van de membranen (3), zal de kalibratie-arm (4) in beweging worden gebracht. Vervolgens zal deze het tandwielmechanisme (5) aandrijven, die ervoor zorgt dat de wijzers gaan draaien.

1 2 3 4 5

Afscherming capillair buis Capillair buis Membranen Kalibratiearm Tandwielmechanisme

Figuur 6. Werking altimeter

1.1.3.d Weergaven De hoogte kan analoog worden weergegeven (Zie figuur 7). De altimeter heeft drie wijzers, elk wijzer staat voor een bepaald aantal foot. De lange dunne wijzer (2) geeft de 100ft aan, de korte dikke wijzer (1) geeft de 1.000ft aan en de korte dunne (3) geeft elke 10.000ft aan. In het kleine schaaltje tussen de 2 en 3 (4), word de ingestelde luchtdruk weergegeven. Het gearceerde vlakje boven de vijf (5) geeft aan dat het vliegtuig onder de 10.000 foot boven zeeniveau vliegt. Met het knopje links onder (6) wordt de barometrische schaal ingesteld.

1 2 3 4 5 6

Wijzer voor 1.000 foot Wijzer voor 100 foot Wijzer voor 10.000 foot Barometerschaal Gearceerd vlag(Flag) Instellingsknop

Figuur 7. Weergave altimeter

1.1.3.c Afwijkingen De grootste afwijkingen kunnen ontstaan doordat de luchtdruk niet overal gelijk is, daarom worden de altimeter bij hogere hoogtes ingesteld op het SAS (Standard altimeter settings). De hoogte is dan niet meer nauwkeurig maar omdat alle vliegtuigen met deze afwijking vliegen is het minder gevaarlijk. De altimeter is geijkt aan de standaard ISA waarde voor temperatuur van 15°C op zeeniveau. Wanneer de omgevingstemperatuur lager is dan de standaard ISA waarde, zal de hoogtemeter een hogere hoogte weergeven dan de werkelijkheid. Deze afwijking is hetzelfde voor een hogere temperatuur, alleen zal de hoogtemeter dan een lagere hoogte weergeven. Deze afwijking is 13 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT 2011/2012 PROJECTGROEP AN

AVIATION STUDIES



+/- 4% per 10°C verschil van de standaard ISA waarde.

1.1.3.e Verbeteringen Vroeger maakte men gebruik van de door hen zelf ingestelde druk in de hoogtemeter, maar nu wordt er gebruik gemaakt van SAS. Doormiddel van SAS worden de afwijkingen in de hoogtemeter geminimaliseerd, zodat er geen botsingen kunnen ontstaan. Met dit systeem zijn er vaak grote afwijkingen in de hoogtemeters, maar omdat iedereen met precies de zelfde afwijking vliegt, voorkomt dit ongelukken.

1.1.3.f Instellingen hoogtemeter Om vergissingen in vlieghoogtes tussen vliegtuigen te voorkomen, zijn er internationaal drie verschillende instellingen voor de hoogtemeter afgesproken (Zie Bijlage VI).  Question Nautical Height* (QNH). Bij QNH wordt bij het verlaten van de luchthaven de luchtdruk terug herleidt naar zeeniveau.  Question Field Elevation* (QFE). Bij QFE wordt de luchtdruk in de hoogtemeter gelijk gemaakt aan de luchtdruk op de luchthaven waar het vliegtuig zich op dat moment bevindt.  Standard Altimeter Setting* (SAS of QNE). Bij QNE wordt de barometrische druk ingesteld op 1013.2 hPa. Dit word alleen gedaan bij standaard omstandigheden en bij luchthavens die op zeeniveau liggen of wanneer hoogtes boven de overgangslaag worden bereikt.

1.1.4 Vertical Speed Indicator De Vertical Speed Indicator (VSI), is het instrument dat aangeeft wat de daal en stijgsnelheid is van het vliegtuig. Het Instrument maakt bij de meting gebruik van de statische druk. Hoe dit werkt staat uitgelegd in paragraaf (1.1.4.a). Hoe deze meting vervolgens wordt weergegeven in de cockpit wordt uitgelegd in (1.1.4.b). De VSI heeft onder bepaalde omstandigheden enkele afwijkingen. Deze afwijkingen worden uiteen gezet in paragraaf (1.1.4.c). Deze afwijkingen worden gecorrigeerd door enkele correctiemiddelen, die beschreven zijn in (1.1.4.d).

1.1.4.a Werking Op het vliegtuig bevindt zich de al eerder genoemde static port. Via de directe statische buis(1) die verbonden is aan deze port, wordt de heersende buitendruk naar het membraan(2) geleidt. In de wand van het instrument, dat verder luchtdicht is, zit een gekalibreerd lek(3), waardoor de druk in de behuizing ook veranderd, maar langzamer dan in het membraan. Bij een horizontale vlucht level flight* is er geen drukverschil tussen het membraan en de behuizing. Echter tijdens een klim daalt de luchtdruk. In het diafragma daalt de druk, doordat deze in een directe verbinding staat, met gelijke snelheid. In de ruimte met het gekalibreerde lek daalt deze luchtdruk met vertraging, oftewel er ontstaat een drukverschil tussen de twee ruimtes. Om vervolgens een goede relatie te krijgen tussen de druk en de stijging zijn er twee vooraf gekalibreerde springveren (Bijlage VII), die krachten uitoefenen op het membraan. Op deze veren zijn aan de onder- en bovenkant een serie schroeven geplaatst waarbij de boven rij kracht uitoefent bij een daling en de onder rij op de klim. Dit druk differentiaal zorgt er in het geval van een klim voor dat diafragma iets wordt ingedrukt (druk binnen is kleiner dan er buiten). Deze beweging van het diafragma zorgt er voor dat, via een aantal overbrengingen de naald in beweging komt.





1 2 3

Statische buis Membranen Gekalibreerd lek

Figuur 8. Werking Vertical Speed Indicator

1.1.4.b Weergave VSI’s komen in verschillende soorten qua weergave, zoals een lineaire schaal. De meeste VSI’s zullen echter gebruik maken van een logaritmische schaal (Figuur 9). Een logaritmische schaal zorgt voor een betere leesbaarheid en een meer accurate observatie doordat de regio’s rond de nul een breder bereik hebben. Het instrument is zo gekalibreerd en opgesteld dat de nul zich op 9 uur bevind, wat ervoor zorgt dat de naald zich in de correcte manier gedraagt. De naald zal ten tijde van een klim naar boven gaan en tijdens een daling naar beneden zal wijzen. Dit is een realistische simulatie van de bewegingen van het vliegtuig en voorkomt verwarring bij de piloten. Hoe de naald precies beweegt onder invloed van het diafragma, staat verder beschreven in (Bijlage VII) aan de hand van illustraties.

1 2

Naald Logaritmische schaal

Figuur 9. Weergave Vertical Speed Indicator

1.1.4.c Afwijkingen De enkele afwijkingen verbonden aan de VSI zijn, internationaal aangeduid, ‘rapid dive/climb*’ en ‘variable switch*’. Rapid dive/climb wil zeggen dat door een te snelle verandering in de verticale positie van het vliegtuig er te weinig tijd binnen het instrument is om het druk differentiaal in te stellen. Dit heeft als resultaat dat in de eerste secondes een foutieve (te lage) waarde getoond wordt. Als in deze seconden op het scherm gekeken wordt, kan er over gecorrigeerd worden en in een klim of daling terecht komen die te veel van het toestel vraagt. Variable switch is gedefinieerd als de situatie waarin de VSI reageert op iets anders dan een verandering in de werkelijke druk. Deze reacties kunnen komen door veranderingen in de lucht temperatuur, dichtheid en viscositeit. Ook wanneer de verschillende mate van inhoud van de kamers niet zijn meegenomen kan dat zorgen voor een verkeerde weergave. Tot slot mag een piloot nooit op dit instrument vertrouwen wanneer het in turbulentie terecht komt, omdat door trillingen van het membraan onbetrouwbare gegevens weergegeven.





1.1.4.d Verbeteringen Om te compenseren voor de effecten die worden ondervonden door de verschillende variabelen is er een ‘metering unit’ ingebouwd. Deze kan compenseren voor de standaard ondervonden variabelen zoals snelheid, door de luchtstroom te hinderen door middel van kleine gaatjes. De Instantaneous vertical speed indicators (IVSI) (Figuur 10) werkt in de basis precies het zelfde als de gewone versie van het instrument op het feit na dat in de IVSI een versneller (1) is aangebracht. Bij een plotselinge verandering in verticale richting zal door de traagheid van de massa, de massa in eerste instantie ‘blijven staan’. Hierdoor lijkt het dus dat deze massa bij een klim naar beneden gaat en bij een daling naar boven. Hierdoor veranderd de inhoud en zal de druk dus ook veranderen. Omdat de versneller dus versneld reageert en gekalibreerd is zal in de eerste seconden de meter de verticale snelheid aangegeven die wordt veroorzaakt door deze versneller. Na een paar seconden hersteld deze massa zichzelf, maar omdat tegen die tijd het echte drukdifferentiaal zich ook heeft ingesteld zal de wijzer van begin tot eind op de goede verticale snelheid blijven staan. Beide verbeteringen kunnen echter niet compenseren voor turbulentie. Ten tijde van een turbulente vlucht mag er niet vertrouwd worden op het instrument.

1

Versneller

Figuur 10. Werking IVSI

1.2 De Gyroscopische instrumenten In de luchtvaart maakt men gebruik van gyroscopen, dit wordt beschreven in (1.2.1). De gyroscoop is in 1817 ontdekt door Johan van Bohnenberger. De naam is bedacht door Leon Foucault (1819-1868) in het jaar 1852. De artficial horizon* (1.2.2), Direction Indicator* (1.2.3) en de Turn and bank indicator *(1.2.4) maken gebruik van de gyroscoop.

1.2.1 Theorie gyroscoop De gyroscoop heeft twee kenmerkende eigenschappen, namelijk: de standvastigheid, deze eigenschap wordt toegelicht in (1.2.1.c) en de precessie, deze eigenschap wordt uitgelegd in (1.2.1.d). De gyroscoop kan de koers, bochten en de stand van het vliegtuig bepalen. De gyroscoop is nauwkeuriger dan een magnetisch kompas, omdat deze minder gevoelig is voor fouten(magnetisch veld). De werking van de gyroscoop wordt toegelicht in paragraaf (1.2.1.a). De gyroscoop heeft een aantal afwijkingen, welke worden toegelicht in (1.2.1.f). Om de afwijkingen van de gyroscoop te minimaliseren worden er richtmiddelen gebruikt, deze worden beschreven in (1.2.1.e).

1.2.1.a De werking De gyroscoop is een rotatie symmetrische schijf (tol) met drie cardan ringen eromheen. De tol moet in beweging zijn voor zijn werking. De gyroscoop kan zowel rechtsom als linksom draaien. Als de tol niet draait, dan werkt de gyroscoop niet. De tol as bepaalt of het een verticale of een horizontale gyroscoop is. De ringen eromheen heten de gimbals*. Er zijn gyroscopen met 2 assen en met 1 as. Een vol cardanisch gyroscoop, ook wel Two Degrees of Freedom* genoemd, heeft 2 assen en heeft 2 bewegingsrichtingen. Deze gaat altijd samen met de eigenschap van standvastigheid. Een half 16 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




cardanisch gyroscoop, ook wel een Single Degree of Freedom* genoemd, heeft 1 assen en heeft maar 1 bewegingsrichting. Deze gaat altijd samen met de eigenschap van precessie. Deze mist dus een verticale of een horizontale as. De gyroscoop werkt het best tussen de 8000 rpm* en 24000 rpm.

1 2 3 4

Buitenste Cardanring Binnenste Cardanring Rotor-as Horizontale Cardanring

Figuur 11. Gyroscoop

Formule van Impulsmoment L = r*P

(8) L = Impulsmoment r = De arm P = Impuls

De stabiliteit en reactiesnelheid van de gyroscoop wordt bepaald door het impulsmoment (Zie Formule tabel 8 & 9). Hoe hoger het impulsmoment, hoe stabieler de gyroscoop, des te trager deze reageert. Andersom hetzelfde, hoe lager het impulsmoment, hoe minder stabiel de gyroscoop is, des te sneller deze reageert. Hier moet een balans tussen worden gevonden. Berekening van Impuls P = m*v

(9) v = Impuls

[Kg*m/s]

m = Massa

[Kg]

v = Snelheid

[m/s]

Een gyroscoop waarbij geen externe kracht zal worden uitgeoefend, zal een constante impulsmoment behouden. Dit wordt uitgelegd door de tweede wet van newton (Zie Formule Tabel 10). Tweede Wet van Newton (10) F = Kracht [N] F = m*a m = Massa

[Kg]

a = versnelling

[m/s2]

1.2.1.b Soorten gyroscopen Er zijn drie soorten gyroscopen. De pneumatische gyroscoop, de elektrische gyroscoop en de laser gyroscoop. De pneumatische gyroscoop werkt door het pompen van lucht. De elektrische gyroscoop gebruikt een elektrisch aangedreven motor. Deze twee gyroscopen hebben een mechanische werking. De lasergyroscoop is niet mechanisch, want deze heeft geen bewegende onderdelen. Dat brengt veel voordelen met zich mee, zoals het onderhoud, de kosten en de nauwkeurigheid van de gyroscoop.

1.2.1.c De Standvastigheid Standvastigheid betekent: “betrouwbaarheid, onveranderlijkheid, bestendigheid, stabiliteit, trouw, vastberadenheid, vastheid, vasthoudendheid en volharding.” Dit is het resultaat van de wet van behoud van impulsmoment. De tol kan zowel linksom als rechtsom draaien. Dit komt door de vrije ophanging. Als de gyroscoop draait, dan neemt de tol een vaste positie in de ruimte in. Hoe je de gyroscoop dan ook plaatst of draait, de tol behoudt zijn positie ten opzichte van de ruimte. Een cardanische gyroscoop is 17 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT 2011/2012 PROJECTGROEP AN

AVIATION STUDIES



standvastig, maar een half cardanische gyroscoop niet, omdat deze maar één bewegingsrichting heeft.

1.2.1.d Precessie Precessie ontstaat door de draai beweging van de tol. Deze komt tot werking wanneer er een dwarskracht op de tol wordt uitgeoefend. Deze dwarskracht komt 90 graden verder tot uitdrukking. Door precessie blijft de richting van de tol stabiel. Precessie hou je altijd in een gyroscoop, door de wrijvingskrachten die optreden tussen de gimbals. De wrijvingskracht kan je verkleinen door de volgende twee maatregelen te nemen:

 De hoeksnelheid van de schijf verhogen.  De straal van de schijf vergroten, zodat de massa over een grotere afstand van de as wordt verdeeld.

1 2 3 4

Vlak van Rotatie Vlak van Kracht Vlak van Precessie Kracht [F]

Figuur 12. Precessie

1.2.1.e Afwijkingen De gyroscoop heeft te maken met een aantal afwijkingen. Deze afwijkingen zijn: apparant drift, real drift, transport wander en gimbal lock*. 

Apparant drift De apparant drift* staat voor de schijnbare drift. De aarde draait in 24 uur één keer om zijn as. Dit is gelijk aan 360 graden in 24 uur. Dit betekent dat de aarde in 1 uur, 15 graden draait. De gyroscoop heeft dankzij haar standvastigheid een vaste punt in de ruimte en draait dus niet mee. Dit wordt ook wel de earth rate wander* genoemd. De horizontale gyroscoop heeft op de evenaar het meest te maken met apparant drift en op de noordpool helemaal niks te maken met apparant drift. Voor de apparant drift zijn er 2 formules, namelijk voor de horizontale gyroscoop en de verticale gyroscoop (Zie Formule tabel 11). Formules schijnbare drift (11) t =Tijd in uren Horizontale gyroscoop: Sin(breedtegraad)*15/t Breedtegraad NL: 11,9 Graad/uur Schijnbare drift op de noordpool: Breedtegraad evenaar: 52,5 Sin(0*15/1)=0 Graad/uur

Verticale Gyroscoop: Cos(breedtegraad)*(15/t)





 Real drift De real drift* staat voor de werkelijke drift. Doordat er een wrijving optreedt tussen de ringen van de gyroscoop ontstaat er een fout van een paar graden. Dit is het gevolg van imperfectie, omdat men nog niet in staat is om een wrijvingsloze gyroscoop te maken.  Transport wander De transport wander* lijkt op de apparant drift. Dit ontstaat als we vanaf de evenaar naar de Noordpool gaan of andersom (Zie Figuur 13). In dit geval gaat het niet om de draairichting van de aarde, maar om de standvastigheid van de gyroscoop. Op de evenaar wijst de tol naar de ruimte. Op de Noordpool draait de gyroscoop 90 graden ten opzichte van het vliegtuig en blijft de tol de ruimte in wijzen. Transport wander ontstaat dus bij een fysieke verplaatsing van de gyroscoop.

Figuur 13. Transport Wander

 Gimbal Lock Er ontstaat een gimbal lock wanneer één van de twee cardanische ringen 90 graden in dezelfde richting draait.

1.2.1.f Richtmiddelen Richtmiddelen zijn middelen waarmee de piloot bij onnauwkeurigheid of afwijkingen de gyroscoop kan kalibreren. Een aantal mogelijkheden om de gyroscoop te kalibreren, zijn de kogeldoos, de kleppendoos en het wigje.  Kogeldoos voor de elektrische gyroscoop Een kogeldoos is een bakje met kogels dat onder het tolhuis is gemonteerd. Wanneer het tolhuis gaat kantelen, rollen de balletjes naar een kant waardoor het zwaartepunt veranderd. Dit gebeurt door de werking van precessie. Hierdoor zal de tol bijdraaien. Figuur 14. Kogeldoos

 Kleppendoos voor de pneumatische gyroscoop Het kleppendoos wordt alleen gebruikt voor gyroscopen die door lucht aangedreven worden. Een kleppendoos is aan de as van een gyroscoop bevestigd en heeft in totaal vier openingen die elk voor de helft afgesloten worden door een klepje. In de kleppendoos wordt lucht geblazen. Wanneer de kleppendoos horizontaal staat, zijn alle openingen gelijk en zal er dus geen verschil zijn tussen de openingen. Wanneer de gyroscoop verschuift, zal er een verschil komen tussen de openingen. Twee kleppen zullen bijvoorbeeld meer open staan dan de andere kleppen. Hierdoor ontstaat er een drukverschil in het kleppendoosje. Dit verschil moet gecompenseerd worden door meer lucht naar binnen te blazen. Door precessie zal het kleppendoosje weer recht gezet worden en hierbij ook de gyroscoop.  Wigje voor de pneumatische gyroscoop Het wigje maakt deel uit van het pneumatische systeem en is opgebouwd uit een luchtinlaat en een wig plaat. Bij de horizontale gyroscoop is het wigje zodanig geassembleerd, dat hij in werking gaat bij een foutieve uitlijning van de tol. Bij de juiste stand van de gyroscoop gaat lucht vanuit de inlaat over een wigvormige plaat. Deze plaat is bevestigd aan de buitenste ring. Hierdoor wordt de Figuur 15. Wigje lucht die uit de uitlaat van de behuizing komt, gelijkelijk verdeeld over de weerzijden van het wigje. Hierdoor werken er even grote tegengestelde reactie krachten van de lucht aan deze weerzijden. Zoals aangegeven in figuur 15. Wanneer de tol19 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




as kantelt, wordt de luchtuitlaat niet meer gelijk verdeeld door het wigje. Hierdoor werken er ongelijke krachten aan weerzijden van het wigje. De grootste van de twee krachten zal gaan werken op de gimbal rand. Door de kracht die nu op de tol-as werkt zal er precessie ontstaan tot dat de luchtstroom weer gelijk verdeeld wordt en dus de krachten weer gelijk zijn.

1.2.2 Artificial Horizon De artificial horizon is een instrument dat wordt gebruikt om de stand van het vliegtuig ten opzicht van de horizon te bepalen (1.2.2.a). Dit instrument werkt doormiddel van een vol cardanische verticale gyroscoop (1.2.2.b). De metingen van dit instrument worden op een bepaalde manier weergegeven (1.2.2.c). De kunstmatige horizon heeft te maken met een afwijking (1.2.2.d).

1.2.2.a Doel De artificial horizon, ook wel kunstmatige horizon of attitude indicator* genoemd is een instrument dat wordt gebruikt om de stand van de vliegtuig ten opzichte van de horizon te bepalen (bank)*, om te navigeren en te kunnen stijgen & dalen (pitch)*. Dit is een van de belangrijkste instrumenten voor de piloot. De artificial horizon is het enige instrument dat een direct plaatje geeft van de houding en de dwarshelling van het vliegtuig ten opzichte van de horizon.

1.2.2.b De werking De artificial horizon maakt gebruik van een vol cardanisch horizontaal opgehangen gyroscoop (Zie Figuur 16). Deze maakt gebruik van de eigenschap van standvastigheid, dit houdt in dat de gyroscoop een vaste stand in de ruimte inneemt. De vol cardanische gyroscoop heeft twee assen van bewegingsvrijheid, Z-as en de Y-as. De horizontale cardanring zit doormiddel van scharnieren bevestigd aan de verticale cardanring. Het vliegtuigsymbool is weer bevestigd aan de horizontale ring. Aan de horizontale ring zit ook de bochtaanwijzer. Aan de verticale ring is een pin gemonteerd. Deze pin is ook gemonteerd aan de horizontale ring. Deze pin is gemonteerd in een zodanige sleuf, dat de verticale cardanring alleen in de lengte kan bewegen. Tijdens een horizontale vlucht is de verticale as van het vliegtuig parallel aan de rotor as, hierdoor is de pin, die in de buitenste cardanische ring en in horizon bar bevindt, gecentraliseerd. Wanneer het vliegtuig gaat stijgen, dan gaat de achterkant van de cardanische ring met de neus van het vliegtuig mee, wat ervoor zorgt dat de horizon bar zich verplaatst onder het vliegtuigsymbool. Zo ontstaat een indicatie van een klim. Hetzelfde gebeurt bij het dalen alleen dan andersom, namelijk wanneer het vliegtuig gaat dalen, dan gaat de achterkant van de ring met de neus van het vliegtuig mee, wat ervoor zorgt dat de horizon bar zich verplaatst boven het vliegtuigsymbool. Zo ontstaat een indicatie van een duik.

1 2 3 4 5 6 7 8

Horizon bar Rotor-as Horizontale Cardanring Scharnier Pen Vertical Cardanring Vliegtuigsymbool Bochtaanwijzer

Figuur 16. Werking Artificial Horizon





1.2.2.c De weergave De artificial horizon geeft een realistisch beeld van het vliegtuig in relatie tot de horizon. De weergave van de artificial horizon bestaat uit een vliegtuigsymbool (4) met daarachter een achtergrond die gescheiden is door een witte lijn. De witte scheidingslijn (7) stelt de horizon voor. Het bovenste blauwe gedeelte van het achtergrond stelt de lucht (2) voor en het onderste zwarte gedeelte van het achtergrond stelt de grond (5) voor. De witte lijnen boven en onder de horizon (3) geven aan hoeveel graden de vliegtuig klimt of daalt. De witte streepjes boven het lucht gedeelte (2) geeft de zijhelling van het vliegtuig aan. Het oranje driehoek (2) is de helling aanwijzer. Deze laat zien hoe scherp het vliegtuig zijn bocht maakt. De ronde knop (9) die zich aan de onderkant van de artificial horizon bevindt is de verstelknop. Deze wordt gebruikt om de artificial horizon te kalibreren. Dit kan voor en/of vlucht tijdens de vlucht.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Zijhelling Indicator Helling Aanwijzer Helling Indicator Vliegtuigsymbool Grond Lucht Horizonlijn Power Indicator Cage Knob Test Indicator Standby Indicator

Figuur 17. Weergave Artificial Horizon

1.2.2.d Afwijkingen De artificial horizon heeft te maken met een afwijking. Deze afwijking is de apparant drift (Zie 1.2.1.e) en de richtmiddel voor deze afwijking is het wigje (Zie 1.2.1.f).

1.2.3 Direction Indicator De direction indicator is een instrument dat gebruikt wordt om de vliegrichting van een vliegtuig te bepalen, dit wordt verder toegelicht in (1.2.3.a). De direction indicator maakt gebruik van een vol cardanische horizontale gyroscoop, dit zal verder uitgelegd worden in (1.2.3.b). De metingen van de direction indicator worden op een bepaalde manier weergegeven, deze worden beschreven in (1.2.3.c). De direction indicator heeft een afwijkingen genaamd schijnbare drift, dit wordt verder toegelicht in (1.2.3.d).

1.2.3.a Doel De direction indicator wordt gebruikt om de vliegrichting van een vliegtuig te bepalen. In een vliegtuig zitten twee instrumenten waar je de richting mee kan bepalen, één daarvan is het magnetisch kompas. Dit kompas is alleen minder nauwkeurig dan de direction indicator.

1.2.3.b Werking De direction indicator werkt door middel van een gyroscoop. Deze gyroscoop is vol cardanisch opgehangen, dit wil zeggen dat de assen alle kanten op kunnen bewegen. Wanneer de gyroscoop een andere positie inneemt, word deze verandering doorgegeven aan het weergavemechanisme (Zie Figuur 18), die zijn verandering weer doorgeeft aan de kompasroos. 21 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




1 2 3 4 5 6 7

Cardanring rotatie Weergavemechanisme Kompasroos Cardanring Gyroscoop Versnellings aanpasser Stelknop

Figuur 18. Werking Heading Indicator

1.2.3.c Weergave De direction indicator is verdeeld in graden. Het noorden staat gelijk aan 0° of 360° graden, het oosten 90 graden, het zuiden 180 graden en het Westen 270 graden. Het noorden wordt aangegeven met een N, het Oosten met een E, het Zuiden met een S en het Westen met een W. Op de direction indicator kan de vlieger de richting van het vliegtuig aflezen door middel van een vliegtuig symbool en de hoofdkoers wordt aangegeven door de punt van het vliegtuig symbool (Zie Figuur 19).

1.2.3.d Afwijkingen

Figuur 19. Weergave direction Indicator

De direction indicator heeft een drift, namelijk de schijnbare drift. Door de draaiing van de aarde zal de tol met 15° per uur afwijken. Als er niks aan de direction indicator wordt veranderd, dan zal de koers op het instrument per uur 15° graden afwijken, ten opzichte van de werkelijke koers. Deze afwijking noemt men een totale fout en zal om de 10 tot 15 minuten moeten worden bijgesteld door middel van de instelknop. Het magnetisch kompas kan vaker falen tijdens een vlucht, bijvoorbeeld door het magnetisch veld van de aarde. Het kompas (Zie Figuur 19) kan falen wanneer het vliegtuig naar beneden gaat of een bocht maakt naar links of rechts. Om de schijnbare drift tegen te gaan word er gebruik gemaakt van een wigje (Zie 1.2.2.f).

1.2.4 Turn and Bank indicator De turn and bank indicator is een instrument dat weergeeft hoe een bocht gevlogen wordt, dit wordt toegelicht in (1.2.4.a). De turn and bank indicator werkt door middel van een half cardanische horizontale gyroscoop, dit wordt uitgelegd in (1.2.4.b). De metingen van dit instrument worden op een bepaalde manier weergegeven (1.2.4.c). De verbetering van de turn and bank indicator is de turn coördinator , dit wordt beschreven in (1.2.4.d).

1.2.4.a Doel Een turn and bank indicator is een instrument dat de piloot nodig heeft om een gebalanceerde bocht te kunnen maken. Het instrument bestaat uit 2 onderdelen, een Turn indicator* en een Bank indicator*.

1.2.4.b Werking De bocht aanwijzer werkt door precessie van een half cardanische gyroscoop (Zie Figuur 20). Als het vliegtuig gaat gieren word er een kracht 'F' (1) uitgeoefend op de rotor (2) van de gyroscoop. Door precessie lijkt het alsof de kracht word uitgeoefend op punt (3) 'P'. Hierdoor kantelt de gyroscoop ten opzichte van de Y-as (4), in dit geval naar links. Aan de behuizing (5) van de gyroscoop zit een gekalibreerde veer (6) die de gyroscoop corrigeert, zodat de wijzer de goede waarde aangeeft. De slipmeter bestaat uit een licht omhoog gebogen glazen buisje waar een vloeistof in zit (2), in deze 22 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




vloeistof zit een balletje. De slipmeter reageert op zwaartekracht en op centrifuge kracht. Op de slipmeter zitten 2 streepjes.

1 2 3 4 5 6

Kracht [F] De rotor Precessie [p] Y-as Behuizing Gekalibreerde veer

Figuur 20. Werking Turn and Bank indicator

1.2.4.c Weergave De verticale aanwijzer (1) in de turn and bank indicator (Zie Figuur 21) geeft aan naar welke kant het vliegtuig een bocht maakt. De slipmeter (2) geeft aan of er een gebalanceerde- of ongebalanceerde bocht word gemaakt. Als het balletje tussen de 2 streepjes blijft tijdens een bocht, geeft dit aan dat er een gebalanceerde bocht word gemaakt. Als het balletje buiten de streepjes komt tijdens een bocht, is er spraken van een ongebalanceerde bocht met resulterende kracht, deze bochten zijn te vinden in (Zie Bijlage VIII).

1 2

Verticale aanwijzer Slipmeter

Figuur 21.Weergave Turn and bank indicator

1.2.4.d Verbetering Tegenwoordig wordt er een Turn Coördinator gebruikt. Deze laat het gieren en rollen zien. Dit komt omdat de Turn Coördinator een gyroscoop heeft die 30 Graden naar beneden is gericht ten opzichte van de lengte-as van het vliegtuig, zoals afgebeeld in (Zie Figuur 23). Door deze verandering is de gyroscoop gevoeliger voor de bewegingen van het vliegtuig. Als de turn coördinator op het streepje bij de R (Zie Figuur 22) staat, betekent dit dat het vliegtuig een "Rate one turn" naar rechts maakt. Een rate one turn* houd in dat het vliegtuig 360° draait in 2 minuten. (afhankelijk van de hoeveelheid minuten aangegeven onder de slipmeter).




Figuur 22. Weergave Turn Coordinator

1 2 3

Vliegtuigsymbool ‘Rate One Turn’ Bank Indicator


Figuur 23. Werking Turn Coordinator

1 2 3

Vliegtuigsymbool De rotor Behuizing Gyroscoop

1.3 Wetgeving en Eisen opdrachtgever De basic six zijn de zes basis instrumenten van een vliegtuig. Deze geven de primaire vlieggegevens weer en zijn erg belangrijk. Deze instrumenten moeten zeer betrouwbaar en van goede kwaliteit zijn. Meestal bestaat er een bepaalde mate van uniformiteit in de basic six, om ervoor te zorgen dat de verschillen tussen de instrumenten (van meerdere typen vliegtuigen) minimaal zijn. Daarom zijn er een aantal wettelijk opgestelde eisen. Dit wordt verteld in paragraaf (1.3.1). Daarnaast zijn er ook nog een aantal eisen van de opdrachtgever waar wij ons aan moeten houden, dit wordt in paragraaf (1.3.2) verteld.

1.3.1 Wetgeving Het luchtverkeer kent zijn eigen wetgeving. Dit varieert van het bouwen van vliegtuigen tot het vliegen zelf. Vandaag de dag heb je met duizenden vluchten per dag te maken. Zonder deze wetgeving is, met zoveel vliegtuigen in de lucht, de kans op een ongeluk groot. Maar wie bepaald deze regels, zie daarvoor (1.3.1.a). Er zijn een aantal instrumenten die verplicht aanwezig moeten zijn in een cockpit, dit wordt toegelicht in (1.3.1.b). De verlichting en de afleesbaarheid van de instrumenten worden beschreven in (1.3.1.c). Bijna elk instrument van de basic six heeft een wettelijk voorgeschreven plaats in de cockpit, dit wordt verteld in (1.3.1.d). Sommige instrumenten hebben een maximaal toegestane afwijking, dit is beschreven in (1.3.1.e). Tot slot wordt het back-up systeem toegelicht in (1.3.1.f).

1.3.1.a Geschiedenis Tot en met 1970 was het erg lastig om in Europa een nieuw vliegtuigtype te introduceren. Iedere lidstaat met zijn eigen autoriteiten wilde zelfstandig het ontwerp goedkeuren en dit nam erg veel tijd in beslag. In Amerika ging dit veel sneller, omdat dit centraal werd geregeld door de Federal Aviation Administration* (FAA). De roep om een centrale Europese luchtvaart autoriteit werd steeds groter. Daarom werd de Joint Aviation Authorities* (JAA) opgericht. De JAA is echter geen uitvoerende macht en daarom wordt de JAA vervangen door de European Aviation Safety Agency * (EASA). De EASA is wel een uitvoerende macht. Momenteel is de JAA nog steeds niet volledig vervangen door de EASA, omdat wetswijzigingen erg lang duren. De wetgeving van de EASA staat 24 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




beschreven in het CS-25 (Certification-Specifications) (Zie bijlage IX).

1.3.1.b Aanwezigheid instrumenten (CS 25.1303) De volgende vluchten navigatie instrumenten moeten zo zijn geplaatst, dat ze voor beide piloten zichtbaar zijn: een “free-air” temperatuur indicator, een klok die uren, minuten en seconden weergeeft, en een “direction indicator” (een niet gestabiliseerd magnetisch kompas). De volgende instrumenten moeten in beide instrumenten panelen zijn geïnstalleerd: een Air Speed Indicator, altimeter, Vertical Speed Indicator, turn and bank indicator, artificial horizon en een direction indicator.

1.3.1.c Verlichting/Afleesbaarheid (CS 25.1381) Het instrumentenpaneel en de instrumenten zelf moeten goed verlicht zijn, zodat ze altijd goed afleesbaar zijn. Ook in het donker of bij te fel zonlicht. Maar er moet wel voldoende demping zijn, zodat een rustige aanwijzing wordt gegeven. De belichting van de instrumenten moet dus niet te fel zijn. Ook moeten de instrumenten duidelijk afleesbaar zijn. Zo moet elk instrument ook begrijp baar zijn. Een instrument moet genoeg detail bevatten zodat het duidelijk afleesbaar is, maar niet te veel detail zodat het onoverzichtelijk word. De instrumenten moeten brandbestendig zijn en niet verkleuren of vervormen bij brand. Zo mag de afleesbaarheid of het lichtsterkte van de instrumenten niet ten kosten gaan van brand.

1.3.1.d Plaatsing instrumenten De basic six instrumenten moeten zo zijn geplaatst, dat ze voor elke piloot duidelijk afleesbaar zijn. De instrumenten moeten in het gezichtsveld van de piloten vallen. Hierdoor heb je zo min mogelijk te maken met parallax (afleesfouten) (CS 25.1381). De basic six instrumenten moeten de vorm van de letter T hebben (Basic T) en ze moeten op de volgende manier geplaatst zijn:    

de air speed indicator links bovenaan de artificial horizon in het midden, bovenaan de direction indicator in het midden, onderaan de altimeter rechts bovenaan

Alleen de vertical speed indicator en de turn and bank indicator hebben geen vaste plek. Beide instrumenten Figuur 24. Indeling Basic T bevinden zich links of rechts onderaan. De direction Indicator, beschreven in paragraaf (1.2.3), moet tussen beiden piloten in zijn geplaatst. Deze moet zo geplaatst zijn, dat de nauwkeurigheid ervan niet wordt aangetast door de magnetische velden of vibraties van het vliegtuig.

1.3.1.e Maximaal toegestane afwijkingen De direction indicator mag geen afwijking van meer dan 10 graden van de bestemming aangeven (CS 25.1327b). De altimeter mag een maximale afwijking van 30 ft aangeven. De Air Speed Indicator mag de fout van de snelheid in het instrument, met de bekende fout die is ontstaan door het kalibreren niet meegerekend, nooit groter zijn dan 3% of 5 knopen over het hele bereik. Welke richtlijn, 3% of 5 knopen, op het moment geldt ligt aan welke op dat moment groter is (CS 25.1323c). En de fout toleranties in een meting mogen +/- 1% zijn.

1.3.1.f Back-up systeem (CS 25.1331) In een cockpit zijn 2 instrumentpanelen met de basic six instrumenten aanwezig. Beiden piloten hebben hun eigen instrumentpaneel die onafhankelijk van elkaar werken. Zodra er een instrument uitvalt op het ene paneel, blijft het instrument op het andere paneel nog werken. Volgens (CS 25.1333) mogen instrumenten niet gaan storen bij zaken als slecht weer, systeemfouten enz. Ook 25 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




mag één instrument dat stoort, er niet voor zorgen dat de andere instrumenten ook gaan storen, of zelfs uitvallen. Als de stroombron van een instrument uitvalt, wordt er automatisch (of in bijzondere gevallen zelfs handmatig) een andere stroombron gebruikt voor het desbetreffende instrument. Een storing van een stroombron mag nooit effect hebben op een andere stroombron of andere instrumenten.

1.3.2 Eisen opdrachtgever Onze opdrachtgever is Amsterdam Leeuwenburg Airlines (A.L.A.). Deze luchtvaartmaatschappij gaat verschillende typen toestellen bestellen. De vloot zal gaan bestaan uit Airbus A380, Boeing 737 NG, 787 en Embraer 190. De afdeling Standaardisatie binnen Engineering van ALA streeft naar een uniforme (1.3.2.a) glass cockpit. Verder is het besparen van kosten (1.3.2.b) een doel, maar ook veiligheid (1.3.2.c) en duurzaamheid (1.3.2.d) zijn erg belangrijk. Wij als groep A.E.E. hebben gekozen voor het toestel Boeing 737 NG.

1.3.2.a Uniformiteit Bij het ontwerpen van een cockpit, is uniformiteit erg belangrijk. Zo is een uniforme glass cockpit in principe toepasbaar op de hele vloot. Piloten hoeven zich dan minder aan te passen aan de cockpit, en dit zal uiteindelijk ook in kosten (1.3.2.b) besparen.

1.3.2.b Kosten Zo als hierboven beschreven zal een uniforme cockpit uiteindelijk kosten besparen omdat piloten geen extra opleiding nodig hebben om te kunnen vliegen met het desbetreffende toestel. Ook is de uniforme cockpit op iedere toestel van de vloot toepasbaar, en dit scheelt weer in de bouwen onderhoudskosten. Daarnaast proberen wij als groep bij het ontwerpen van de cockpit, zo veel mogelijk kosten te besparen, maar betrouwbaar materiaal gebruiken.

1.3.2.c Veiligheid Veiligheid is erg belangrijk. Onze opdrachtgever gaat er vanuit dat we daar sterk rekening mee houden. Helemaal bij het ontwerpen van een cockpit. Een ongeluk is niet te verantwoorden. Wij als A.E.E. zullen dan ook sterk rekening houden met de veiligheid.

1.3.2.d Duurzaamheid Als het gaat om duurzaamheid, willen wij als groep met het ontwerpen van een cockpit, maar al te graag verschil maken t.o.v. andere vliegtuigen. Zo willen we dat de cockpit zolang mogelijk meegaat. Wij als groep zoeken naar een verhouding tussen goedkoop, sterk, licht en betrouwbaar materiaal. Ook zullen wij rekening houden met het milieu.





1.4 Functieonderzoek Voor het ontwerp van de glass cockpit van de Boeing 737, hebben wij onderzoek gedaan naar de verschillende functies die aanwezig zijn zoals het air data systeem. We hebben onderzocht welke deelfuncties er worden gepasseerd om tot de uiteindelijke weergave te komen. De deelfuncties waar wij ons in verdiept hebben zijn in logische volgorde, namelijk: Meten, transporteren, omzetten, corrigeren, versterken, transporteren, omzetten en display/weergave.

 Meten. Dit is het begin van alle deelfuncties, zonder meting geen resultaten. Bij de meting word de totale druk en statische druk gemeten.

 Transporteren. Hierbij word de gemeten druk getransporteerd van de meetinstrumenten tot de volgende deelfunctie waar de resultaten weer verder verwerkt en omgezet kunnen worden

 Omzetten. Aangezien het uiteindelijke resultaat elektronisch of mechanisch weergegeven wordt, zal de ontvangen luchtdruk omgezet moeten worden in een correct signaal, die ook weer beter gecorrigeerd kan worden.

 Corrigeren. Fouten worden gecorrigeerd door middel van de air data computer, hierdoor worden de resultaten uiteindelijk zo juist mogelijk weer gegeven.

 Versterken. Omdat de signalen vaak te zwak zijn om weer te geven worden ze versterkt zodat ze makkelijker zijn om mee te werken.

 Transporteren. De omgezette, versterkte en gecorrigeerde gegevens worden naar de cockpit getransporteerd waar de data elektronisch of analoog weergegeven zal worden.

 Omzetten. Het elektrisch signaal word hier omgezet tot data die weergegeven kan worden op de uiteindelijke displays.

 Weergave/display. De gemeten data moet nu nog duidelijk weergegeven worden voor de piloot.





1.5 Samenvatting In hoofdstuk één hebben wij onderzoek gedaan naar de instrumenten van de basic six. Deze bestaan uit een zestal noodzakelijke instrumenten en geven samen een duidelijk beeld van de toestand van het vliegtuig. Deze zes instrumenten worden onderverdeeld in air-data instrumenten en gyroscopische instrumenten. Air-data instrumenten maken gebruik van luchtdruk. Deze luchtdruk is afhankelijk van de hoogte en de temperatuur, waarvan de standaard waarden zijn vastgesteld door de International Civil Aviation Organisation (ICAO) en zijn terug te vinden in de International Standard Atmosphere (ISA) tabellen. Drie van de zes instrumenten werken op luchtdruk, namelijk de airspeed indicator (ASI), de Altimeter en de vertical speed indicator (VSI). De VSI geeft met behulp van de statische druk aan met welke snelheid het vliegtuig daalt of stijgt. De ASI geeft de snelheid van het vliegtuig weer, aan de hand van de totale en statische druk. De altimeter geeft aan hoe hoog het vliegtuig vliegt ten opzichte van het zeeniveau en maakt ook gebruik van statische druk. De drie gyroscopische instrumenten die werken doormiddel van een gyroscoop, zijn de artificial horizon (AH), direction indicator (DI) en de turn and bank indicator (TBI). De AH geeft de stand van het vliegtuig weer ten opzichte van de horizon en maakt gebruik van de gyroscopische eigenschap van standvastigheid. De HI geeft de richting van het vliegtuig weer ten opzichte van het noorden en maakt ook gebruik van standvastigheid. De TBI geeft aan of het vliegtuig een gecoördineerde bocht vliegt en maakt gebruik van precessie. De basic six instrumenten moeten aan bepaalde eisen en wetten voldoen. Deze eisen en wetten zijn opgesteld door de European Aviation Safety Agency (EASA). Naast de eisen van de EASA moet er ook rekening gehouden worden met de eisen die zijn opgesteld door de Amsterdam Leeuwenburg Airlines (A.L.A). Dit zijn eisen zoals de uniformiteit van de cockpit en de kostenbesparing. In het functieonderzoek worden de deelfuncties systematisch beschreven.




2


Ontwerp Cockpit

Om een uniform cockpit systeem samen te stellen, is er onderzoek gedaan naar drie potentiële cockpit ontwerpen (Zie bijlage XI) die elk een bepaalde deelfunctie vervullen met een verschillende uitvoeringsmogelijkheid; vertaald in een morfologisch overzicht (2.1). De door ons onderzochte instrumenten zullen worden samengevat tot drie structuren. Deze structuren worden aangeduid door drie verschillende kleurlijnen. Op basis van deze structuren en het eisenpakket, worden de voor- en nadelen onderzocht (2.2). Aan de hand van het voor- en nadelen onderzoek, zullen wij tot de conclusie komen dat één van deze systemen het meest geschikt is. Ook moet dit systeem aan de eisen van de opdrachtgever voldoen (2.3).

2.1 Morfologisch overzicht In het morfologisch overzicht wordt per deelfunctie, die in het functieonderzoek gevonden zijn, de uitvoeringsmogelijkheden toegelicht. De uitvoeringsmogelijkheden van de acht deelfuncties worden hieronder kort toegelicht, op volgorde van: meten, transporteren, omzetten, versterken, corrigeren, transporteren, omzetten en weergeven, in de paragrafen (2.1.1 t/m 2.1.8).

2.1.1 Meten Er worden vier instrumenten gebruikt voor het meten van de luchtdruk. De totale druk wordt gemeten door de pitot tube (2.1.1.a), de statische druk wordt gemeten door de static port (2.1.1.b). Deze twee instrumenten kunnen gecombineerd worden, dit is een pitot-static (2.1.1.c). Als laatste is er de smart probe (2.1.1.d), in dit apparaat worden gemeten waarden al direct worden omgezet en versterkt.

2.1.1.a De pitot tube De pitot tube wordt gebruikt om de totale druk te meten. De pitot tube staat in de richting van de ongestoorde vrije luchtstroom.

2.1.1.b De static port Voor het meten van de statische druk wordt de static port (1.1.3.b) gebruikt, de statische druk is de druk op een bepaalde hoogte. Om een turbulente stroming rond de statische poort te voorkomen, moet de romp rond de poort helemaal glad zijn. De static port is haaks op de ongestoorde vrije luchtstroom geplaatst.

2.1.1.c De pitot-static De pitot-static is een pitot tube waar een static port in is bevestigd. Zowel de statische druk, als de totale druk worden in dit instrument gemeten.

2.1.1 d De Smart probe De smart probe (Zie bijlage XII) is eigenlijk een pitot-static, maar kan ervoor zorgen dat uit de meting direct een elektrisch signaal volgt. Hierbij wordt de meetwaarde in het apparaat zelf al omgezet en versterkt. Het gebruiken van een Smart probe zal uiteindelijk kosten besparen. Ook wordt er ruimte en gewicht bespaard door het gebruik hiervan.





2.1.2 Transporteren Om de opgemeten luchtdruk en elektrische signalen te transporteren, wordt er gebruik gemaakt van buizen en leidingen. De materialen die gebruikt kunnen worden voor deze buizen en leidingen kunnen worden opgedeeld in vier soorten, namelijk: kunststof (2.1.2.a), metalen (2.1.2.b), rubber (2.1.2.c) en elektrische draden (2.1.2.d). Deze materialen moeten bestendig zijn tegen hoge druk, hoge temperatuur en corrosie.

2.1.2.a Kunststof leidingen 

Reinforced thermoplastic pipe (RTP) Dit type kunststof pijp (RTP) wordt in het Nederlands ook wel versterkt thermoplastisch pijp genoemd. Het materiaal van deze pijp kan van Polyethylene (PE), Polyamide-11 of PVDF zijn en kan worden versterkt met aramide. Dit type kunststofpijp wordt voornamelijk gebruikt voor hoge druk waterleidingen en hoge druk gasleidingen. Dit materiaal is verkrijgbaar in druktrappen van 30 t/m 90 bar op een rol tot 400 meter.



Plastic Plastic is een slijtvast en sterk materiaal. Het is duurzaam en licht in gewicht. Plastic is makkelijk te vervormen en de kosten voor het aanschaffen van dit materiaal zijn relatief laag. Een groot nadeel van dit materiaal is de milieuverontreiniging dat het met zich meebrengt.

2.1.2.b Metalen 

Roest vast staal Roest vast staal (RVS), ook wel bekend als roest vrij staal, is een legering uit ijzer, nikkel, chroom en koolstof. Er zijn verschillende soorten RVS die verschillen in legering samenstelling. RVS met tussen de 6% en 26% nikkel is een uitstekend vervormbare soort en is schokbestendig in het hele temperatuurbereik. Dit RVS is, ondanks zijn nikkel, niet magnetisch. Dit komt door de legering met chroom en koolstof. Zo kunnen de instrumenten niet beïnvloed worden door magnetisme. De overige elementen in de legering zorgen voor een verhoogde corrosieweerstand en bewerkbaarheid.



Aluminium Aluminium is een zilverwit, buigzaam metaal dat erg licht is in vergelijking met staal. Aluminium is een veelgebruikt metaal omdat het sterk, slijtvast en corrosie bestendig is. In de luchtvaart is het gebruikte aluminium een legering met zink. Dit zorgt ervoor dat het bestand is tegen drukken tot 500N/mm2 en temperaturen tot 4820C. Aluminium is bovendien niet magnetische waardoor het de instrumenten niet kan beïnvloeden. Deze legering heeft een grote hardheid waardoor het als nadeel heeft dat het materiaal bros wordt rondom krassen en scherpe hoeken.



Koperen buizen Koper in de luchtvaart is vaak een legering met beryllium. Dit is buigzame rode metaalsoort dat een goed geleidend vermogen heeft en een hoge slijtvastigheid. Het kan tegen temperaturen van -2000C tot +3500C en tegen een maximale druk van 700N/mm2. Een nadeel is dat koper erg duur is.





2.1.2.c Rubber Er zijn twee soorten rubber, natuurlijk en synthetisch rubber. Natuurlijk rubber is een polymeer dat ontstaat uit een emulsie van het sap van een aantal planten soorten. Synthetisch rubber is een rubbersoort dat wordt gemaakt uit aardolie. Deze rubbersoort heeft vergelijkbare karakteristieken met natuurlijk rubber. Rubberen leidingen zijn makkelijk buigbaar en kunnen tegen temperaturen van -500C tot 850C. Het nadeel van rubber is dat het uitzet bij een overdruk en daardoor slap wordt.

2.1.2.d Elektrische draden Elektrische draden zijn gemaakt van hele dunne koperdraden. Omdat deze elektrische draden van koper zijn, kunnen deze warmte en elektriciteit zeer goed geleiden. Elektrische draden zijn goedkoop in aanschaf.

2.1.3 Omzetten De druk zal eerst in een elektrisch signaal moeten worden omgezet, om het later te kunnen corrigeren. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een Analoog/Digitaal convertor (2.1.3.a), die het analoge signaal omzet in een digitaal signaal. Verder wordt er gebruik gemaakt van een membraandoos (2.1.3.b). Om de druk om te zetten van een analoog signaal naar een elektrisch signaal, worden transducers gebruikt (2.1.3.c en 2.1.3.d).

2.1.3.a Analoog/digitaal convertor Hier wordt het analoge signaal omgezet in digitale signalen. Deze code wordt later weer terug gezet in een analoog signaal. De meest ideale A/D convertor heeft een trapachtige eigenschap (Zie Bijlage XIII) waarin het aantal analoge 'levels' gelijk staan aan de hoeveelheid 'bits'.

2.1.3.b Membraandoos Hier wordt het verschil tussen de statische en totale druk aangegeven door middel van een membraan (oftewel, het verschil tussen de druk in en de druk buiten het membraan). Dit verschil zal uitslaan op een tandwiel.

2.1.3.c Force-Balance Transducer Bij de force-Balance transducer* wordt er gebruikt gemaakt van een spoel met een magnetisch veld en een membraan. De spoeltjes worden om staafjes gewikkeld, die de vorm hebben van een I en een E. Op het middelste staafje van de E, wordt een spanningsbron aangesloten. Als de druk veranderd dan zal het membraan uitzetten, waardoor de spoeltjes en staafjes verder of dichter bij elkaar komen te staan. Het gevolg hiervan zal zijn dat magnetisch Figuur 25. Force-balans veld verstoord raakt en er dus een fluxverandering ontstaat. Dit transducer. wekt een spanning op. Dit elektrisch signaal moet uiteraard later nog verwerkt worden. Als dit alles gebeurt is, zal het I vormige staafje, weer terug gaan naar zijn oude positie door middel van een aangesloten motortje.

2.1.3.d Piëzoelectric transducer Deze transducer (Zie figuur 25) gebruikt de druk om dit om te zetten in een elektrisch signaal. In deze transducer is sprake een piëzo-elektrisch effect wat op wordt gewekt door het kristal dat zich in de transducer bevindt. Dit kristal kan vervormd worden en zo zal er een elektrische spanning ontstaan dat afhankelijk is van de druk die op dat moment op het kristal staat. De elektrische spanning die hierbij ontstaat is zodanig ´zwak´, dat deze spanning nog versterkt moet worden. Het piëzo-elektrisch effect is dus niks anders dan het vervormen van dit kristal, wat een spanning opwekt. 31 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT 2011/2012 PROJECTGROEP AN

AVIATION STUDIES



2.1.4 Versterken De omgezette signalen zijn te zwak om er verder mee te kunnen werken. Hierdoor wordt het signaal versterkt zodat het verwerkt kan worden. Er zijn twee manieren van versterken: de mechanische manier (2.1.4.a) en de elektrische manier (2.1.4.b).

2.1.4.a Mechanisch versterken Omdat er veel analoog wordt weergegeven in het vliegtuig, moeten alle luchtdruk signalen mechanisch worden omgezet. Vaak zetten de membranen niet genoeg uit om direct een goede waarde weer te geven. Om deze reden wordt er tussen het membraan en de wijzer nog een aantal tandwielen geplaatst. De grote en volgorde waar deze in staan, bepaalt de versterking.

2.1.4.b Elektrisch versterken Een elektrisch signaal kan op twee verschillende manieren worden versterkt. Wanneer de stroom versterkt moet worden, wordt er gebruik gemaakt van een relatief grote buisversterker of een bipolaire junction transistor (BJT). Voor het versterken van spanning kan er gebruik gemaakt worden van een operational amplifier (Op-Amp) of een field effect transistor (FET). 

Buisversterker Een buisversterker bestaat uit een glazen buis waarvan de binnenkant vacuüm is. Binnen in deze buis bevindt zich een gloeidraad en een metalen plaat met daar tussen een rooster. Wanneer de gloeidraad warm wordt, zal het elektronen afstaan, deze worden aangetrokken door een metalen plaat. Het rooster zal de elektronen opvangen. Hierdoor ontstaat er een spanningsverschil met als gevolg dat de stroom groter wordt.



Bipolaire junction transistor In een BJT (Zie Figuur 26) bevindt zich tussen de B en E een overgangslaag. De hoeveelheid stroom die wordt doorgelaten, hang af van het potentiaal verschil tussen B en E. De stroom bij B moet sterk genoeg zijn, zodat deze ook gaat lopen tussen C en E. De sterkte bij B bepaald ook de versterking.

Figuur 26. BJT.



Operationele versterker Een Operationele versterker is een integrated circuit (IC), ofwel chip genoemd, deze chip bevat meerdere transistors.



FET Een field effect transistor (FET) werkt precies het zelfde als een BJT, echter bij een FET wordt de versterking bepaald door een spanning op B, in plaats van een stroom.

2.1.5 Corrigeren In de komende paragrafen zullen enkele opties worden besproken om de inmiddels omgezette gegevens te corrigeren, zodat ze gebruikt kunnen worden door de verschillende instrumenten. Zo zal in paragraaf (2.1.5.a) de eerste mechanische optie tuning spring compenstator (TSC) worden toegelicht en in (2.1.5.b) de tweede mechanische optie (bimetaal). Beiden worden nog veel gebruikt in kleine vliegtuigen. Grotere vliegtuigen maken meestal gebruik van computers. In (2.1.5.c) zal daarom de analoge optie, de AADC, besproken worden. De digitale optie, de DADC, wordt in de laatste paragraaf (2.1.5.d) toegelicht.





2.1.5.a Eerste mechanische optie: tuning spring compensator In de kleine vliegtuigen zoals, een Cessna 172, wordt vanwege de kleine afstand tussen meten en weergave, gebruik gemaakt van mechanische componenten zoals beschreven staat in hoofdstuk één, onder de verschillende instrumenten. Omdat een logaritmische schaal, die zou ontstaan zonder compensatie voor kwadraten, vaak ongewenst is, wordt een TSC (Zie bijlage XIV) ingebouwd. Dit is een veer die een lichte kracht uitoefent op het membraan. Tegelijk staat de veer in contact met een set schroeven, in eerste instantie met slechts één schroef. Naarmate het membraan meer uitzet en dus de veer meer wordt gebogen, komt de veer in contact met meer schroeven. Hierdoor wordt de effectieve veer lengte verkort, wat zorgt voor een grotere tegendruk. Hierdoor wordt al in het mechanisme zelf, een lineaire schaal verkregen.

2.1.5.b Tweede mechanische optie: Bimetaal. Het Bimetaal corrigeert fouten die ontstaan door temperatuurschommelingen. Het bestaat uit twee strippen verschillend metaal, die allebei een andere uitzettingscoëfficiënt hebben. Doordat de metalen verschillend uitzetten, buigt de strip. Dit wordt vervolgens gebruikt voor de correctie van fouten die ontstaan door de temperatuursveranderingen.

2.1.5.c Analoge optie: analoge air data computer Ondanks de naam, is de analoge air data computer (AADC) geen computer, maar een serie gekoppelde modules (Zie bijlage XV), die door middel van servo motortjes, enkele synchromotoren, mechanische componenten en onderlinge elektrische signalen, berekeningen en indien nodig correcties uitvoeren. De correctie module in dit systeem, wordt de SSEC (Static Source Error Correction) genoemd. De SSEC herstelt fouten die ontstaan door Position Error.

2.1.5.d Digitale optie: digital air data computer De DADC is, in tegenstelling tot zijn analoge tegenhanger, wel een echte computer (Zie bijlage XVI). Het principe hiervan is hetzelfde. Ook in dit systeem is de SSEC het belangrijkste onderdeel, maar in plaats van servo's, zijn het in dit geval chips die door middel van signalen de berekeningen en correcties uitvoeren.

2.1.6 Transporteren van gecorrigeerde data Wanneer de data is gecorrigeerd, moet deze getransporteerd worden naar het desbetreffende instrument in de cockpit. Er zijn verschillende type signalen die getransporteerd moeten worden. Elk signaal heeft zijn eigen wijze van transport. Mechanische signalen (2.1.6.a) worden mechanisch getransporteerd. Elektrische signalen (2.1.6.b) worden doormiddel van koperdraad getransporteerd. Voor het transporteren van digitale signalen (2.1.6.c) kan er gebruik worden gemaakt van koperdraad, glasvezel, infrarood of ARINC 429/629 data bus.

2.1.6.a Mechanische signalen 

Mechanisch Een mechanisch signaal is een beweging of kracht. Dit kan een duwende en/of trekkende kracht zijn, of een draaiende beweging. Deze mechanische signalen worden door middel van stangen, tandwielen, schroeven, scharnieren en veertjes getransporteerd. Voor het transporteren van mechanische signalen is geen elektriciteit nodig. De mechanische signalen worden door middel van fysieke onderdelen getransporteerd.





2.1.6.b Elektrische signalen 

Elektrisch Voor het transporteren van elektrische signalen wordt er gebruikt gemaakt van koperdraden. Koper wordt veel gebruikt omdat het elektriciteit goed geleid. Dit maakt koperdraad een zeer geschikt materiaal om elektrische signalen te transporteren. Koperdraad wordt veel gebruikt in de elektronica. Er zijn verschillende soorten koperdraad en deze zijn verkrijgbaar in verschillende diktes. Hoe dikker het draad, hoe minder weerstand de geleider heeft. Koperdraad is redelijk corrosie vast.

2.1.6.c Digitale signalen 

Glasvezeldraad Glasvezeldraad is een vezeldraad van glas, dat ongeveer even dik is als een menselijk haar. Glasvezel kan alleen worden gebruikt voor het transporteren van digitale gegevens. Het transporteren van digitale signalen door glasvezel berust op het geleiden van licht. Een lichtpuls wordt door het glasvezeldraad gestuurd. Elke puls heeft zijn eigen golflengte. Glasvezel voor datacommunicatie kan worden onderverdeeld in twee groepen. Multimodeen singlemode glasvezel. Multimode wordt gebruikt bij gemiddelde tot snelle datatransport over korte afstanden. Singlemode wordt gebruikt bij zeer hoge snelheden en datatransport over lange afstanden. Doordat de transport van data door glasvezel via lichtsignalen gaat, is het razendsnel. Glasvezel is volledig ongevoelig voor storingen van buitenaf zoals elektromagnetische golven.



Infrarood Infrarode straling is een voor de mens niet waarneembare elektromagnetische straling. Voor het gebruik van infrarode straling zijn geen kabels nodig. Infrarode straling is voor het transporteren van digitale signalen niet de meest effectieve manier, omdat infrarode straling geen hoge snelheden kan bereiken en deze makkelijke gestoord kan worden.



ARINC 429/629 Data bus ARINC staat voor aeronautical radio incorporated. Dit is een data bus dat bestaat uit beschermde ‘’twisted pairs’’ kabels. Tussen deze kabels is een spanningsverschil. ARINC is een protocol dat bepaalt hoe de systemen in het vliegtuig met elkaar communiceren. Dit protocol maakt gebruik van labels. Elke vliegtuig bevat een aantal verschillende systemen. Elke systeem stuurt haar data door een specifieke label. De betekenis van elk label wordt door de fabrikant bepaald. Er zijn slechts een beperkte aantal labels. Doordat er gebruik wordt gemaakt van labels verloopt het transporteren van data foutloos. De ARINC 629 is de opvolger van de ARINC 429. De ARINC 629 is een moderne data bus dat minder elektrische draden nodig heeft dan de ARINC 429. Ook kan de ARINC 629 data veel sneller transporteren.

2.1.7 Omzetten van Signalen Het scherm dat alle informatie weergeeft moet wel de juiste signalen binnen krijgen. De informatie kan digitaal en analoog worden weergegeven. Er zijn vijf manieren om signalen om te zetten. Signalen kunnen behalve mechanisch (2.1.7.a), ook m.b.v. een digitaal/analoog omzetter (D/A) (2.1.7.b), een demultiplexer (2.1.7.c), een microprocessor (2.1.7.d) of een symbol generator (2.1.7.e) worden omgezet. 34 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




2.1.7.a Mechanisch Deze manier van omzetten is de oudste manier die wordt toegepast. Een mechanische systeem werkt m.b.v. tandwielen. De tandwielen brengen alles over doormiddel van draaiingen. Door de draaiingen komt er een wijzer in beweging die op een analoog scherm een waarde kan weergeven. Deze waarde hangt af van de richting en de draaisnelheid van de tandwielen.

2.1.7.b D/A omzetter De D/A omzetter heeft een omgekeerde werking in vergelijking met een A/D omzetter. Een D/A omzetter zet digitale signalen om in analoge signalen. Het is makkelijker om data gegevens digitaal (bijvoorbeeld: met binaire getallen) te transporteren omdat er dan geen fouten kunnen ontstaan. Bij een keuze voor analoge weergave is er een D/A omzetter nodig. De D/A omzetter zet digitale signalen om in analoge signalen.

2.1.7.c Demultiplexer De demultiplexer heeft een omgekeerde werking in vergelijking met de multiplexer, maar het principe is hetzelfde. De demultiplexer heeft één data ingang maar meerdere uitgangen. Voor de mulitplexer geldt het omgekeerde, één uitgang en meerder data ingangen.

2.1.7.d Microprocessor (CPU) De microprocessor wordt ook wel Central Processing Unit (CPU) genoemd. In het Nederlands betekent dit: Centrale Verwerkingseenheid (CVE). De microprocessor bevat de functies van een normale processor op één enkele chip. Het is eigenlijk een kleine computer.

2.1.7.e Symbol generator De symbol generator zet de elektrische signalen, die uit verschillende vliegtuig systemen komen, om in signalen die uiteindelijk weer worden omgezet in beelden.

2.1.8 Weergave Het weergeven van de gemeten waarde speelt een belangrijke rol in de luchtvaart. De presentatie hiervan is erg belangrijk. Vooral omdat elke piloot “data” op een andere manier afleest en/of interpreteert. Dankzij de razendsnelle groei in de techniek, heb je een keus uit een verschillend aantal weergave technieken. Elke vorm kent z’n voor- en nadelen. Zo heb je analoge weergaves (2.1.8.a) en digitale weergaves. Digitale weergaves kunnen worden onderverdeeld in een verschillend aantal displays, zie paragraaf (2.1.8.b)

2.1.8.a Analoge weergaves Dit is de oudste methode van weergeven en werkt mechanisch. Er zijn 2 manieren waarop informatie analoog kan worden weergegeven, kwalitatief en kwantitatief. Hierover meer in Bijlage XVII.

2.1.8.b Elektronische weergaves Voor een elektronische weergave zijn er verschillende soorten beeldschermen die gebruikt kunnen worden. Dat zijn de CRT, LCD, LED, TFT, PDP en HUD displays. Deze onderwerpen zullen hieronder worden besproken. 

Cathode Ray Tube Cathode ray tube (CRT) maakt gebruik van 3 kathode elektronenkanonnen, voor rood, geel en blauw. Er zit een raster in de buis die de opgewarmde kathode elektronen opvangt. Deze elektronen zullen dan tegen een fosfor laag botsen. Bij deze botsing wordt er een foton losgelaten, hierdoor ontstaat er licht. Door het mengen van de kleuren rood, groen en blauw 35





wordt het beeld in de juiste kleur weergeven. De interne werking van een CRT wordt verder uitgelegd in bijlage XVIII. 

Liquid Crystal Display LCD staat voor Liquid Crystal Display, dit is een vloeibaar-kristallenscherm. LCD schermen zijn zeer plat en nemen weinig ruimte in. Ook hebben LCD schermen een laag energie verbruik en is zelfs op klaarlichte dag af te lezen. LCD schermen maken gebruik van externe lichtstralen die d.m.v. kristallen worden afgebogen. Op deze manier wordt een bepaalde weergave weergegeven. De simpelste vorm van LCD geeft alleen getallen en cijfers weer. Deze techniek is het makkelijkst te beschrijven en wordt daarom als voorbeeld gebruikt. Zie bijlage XIX voor de interne werking van LCD.



Light-Emitting Diode LED staat voor Light-Emitting Diode, dit staat letterlijk voor licht uitstralende diode. LED verlichting verbruikt weinig energie en is dus erg milieubewust. Vandaag de dag word steeds vaker LED-verlichting gebruikt/toegepast, zoals in televisies, straatverlichting, enz. LED verlichting wordt net als LCD gebruikt in combinatie met matrix stippen of 7 segmenten. Achter ieder segment wordt een LED geplaatst, het segment laat het licht van de LED door en zo kunnen cijfers en getallen worden weergegeven. Dit geldt ook voor de matrix stippen. Achter iedere matrix stip wordt een LED geplaatst, meestal zijn dit 9x5 matrix stippen. In tegenstelling tot LCD zendt LED wel degelijk licht uit. In bijlage XX is de afbeelding van een LED en een aantal LED’S in combinatie met segmenten weergegeven.



Thin-Film Transistor TFT staat voor Thin-Film Transistor, dit is een verbeterde versie van LCD. TFT werkt ook op basis van vloeibare kristallen en berust op dezelfde techniek. TFT maakt echter gebruik van transistors en geheugen capaciteiten. Voor elke (sub)pixel wordt gebruik gemaakt van een transistor die de informatie van de desbetreffende (sub)pixel kan vasthouden. Elke pixel bestaat uit 3 RGB kleurenfilters en deze worden aangestuurd door een transistor, die bepaald hoeveel licht er word doorgelaten. Een TFT scherm is een stuk duurder dan een LCD scherm, maar biedt een aantal grote voordelen. Zo kan het display sneller schakelen tussen beelden waardoor deze technologie uitstekend geschikt is voor videobeelden. Verder kan er een hoger contrast en een groter kleurenaantal worden gehaald, tot +/-17 miljoen kleuren.



Plasma Display Panel Plasma schermen zijn onderzocht, maar na controleren van de wetgeving is gebleken dat deze schermen verboden zijn in de luchtvaart. Eventuele uitleg is te vinden in bijlage XXI.



Head-Up Display HUD staat voor Head-UP Display. Deze techniek is afkomstig van gevechtsvliegtuigen, maar wordt steeds vaker in verkeersvliegtuigen en privéjets toegepast. Dit is een methode van weergeven waarbij de piloot zijn gegevens kan aflezen, zonder een blik te hoeven werpen naar een instrument. De belangrijkste gegevens worden hier voor het gezichtsveld geprojecteerd. De belangrijkste techniek van deze methode is voor ons de klassieke HUD, hier wordt het beeld geprojecteerd op een vaste doorzichtige lens, dat voor de ogen van de piloot is geplaatst of op de voorruit. Dit beeld kan afkomstig zij van een CRT of een LCD en in bijlage XXII wordt de werking van een HUD met een CRT uitgelegd.





2.2 Voor- en nadelen onderzoek Er zijn drie potentiële systemen gekozen, waarbij wij aan de hand van de voor- en nadelen een keuzen moesten maken. Wij hebben gekozen voor een mechanisch systeem (2.2.1), een conventioneel systeem (2.2.2) en een modern systeem (2.2.3). Vervolgens hebben wij de drie systemen een score gegeven waarbij we hebben gelet op: duurzaamheid, veiligheid, kosten en onderhoud (2.2.4).

2.2.1 Mechanisch systeem Dit is het oudste systeem waarmee gevlogen wordt. Het mechanische systeem kom je nog steeds tegen in de luchtvaart en is dan ook nog zeker betrouwbaar. Maar voldoet dit systeem nog steeds aan de huidig opgestelde eisen van de EASA? Wij hebben gekeken naar de werking van het systeem en hebben de voor- en nadelen tegenover elkaar gezet, dat ons zal helpen bij het maken van een keuze voor ons uiteindelijke systeem. 

Opbouw Het systeem is als volgt opgebouwd: voor het meten van de luchtdruk wordt een pitot tube en een static port gebruikt, versterkt thermoplastische buizen transporteren deze luchtdruk naar de membraandoos voor het omzetten hiervan. Het versterken geschiedt mechanisch en voor het corrigeren wordt een TSC gebruikt. De gecorrigeerde data wordt mechanisch getransporteerd en omgezet. De informatie wordt uiteindelijk analoog weergegeven.



Voordelen De mechanische onderdelen die gebruikt worden zijn niet gevoelig voor storingen. Dit is een groot voordeel als je kijkt naar de veiligheid. Het mechanische systeem is goedkoop in aanschaf. Dit omdat het een oude techniek is. De vraag naar de benodigde onderdelen hiervoor is minder en daardoor kost het relatief weinig. Het mechanische systeem is de basis voor later gekomen systemen. Modernere systemen worden steeds uitgebreider en veiliger, maar hier is de kans op elektronische fouten groter (dit wordt natuurlijk wel gecompenseerd door back-up systemen).



Nadelen Het mechanische systeem heeft veel onderhoud nodig. Dit vanwege vaak voorkomende slijtage, aangezien er veel wrijving aanwezig is door alle draaiingen en overbrengingen. Verder is het systeem erg zwaar qua gewicht, omdat er veel mechanische onderdelen (zoals tandwielen en dergelijke) aanwezig zijn. Verder gebruiken de pitot tube en de static port meerdere buizen voor het transport, omdat ze apart geplaatst zijn. Als laatste heb je nog te maken met de weergave, dit gebeurt bij dit systeem analoog. Analoge weergave is vaak erg onprecies en de gegevens zijn lastig af te lezen, zo kunnen er veel afleesfouten ontstaan.





2.2.2 Conventioneel systeem Het conventionele systeem kom je in de huidige luchtvaart tegen. Meestal bestaat dit systeem nog uit mechanische onderdelen, die vaak gecombineerd zijn met moderne onderdelen. Dit systeem is weliswaar gemodificeerd t.o.v. het mechanische systeem, maar is nog niet volledig gemoderniseerd. Ook hier hebben wij kritisch naar de werking en de voor- en nadelen van het systeem gekeken. 

Opbouw Het systeem is als volgt opgebouwd: luchtdruk wordt gemeten door de pitot tube en de static poort. Door middel van aluminium buizen wordt deze luchtdruk getransporteerd naar een force-Balance transducer, waar het wordt omgezet tot een elektrisch signaal. Het elektrische signaal wordt vervolgens versterkt door een operationele versterker en door een analoge air data computer gecorrigeerd. Elektrische draden transporteren de signalen naar een symbol generator, waar het wordt omgezet tot beelden. Deze beelden worden weergegeven op een TFT scherm.



Voordelen Dit systeem gaat lang mee en is erg betrouwbaar. Het systeem is behalve duurzaam, ook erg veilig. Dit is dan ook één van de redenen waarom het nog steeds wordt gebruikt en nog niet compleet is vervangen door het moderne systeem. Bij het transport van luchtdruk wordt gebruik gemaakt van aluminium, dit materiaal is erg sterk en licht van gewicht. TFT schermen hebben een hoog contrast en kunnen een hoog kleurenaantal bereiken.



Nadelen Het conventionele systeem heeft erg veel kabels nodig bij het transport, dit omdat de systemen nog verouderd zijn en erg veel kabels nodig hebben om data te transporteren. Ook zijn de verschillende (vaak nog mechanische) onderdelen erg zwaar en nemen veel ruimte in beslag, zoals de analoge air data computer. Verder is de technologie van TFT schermen, dat gebruikt wordt bij het weergeven van data, erg duur.





2.2.3 Modern systeem Het moderne systeem wordt gebruikt in de nieuwste modellen, zoals de Boeing 777. Er wordt in dit systeem voornamelijk met elektrische signalen gewerkt. In de voorgaande systemen wordt er luchtdruk getransporteerd, omgezet tot een signaal, dit signaal wordt vervolgens versterkt en gecorrigeerd. In dit systeem wordt een groot gedeelte van deze reeks overgeslagen, dit wordt nader toegelicht. Het moderne systeem bied vele voordelen, maar voldoet dit systeem wel aan de eisen van de EASA en aan die van onze opdrachtgever? Zo hebben wij ook bij dit systeem gelet op de werking en de voor- en nadelen. 

Opbouw Het systeem is als volgt opgebouwd: Het moderne systeem maakt gebruik van smart probes. Voor de nauwkeurigheid van de meting, worden er op drie verschillende plaatsen smart probes geplaatst. De smart probes zetten de luchtdruk al meteen om in een elektrische signaal en versterken en corrigeren het. Elektrische draden transporten het signaal naar de DADC Vervolgens wordt het signaal door een ARINC 629 getransporteerd naar de symbol generator en d.m.v. LED verlichting wordt de informatie weergeven.



Voordelen Omdat het moderne systeem met elektronische signalen werkt, kan het direct naar de Digitale Air Data Computer getransporteerd worden. Een elektrisch signaal kan via een data bus en een symbol generator worden weergegeven op moderne schermen, in ons geval het TFT scherm. Omdat het moderne systeem zichzelf 'controleert' is er vrij weinig onderhoud nodig, dit bespaard kosten. Ook is er een groot voordeel wat betreft het gewicht, dit komt omdat het moderne systeem bij de meting (smart probe) de luchtdruk al direct omzet, versterkt en corrigeert. Zo heb je niet meer te maken met zware mechanische systemen die veel ruimte in beslag nemen. De aanschafkosten van dit systeem zullen hoger zijn dan die van andere systemen. Op langere termijn zal het systeem zichzelf “terug verdienen”.



Nadelen Het nadeel is, dat de luchtdruk al direct wordt omgezet in een elektrisch signaal. Het probleem hiervan is, dat als er in de cockpit nog analoge instrumenten aanwezig zouden zijn, dit signaal weer opnieuw omgezet zou moeten worden in een analoog signaal. Bij dit modern systeem kan de druk niet in de behuizing van het instrument komen. Dit systeem maakt het daarom niet mogelijk, om het te combineren met analoge instrumenten/systemen.





2.2.4 Scoretabel Hieronder (Zie Tabel 1) is het scoretabel te zien. De drie verschillende systemen; mechanisch, conventioneel en modern hebben wij onderworpen aan een analyse waarbij werd gelet op de volgende ontwerpaspecten: duurzaamheid, veiligheid, kosten en onderhoud.

Score Tabel

Tabel nr. 1

Wegingsfactor

Functie

Mechanisch

Conventioneel

Modern

2 1 1 3

Duurzaamheid Onderhoud Kosten Veiligheid Totaal

2x2 2x1 4x1 3x3 19

4x2 3x1 3x1 4x3 26

5x2 2x1 2x1 5x3 29

Uitleg wegingsfactoren: Veiligheid: Deze krijgt de hoogste wegingsfactor, omdat veiligheid in de cockpit boven alles gaat. Duurzaamheid: Deze krijgt als wegingsfactor 2, omdat de duurzaamheid van de cockpit naast veiligheid een belangrijk aspect. Onderhoud: Deze krijgt als wegingsfactor 1, omdat het onderhoud van de cockpit niet het allerbelangrijkste aspect is, waar rekening mee gehouden moet worden. Kosten: Deze krijgt als wegingsfactor 1, omdat de kosten niet het allerbelangrijkste aspect is waarmee rekening gehouden moet worden.

Legenda 5 4 3 2 1

Zeer Goed Goed Voldoende Matig Zwak

2.3 Conclusie De conclusie die we uit dit hoofdstuk kunnen trekken is dat het moderne systeem het beste systeem is. Modern is met 29 punten als beste uit onze test gekomen (Zie tabel 1), met conventioneel op 26 punten en mechanisch op 19 punten. Modern scoorde vooral hoog op de punten duurzaamheid en veiligheid. We kunnen dus concluderen dat modern de veiligste en het meest duurzaam is van de drie. Op kosten scoorde modern relatief lager en op onderhoud gemiddeld. Het moderne systeem zal dus de leidraad worden voor ons eigen ontwerp in Hoofdstuk 3.





2.4 Samenvatting In hoofdstuk 2 is gekeken naar de verschillende opties die er waren voor het uiteindelijke ontwerp. Aan de hand van het functieoverzicht (meten, transporteren omzetten etc.) zijn per functie enkele onderdelen bekeken en per onderdeel is er een analyse gemaakt hoe deze werken. Uiteindelijk zijn met deze verschillende opties, drie verschillende systemen ontward: een mechanische systeem (te vinden in vliegtuigen als de Cessna 172), een conventioneel systeem (te vinden in de oudere verkeersvliegtuigen) en een modern systeem (te vinden in de nieuwste vliegtuigen). Ook deze complete systemen zijn onderworpen aan een analyse, waarbij werd gekeken naar de voordelen en nadelen, gebaseerd op de vier ontwerpaspecten: duurzaamheid, veiligheid, kosten en onderhoud. Hier is uiteindelijk uitgekomen dat het moderne systeem, ondanks dat deze voor de aanschaf duurder is, het beste systeem is van de drie. Dit vanwege de lage onderhoudsgevoeligheid en zijn betrouwbaarheid. Het moderne systeem, bestaand uit: smart probes, elektrische draden, forceBalance transducers, DADC's, ARINC 629 databussen, symbol generators en schermen werkend op LED verlichting, zal dan ook de leidraad zijn voor het uiteindelijke ontwerp.




3


Uitvoering Cockpitsysteem

Na onze conclusie uit hoofdstuk 2, kunnen we nu beginnen aan de uitvoering van de uniforme cockpit. Met de gekozen instrumenten uit het vorige hoofdstuk, zullen we nu een cockpit samenstellen (3.1). Alle informatie zal worden weergegeven op het PFD (3.2). Hierna zullen we de ontwerpaspecten (3.3) beschrijven, welke een groot belang zijn voor de opdrachtgever. Als laatst is er een conclusie (3.4) getrokken over onze analyse.

3.1 Systeem samenstelling De samenstelling van ons uniforme cockpit is gebaseerd op de inbouw van de instrumenten (3.1.1) en de lay-out van de algehele cockpit (3.1.2).

3.1.1 Modern systeem: inbouw instrumenten Als we een modern systeem, in de nieuwe vloot willen plaatsen, zullen we ons eerst moeten verdiepen in de inbouw van het systeem. Dit wordt hieronder besproken. Meten De meting word uitgevoerd door drie smartprobes. De smartprobes worden net achter de neus geplaatst, in een ongestoorde vrije luchtstroom. Waarvan één rechts en twee links worden geplaatst, gezien in ‘’flight direction’’. De hoogst geplaatste linker en de rechter smartprobe zijn onafhankelijk van elkaar, waarvan elk voor een piloot. De derde smartprobe dient als back-up. Als back-up hebben we ook nog analoge instrumenten. Hiervoor hebben we static-ports nodig. Deze worden haaks op de inkomende luchtstroom geplaatst. Transporteren We zullen de elektrische draden gebruik voor het transporteren van de signalen. Deze zullen we zo kort mogelijk moeten houden voor het besparen van gewicht. Ook moeten deze als een kabelboom worden samengebracht in verschillende kleuren met elke een eigen betekenis. Deze kabelboom dient weer met rubber klemmen te worden bevestigd aan het frame. Corrigeren Om de gemeten waardes te verwerken zullen we digitale air data computers nodig hebben, dit zullen er in totaal drie zijn. Twee van deze zullen tegelijk werken en één DADC zal standby staan. Mocht er een verschil in beide systemen plaatsvinden, dan zal de waarde van het 3e systeem, vergeleken worden met de twee andere systemen. Als het standby systeem dezelfde waarde heeft als systeem 1, dan word systeem 2 weggestemd, dit kan ook andersom. Deze drie digitale air data computers plaatsen we in het electronic equipment compartment, recht onder de cockpit. Transporteren Er zullen drie ARINC 629 data bussen worden geplaatst voor het transporteren. Waarvan één voor de captain, één voor de first-officer en één als back-up.





Omzetten Om op schermen in de cockpit een weergave te krijgen, plaatsen we achter elk 'paar’ schermen een symbol generator. Van deze symbol generator hebben we er 3 nodig. Weergave In de cockpit plaatsen we 6 LED schermen. De linker twee zijn het PFD (primary flight display) en het ND (navigation display), deze zijn voor de captain. De middelste tweegeven de technische condities van de motoren weer, ook wel EICAS (engine indicating and crew alerting system) genoemd. De rechter twee LED schermen zijn voor de first-officer, ook hier word het PFD en het ND weergegeven. Mocht er een scherm falen, dan is er de mogelijkheid om informatie naar een ander scherm te verplaatsen.

3.1.2 Algehele Cockpitconfiguratie Waar bij het visuele design nog enige variatie aangebracht kan worden ten opzichte van het tegenwoordig gebruikte ontwerp, is dat bij de algehele cockpit indeling niet het geval. Deze indeling is bepaald door de EASA regulatie. Met deze regels kan onze moderne cockpit in zeven zones worden verdeeld (Zie bijlage XXIV). Zone 1 en 2 zijn de Main Instrument Panels (MIP's). Hierop bevinden zich de Primary Flight Displays (PFD's) en Navigation Displays (ND's) voor beide piloten. Deze dienen recht voor de piloot te zitten wanneer de piloot in de vliegrichting kijkt en daarom zijn de MIP's dubbel uitgevoerd, één voor zowel de Captain als de Co-piloot. In zone 3 bevinden zich de motorinstrumenten en enkele back-up instrumenten, zoals een artificial horizon. Deze dient met een minimale hoofdbeweging zichtbaar te zijn voor beide piloten en is daarom gecentreerd geplaatst (Zie bijlage XXIV). In zone 4 bevinden zich de gear levers, oftewel de hendels voor het gas, de trim, speedbrake en flaps. Zone 5 is het glare shield. Dit scherm is om zonlicht te weren en is bovendien de plek waar de automatische piloot zich bevindt. Tevens bevinden zich hier de Master caution lights en de fire warning lights. Zone 6 is voor de navigatie en radio instrumentatie. Hier worden de bakens of de radiofrequenties geselecteerd. Dit paneel is verder naar achter geplaatst, omdat het slechts enkele keren per vlucht aandacht behoeft en hierdoor niet in het zicht geplaatst hoeft te worden. Zone 7 is de overhead panel, ook wel het zenuwstelsel van het vliegtuig genoemd. Hierin zijn de knoppen voor onder andere verlichting, airconditioning enzovoorts geplaatst. In oude toestellen vindt men in plaats van een overhead panel nog een maintenance panel, maar vanwege kosten en personeel besparing is dit nu boven de hoofden van de piloten geplaatst.

3.2 Primary Flight Display(PFD) IFR (Instrument Flight Rules) is het vliegen en navigeren op de instrumenten en dat kan op meerdere manieren. Een van die manieren is tegenwoordig met een PFD. Op een PFD worden de basic six instrumenten op een scherm afgebeeld. Het voordeel van een PFD is dat de kleurgebruik uniform is, de instrumenten zijn overzichtelijk en hierdoor gaat het verkrijgen van informatie sneller. Er zijn 2 PFD’s aanwezig in een cockpit. De een is voor de gezagvoerder en de ander voor de copiloot.





Bij het maken van de PFD kan er ook gekozen worden om meer informatie op een PFD weer te geven. Er kan gekozen worden bijvoorbeeld om de volgende data en informatie weer te geven op een PFD:  Werking van de automatische piloot  Informatie over de flight director  ILS gegevens  Beslissings hoogte en snelheid.  Flight director Er zijn zo nog wel een paar mogelijkheden die in een PFD weer gegeven kunnen worden. Zo ziet een PFD er uit:

1. Attitude Indicator 2. Altimeter 3. Vertical Speel Indicator 4. Barometric Settings 5. Autopilot, Flight Director System Status 6. Airspeed Indicator 7. Direction Indicator




09 DECEMBER 2011 AVIATION STUDIES 1. Bank Pointer en Slip Indicator Wijst de Bank aan en laat de Slip zien 2. Flight Path Vector Indicator

3. Horizon Line and Pitch Scale Geeft de Horizon weer bij Pitch 0 graden 4. Flight Director Geeft de positie weer van het sturen 5. Bank Scale De bank schaal in verdeeld in 10, 20, 30, 45 en 60 graden 6. Airplane Symbol Houding van het vliegtuig ten opzichte van de horizon 7. Pitch Scale Geeft de Pitch aan met 2,5 graden per streep

1. Selected Speed Gekozen snelheid 2. Current Airspeed Huidige snelheid 3. Maximum Speed De maximale snelheid die je kunt vliegen 4. Selected Speed Bug Wijzer voor de gekozen snelheid 5. Minimum Maneuvring Speed De minimale manoeuvre snelheid 6. Current Mach De huidige Mach snelheid




09 DECEMBER 2011 AVIATION STUDIES 1. Selected Altitude Gekozen hoogte 2. Selected Altitude Bug Wijzer voor gekozen hoogte 3. Current Altitude Huidige Hoogte 4. STD Standard Altimeter Setting 5. Current Vertical Speed Huidige klim- of daal snelheid

1. Current Direction Pointer Huidige richting aanwijzer 2. Magnetic/True Direction Annunciation Keuze voor magnetische of werkelijke richting 3. Selected Direction Bug Wijzer voor de gekozen richting 4. Selected Direction Gekozen richting 5. Track pointer Spoor wijzer

1. Autopilot, Flight Director System Status Speed : Snelheid in de horizontale richting Alt

: De verticale positie

Loc

: Lokaliseert de zijwaartse beweging

Ap

: Automatische piloot

FD

: Flight director

A/Thr : Automatische gashendel





3.3 Ontwerpaspecten De ontwerpaspecten spelen een grote rol bij het besluit voor het wel of niet installeren van onze moderne glass cockpit. Eén daarvan zijn de kosten en baten (3.3.1), deze spelen een grote rol voor het bedrijf. Ook zal er gekeken moeten worden naar het nodige onderhoud (3.3.2), ook dit zal een verbetering moeten zijn. Ten slotte zal er gekeken worden naar de veiligheid (3.3.3) en naar de duurzaamheid (3.3.4).

3.3.1 Kosten en Baten Overzicht Een nieuwe gemoderniseerde cockpit brengt natuurlijk kosten met zich mee voor onder andere de aanschaf en omscholing, zoals aangegeven in (3.3.1.a). Wanneer er op de lange termijn gekeken wordt, zal gezien worden dat het uiteindelijk zal baten om dit systeem te gebruiken door dat er wordt bespaard op onder andere onderhoud en omscholing, wat te lezen is in (3.3.1.b). In de bijlage is een kosten- en batenoverzicht te vinden waarin alle zaken gekwantificeerd zijn(Zie Bijlage XXV). In de onderstaande analyse van het totale kosten overzicht zijn onderdelen die worden gebruikt in de cockpit en tevens zaken als uurloon en AOG kosten meegenomen. Voor de onderdelen is vaak een bron gebruikt., echter voor overige zaken als uurloon en AOG kosten zijn vaak aannames gemaakt op basis van gemiddelde jaarlonen, geschatte hangar gelden en belastingen.

3.3.1.a. kosten Onder kosten verstaan we een aantal zaken die onder te verdelen zijn in directe en indirecte kosten. Directe kosten geeft een indicatie aan de onderneming hoeveel geld er rechtstreeks naar de cockpit gaat. Hierbij moet worden gedacht aan aanschaf en onderhoud van de nieuwe instrumenten. Onder indirecte kosten worden de kosten verstaan die wel met de cockpit te maken hebben maar niet rechtstreeks. M.a.w. zaken als de omscholing van de piloten, loon voor de inbouw enzovoorts. Er wordt vanuit gegaan dat een vliegtuig ongeveer 30 jaar mee zal gaan in verband met de toe nemende mate van de ontwikkelingssnelheid van technologie en de toenemende vraag naar reizen door de lucht. Vanwege dit laatste punt en de makkelijke inzetbaarheid van de piloten, dus een grotere beschikbaarheid, is er ook gesteld dat het vliegtuig ongeveer 4000 vlieguren per jaar zal maken. Wanneer dit allemaal wordt opgeteld kan zal er gezien worden dat er aan de aanschaf €110.500,00 besteed zal worden. Op jaarbasis zal dat voor een afschrijving van €9.557,33 zorgen. Wanneer hierbij de jaarlijkse onderhoudskosten (€93.580,-) bij worden gerekend zal dit op een jaarlijkse kostenpost van €103.137,33 uitkomen. Onder onderhoud zitten kosten voor loon van de technici ,de kosten die voortkomen uit de Aircraft on Ground (AOG) situatie en ook materiaal kosten. Voor de omscholing van alle piloten en het onderhoudspersoneel en inbouw, oftewel de indirecte kosten zal een eenmalige kostenpost vormen van €148.500,-. Als ook dit over 30 jaar wordt afgeschreven zal dit slechts €4.950,- per jaar zijn. Opgeteld bij de directe kosten zal er paar jaar slechts €108.087,33 worden afgeschreven. Dat dit vrij laag uit valt komt vooral door extra aandacht aan kostenbesparingen.

3.3.1.b Baten Het nieuwe ontwerp brengt veel voordelen met zich mee, denk bijvoorbeeld aan het feit dat alle piloten altijd kunnen worden ingezet. Voorheen waren ze allemaal gespecialiseerd in een andere ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN


47



cockpit, waardoor ze niet zomaar in een ander vliegtuig konden vliegen. Met het nieuwe ontwerp zullen de piloten bij hun opleiding leren werken met de uniforme cockpit, waardoor je ze altijd in ieder vliegtuig kan inzetten. Ook is het nieuwe ontwerp een stuk lichter. Hierdoor kunnen er tot 50 kg extra goederen meegenomen worden. De extra inkomsten die hiermee behaald kunnen worden liggen rond de 120.000 euro per jaar, hierbij gaan we er van uit dat het vliegtuig 4000 uur per jaar vliegt en de prijs 0,6 euro per kg/uur is. Op het gebied van onderhoud wordt er ook een hoop bespaard, dit komt vooral omdat de checks die uitgevoerd moeten worden gemiddeld 2 uur minder tijd in beslag nemen, er wordt 16 keer per jaar een FA-check uit gevoerd dus bespaar je 16 keer 2 uur aan loon, met een werknemersloon van 20 euro per uur kan je hiermee 640 euro per jaar besparen. De hoeveelheid materialen die vervangen moeten worden is ook afgenomen. We gaan uit van een onderhoudsprijs van 750 euro per kg per jaar, omdat er 50 kg minder in zit bespaar je hier zo’n 37.500 euro mee. In het totaal bespaar je dus zo’n 38.140 euro en heb je een extra inkomen van 120.000 euro.

3.3.2 Onderhoud Het onderhoud van vliegtuigen is zeer belangrijk, dit vormt het middel om de luchtwaardigheid van het vliegtuig in stand te houden. Bij goed onderhoud blijft de veiligheid gehandhaafd en worden onverwachte langdurige reparaties voorkomen, wat uiteindelijk kosten bespaard, waardoor het vliegtuig minder lang op de grond hoeft te blijven staan. Dit wordt preventief onderhoud genoemd. Bij het onderhoud wordt gekeken naar het aantal ‘’flight hours’’ en het aantal ‘’flight cycles’’. Hiermee kan de status van het vliegtuig worden bepaald en een schatting worden gemaakt van eventuele slijtage. Onderhoud wordt volgens een vaste planning gepleegd, wat vastgesteld staat door de EASA in verschillende soorten checks. Hieronder zullen de verschillende soorten check worden beschreven.

 Pre-flight inspection Dit onderhoud dient voor elke vlucht uitgevoerd te worden op het platform. Dit wordt gedaan door de piloot of een grondwerktuigkundige. Het is een visuele rondgangcontrole om het vliegtuig en vergt een scherp oog. Ons moderne glass cockpit maakt het mogelijk voor het onderhoudspersoneel, dat zij met slechtst een enkele druk op de knop, de benodigde informatie krijgen. Deze check is 24 uur geldig, bij overschrijding dienen een aantal punten opnieuw te worden uitgevoerd, dit heet dan een ‘’Final Check’’.

 A-check Hier zal het onderhoud op het platform worden uitgevoerd. Er zullen hier een aantal testen moeten worden verricht, zoals de BITE test. Er is hiervoor geen speciale gronduitrusting voor nodig. Deze check zal om de 125 vlieguren of 3 weken plaatsvinden.

 B-check Dit onderhoud zal moeten worden gedaan in een onderhoudshangaar. Hier zullen visuele inspecties plaats vinden en een klein aantal functionele test uitgevoerd worden. De plaatsen waar geïnspecteerd moet worden zijn makkelijk bereikbaar door middel van snel sluitende panelen. Het gedrag van het vliegtuig kan met ons moderne systeem teruggezien worden. Dit is zeer nuttig voor het onderhoud, hierdoor kunnen onverwachte falen voorkomen 48 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




worden. Dit zal om de 1000 vlieguren of 1 jaar plaats vinden.

 C-check Ook deze check moet worden uitgevoerd in een onderhoudshangaar. Nu worden er meer gedetailleerde visuele inspecties, met functionele en operationele testen en smeringen uitgevoerd. Dit zal om de 3000 vlieguren of 3 jaar plaatsvinden.

 D-check Hier wordt het vliegtuig helemaal uit elkaar gehaald en dit vind uiteraard plaats in een onderhoudshangaar. Hier word de visuele inspectie van de gehele vliegtuigconstructie binnen en buiten gecontroleerd. Ook worden hier systeem, functionele en operationele testen uitgevoerd. Dit vind plaats om de 12000 vlieguren of om de 12 jaar.

 BITE BITE staat voor ‘’Build In Test Equipment’’. Ons moderne systeem maakt het mogelijk om deze test te kunnen uitvoeren. De BITE kan een onderdeel zijn van een A-check. Dit systeem controleert de digitale air data computers, air data instrumenten en de samenwerking tussen de computer en de andere onderdelen van het systeem of deze naar behoren functioneren. Als er een fout wordt ontdekt zal dit het lokaliseren en registreren. In ons moderne systeem maken wij gebruik van een smart probe, deze vergt weinig tot geen onderhoud. Wij maken voor het transporteren gebruik van elektrische kabels, deze zullen bij normaal gebruik levenslang meegaan en hier zal dus geen onderhoud voor nodig zijn. De digitale air data computers en de ARINC 629 databussen moeten bij een D-check gecontroleerd of vervangen worden. De levensduur van de LED schermen zullen bij een dagelijks gebruik van 7 uur, minimaal 15 jaar lang meegaan en moeten dan uit voorzorg direct vervangen worden.

3.3.3 Veiligheid Door de EASA zijn eisen opgesteld waar een cockpit aan moet voldoen. Deze eisen zijn te vinden in het handboek; Certification-Specifications (CS 25, large aeroplanes). In 1.3.1 wetgeving zijn de eisen van de EASA beschreven. Zo hebben we gelet op; de plaatsing/aanwezigheid, verlichting/afleesbaarheid, de maximaal toegestane afwijking van de instrumenten en back-up instrumenten/voorwaarden. Veiligheid is een belangrijk aspect, een piloot moet op zijn of haar systemen kunnen vertrouwen. Back-up systemen zijn aanwezig, om dit vertrouwen te vergroten. Dit zal de veiligheid waarborgen. Tijdens ons onderzoek hebben we kritisch naar drie systemen gekeken, mechanisch, conventioneel en modern. Zo kozen we uiteindelijk voor het moderne systeem. Dit systeem heeft voor het aspect; veiligheid, de hoogste beoordeling gekregen (Zie 2.2.4, Scoretabel). Het moderne systeem is veiliger dan het conventionele en mechanische systeem. Veiligheid kreeg tijdens dit onderzoek de grootste wegingsfactor, aangezien dit het belangrijkste aspect is. Veiligheid gaat voor alles. De meeste deelfuncties van het moderne systeem zijn het meest veilig, ten opzichte van de andere twee systemen. Zo maakt ons (moderne) systeem, bij het meten, gebruik van drie smartprobes. Voor beide piloten, captain en first-officer, is een smartprobe geplaatst. De kans dat een smartprobe faalt is klein. Om de veiligheid zo groot mogelijk te houden, hebben we gekozen voor één extra smartprobe, deze dient als back-up. 49 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




Ons systeem maakt gebruik van drie digital air data computers (DADC), ook hier dient de derde DADC als back-up. Voor beide piloten apart is een DADC geplaatst. Geeft één van de DADC’s een onjuiste waarde weer, dan zal de derde (back-up) DADC dit corrigeren. Zo zal dit back-up instrument de gegevens vergelijken. Eén van de DADC’s zal op dat moment een onjuiste waarde weergeven, deze waardes, van de desbetreffende DADC, worden op dat moment niet doorgevoerd. Ook dit zorgt voor een grotere veiligheid. Voor het transporteren van signalen bevat ons systeem drie ARINC 629 databussen. Ook hier geldt dat de derde ARINC databus als back-up functioneert (Zie Bijlage XXVII ). Het is mogelijk dat een LED scherm faalt. Daarom maken beide piloten gebruik van een eigen PFD, deze schermen werken onafhankelijk van elkaar. Als dan toch één van deze schermen uitvalt, kan de data worden overgeplaatst naar een ander (extra) scherm, dit om de veiligheid zo groot mogelijk te houden. Verder zijn er enkele (belangrijke) analoge instrumenten aanwezig, voor als de digitale schermen niet meer functioneren. Zo moeten de piloten alsnog veilig kunnen landen, zelfs wanneer de digitale schermen niet meer functioneren. Als een stroombron (van bijvoorbeeld een LED scherm of een air data computer) uitvalt, wordt er automatisch een andere stroombron gebruikt voor het desbetreffende instrument. Ook is het verplicht om een noodgenerator aan boord te hebben, deze generator zal (bij totale stroom uitval) in werking treden. Er zijn ook batteries aanwezig die als laatste noodmiddel, de basic six 30 minuten van stroom kan voorzien, zodat het vliegtuig veilig kan landen (Zie Bijlage XXVII).

3.3.4 Duurzaamheid Er zijn in ons systeem meerdere back-up systemen aanwezig, dit om de veiligheid te vergroten. Maar hoe zit het met de duurzaamheid? Tijdens het onderzoek is er sterk gekeken naar de veiligheid van de instrumenten, duurzaamheid komt daarmee op de tweede plaats. Zo zijn de, door ons gekozen deelfuncties veilig en duurzaam. De deelfuncties voldoen aan de, door EASA opgestelde eisen. Als een systeem duurzaam is, wil dat zeggen dat het lang mee gaat en dat het weinig onderhoud nodig heeft, wat weer in onderhoudskosten zal besparen. Het mechanische systeem is een goed voorbeeld van een systeem dat niet lang mee gaat, zo maakt dit systeem gebruik van onderdelen die veel slijten. In tegenstelling tot ons systeem, heeft het mechanische systeem veel onderhoud nodig. Zoals beschreven is 1.3.2.d, “wij als groep zoeken een verhouding tussen goedkoop, sterk, licht en betrouwbaar materiaal”. Omdat ons systeem gebruik maakt van smart probes, wordt er veel gewicht bespaard, aangezien de gemeten luchtdruk niet hoeft worden omgezet en versterkt. Dit bespaart ook in transportkabels. Een ander voorbeeld van een licht materiaal, zijn de LED schermen die worden gebruikt voor de weergave. Deze schermen zijn erg licht, maar ook ontzettend betrouwbaar. De geschatte levensduur van LED verlichting ligt rond de 80.000 - 100.000 uur, omgerekend is dit ongeveer een levensduur van minimaal 15 jaar. LED schermen zijn niet goedkoop in aanschaf, maar hebben een hoog rendement. Ook is LED goed voor het milieu, wat ook erg belangrijk is. Ons systeem is duurzaam en mede daarom goed voor het milieu. Tijdens ons onderzoek kreeg het moderne systeem voor het aspect: duurzaam, de hoogste score. Zo heet het systeem weinig onderhoud nodig omdat het weinig slijtage ondergaat, aangezien het systeem niet is voorzien van mechanische onderdelen. Alles gebeurd vrijwel digitaal, dat uiteraard veel meer voordelen oplevert dan een analoog/mechanisch systeem. 50 ONTWERPANALYSE VAN EEN COCKPIT PROJECTGROEP AN




3.4 Conclusie Wij van de AEE hebben na vele onderzoeken over de werking en bouw van de instrumenten van de basic six en de wetgeving, een uniforme glass cockpit ontworpen. Dit ontwerp zal worden aanbevolen aan de opdrachtgever A.L.A om te plaatsen in de geheel nieuwe vloot. Er kan worden gesteld dat dit ontwerp, dat opgebouwd is uit moderne componenten, de beste optie zal zijn voor de A.L.A. Het moderne systeem moest ontworpen worden aan de hand van de volgende ontwerpaspecten: onderhoud, kosten/baten, duurzaamheid en veiligheid. Er is gekeken naar elk aspect en hieruit is de volgende conclusies gekomen : Het ontwerp is makkelijk en snel te onderhouden in vergelijking met het mechanische en conventionele systeem. Dit ontwerp is duurder dan de bekende systemen , maar dit wordt gecompenseerd met de lagere onderhoudskosten aan de cockpit en de lagere omscholingskosten voor de vliegers (Zie ook 3.3.3). Als we kijken naar de veiligheid van ons ontwerp, kwamen we tot de volgende conclusie: het systeem 'controleert' zichzelf, wat een kans op falen van het systeem sterk verlaagd. Ook is gebleken uit het onderzoek dat er meerdere smart probes aanwezig zijn, om te zorgen dat er ten alle tijden goede waardes gemeten worden, wat de veiligheid verhoogd. Dit ontwerp is veilig, duurzaam, goed onderhoud en kostenbesparend. Daarom door ons sterk aanbevolen om te laten plaatsen in de geheel nieuwe vloot van A.L.A.





3.5 Samenvatting In hoofdstuk 3 is er gekeken naar de uiteindelijke uitvoer van ons ontwerp. Hierbij is gekeken naar welke onderdelen geplaatst worden, in welke hoeveelheden en hoe dit er uit zal zien. Het totale systeem zal bestaan uit, in volgorde van het functieblokschema, een drie tal smart probes, met als back-up een pitot tube en static port, vervolgens zal het signaal van die smart probes via elektrische draden naar de digitale air data computer gestuurd worden. Vervolgens wordt de informatie weer verder getransporteerd via de ARINC 629 databus naar één van de drie symbol generators die er vervolgens voor zorgt dat het op één van de zes verschillende LED schermen kan worden geprojecteerd. Deze schermen zijn onderdeel van drie van zeven cockpit zones. Twee zijn de Primary Flight Displays en de derde zone waarin de schermen gebruikt worden zijn de motorinstrumenten. De overige vier zones zijn de gear levers, het radio en navigatie paneel, het glare shield en het overhead paneel. Het PFD is verbonden aan enkele wetten van de plaatsbepaling per instrument. In het ontwerp zal alles op één scherm getoond worden, waardoor de informatie compact en overzichtelijk weer gegeven wordt voor de piloten waardoor en de informatie overdracht sneller gaat. Als laatste is geanalyseerd of ons uiteindelijke ontwerp voldoet aan de vier ontwerpaspecten, kosten, onderhoud, veiligheid en duurzaamheid. Hierin is gebleken dat de maatschappij jaarlijks ongeveer 1,1 ton kwijt is en ongeveer 1,5 ton per jaar bespaart. Dit komt mede doordat de spullen duurzaam zijn en tevens onderhoud kort kan worden gehouden door de zogenaamde BITE test. Verder is het systeem zeer veilig bevonden. Als conclusie kan dus worden gezegd dat ons ontwerp, het beste ontwerp is dat op dit moment voorhanden is.



The Six Essentials To Fly

Recommend Documents