شعار سال: در کنارآموزش خلبانیوآموزش پاراگلایدربصورت عملی ، امروز به ارائه مطالب تئوری تجهیزات پرواز در مرکز آموزش خلبانی ایرانبه علاقمندان خلبانی و پرواز می پردازیم.امید است که با ارائه این مطالب بتوانیم کمک کوچکی به صنعت هوایی کشور عزیزمان بنماییم.

تجهیزات پرواز:

امروزه تجهیزات پروازی، هواپیما را قادر میسازد که در شرایط ایمن و با حداکثر توانایی خود عمل کنند، بویژه در مواردی که پرواز در مسیر طولانی تری صورت میگیرد.سازندگان هواپیما، با دقت خاصی تجهیزات ضروری پرواز را گرد هم می آورند ولی برای حداکثر استفاده موثر از آنها، تمامی خلبانان باید به درستی از نحوه ی عملکرد آنها باخبر باشند. در این درس که قسمتی ازآموزش خلبانیمی باشد، به جنبه های پیتوت استاتیک، ارتفاع سنج، نشاندهنده سرعت عمودی، قطب نمای مغناطیسی و … می پردازیم.

Pitot-Static Instrument:

از آنجایی که هواپیما در فضا در 3جهت مختلف قابلیت پرواز را دارد، بنابراین به تجهیزات پروازی نیازمند هستیم که اطلاعات مورد نیاز ما را در طول پرواز به خلبانان ارائه دهد. یکسری از ابن تجهیزات پروازی با تغییرات فشاری عمل میکنند و از این طریق اطللاعات مورد نیاز را به خلبانان ارائه می دهد از جمله سرعت هواپیما، نرخ اوج گیری و نزول هواپیما و همچنین ارتفاع هواپیما. این گروه از نشاندهنده ها به عنوان Pitot-Static Instrument شناخته می شود.با تمامی این نشاندهنده ها در طول دورهآموزش خلبانیدر آموزشگاه خلبانی ایرانبه صورت عملی آشنا خواهید شد.

Effectsof Atmospheric Conditions:

از آنجایی که فشار هوا متغییر است تاثیر بسزایی بر روی Pitot-Static Instrument که در بالا به آنها اشاره کردیم دارد. بنابراین قبل از پرداختن به توضیح نحوه عملکرد اینگونه از نشاندهنده ها اشاره مختصری به فشار جوی و چگونگی تغییر آن در سطوح مختلف جو می پردازیم.

فشار جو در نزدیکی سطح زمین به مراتب از ارتفاعات بالاتر بیشتر می باشد.در حقیقت در سطح دریاهای آزاد، فشار برابر است با 14/7 پوند بر اینچ مربع، 1013 میلی بار و یا 29/92 اینچ جیوه(این مقادیر درآموزش خلبانیاز اهمیت بسزایی برخوردار است).

در ارتفاع 18/000 پایی فشار تقریبا به نصف کاهش یافته و همچنین چگالی هوا هم کاهش محسوسی پیدا می کند. به علاوه در صورت گرم شدن هوا، چگالی هوای کم (تراکم) نسبت به هوای سرد کاهش می یابد. این بدان معناست که با افزایش فشار و یا کاهش دما، چگالی پیرامون ما تغییر می کند. رطوبت هم از دیگر فاکتورهای تاثیرگذار بر هوای اطراف ما می باشد.هوای مرطوب چگالی (Density) کمتری نسبت به هوای خشک دارد. تغییرات فشار بیشتر در بین تغییر فصل ها و گرم و سرد شدن هوا بسیار محسوس و قابل درک می باشد.

برای ورود به مبحث Instrument باید ابتدا خصوصیات جو و لایه های هوا را بدانیم. از آنجا که Instrument فهمیدن زبان کاربردی هواپیما است، ابتدا باید جو را بررسی کرده و شناخت جو را تحت عنوان Atmosphere شناخته. می دانیم تا فضای 30 mile به سمت بالا جو قرار دارد اما Atmosphere از لایه های مختلفی تشکیل شده که عبارتند از:

1- Troposphere

2- Stratosphere

3- Mesosphere

4- Thermosphere

5- Ionosphere

Atmosphere Layers

که به ترتیب بر روی یکدیگر قرار گرفته اند .اکثر پدیده های جوی در اولین لایه آن تحت عنوان Troposphere اتفاق می افتد. این لایه در فضای 6 تا 7 mile بالای سطح زمین قرار گرفته و خاصیت آن این است که هرچه از سطح زمین به سمت بالا حرکت می کنیم از درجه حرارت هوا کاسته می شود تا جایی که دیگر ثابت باقی می ماند اما لایه دوم که 19 تا 22 mile بالای سطح زمین را شامل می شود. در لایه فوق در ابتدا با افزایش ارتفاع، دما کاهش می یابد اما به نسبت کمتر از لایه قبلی تا جایی که بعد از آن با افزایش ارتفاع دما نیز زیاد می شود. بعضی از پدیده های بد هواشناسی و ابرهای پر خطر تا این لایه کشیده می شود.

نکته:در بین دو لایه Troposphere و Stratosphere در انتهای لایه Troposphere به جایی می رسیم که دارای عرض بسیار کمی بوده و به منزله یک سرپوش به روی لایه اول قرار گرفته و در اینجا دما دارای یک شکست ناگهانی می شود به نام Tropopause.

Tropopause stay above the troposphere like a lid prevent to leakage of some precipitation

نکته:از 36000 ft دما -56.6 °C ثابت باقی می ماند تا لایه Tropopause.

جهت کار با آلات دقیق باید دانست که شرایط استاندارد چگونه تعریف می شود و از لحاظ تغییرات به چه صورت مطرح می شود. از آنجا که لایه های هوا هرکدام دارای وزن خاص خود می باشد هر لایه به لایه پایین تر نیروی معادل وزن خود وارد می کندکه به این نیرو فشار هوا می گویند. طبیعی است که هرچه از لایه های بالای جو به سمت پایین آن حرکت می کنیم، میزان فشار وارده بر لایه های پایین تر بیشتر شده و بیشترین فشار را در پایین ترین لایه و در سطح زمین خواهیم داشت.

شرایط استاندارد اتمسفر (International Standard Atmosphere):

برای اینکه کار با آلات دقیق در شرایط استاندارد و همسان در همه جا انجام شود شرایط یکسانی را برای تمام استفاده کنندگان به شرح زیر تعریف نموده اند:

در یک روز معین در تابستان در مجاورت سطح دریای آزاد ( sea level ) و دمای 15 °c در محل عرض جغرافیایی 40 درجه شمالی ( latitude : 40 N ) فشار استاندارد برابر با 29.92 inch hg که معادل با 1013 m bar و 76 cm hg که آن نیز معادل 14.7 PSI می باشد.

* M bar با واحد اندازه گیری H pas یکی است.

دمای استاندارد 15 °c و فشار 29.92 inch hg فرض می شود. شرایط فوق را که توسط دانشمند ایتالیایی تورچلی محاسبه شده تحت عنوان ISA می باشد.

نرخ تغییرات (Laps Rates) :منظور از نرخ تغییرات (laps rate) نرخ با میزان افزایش یا کاهش می باشد. اکنون برای دما temperature laps rate معرفی شده که به شرح زیر تعریف می شود.

میزان کاهش دما به ازای افزایش ارتفاع برابر است با کاهش 2 درجه دما به ازای افزایش هر 1000 ft ارتفاع.( در هوای خشک 3درجه سانتیگرار و در هوای مرطوب 1 تا 1.5 درجه سانتیگراد می باشد.

Pressure laps rate :اینگونه تعریف می شود که کاهش 1 inch hg برای فشار هوا به ازای هر 1000 ft افزایش ارتفاع.

غلظت یا چگالی(Density) :

منظور از چگالی، غلظت هوا است و طبیعی است در سطح دریا یا sea level از آنجا که تحت بیشترین فشار است دارای بیشترین غلظت می باشد و هرچه بالا میرویم از چگالی هوا کاسته می شود. چگالی در پرواز در مورد محاسبه Thrust موتور و Performance نقش مهمی ایفا می کند.

Air viscosity:

از آنجا که لایه های هوا از الیاف هوایی تشکیل شده در هنگام حرکت باید هوا را شکافته و به سمت جلو حرکت کند و در سرعت های بالا چسبندگی هوا خود را نشان می دهد، بنابراین در سرعت های بالای 200 نات محاسبه می شود ولی در سرعت های پایین صرف نظر می شود.

Air humidity:

منظور از رطوبت وجود بخار آب در هوا است. وجود بخار آب باعث سبکی هوا می شود و به عبارت دیگر چگالی آن کاهش می یابد. حداکثر مقدار بخار آب که هوا می تواند در خود نگه دارد به درجه حرارت هوا بستگی دارد. ملاحظه می شود که تاثیر رطوبت بر کارایی هواپیما بسیار زیاد است، به این دلیل که رطوبت بر روی چگالی هوا تاثیر می گذارد.

مثال:در یک روز مرطوب چون چگالی هوا کمتر از یک روز خشک است لذا هواپیما به باند طولانی تری برای پرواز نیاز دارد.

عناصر تشکیل دهنده یک نمایشگر(Instrument element):

در یک نمایشگر آلات دقیق 4 مجموعه به طور همزمان برای نمایش اطلاعات عمل می نمایند که این 4 مجموعه عبارتند از:

1.Detecting device قسمت اشکار ساز تغییرات

2.Measuring device قسمت اندازه گیری کننده مقدار تغییرات

3.Coupling device تبدیل مقدار تغییرات اندازه گیری شده به پارامترهای قابل نمایش

4.Indicating device تغییراتی که آشکار شده و اندازه گیری شده و تبدیل شده را نمایش می دهد.

Detecting device ، Measuring device ، Coupling device ، Indicating device

نکته:Measuring device،Coupling device وIndicating deviceهر 3 با هم در داخل Indicator قرار گرفته اند.

تنها قسمت آشکار ساز Detecting device است که در بیرون از نمایشگر و در بعضی قسمت ها در بیرون از هواپیما قرار داده می شود.

1.Static pressure:

فشار ناشی از لایه های هوا بر روی یکدیگر می باشد که همانطوری که دانستیم هر لایه فشار خاص خود را دارد که در صورت افزایش ارتفاع از این فشار کاسته می شود. به عنوان مثال فشار 29.92 inch hg مربوط به سطح ارتفاع صفر و دریای آزاد است و فشار 19.92 مربوط به ارتفاع 10,000 ft می باشد. جهت شناختن و پیدا کردن این فشار در روی هواپیما سوراخ های بسیار ریزی در دو طرف بدنه هواپیما متمایل به جلو تعبیه می شود تا فشار Static را به داخل هواپیما توسط لوله منتقل کند.

نکته:سیستم های مهم در هواپیما به صورت دوگانه یا Dual system تعبیه می شود تا در صورت خرابی یکی از دیگری استفاده شود و یا بتوان با هم مقایسه نمود، که یکی برای استفاده خلبان و دیگری برای کمک خلبان به همین منظور شاخص های حسگر Static در دو طرف هواپیما تعبیه می شود. نکته مهم اینکه همواره باید مسیر انتقال فشار Static و ورودی آن (Static Port) تمیز نگه داشته شود و در اطراف آن هچگونه رنگی نباشد.

Static Pressure = Ambient Pressure

2.Pitot Pressure:

فشاری که در اثر حرکت هواپیما به سمت جلو و شکافتن الیاف هوایی به وجود می آید را Pitot Pressure می نامند. از این فشار جهت محاسبه سرعت هواپیما استفاده می شود. برای سنجش این فشار لوله های در قسمت ابتدای حمله پروازی هواپیما ( نزدیک دماغه و یا زیر بال ها ) تعبیه شده که این سیستم نیز از آنجا که به صورت Dual می باشد در دو طرف هواپیما وجود دارد.

Pitot Pressure = Ram Air Pressure

از آنجا که هر دو مسیر Pitot و Static همواره باید باز باشد، لذا در پروازهایی که احتمال یخ زدن لوله پیتوت می رود، همیشه باید از گرم کننده های پیتوت استفاده شود تا مسیر پیتوت یخ نزند و بسته نشود.

ورودی های Static را Static Port و ورودی های Pitot را Pitot Tube یا Pitot Prob می نامند.

نمایشگر سرعت هواپیما(Air speed indicator):

این نمایشگر از هر دو نوع اطلاعات هوا که همان Pitot و Static باشد استفاده می نماید. بدین معنی که هم اطلاعات Pitot و هم Static استفاده شده و تفاضل این دو فشار نمایانگر سرعت هواپیما است. هر چه این تفاضل ( Differential ) بیشتر باشد، سرعت هواپیما بیشتر است و هرچه این تفاضل کمتر باشد سرعت هواپیما کمتر است.

جهت برطرف کردن خطاهای ناشی از وزش باد و یا گردش هواپیما و پردازش اطلاعات Pitot و Static یک عدد کامپیوتر مرکزی در هواپیما تعبیه می شود تا امور فوق را انجام دهد که به آن ADC=Air Data Computerمی گویند. اگر این کامپیوتر از اطلاعات آنالوگ استفاده کند به آن، CADC = Central Air Data Computer و اگر اطلاعات آن دیجیتال باشد به آن DADC = Digital Air Data Computer می گویند. واضح است از آنجا که Pitot و Static در هواپیما به صورت Dual می باشند، ADC نیز دو عدد است.

airspeed-gauge

مفاهیم رنگ بندی در Airspeed IND:

FAA پس از سال 1945 قانونی وضع کرد که هواپیماهای با وزن 5,670Kg و یا کمتر ملزم به استفاده از این سیستم رنگ بندی شده برای Airspeed در هواپیما بشوند و همچنین این سیستم رنگ بندی شده به خلبان این قابلیت را میدهد که با نگاه اجمالی به سرعت نما محدوده سرعتی خود را سریعا تشخیص دهد.

کمان سفید (White ARC):

این قوس محدوده عملیات Flaps می باشد که قسمت پایینی آن دارای کمترین سرعت است نشاندهنده سرعت Stall با Flap ها و قسمت بالایی آن که سرعت بیشتری را نسبت به قسمت پایینی کمان دارد نشاندهنده حداکثر سرعت در هنگام باز بودن Flap ها را به ما نشان میدهد.

قسمت پایینی کمان سفید(Vso):نشاندهنده سرعت Stall و یا حداقل سرعت پروازی یکنواخت در وضعیت فرود در هواپیماهای کوچک می باشد. این سرعت، سرعت Stall هواپیما بدون موتور در حداکثر وزن فرود در یک وضعیت فرود میباشد (ارابه فرود و Flapها پایین هستند).

قسمت بالایی کمان سفید رنگ(Vfe):این قسمت نشاندهنده ی حداکثر سرعت با Flap های باز میباشد که اگر در صورت باز بودن Flapها سرعت از قسمت سفید رنگ عبور کند، احتمال آسیب Flapها میرود.

کمان سبز (Green ARC):

محدوده پروازی مناسب برای هواپیماها می باشد که بیشتر پروازها در این قسمت صورت میگیرد.

قسمت پایینی کمان سبز(Vsi):برای بیشتر هواپیماها این سرعت، سرعت Stall بدون موتور در حداکثر وزن برخاستن در صورتی که Flapها و Landing gearها جمع شده باشد، می باشد.

قسمت بالایی کمان سبز(Vno):حداکثرسرعت گشت زنی ساختمان هواپیما را گویند. همچنین فقط میتوان در هوایی نرم و بی تلاطم با این سرعت پرواز کرد.

کمان زرد رنگ (Yellow ARC):

مانند چراغ زرد رنگ راهنمایی و رانندگی،محدوده احتیاط را به ما گوش زد میکند. پرواز در این محدوده فقط در هوای متعادل و بدون تلاطم و با احتیاط فراوان امکان پذیر میباشد.

کمان قرمز رنگ (Red ARC):

سرعت غیرمناسب و خطرناک برای هواپیما میباشد. چنانچه هواپیما به این سرعت رسید، فورا سرعت خود را کم کرده و به منطقه سبز رنگ برسانید.

(Air Data Computer(ADC و (Central Air Data Computer(CADC:

اطلاعات هوا به وسیله Pitot Static tube، از طریق لوله های خاصی به طرف نشاندهنده های مربوط چون Altimeter، Machmeter و VSI منتقل میشود. انتقال هوا بوسیله لوله ها مشکلاتی را در بر دارد (مانند گرفتگی یا خمیدگی مسیر و Vibration و غیره) خصوصا در هواپیماهای پهن پیکر که علاوه بر نشاندهنده های اولیه سیستم های دیگری چون INS و FMS برای جلوگیری از این مسئله که در هواپیما از لوله های زیادی استفاده نشود، کامپیوتری به نام CADC ساخته شده تا اطلاعات اولیه هوا را از Static ،Pitot گرفته و به سیگنال الکتریکی تبدیل کند. یعنی در این کامپیوتر اطلاعات الکتریکی متناسب با اطلاعات هوا است. از آنجا به بعد انتقال اطلاعات هوا،به صورت سیگنال الکتریکی انجام میپذیرد. پس بطور کلی ADC برای افزایش اطمینان و آسان کردن تعمیر و نگهداری و صرفه جویی در هزینه ها ساخته شده است، در نتیجه Trouble shooting کمتر میشود.

ADC

ورودی های سیستم ADC:

1.فشار Static

2.فشار Pitot

3.سنسور دما

4.زاویه حمله (به زاویه بین محور باد(Wind) و زاویه حمله (Angle Of Attack) میگویند) .

خروجی های ADC:

1.ارتفاع

2.Airspeed

3.سرعت ظاهری

4.دمای هوای استاتیک

5.ماخ و … .

در هواپیماها به طور کلی دو عدد ADC وجود دارد (به دلیل اهمیت ایمنی) و هر دو آنها خروجی میدهند و در خروجی مقایسه میشوند. اگر یکی از ADCها اطلاعات اشتباه بدهد و یا اینکه یکی از آنها Fail شود، دیگری جایگزین میشود.

ارتفاع سنج (Altimeter):

ارتفاع سنج تغییرات فشار را دریافت کرده و آنرا به صورت واحد اندازه گیری پا (Feet) نمایش می دهد. ارتفاع سنج های مورد استفاده در هواپیما تشکیل شده از 3 عقربه که کوتاهترین عقربه نشاندهنده ارتفاع به صورت 10.000پا، عقربه متوسط که عملکرد سریع تری دارد بر حسب 1000پا و بلندترین عقربه که سرعت آن از دو عقربه دیگر بیشتر است برحسب 100پا می باشد.همچنین ارتفاع سنج که یکی از نشاندهنده های کلیدی هواپیما است، دارای محدودیت هایی می باشد.

ارتفاع سنج برحسب تغییرات فشار جو (Atmospheric Pressure) عمل میکند. همانطور که میدانیم و در طی دورهآموزش خلبانیبه آن اشاره میکنیم، در ارتفاعات پایین هوا داراری تراکم بیشتری میباشد بنابراین با افزایش ارتفاع فشار اتمسفر کاهش خواهد یافت. این اختلاف فشار در سطوح مختلف باعث ایجاد تغییراتی در ارتفاع سنج شده و این تغییرات خود را به صورت ارتفاع طبق فشار محیط اطراف نشان میدهد.

altimeter

اثر درجه حرارت و فشار غیر استاندارد:

اگر وسیله ای وجو نداشته باشد که ارتفاع سنج را با فشار غیر استاندارد تطبیق دهد، پرواز میتواند بسیار خطرناک باشد. به طور مثال پرواز از یک ناحیه با فشار بالا به یک ناحیه با فشار پایین، اگر بدون تنظیم و تطبیق ارتفاع سنج (Altimeter) صورت گیرد، ارتفاع واقعی هواپیما کمتر از ارتفاع نشان داده شده می باشد. این نکته بسیار مهم در دورهآموزش خلبانیتوسط اساتید پرواز بسیار تاکید میشود.برای جلوگیری از فراموشی این نکته مهم مثالی را همیشه بخاطر داشته باشید.اگر از فشار بالا به پایین میروید، ارتفاع پایین تر را جستجو کنید.

شکل زیر چگونگی تغییرات درجه حرارت که بر بروی ارتفاع سنج تاثیر میگذارد را نشان میدهد.

دریک روز گرم، توده ای از هوا به حجم بیشتری از آنچه که برای یک هوای سرد اتفاق می افتد، منبسط میشود و سطوح تراز فشار افزایش می یابد. به طور مثال سطح تراز فشاری که ارتفاع سنج مقدار 5.000پایی را در یک روز گرم نشان میدهد بیشتر است از مقداری که در شرایط استاندارد خواهد داشت و در یک روز سرد حالت عکس رخ میدهد و سطح تراز فشاری که ارتفاع سنج ارتفاع 5.000 را نشان میدهد مقداری کمتر خواهد بود.

پس بخاطر داشته باشید که درجه حرارتی سردتر از درجه حرارت استاندارد باعث میشود هواپیما در ارتفاعی پایین تر از آنچه که ارتفاع سنج به شما نشان میدهد قرار گیرد. لذا لازم است که از یک ارتفاع نشان داده شده بالاتری برای فراهم کردن ارتفاع از دست داده استفاده کنیم. بنابراین این را بخاطر داشته باشید در حرکت از فشار بالا به فشار پایین ویا از گرما به سرما، پایین تر را جستجو کنید.

برایتنظیم ارتفاع سنجمیتوان از طریق یک پنجره تنظیم فشار که به نام بارومتریک نام گذاری شده است، ارتفاع سنج را تنظیم نمود.

سایت شعار سال، با اندکی تلخیص و اضافات برگرفته از مرکز آموزش خلبانی ایران ، تاریخ انتشار ----- ، کدمطلب: -----، www.iranpilots.com