Sveučilište u Zagrebu

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

Katedra za motore i vozila

Seminarski rad iz kolegija Posebna poglavlja iz zrakoplovstva: Jedrilice i zmajevi

Zrakoplovni instrumenti i prikaznici u jedrilicama i

zmajevima

Bruno Frgić 35953034

U Zagrebu, siječanj 2006.

2

SADRŽAJ SADRŽAJ ............................................................................................2 1. UVOD ..............................................................................................3 2. VISINOMJER ..................................................................................5 3. BRZINOMJER.................................................................................8 4. VARIOMETAR .............................................................................10

4.1. Variometar s ekspanzijskom posudom .....................................10 4.2. Variometar s krilcem ................................................................12

5. MACCREADYIJEV PRSTEN ......................................................13 6. AKCELEROMETAR.....................................................................14 7. PRIKAZNIK SKRETANJA I KLIZANJA ....................................16

7.1 Prikaznik skretanja ....................................................................16 7.2 Prikaznik bočnog klizanja - inklinometar..................................17

8. UMJETNI OBZOR ........................................................................19 9. PILOTSKI MAGNETNI KOMPAS ..............................................21 10. PRIKAZNICI NA ZMAJEVIMA ................................................24 11. LITERATURA.............................................................................26

3

1. UVOD Nezaobilaznu vezu između zrakoplova i pilota čine zrakoplovni instrumenti. Zrakoplovni instrumenti su uređaji za kvantitativno (brojčano) ili kvalitativno (opisno) prikazivanje fizikalnih veličina, stanja pojedinih dijelova zrakoplova te relativnih ili apsolutnih odnosa u prostoru i vremenu. Kvalitativnim načinom prikazivanja može se prikazivati odstupanje od neutralnog položaja, npr. kormila i drugih kontrolnih površina zrakoplova. Kvantitativni prikaz mjernu veličinu prikazuje numerički uspoređenu s jediničnom vrijednošću promatrane mjerne veličine. Ovaj prikaz može se izvesti na nekoliko načina:

a) analogno b) digitalno c) kombinirano d) slikovno

Kvantitativni podatak o mjerenoj fizikalnoj veličini ili kvalitativni podatak o stanju nadziranog sustava može se prikazati, zapisati ili istodobno prikazati i zapisati. U skladu sa tim instrumenti mogu biti prikazni, zapisni ili kombinirani. Prikazni instrumenti služe za neposredno upravljanje zrakoplovom i nadzor nad sustavima zrakoplova, zapisni se koriste za naknadne analize parametara leta i ponašanja sustava, a kombinirani sjedinjuju mogućnosti i prednosti prikaznih i zapisnih. Svi instrumenti moraju biti smješteni, osvijetljeni i raspoređeni tako da ih dobro vide i lako očitavaju članovi posade. Instrumenti su standardizirani oblikom, dimenzijama, načinom pričvršćivanja i priključivanja, a International Civil Aviation Organization (ICAO) je organizacija koja, između ostalog, izdavanjem preporuka za norme određuje standarde instrumenata. Za zrakoplovne instrumente vrijedi Međunarodni Sustav mjernih jedinica (SI). Moguće su razne podjele instrumenata, pa tako instrumente prema osnovnom mehanizmu dijelimo na: manometarske, giroskopske i opružne. Prema njihovoj ulozi, instrumente ugrađene u jedrilice dijelimo na pilotske i navigacijske. Pilotski instrumenti su oni koji pilotu daju podatke o položaju jedrilice u odnosu na vlastite osi, o visini leta, brzinama i ubrzanjima, tj. o svim podacima koji su neophodni da bi se jedrilicom pravilno upravljalo. Jedrilice se obično opremaju sljedećim pilotskim instrumentima: brzinomjerom, variometrom, visinomjerom, prikaznik skretanja i klizanja, umjetnim obzorom i akcelerometar. Instrumenti za navigaciju su oni koji pilotu daju podatke o smjeru leta, te o geografskom

4

položaju. Od navigacijskih instrumenata jedrilice su jedino opremljene raznim vrstama kompasa. Jedna tipična instrument ploča jedrilice prikazana je na slici 1.1.

Slika 1.1. Tipična instrument ploča jedne jedrilice

Primarnoj grupi instrumenata pripadaju instrumenti koji definiraju brzinu kretanja jedrilice, a to se brzinomjer, variometar, prikaznik skretanja. Sekundarnoj grupi pripadaju instrumenti koji definiraju položaj jedrilice u odnosu na njene osi i zemlju, a to su: visinomjer, umjetni obzor i pilotski magnetni kompas.

5

2. VISINOMJER Visina leta je okomita udaljenost zrakoplova od neke dogovorene referentne ravnine kojoj je prema definiciji dodijeljena visina 0. Razlikujemo apsolutnu i relativnu visinu leta. Apsolutna visina leta je vertikalna udaljenost između jedrilice i srednje morske razine (Mean Sea Level, MSL), dok relativna visina iznosi udaljenost između jedrilice i terena preko kojega se trenutno leti. Visina se može mjeriti barometarskim ili radarskim visinomjerima. Visinomjeri koji mjere relativnu visinu leta su prilično skupi, kompliciranije izvedbe, pa time i teži, te se ne ugrađuju na jedrilice. Jedrilice su opremljene visinomjerima koji mjere apsolutnu visinu tj. barometarskim visinomjerima. Rad svih barometarskih visinomjera temelji se na međunarodnoj standardnoj atmosferi, MSA (Internacional Standard Atmosphere, ISA). Koristeći činjenicu da je atmosferski tlak jednoznačno povezan sa porastom visine, trenutačnoj se vrijednosti tlaka zraka može pridružiti odgovarajuća visina. Tako konstruirani barometarski visinomjeri mjere statički tlak zraka, a ljestvica im je, umjesto u jedinicama za tlak, baždarena u jedinicama za visinu. Barometarski visinomjeri mogu se izvesti na temelju Torricellijeva barometra, koji je ujedno i najtočniji, ili aneroidnoga barometarskog osjetila. Kod mehaničkih osjetljivih barometarskih visinomjera statički se tlak dovodi kroz instalaciju statičkog tlaka u kućište instrumenta. Kućište instrumenta je hermetizirano da se onemogući utjecaj tlaka koji vlada u prostoru u koji je instrument smješten na statički tlak doveden u kućište. Kao osjetilo apsolutnog tlaka kod barometarskog visinomjera najčešće se koristi baterija aneroidnih membranskih kapsula iz kojih je izvučen zrak. Promjene tlaka uzrokuju širenje i skupljanje baterije aneroidnih membranskih kapsula, a taj se translatorni pomak preko prijenosnog mehanizma pretvoriti u kružne pomake tj. pomak kazaljke instrumenta.

6

Slika 2.1 Shematski prikaz osjetljivog mehaničkog barometarskog visinomjera Na slici 2.1 prikazan je shematski prikaz osjetljivog mehaničkog barometarskog visinomjera. Prilikom penjanja jedrilice, baterija aneroidnih membranskih kapsula (1) se širi i preko poluga (3) i (4) pokreće osovinu (5) na kojoj je fiksno nasađen nazubljeni sektor (6). Nazubljeni sektor spregnut je sa zupčanikom (7) koji prenosi kretanje na zupčanike (8) i (9). Preko zupčanika (8) i (9) kretanje se prenosi na veliku kazaljku direktno, a preko reduktora (10) posredno na šuplju osovinu (11) male kazaljke. Pomoću bimetalnih poluga (2) i (4) izvodi se temperaturna kompenzacija, dok poluga (12) i opruga (13) služe za dinamičko uravnoteživanje mehanizma. Barometarska ljestvica (14) podijeljena je tako da označava tlak zraka u milimetrima stupca žive, a pomoću gumba za namještanje (15) vrši se podešavanje barometarske ljestvice i dovodi kazaljke instrumenta u nulti položaj ljestvice. Podešavanje se izvodi neposredno prije polijetanja. Na taj način visinomjer je podešen tako da pokazuje relativnu visinu jedrilice u odnosu na aerodrom sa kojega je poletjela. Ukoliko se predviđa slijetanje na neki drugi aerodrom koji ima različitu nadmorsku visinu od polaznog, barometarska ljestvica se podesi prema tlaku koji vlada na mjestu predviđenog slijetanja. Na taj način, kada jedrilica dodirne tlo sletnog aerodroma, visinomjer će pokazivati nulu. Mjerne pogreške visinomjera, zbog načela na kojima se temelji mjerenje te zbog izvedbe pojedinih dijelova, mogu uzrokovati statički tlak tj. pogreške uslijed promjene stanja atmosfere ili mehanički razlozi. Barometarski visinomjeri baždareni su prema međunarodnoj standardnoj atmosferi, koja točno propisuje tlak, gustoću i temperaturu zraka na zemlji. Ukoliko se na nadmorskoj visini od 0 metara tlak zraka razlikuje od propisanog prema međunarodnoj standardnoj atmosferi, visinomjer će imati veću ili manju početnu pogrešku. Ovu pogrešku moguće je anulirati kod osjetljivih visinomjera koji imaju barometarsku ljestvicu.

7

Najčešći mehanički razlozi zbog kojih dolazi do mjernih pogrešaka visinomjera su; starenje kapsule, histereza, trenje u mehanizmu, utjecaj temperature i statičke i dinamičke neuravnoteženosti dijelova mehanizama. Kapsule starenjem gube svoja elastična svojstva. Ovaj utjecaj može se znatno ublažiti kod visinomjera koji imaju mogućnost korigiranja nultog položaja barometarske ljestvice. Rezultat histereze je različito pokazivanje pri istom tlaku ako je smjer promjene tlaka suprotan. To se događa kada jedrilica prolazi kroz istu visinu pri penjanju i poniranju, a visinomjer za danu visinu pokazuje veću vrijednost ako na nju jedrilica dolazi iz poniranja, i obrnuto. Trenje u mehanizmima može uzrokovati skokovite promjene pokazivanja i oklijevanje kazaljke. Preciznom izradom dijelova mehanizma može se znatno anulirati ovaj tip mehaničke mjerne pogreške. Temperaturne promjene utječu na koeficijente elastičnosti i dimenzije dijelova, no njihov utjecaj može se gotovo potpuno anulirati primjenom bimetalnih poluga kao elemenata za temperaturnu kompenzaciju.

8

3. BRZINOMJER Brzina se definira kao put prijeđen u jedinici vremena.

tsv = (m/s)

Kod brzine leta potrebno je razlikovati brzinu kojom se zrakoplov kreće kroz zrak od brzine kojom se kreće u odnosu prema tlu. Instrumenti čija se mjerenja temelje na mjerenju tlaka zraka isključivo daju podatke o brzini kojom se zrakoplov kreće zrakom. Brzina izmjerena na taj način može biti veća, jednaka ili manja od brzine koju zrakoplov ima u odnosu prema nekoj referentnoj točki na tlu. Apsolutna brzina, koja je neophodan podatak zbog navigacije, ili brzina koju zrakoplov ima u odnosu prema nekoj referentnoj točki na tlu, proračunava se vektorskim zbrajanjem relativne brzine i brzine vjetra. Podaci o brzini, pravcu i smjeru vjetra dobivaju se od meteorološke službe dok relativnu brzinu prikazuje instrument brzinomjer. Prilikom mjerenja brzine leta razlikujemo dvije komponente brzine: brzina kroz zrak u smjeru uzdužne osi zrakoplova (Air Speed, AS), odnosno brzina leta i vertikalna komponenta brzine kroz zrak (Vertical Speed, VS) ili vertikalna brzina. Brzinomjeri su instrumenti kojima se mjeri brzina kroz zrak u smjeru uzdužne osi zrakoplova (Air Speed, AS), odnosno brzina leta. Mjerenje brzine u smjeru uzdužne osi zrakoplova temelji se na mjerenju relativnog, dinamičkog pd , tlaka koji se javlja kao razlika između statičkog i ukupnog tlaka zraka. Za dinamički tlak vrijedi

2

2vppp Sud⋅

=−=ρ

čija je posljedica kvadratičan pomak kazaljke instrumenta. Ako se mjerenje obavlja uz korekciju pri kojoj se uzimaju u obzir utjecaji mehaničkih pogrešaka instrumenta, što je najpraktičnije, izmjerena brzina naziva se prividna ili indicirana brzina (Indicated Air Speed, IAS).

Slika 3.1 Shematski prikaz mehanizma mehaničkog brzinomjera

1. Kućište instrumenta 2. Učvršćenje mjernog osjetila na kućište

9

3. Priključak za ukupni tlak pu 4. Diferencijalna membranska kapsula 5. Priključak za statički tlak ps 6. Protuuteg kazaljke 7. Kazaljka 8. Zaštitno staklo 9. Ljestvica brzine 10. Prijenosni mehanizam sa korekcijskim elementom

Statički se tlak kod mehaničkih brzinomjera dovodi kroz instalaciju tog tlaka u kućište instrumenta, a ukupni tlak kroz instalaciju ukupnog tlaka i kapilarnu prigušnicu u unutrašnjost diferencijalne membranske kapsule. Kako je ukupni tlak jednak zbroj statičkog i dinamičkog tlaka, djelovanje statičkog tlaka na diferencijalnu membransku kapsulu se poništava i ona se deformira isključivo pod djelovanjem dinamičkog tlaka. Kućište instrumenta je brtvljeno tako da na tlak u njemu ne utječe tlak koji vlada u prostoru u kojem je smješten instrument. Diferencijalna membranska kapsula preko prijenosnog mehanizma pomiče kazaljku instrumenta. Prijenosni mehanizam mora translacijski pomak, što ga uzrokuje širenje i skupljanje diferencijalne membranske kapsule, pretvoriti u kružni pomak potreban za pomicanje kazaljke. Prijenosni mehanizam sadrži i potrebne kompenzacije mehaničkih i termičkih pogrešaka instrumenta.

Slika 3.2 Pojednostavljeni presjek izvedbe Pitotove sonde

Pitotova sonda smještena je tako da joj se uzdužna os nalazi u smjeru strujanja zraka. Posebna pažnja posvećena je sprječavanju prodora vode u sondu i ocjeđivanja kako bi se spriječio ulazak vode u instalaciju ukupnog tlaka. Grijačem ugrađenim u sondu onemogućuje se smrzavanje otvora i njegovo začepljenje, čime se osigurava dobivanje ukupnog tlaka i u uvjetima zaleđivanja.

10

4. VARIOMETAR Prilikom mjerenja brzine leta razlikujemo dvije komponente brzine: brzina kroz zrak u smjeru uzdužne osi zrakoplova (Air Speed, AS), odnosno brzina leta i vertikalna komponenta brzine kroz zrak (Vertical Speed, VS) ili vertikalna brzina. Variometri su instrumenti kojima se mjeri vertikalna komponenta brzine (Vertical Speed, VS), vertikalna brzina. Prema ICAO-u, variometri se zovu Rate-of-Climb and Decent Indicators. Priključuju se na instalaciju statičkog tlaka zrakoplova i mjere brzinu promjene statičkog tlaka tako da zapravo mjere brzinu odstupanja leta od neke izobare. Prilikom izvedbe mehaničkih variometara koriste se diferencijalne membranske kapsule ili krilca. Obje izvedbe izravno pokazuju izmjerene brzine. 4.1. Variometar s ekspanzijskom posudom Variometar sa diferencijalnom membranskom kapsulom je u stvari vrlo osjetljivi manometar za mjerenje razlike tlaka nastale prilikom penjanja ili spuštanja zrakoplova.

Slika 4.1.1. Pojednostavljeni shematski prikaz mehanizma variometra s

ekspanzijskom posudom 1. Brtvljeno kućište izvedeno kao termos-posuda 2. Kapilara za prigušenje 3. Priključak za statički tlak ps 4. Restriktor 5. Diferencijalna membranska kapsula 6. Protuuteg kazaljke 7. Kazaljka 8. Zaštitno staklo 9. Ljestvica 10. Prijenosni mehanizam 11. Ekspanzijska posuda s dvostrukim stjenkama

11

Slika 4.1.2. Načelo rada variometra: a) let na stalnoj visini (stalnoj izobari); b)

spuštanje; c) penjanje U diferencijalnu membransku kapsulu dovodi se statički tlak kroz kapilarnu prigušnicu. Unutrašnjost kućišta instrumenta je preko restriktora povezana sa instalacijom statičkog tlaka. Restriktor, prikazan na slici 4.1.3., je izveden kao kombinacija rupice i kapilare ili kao kombinacija poroznih čepova kako bi se time usporilo izjednačavanje tlaka unutar kućišta s tlakom statičke instalacije. Ta razlika tlaka djeluje na diferencijalnu membransku kapsulu. Da bi razlika tlakova bila proporcionalna brzini promjene tlaka u statičkoj instalaciji, odnosno vertikalnoj komponenti brzine zrakoplova, sa posebnom pažnjom se pristupa izradi restriktora koji treba omogućiti neovisnost brzine izjednačavanja tlakova o visini leta i temperaturi zraka u statičkoj instalaciji.

Slika 4.1.3. Restriktor: a) s rupicom i kapilarom; b) s poroznim čepovima i

preljevnom slavinom Osjetljivost variometra određen je omjerom obujma diferencijalne membranske kapsule i kućišta kao i propustljivost restriktora. Omjer obujma i propustljivost restriktora određuju vremensku konstantu instrumenta čija je vrijednost od 3 do 10 sekundi. Posebno kod jedrilica za postizanje velikih osjetljivosti obujam kućišta povećava se dodavanjem dodatnih ekspanzijskih posuda na kućište instrumenta. Obujam ekspanzijske posude iznosi od 0,5 do 1 litre. Kućište i ekspanzijska posuda obvezno se izrađuju s dvostrukim termos-stjenkama jer će inače uslijed promjene temperature prostora u kojem je smješten instrument doći do mjerne pogreške (promjena temperature za 1K/min može uzrokovati otklon kazaljke i do 100 ft/min).

12

4.2. Variometar s krilcem Variometari s krilcem je u stvari vrlo osjetljivi dinamometar. Ovakav tip variometra danas se koristi još uglavnom kod jedrilica. Prednosti su mu što se odlikuje jednostavnošću konstrukcije i pouzdanošću u radu. Krilce reagira na manji tlak od diferencijalna membranska kapsule, pa je na ovom principu moguće izraditi vrlo osjetljive variometre koji će točno mjeriti vertikalne komponente brzine zrakoplova i manje od 1m/s.

Slika 4.2.1. Shematski prikaz mehanizma variometra s krilcem

Raspor između krilca i kućišta instrumenta ima ulogu restriktora. Osjetljivost variometra može se povećati dodavanjem ekspanzijske posude, a vremensku konstantu određuje karakteristika odabrane spiralne mjerna opruge i iznosi između 2 do 6 sekundi.

13

5. MACCREADYIJEV PRSTEN MacCreadyijev prsten predstavlja ustvari tablicu brzine krstarenja. Izveden je u obliku kružne pokretne ljestvice na samom variometru. Jedriličari ga koriste kao svojevrstan kalkulator za izračunavanje optimalne brzine krstarenja između dva termička stupa. Postoje razne teorije na koji način najbolje iskoristiti ovaj instrument. Raznolikost teorija proizlazi iz činjenice da se prilikom natjecanja u raznim disciplinama jedriličarstva zahtjeva od jedriličara npr. da ostvare najdalji dolet ili da u što kraćem vremenu prelete zadanu etapu. Okvirni način korištenja ovog kalkulatora je slijedeći. Izračuna se srednja vrijednost brzine penjanja u termičkom stupu, te se izračunata vrijednost potraži na ljestvici variometra. Nasuprot te vrijednosti na variometru postavlja se nulti podiok MacCreadyijeva prstena. Tijekom krstarenja između dva termička stupa kazaljka variometra će na ljestvici MacCreadyijeva prstena pokazivati optimalne vrijednosti horizontalne brzine krstarenja. Zadatak letača sastoji se u tome da trenutnu horizontalnu brzinu korigira na očitanu optimalnu sa MacCreadyijeva prstena. Pošto je nemoguće tako brzo pratiti promjene kazaljke, dovoljno je potruditi se da brzina krstarenja bude približna pokazanoj na prstenu.

Slika 5.1 Variometar sa MacCreadyijevim prstenom

MacCreadyijev prsten odlikuje jednostavnošću i lakoćom rukovanja, pa je on postao sastavni dio instrumentalne opreme jedrilica. Međutim, za određen tip jedrilice vrijedi samo taj, ugrađeni, MacCreadyijev prsten. Što znači da se variometar sa ugrađenim MacCreadyijevim prstenom nikako ne smije iz jednog tipa jedrilice ugrađivati u drugi tip.

14

6. AKCELEROMETAR Ubrzanje se definira kao promjena brzine u jedinici vremena. Za jediničnu vrijednost ubrzanja uzima se ubrzanje izazvano Zemljinom gravitacijom (a = g = 9,81 m/s2). Ubrzanje iskazujemo u "G-ima", što prikazuje opterećenost konstrukcije zrakoplova u letu. Opterećenje konstrukcije definirano je za svaki zrakoplov i njegova vrijednost ne smije se prekoračiti jer postoji opasnost od strukturnih oštećenja koja mogu imati za posljedicu potpuni kolaps konstrukcije i udes. Pozitivna vrijednost (+G) pokazuje opterećenje u pozitivnom smjeru vertikalne osi zrakoplova (penjanje), a negativna (-G) opterećenja u negativnom smjeru vertikalne osi zrakoplova (spuštanje).

Slika 6.1 Pojednostavljeni prikaz mehanizma akcelerometra

1. Glavna kazaljka 2. Kazaljka maksimalnog –G 3. Kazaljka maksimalnog +G 4. Povratne opruge kazaljki 2 i 3 5. Prijenosni mehanizam 6. Mjerna opruga 7. Glavna ramenica 8. Prijenosni remen 9. Ramenica 10. Vodilice utega 11. Uteg

15

12. Ramenica 13. Ručica povrata kazaljki 2 i 3 14. Zupčanici sa zapinjačima 15. Zapinjač kazaljke 2

S kazaljkama instrumenta, preko ramenice i osovine, povezan je ovješeni uteg. Kretanje utega je ograničeno vodilicama koje mu dopuštaju pomicanje samo gore-dolje. Tako ostvareni pomak se preko remena (strune) prenosi na kazaljku. Pozitivno "G" opterećenje pomaknut će uteg prema dolje, a negativno prema gore, što ima i za posljedicu pomicanje kazaljke u odgovarajućem smjeru. Kod akcelerometara u izvedbi sa tri kazaljke, jedna prikazuje trenutačnu akceleraciju uzduž vertikalne osi i suspregnuta je sa protuutegom koji ju vraća u njezin početni položaj nakon prestanka "G" opterećenja. Preostale dvije pokazuju maksimalno registriranu akceleraciju za pozitivna i negativna opterećenja, a vezane su na zupčanike sa zapinjačem. Ručicom povrata mogu se vratiti u početni položaj ("1 G"). Mjeračem ubrzanja, akcelerometrom, opremaju se uglavnom akrobatske i polu-akrobatske jedrilice iz razloga što prilikom izvođenja akrobacija dolazi do vrlo velikih ubrzanja koje je potrebno držati u zadanim granicama, kako zbog zdravlja samoga pilota tako i zbog dozvoljenog maksimalnog opterećenja same konstrukcije jedrilice.

16

7. PRIKAZNIK SKRETANJA I KLIZANJA Prikaznik skretanja i klizanja (Turn & Slip Indicator) smatra se prvim integriranim instrumentom. Sastoji se od brzinskog giroskopa kao instrumenta za prikaz brzine skretanja zrakoplova po smjeru (oko vertikalne osi, Yaw) i zakrivljene libele kao instrumenta za prikaz bočnog klizanja, inklinometra (Slip/Skid). 7.1 Prikaznik skretanja Giroskopski instrument koji pokazuje skretanje zrakoplova oko vertikalne osi po smjeru nazivamo prikaznikom skretanja. Brzinski giroskop osnovni je njegov dio, a sadrži zvrk s dva stupnja slobode gibanja: vrtnjom oko osnovne osi i vrtnjom oko osi okvira koja se podudara s uzdužnom osi zrakoplova. Načelo rada je precesijsko (prisilna precesija), tj. pri skretanju zrakoplova (zakretu oko vertikalne osi) njegova poprečna os nasilno mijenja položaj u prostoru. Zbog toga se javlja moment precesije koji nastoji okvir zvrka okrenuti oko uzdužne osi zrakoplova. Pomak okvira što ga uzrokuje precesija prenosi se preko mehanizma na mehanički vezanu kazaljku prikaznika, koja prikazuje kutnu brzinu precesije oko centra zakrivljenosti prema izrazu

ωω

⋅=

IM

p

gdje je M moment sile, I moment tromosti, a ω kutna brzina giroskopa. Nakon što skretanje prestane, opruga vraća sustav u nulti položaj. Amortizer služi za prigušenje istitravanja mehanizma okvira.

Slika 7.1.1. Shematski prikaz mehanizma giroskopskog prikaznika skretanja

Konstantna brzina vrtnje zvrka uvjet je ispravnom radu instrumenta, zbog ovisnosti precesije o kutnoj brzini zvrka. Taj uvjet osigurava se električnim pogonom giroskopa iz akumulatora ili baterije istosmjernom strujom stabilnog napona. U jedriličarstvu se na neprofesionalnim jedrilicama kao improvizirani prikaznik klizanja koristi tkz. končić klizanja. Končić klizanja je, ustvari, vunena vrpca,

17

postavljena na vjetrobransko staklo pilotske kabine. Vunena vrpca lakše klizi po vjetrobranskom staklu i manje se elektrizira od ostalih materijala. Ona prati smjer strujnica, koje opstrujavaju pilotsku kabinu. Kada strujnice promijene smjer nastrujavanja i končić se otkloni za strujnicama, otklon pilotu signalizira da let nije koordiniran tj. da postoji klizanje u stranu, što rezultira otporom i povećanim propadanjem. 7.2 Prikaznik bočnog klizanja - inklinometar Inklinometar je ustvari prikaznik bočnog klizanja i uobičajeno se nalazi integriran u kućište instrumenta zajedno sa prikaznikom skretanja. Prikazuje uravnoteženost centrifugalne i gravitacijske sile pri zaokretu.

Slika 7.2.1. Sile u zaokretu

U pravocrtnom letu bez poprečnog nagiba i koordiniranom zaokretu kuglica u libeli će se nalaziti unutar središnje oznake na cjevčici. Što znači da su centrifugalna i gravitacijska sila istog intenziteta. Bilo koje odstupanje od uravnoteženosti ovih sila i kuglica će napustiti središnji položaj i zauzeti novi položaj u dijelu cjevčice okrenutom u smjeru nastalog klizanja.

Slika 7.2.2. Shematski prikaz inklinometra s libelom

18

Prikaznik bočnog klizanja izveden je u obliku libele koja se sastoji od lučno savijene (15°) cjevčice sa središnjom oznakom, slobodno kotrljajuće kuglice, najčešće od ahata, te tekućine konstantnog viskoziteta i niskog ledišta (glicerol, toluen i sl.), koja prigušuje kotrljanje kuglice. Cjevčica na jednom kraju ima izdanak koji sadrži zračni džep kako bi se tekućina mogla uslijed temperaturnih promjena širiti i skupljati. Tipični primjeri prikazivanja prikaznika skretanja i klizanja pri različitim položajima zrakoplova prikazani su na slici 7.2.3..

Slika 7.2.3. Prikaznik skretanja i klizanja pri različitim položajima zrakoplova

19

8. UMJETNI OBZOR Osnovna funkcija umjetnog obzora je prikaz uzdužnog i poprečnog nagiba zrakoplova (Pich/Roll), time pilotu osigurava vizualnu referencu koja odgovara prirodnom obzoru u uvjetima smanjene vidljivosti ili potpunog nedostatka vidljivosti prirodnog obzora.

Slika 8.1. Shematski prikaz mehanizma umjetnog obzora

Mehanizam umjetnog obzora sadrži zvrk s tri stupnja slobode gibanja, učvršćen kardanskim vezama. Zvrka se vrti oko glavne vertikalne osi brzinom vrtnje oko 22500 okretaja u minuti. Vanjski okvir giroskopa ovješen je preko osovine na kućište instrumenta i na njega je pričvršćena kazaljka poprečnog nagiba. Njegova se os ujedno podudara s uzdužnicom zrakoplova. Unutarnji okvir je, preko ručice i poluge, mehanički spojen s oznakom obzora, koja se u praksi izvodi kao oslikana ploha. Ručica okreće smjer pomaka okvira i povećava njegov hod, a time i osjetljivost prikaza. Težište zvrka smješteno je neznatno ispod sjecišta osi okvira kako bi se, u slučaju nestanka pogonske energije, zvrk postupno zanio i time pilotu signalizirao o neispravnosti svoga rada.

20

Slika 8.2. Prikazivanje umjetnog obzora pri kombiniranim nagibima

21

9. PILOTSKI MAGNETNI KOMPAS Jedan od najstarijih navigacijskih instrumenata magnetni je kompas. Svoj način rada temelji na interakciji Zemljina magnetnog polja i magnetnog polja kompasnog permanentnog magneta.

Slika 9.1 Zemljino magnetsko polje

Zemljino magnetno polje prikazano na skici 9.1 opisano je magnetnim silnicama koje izviru iz sjevernog pola i poniru u južni pol. Slobodno obješena i uravnotežena magnetizirana igla (lagani permanentni magnet) prepuštena djelovanju Zemljinom magnetskom polju postaviti će se u smjeru silnica Zemaljskog magnetskog polja. Horizontalna komponenta orijentacije magnetne igle je magnetni meridijan, a vertikalna komponenta orijentacije magnetska paralela. Feromagnetne rudne naslage (metalne rude i magnetski minerali) i veće urbanizirane koncentracije stvaraju lokalna magnetska polja zbog kojih se magnetski meridijani ne prostiru u smjeru sjever-jug. Sa stajališta navigacije, od iznimne je važnosti određivanje pravoga kursa (φ) koji, prema definiciji, predstavlja kut između zemljopisnog meridijana (koji su svi orijentirani u smjeru sjever-jug) i smjera kretanja. Pravi kurs mjeren je od smjera Sjevernog pola (ZN) smjerom kazaljke na satu. Horizontalna orijentacija magnetne igle pokazuje položaj magnetskog sjevera (MN) i magnetski kurs (φN). Odstupanje položaja magnetskog od zemljopisnog Sjevernog pola, nazivamo deklinacijom (δ). Deklinacija može biti istočna (pozitivna, +) i zapadna (negativna, -) i ona se mijenja s promjenom Zemljinog magnetskog polja. Krivulje koje spajaju točke iste deklinacije nazivaju se izogone i ucrtavaju se u navigacijske karte. Ako se u neposrednoj blizini magnetne igle nalaze predmeti od feromagnetnih materijala ili električni vodiči kroz koje teče struja, doći će do skretanja magnetske igle sa magnetskog meridijana za određeni kut, što će imati za posljedicu pokazivanje novog "kompasnog" sjevera (KN) i kompasnog kursa

22

(φK). To odstupanje nazivano devijacijom. Ono se prikazuje pomoću posebnih korekcijskih dijagrama, koji se izrađuju posebno za svaki zrakoplov.

Slika 9.2. Međusobni odnosi sjevernih polova, pogrešaka i kursova

Da bi ostao na željenom pravom kursu pilot mora raditi računsku korekciju algebarskim zbrojem kutova magnetske deklinacije i devijacije s vrijednostima očitanim na magnetskom pilotskom kompasu. Za vrijeme navigacijske pripreme pilot nakon određivanja zemljopisnog položaja iznad kojeg će izvoditi let sa navigacijske karte očitava vrijednosti lokalne deklinacije. Poznavajući taj podatak, za vrijeme leta pilot će kompasnom kursu dodavati, odnosno oduzimati deklinaciju, zavisno o tome radi li se o zapadnoj ili istočnoj deklinaciji.

Slika 9.3. Shematski prikaz pilotskog magnetnog kompasa

1. Kompasna ljestvica (ruža) 2. Kazaljka 3. Žaruljica 4. Plovak

23

5. Tekućina (mješavina alkohola, vode i silikonskog ulja) 6. Elastični mijeh za temperaturnu kompenzaciju 7. Priključak za napajanje žaruljice 8. Kućište od neferomagnetnog materijala 9. Otvor za nalijevanje tekućine 10. Zupčanik sustava za kompenzaciju 11. Kompenzacijski magnetići za otklanjanje devijacije 12. Vijak kompenzacijskog sustava 13. Kompasni magnet 14. Fresnelova leća

Pilotski magnetni kompas sastoji se od zakretnog i nepomičnog dijela. Zakretni dio oponaša slobodno obješenu i uravnoteženu magnetnu "iglu". Unutar prstenaste ljestvice (ruže), oblika krnjeg stošca, smješten je magnet izrađen od kobaltnog čelika ili posebne vrste keramike. Prstenasta ljestvica podijeljena je na 72 podioka po 5°. Oznake na njoj unesene su suprotnim smjerom kazaljke na satu, zbog načina očitavanja, i to na taj način da su slovima označeni glavni smjerovi, a brojkama kursovi na svakih 30° s ispuštenom nulom na kraju (N, 33, 30, W, 24, 21, S, 15, 12, E, 6, 3). Plovak, koji se nalazi iznad magneta i ljestvice, uzgonom smanjuje težinu kojom zakretni sklop preko šiljka pritišće ležaj. Šiljak ima zaobljen vrh polumjera 0,1 do 0,2 mm i otvrdnut je iridijem. Zakretni dio šiljkom se naslanja na čašicu ležaja koja je izrađena od dragog ili poludragog kamena (ahata, rubina ili safira) i polukružno udubljena s polumjerom od 2 do 3 mm. Zbog smanjenja trenja između šiljka i čašice, udubljenje je polirano. Opruga, na koju se naslanja čašica, smanjuje opasnost od pojave oštećenja zbog jačih udara pri slijetanju tkz. tvrdog slijetanja.

Slika 9.4. Ležaj pilotskog magnetnog kompasa

Kućište kompasa izrađeno je od neferomagnetnih materijala i ugrađeno je suosno uzdužnici zrakoplova. Kazaljka, koja je učvršćena na kućište, izvedena je kao nožasta i zaobljena da bi se izbjegla pogreška zbog paralakse. Tekućina koja unutar kućišta omogućava plovku stvaranje uzgona te prigušuje gibanje zakretnog sklopa mora biti kemijski neutralna, bezbojna, stalnog viskoziteta, niskog ledišta, visokog vrelišta i istodobno podmazivati ležaj. Kombinaciju ovih svojstava nalazimo u mješavini alkohola, vode i silikonskog ulja. Elastični mijeh ili membrana, smještena na bočnoj strani pilotskog magnetnog kompasa, ima zadaću kompenziranja skupljanja i širenja tekućine uslijed temperaturnih promjena.

24

10. PRIKAZNICI NA ZMAJEVIMA Prikaznici na zmajevima ograničeni su samom njegovom konstrukcijom. Postoji nedostatak prostora u koji bi bila smještena instrument ploča sa svojim pripadajućim instrumentima i prikaznicima. Taj problem je u današnje vrijeme sasvim uspješno riješen objedinjavanjem svih najosnovnijih i najpotrebnijih instrumenata u jedan integrirani sklop. Na slici 10.1. prikazana su neka od mogućih konstrukcijska rješenja smještaja potrebnih instrumenata na konstrukciju zmaja.

Slika 10.1. Smještaj instrumenata na konstrukciju zmaja

Jedan takav integrirani instrument napaja se putem električne energije iz baterije smještene u samom instrumentu. Sam instrument u većini slučajeva sastoji se od: brzinomjera, variometra, visinomjera, kompasa i GPS (Global positioning system) receivera. GPS je navigacijski sistem sastavljen od mreže 24 satelita smještenih u orbiti Zemlje. Sateliti kruže orbitom s brzinom oko 7.000 milja/sat na visini od 12.000 milja neprekidno. Tijekom 24 sata načine 2 puna kruga. Nalazeći se na tako velikoj udaljenosti omogućeno je da signal pokriva veliko područje. Sateliti su smješteni u orbiti tako da GPS receiver na Zemlji može uvijek primati od najmanje 4 satelita u bilo koje vrijeme. Sami sateliti napajaju se solarnom energijom ali za slučaj potrebe imaju i dodatno napajanje (baterije). "On board" se nalazi i raketni pogon koji im omogućavaju letenje na točnoj liniji. GPS

25

sateliti kruže orbitom oko Zemlje, 2 puta dnevno, i emitiraju signale prema zemlji. GPS receiveri primaju tu informaciju i izračunavaju točnu lokaciju pilota. Uspoređuje vrijeme kada je signal emitiran sa satelita sa vremenom kada je signal primljen . Razlika u vremenu pokaže receiveru koliko daleko se nalazi satelit. Kada uzme mjerenja još nekih satelita, receiver određuje trenutnu položaj pilota i prikazuje ga na ekranu. Jednom kada je pilotu locirana pozicija, GPS može izračunati još neke informacije kao što su: brzina, smjer, kurs, putnu udaljenost te mnoge druge informacije.

26

11. LITERATURA 1. Bucak, T.: Zrakoplovni instrumenti i prikaznici, Fakultet prometnih

znanosti, Zagreb, 2002 2. Basarić, S.: Vazduhoplovno jedriličarstvo I, Savezna uprava za civilnu

vazdušnu plovidbu, Beograd, 1969 3. http://www.fsb.hr/zmts/kmv/nastava/zrakoplovstvo/jedrilice_i_zmajevi/00

-01/seminari_2001/12_instrumenti/12_vurnek_robert_instrumenti.htm 4. http://www.geocities.com/jedrilice/3deo.htm