Purjelennon Teoriakurssi 2014 Mopu/ Veli-Matti Karppinen, VLK
Tavoitteena Käytettävien mittareiden toiminta-ajatuksen ja niihin liittyvien käsitteiden ymmärtäminen Mittareiden oikean tulkinnan oppiminen Syyt käytännössä esiintyviin näyttämävirheisiin Yleisimpien toimintahäiriöiden tunnistaminen MOPUjen muut mittarit käsitellään moottorien yhteydessä
Yleistä
Lentokoneen painemittausjärjestelmä Peruskäsitteitä: Dynaaminen paine: koneen liikkeestä aiheutuva nopeudesta riippuva paine Staattinen paine: ilmakehän jossakin korkeudessa vallitseva paikallaan olevaan pintaan vaikuttava paine Kokonaispaine = staattisen ja dynaamisen paineen summa
Lentokoneen painejärjestelmä Pitot-putket ja Pitot-paineen mittaus Pitot-putki on yleisimmin lentokoneen nokassa sijaitsevaa koneen liikesuuntaa kohti aukeava putki Pitot-putki voi myös sijaita muualla koneen rungossa, tai moottorikoneissa myös koneen siivessä. Staattisen paineen mittaus mitataan staattisen paineen aukoilla, jotka on tyypillisesti sijoitettu koneen runkoon siten, ettei lentokoneen mahdollisesta liikkeestä aiheutuva dynaaminen paine vaikuta niihin. Aukkoja on yleensä rungon molemmin puolin ja ne kytkeytyvät staattisen paineen linjaan Lentokoneen lentotilan ollessa epäpuhdas, esimerkiksi koneen luistaessa sivuttain (sivuluisu, syöksykierre), staattisen paineen aukkoihin kohdistuu myös dynaamista painetta, jolloin mittarien näyttämiin ei voida luottaa.
Painelinjat lentokoneessa Pitot-painelinjaan kytkeytyy Pitot-putkesta dynaamisen ja staattisen paineen summaa vastaava kokonaispaine Staattisen paineen linjaan kytkeytyy staattisen paineen aukoista ilmakehän staattinen paine (ao. korkeudessa vallitseva paine) Lisäksi koneessa voi olla kompensointianturin antama paine: usein (dynaaminen paine)
Häiriöt Pitot-staattisessa järjestelmässä ja niiden ehkäisy Pitot-putken tai staattisen paineen aukot saattavat tukkeutua: Ulkoinen lika tai painelinjoihin kertynyt vesi, tai aukkojen jäätyminen: => Pitotputken tukkeutuessa nopeusmittari näyttää nollaa koneen liikkuessa, staattisen paineen tukkeutumista on vaikeampi havaita Tukkeumien syntyminen estetään suojaamalla Pitot-putki ja staattisen paineen aukot teipillä tai muulla vastaavalla suojalla. Muistettava päivätarkastuksen yhteydessä suojusten poistaminen Venttiili, jolla Pitot-putken kautta kytkettävällä dynaamisella paineella puhalletaan linjoihin kertynyt lika ja vesi ulos staattisen paineen aukoista. Pitot-putki voi olla moottorikoneissa jäätymisen estämiseksi myös lämmitettävä Vuodot ilmenevät virheellisinä näyttäminä: => liian pieni nopeusnäyttämä, variometrin rauhattomuus tai muu vastaava virhe. Painelinjojen liitosten kunto tarkastetaan aina perusteellisesti vuosihuollon yhteydessä, sekä lisäksi aina oireiden ilmestyessä.
Mopu/Purjelentokoneen painemittarit lennonvalvontaa varten Mittarit pyritään asettelemaan siten, että lennonvalvonnan kannalta tärkeimpien mittarien, nopeus-, korkeus- ja luisumittari, luettavuus olisi mahdollisimman helppo.
Korkeusmittari Toimintaperiaate: Staattisen paineen ja mittarin sisällä sijaitsevan umpinaisessa kotelossa, ns. aneroidirasiassa olevan vakiopaineen erotuksen mittaamiseen. Mittarin osoitin on kytketty aneroidirasiaan, joka paine-eron vaikutuksesta laajentuessaan (staattinen paine pienenee noustaessa ylös) tai supistuessaan (staattinen paine kasvaa tultaessa alaspäin) muuttaa mittarin osoitusta.
Käytettävät mitta-asteikot ja mittarin näyttö: Purjekoneissa käytetään Suomessa metriasteikkoa. Mopuissa ja muualla maailmalla on käytössä myös jalka-asteikkoa käyttäviä mittareita. Korkeusmittarissa käytetään yleisimmin kahta osoitinta kellon tapaan: - lyhyt osoitin näyttää täysiä kilometrejä ja pitempi osoitin satoja metrejä Joissakin korkeusmittareissa voi olla myös kolme osoitinta: - osoittimet näyttävät sadat, tuhannet ja kymmenettuhannet jalat Myös tarkkuuskorkeusmittareita joissa pitemmän osoittimen täysi kierros on säädetty vastaamaan viittäsataa metriä lukematarkkuuden parantamiseksi => - mittaria on luettava huolellisesti ja huomioitava lyhyen osoittimen näyttämä.
Korkeusmittariasetukset ja niiden käyttö: Korkeusmittarin mittaama painetta muunnetaan korkeusosoitukseksi kalibroimalla mittarin näyttämä kulloinkin vallitsevan ilmanpaineen ja käytettävän asetusmenetelmän mukaiseksi mittarissa olevan säätönupin ja paineasetusnäytön avulla.
Korkeusmittarin asetusmenetelmät QFE-asetus: mittari säädetään näyttämään korkeutta kentän pinnasta. => Käännetään säätönuppia siten, että osoitettu korkeus on 0 metriä. Paineasetusnäytössä on tällöin näkyvissä QFE-paine hehtopascaleina, mikä arvo on myös saatavissa lennonjohtopalveluiden kautta lentoasemille. QFE asetusta käytetään usein paikallislennoilla pysyttäessä alle 1500 metrin korkeudella. QNH-asetus: mittari asetetaan näyttämään korkeutta keskimääräisestä merenpinnasta. => Käytännössä säätönupilla käännetään asetusikkunaan lennonjohtopalveuiden kautta saatu QNHpainelukema. Ilmailukartoissa käytetyt maaston ja esteiden korkeudet on ilmoitettu QNH-asetuksella, jolloin tätä asetusta käytettäessä korkeus kartalla ilmoitettuihin lukemiin on helposti laskettavissa. QNE- tai ns. standardiasetus: mittari asetetaan näyttämään korkeutta sovittuun standardipainepintaan nähden. => Asettaminen tapahtuu kääntämällä säätönupilla asetusikkunaan painelukema 1013,2 hpa. Tätä asetusta on aina käytettävä lennettäessä yli 1500 metrin korkeudella maanpinnasta, jotta korkeammalla lentävän liikenteen korkeusmittareilla olisi yhteinen vertailupinta.
Korkeusmittarin eri asetukset
Mittausvirheet ja tyypilliset toimintahäiriöt: Korkeusmittari toimii luotettavasti jos paineasetus on oikea vallitsevaan ilmanpaineeseen ja käytössä olevaan ilmatilaan nähden. Nopeasti liikkuvat sääilmiöt voivat muuttaa vallitsevaa ilmanpainetta lennonkin aikana Nopean korkeuden muutoksen aikana mittarin osoittimien mekaaniset kitkat aiheuttavat jättämää mittarin näyttämiin => koputus varovasti mittaritauluun korkeusmittarin lähelle Korkeusmittariin kytketyn staattisen paineen linjan irrotessa tai vuotaessa, pysyy mittarin näyttämä kohtuullisen tarkkana, miksi? Korkeusmittarin kuntoa voidaan valvoa 5 vuoden välein suoritettavalla toimintakokeella, ns. aneroidikokeella Aneroidikokeen suoritus merkitään mittarin laitekorttiin. Koe on suoritettava määrävälein kyseisen konetyypin valmistajan niin määrätessä
Nopeusmittari, asteikot ja merkinnät Mittaa: kokonaispaine - staattinen paine = liikkeestä aiheutuva dynaaminen paine. Usein mittareissa osoittimen liikerata on enemmän kuin yksi täysi kierros. Asteikko alkaa mittarin ulkokehältä ja siirtyy täyden kierroksen jälkeen sisäkehälle. Lentotilasta voidaan helposti päätellä, onko kyseessä suuri nopeus sisäkehältä, vai sakkaustilaa lähenevä nopeus ulkokehältä. Konekohtaiset merkinnät nopeusalueille: Vihreä kaari osoittaa puuskaisen sään sallitun nopeusalueen, alarajana suurin mahdollinen sakkausnopeus ja ylärajana suurin sallittu puuskaisen sään nopeus. Keltainen kaari osoittaa sallitun tasaisen sään nopeusalueen alkaen puuskaisen sään suurimmasta sallitusta nopeudesta ja ulottuen koneen suurimpaan sallittuun nopeuteen, VNE Punainen poikkiviiva osoittaa koneen suurimman sallitun nopeuden, VNE Keltainen kolmio osoittaa tyynen sään suositeltavan lähestymisnopeuden Valkoinen kaari osoittaa laskusiivekkeiden käyttöön suurimman nopeuden ja laskuasussa 1,1 kertaa sakkausnopeuden välisen alueen Punainen poikkiviiva ja kirjain V / L osoittaa suurimman sallitun nopeuden vintturihinauksessa / lentokonehinauksessa Sininen poikkiviiva osoittaa parhaimman nousunopeuden antavan ilmanopeuden
Merkintöjen määrittelyt AIR M6-10: http://www.lentoturvallisuushallinto.fi/julkaisut/fi/ilmailumaaraykset/pdf/imt/air/m/aim6_10.pdf )
Nopeusmittarin virheet ja toimintahäiriöt: Painelinjojen vuodot Pitot-painelinjan tukkeutuminen ulkoinen lika tai pilvilennolla pitot-putken jäätyminen. => koneen nopeus arvioitava nokan asennosta horisontissa ja/tai suhinoista. Asentovirhe, johtuu lentotilasta: koneen luisuessa sivuttain esimerkiksi sivuluisun, syöksykierteen tai epäpuhtaan lennon seurauksena Asemavirhe: pitot- tai staattisen paineen aukot epäpuhtaassa virtauksessa Korkeusvirhe, mittarit kalibroitu standardiolosuhteisiin merenpinnan tasolle => korkealla mittari näyttää pienempää nopeutta, korjaustaulukot! Ilman lämpötilan ja kosteuden muutokset ns. standardi-ilmakehästä (ICAO) Nopeusmittari on hidas. => Lentotilan muuttuessa tärkeämpää onkin seurata osoittimen liikesuuntaa.
Nopeuksien määritelmiä: Mittarinopeus (IAS = Indicated Airspeed) Mittarinopeus sellaisenaan. Kalibroitu ilmanopeus (CAS = Calibrated Airspeed) Mittarinopeus joka on korjattu mittarivirheellä ja asemavirheellä Tosi-ilmanopeus (TAS = True Airspeed) Kalibroitu ilmanopeus painekorkeus- ja lämpötilakorjauksella Maanopeus (GS = Groundspeed) Tosi-ilmanopeus, johon on tehty tuulikorjaukset. Käsite liittyy lentosuunnistuksen aikalaskelmiin.
Pystynopeusmittarit eli variometrit Variometri mittaa paineen muutoksen nopeutta ja osoittaa tästä koneen pystysuuntaisen liikkeen nopeuden. Paineen muutoksen ilmaisua varten variometrin muistina toimii usein termospullo, jonka sisältämän ilmamassan ja variometrin ulkopuolella vallitsevan paineen ero on verrannollinen koneen pystysuoraan nopeuteen. Koneen nouseminen/laskeminen ja sen nopeus osoitetaan vaakatasosta asteikolla ylös/alas nousevalla osoittimella, nopeusasteikkona metriä/sekunti, solmuina, tai jalkoja/minuutti
Variometrien tyypit Variometrit ovat toiminnaltaan joko mekaanisina tai sähköisinä. Nykyään useimmin käytössä olevien sähköisten variometrien etuina näyttämän nopeus sähköisten lisätoimintojen helppo liitettävyys. Lisätoiminnoista tärkein on ns. audio, ilmaisee pystynopeuden äänisignaalilla vapauttaa lentäjän katseen mittaristosta ilmatilan tarkkailuun. Mekaanisen variometrin etuna puolestaan on yksinkertaisen rakenteen tuoma toimintavarmuus. => varmuuden vuoksi koneissa yleensä molemmat VLK 2008
Variometrien mittausvirheet ja toimintahäiriöt Merkittävin virhe on koneen nopeuden muutoksesta aiheutuva ns. sauvatintti Koneen nopeuden pienentymisestä aiheutuva koneen nouseminen näkyy variometrissä ylöspäin suuntautuvana liikkeenä Yleensä poistetaan tai minimoidaan Mekaaninen kalvokompensointi: mittarin paineliitäntöihin kytketään joustava kalvo, joka säätää koneen nopeuden mukaan termospullon sisältämää painetta. Painekompensointi kompensointiputken avulla: kompensointiputki tuottaa nopeuteen verrannollisen paineen, joka voidaan huomioida variometrin näyttämässä. Sähköinen kompensointi: Pitot-putkelta saatava nopeusinformaatio huomioidaan laskettaessa sähköisesti mittarin osoitusta. Nousunopeudesta vähennetään koneen liike-energian pienenemistä vastaava osuus, jolloin sauvatintti teoriassa eliminoituu.
Variometrien lisätoimintoja Nopeuskäskijä: osoittaa lentäjälle optimaalista lentonopeutta ilmamassan pystysuuntaiseen liikkeeseen nähden. Loppuliukulaskin: Laskimeen voidaan syöttää maaliin tarvittavan loppuliu un etäisyys ja vallitsevat tuulet, joista laskin laskee lähtökorkeuden ja käytettävän nopeuden liu ulle. Liu un aikana laskin ohjaa käyttämään optimaalista lentonopeutta. Nykyään useimmiten GPS-laitteiston tehtävänä, jolloin GPS saa variometriltä tiedon koneen pystysuuntaisesta nopeudesta.
Purjelentokoneen sähköjärjestelmä Tyypillinen sähköjärjestelmä: Akku, 12 V, tyypillisesti n. 6 Ah Käyttökytkimet: pääkytkin, sekä mittareiden ja radion kytkimet Ylivirtasuojat/sulakkeet: pääsulake, sekä laitteiden sulakkeet Johdotukset: tehonsyöttö laitteille, sekä kytkimien ja radion johdotukset Laitteet: radio, sähköiset mittarit ja suunnistuslaitteet
Akku ja sen kapasiteetti Huoltovapaa 12 V akku, yleensä siipien välissä olevassa matkatavaratilassa Akun koon vuoksi kapasiteetti on n. 6 Ah luokkaa, mikä yleensä riittää päivän lentojen suorittamiseen: jos sähkön kulutus on 1,5 A niin ko. akku riittää teoriassa neljän tunnin lentoon ( 6/1,5 = 4), käytännössä huomattavasti lyhyemmän ajan => Käytettäessä runsaasti radiota ja sähköisiä mittareita syytä varmistua akun varaustilasta => usein myös vara-akku, joka tarpeen tullen voidaan ottaa kytkimellä käyttöön ja aurinkopaneeli lataamiseen Tärkeintä on kuitenkin huolehtia akusta viedä se aina lataukseen toiminnan päätyttyä ja varmistua, että lataamiseen käytetään juuri kyseessä olevalle akkutyypille soveltuvaa laturia. Hyvä tapa on asentaa heti akun liitosjohtoihin akkua ja akulta mittaristolle johtavaa johdotusta suojaava pääsulake. Lisäksi radiolle ja sähköisille mittareille omat sulakkeet Mopuissa luonnollisesti yleensä moottoriin liitetty laturi + jännitteen/latauksen mittaus
Sähköinen kaartomittari Sähköinen kaartomittari, eli viiksi, on usein yhdistettynä luisumittariin, kuulaan. Kaartomittari tarvitsee toimiakseen sähköä, joka syötetään joko suoraan purjekoneen 12 V järjestelmästä tai jännitteen alentavalta regulaattorilta. Käytössä on myös erillisellä 4,5 V paristolla toimivia kaartomittareita. Kaartomittarin toiminta perustuu suurella kierrosluvulla pyörivään hyrrään, joka hyrrävoimiensa ansiosta pyrkii pitämään pyörimisakselinsa vakiona. Kun hyrrään kohdistuu purjekoneen nokan kiertymisestä (kaarto vaakatasossa) aiheutuva voima, kääntää tästä aiheutunut hyrrävoima mittarin osoitinta kaarron suuntaan. Mittarin poikkeaman suuruus on suoraan verrannollinen kaartonopeuteen. Mittareissa on yleensä merkittynä poikkeamat 60 s / 360 ja 30 s / 360 kaartonopeuksille. Toimiakseen luotettavasti täytyy hyrrän kierrosnopeuden olla riittävä. Yleisiä virhetoiminnan syitä ovat akun (pariston) riittämätön varaus tai mekaaniset viat esimerkiksi hyrrän laakeroinnissa.
Kaartomittari
GPS ja muuta... Kilpa- ja suorituslentoja varten GNSS (GPS, Glonass, Galileo) järjestelmiin perustuvia laskimia ja navigointinäyttöjä, SeeYou, LK8000, XCSoar. Laitteet voivat olla joko varta vasten purjelentoon kehitettyjä kokonaisuuksia tai vaihtoehtoisesti ne voivat hyödyntää koneeseen erilliseen telineeseen asennettua kämmenmikroa, joka sisältään tarkoitukseen kehitetyn ohjelmiston Nämä laitteet sisältävät usein joko integroituna tai erillisenä osana lennon taltioinnissa korkeuspiirturin, eli barografin, korvaavan lennon tallentimen, ns. loggerin. Moottorilentoon GPS-pohjaiset navigointisoftat tableteissa, esim. AirNav Pro
Muut mittarit ja mittalaitteet Luisumittari, eli kuula Luisumittarin tarkoituksena on ilmaista koneen sivusuuntainen luisuminen. Kuulatyyppinen mittari rakentuu nesteputkessa olevasta kuulasta, joka siirtyy koneeseen kohdistuvan sivuttaissuuntaisen voiman vaikutuksesta kohti putken laitaa. Koneen luistaessa oikealle, siirtyy myös kuula oikealle ja vastaavasti luisussa vasemmalle kuula siirtyy vasemmalle. Kuula on hyvin varmatoiminen mittari. Mittarin asennus koneeseen tulee kuitenkin suorittaa tarkasti siten, että kuula on keskellä putkessa olevien merkkien välissä koneen siipien ollessa vaakasuorassa.
Villalanka luisumittarina Kuomuun kiinnitetty villalanka toimii usein halpana ja herkkänä korvikkeena kuulatyyppiselle luisumittarille. Koneen luisuessa esimerkiksi oikealle, siirtyy langan pää ilmavirran vaikutuksesta vasemmalle ja vastaavasti luisussa vasemmalle, siirtyy langan pää oikealle. Langan etuna on sijainti kuomussa suoraan pilotin näkökentässä, jolloin ilmatilan tarkkailu ei häiriinny. Miksi ei käytetä Mopussa?
Magneettiset kompassit Kompassi näyttää suuntaa magneettiselle pohjoisnavalle => huomioitava Eranto, joka on ero karttapohjoisen ja magneettisen pohjoisen välillä. Eranto on merkitty ilmailukarttaan. Asteisiin perustuva asteikko + ilmansuuntaa kuvaavat: N-pohjoinen, E-itä, S-etelä, W-länsi Eksymätaulukko, johon on merkitty korjausarvot eri kompassisuunnille
Kompassin virhetoiminnat Tarkan suunnan lukeminen käytännössä vain vakionopeudella suorassa lennossa. Kaartovirhe: Lukeman liian hidas muutos käännyttäessä pohjoiseen Lukeman liian nopea muutos käännyttäessä etelään. Tarkan suunnan saamiseksi kone oikaistava ja odotettava kompassisuunnan vakiintumista. Kiihtyvyysvirhe: esiintyy koneen lentäessä itään tai länteen koneen nopeuden kiihtyessä lukema siirtyy pohjoiseen ja hidastuessa lukema siirtyy etelään Muut virhetoiminnat paikka mittaritaulussa: sähkö- ja magneettikentät saattavat aiheuttaa vaihtelevia virheitä lähestyvän ukkosen aiheuttamat sähkökentät saattavat vaikuttaa kompassiin häiritsevästi. koneen asento saattaa aiheuttaa takertelua => Cook-kompassi tai Boyle-kompassi
Korkeuspiirturi eli barografi Korkeuspiirturi, eli barografi on kellokoneistolla varustettu korkeusmittari, joka piirtää kunkin hetkisen korkeuden paperille lennon jälkeistä tarkastelua varten. Nykyään barografin useimmiten korvaa GPS-tallennin kilpa- ja suorituslennoilla.