Jiroskopik Uçuş Göstergeleri – 1

Bu yazımda Jiroskopik Uçuş Göstergeleri hakkında konuşacağız, isterseniz geçelim.

Jiroskopik etki, açısal momentumun korunumu esasına dayanmaktır. Bir eksen etrafında dönen her cisim jiroskopik özellik göstermektedir. Kutuplar etrafında dönen dünya, bisiklet tekeri vb. birçok dönen cisim jiroskop olarak adlandırılabilir. Jiroskopların iki temel özelliği bulunmaktadır. Bunlardan ilki rijitlik (eylemsizlik) olarak adlandırılır. Rijitlik özelliği jiroskopun dönüş eylemi sırasında dışarıdan bir güç etki etmedikçe dönme eksenin uzayda aynı noktada sabit kalmasını sağlar.

Daha hızlı dönen tekerleğin yavaş dönen tekerleğe göre daha kararlı ve daha az manevra özelliğine sahip olması jiroskopun rijitlik özelliğinden kaynaklanmaktadır [1]. İstikamet ve suni ufuk jiroskopu bu özelliği kullanmaktadır. Jiroskopun bir diğer özelliği ise yalpadır. Buna göre; jiroskopa harici bir kuvvet (tork) uygulanırsa, bu etki jiroskop dönüş yönünden 90° sonra görülür. Bu özellik sayesinde jiroskoplar dönüş oranını ölçebilmektedir. Dönüş koordinatörü jiroskopun bu özelliğini kullanmaktadır. Normal hızda bisiklet sürüldüğü zaman, kişinin direksiyonu döndürmeden dönmek istediği eksene hafifçe eğilmesi bisikletin istenilen yöne dönmesini sağlamaktadır. Örnek olarak kişinin sola dönmek istemesi ele alınırsa, kişinin hafifçe sola eğilmesi gerekmektedir. Böylece arka tekerleğe sağ taraftan bakıldığında saat yönünde dönen tekerleğe üst taraftan bir kuvvet uygulanmaktadır. Ancak bu kuvvet bisiklete 90 derece sonra etki ederek bisikleti sola döndürecektir. Bu etkiye yalpa etkisi denmektedir [1].

Hava araçlarında jiroskopların yüksek devirlerde dönmesi sağlanmalıdır.

Yüksek devirlerde dönme için kullanılan kaynaklar vakum, basınç ve elektriktir. Birçok uçak herhangi bir sistemin devre dışı kalma ihtimaline karşı bu yöntemlerden en az ikisini kullanmaktadır [2]. Hava araçlarında kullanılan üç farklı jiroskop sistemi bulunmaktadır. Bunlardan ilki üniversal üç eksende dönebilen ve rotor ekseni dünya yüzeyine paralel olan jiroskop çeşididir ve istikamet jiroskopunda kullanılır. İkinci olarak kullanılan jiroskop ise üniversal üç eksende dönebilen ve rotor ekseni dünya yüzeyine dik olan jiroskoplardır. Suni ufuk göstergesinde bu tip jiroskoplar kullanılmaktadır. Üçüncü jiroskop türü ise dönüş oranın sınırlandırıldığı jiroskoplardır. Yapılan dönüşün miktarını ve oranının ölçülmesi için kullanılır. Dönüş koordinatörlerinin birçoğu bu tür jiroskoplarla çalışmaktadır [3].

Jiroskopik prensiplerle çalışan göstergelerden ilki Suni ufuk göstergesidir. Suni ufuk (attitude indicator – artifical horizon) uçağın eksenleri etrafında yaptığı hareketleri pilota bildirir. Aletli uçuş şartlarında kullanılan en önemli göstergelerden biridir. Suni ufuk içerisinde yer alan jiroskop yer çekimine dik bir şekilde yerleştirilmiştir. Rotorun dönüş yönü yatay düzlemdir. Suni ufuk göstergelerinin yunuslama eksenindeki (Pitch) maksimum hareketi eski tasarımlarda ± 60 derece iken yeni tasarımlarda hareket miktarı ± 85 dereceye ulaşmıştır. Benzer şekilde yatış ekseni boyunca (Roll) hareket kabiliyetleri eski tasarımlarda ± 110 derece iken yeni tasarımlarda derece sınırı ortadan kalmış ve komple hareket edebilir olmuştur [1]. Vakum ile tahrik edilen jiroskoplar 15.000 devir/dakika dönme hızlarına sahipken elektrik ile tahrik edilen suni ufuk göstergeleri 22.500 devir/dakika hızlarına erişmektedir. Elektrik tahrikli jiroskopların rijitlik özellikleri vakum tipli jiroskoplara göre daha iyidir. Vakum tipli jiroskoplar enerjilerini motor tarafından sürülen vakum pompasından almaktadır. Şekil 1 temel bir suni ufuk göstergesinin iç yapısını göstermektedir.

Suni ufuk göstergesi üzerinde yer alan mavi ve kahverengi bölme kara ve havayı temsil etmektedir.

Bu bölgeyi birbirinden ayıran kısım ise uçağın suni ufuk hattını göstermektedir. Göstergenin ortasında bulunan ve dikey olarak yerleştirilmiş ölçeklendirmeler uçağın yunuslama eksen etrafında yapmış olduğu hareketleri açısıyla göstermektedir. Ölçeklendirme her göstergede farklılık gösterebileceği gibi genellikle kısa çizgiler 5 derece ve uzun çizgiler 10 derecedir. Göstergenin çevresinde yer alan ölçeklendirmeler ise uçağın yatış ekseni etrafında yaptığı hareketi (roll) göstermektedir. Genel olarak göstergelerde ± 45 dereceye kadar olan yatışlar hassas şekilde gösterilirken ± 45 derece ile ± 90 dereceye kadar olan yatışlar ise hassas olmayan formda gösterilmektedir.

Akrobasi türünden olmayan hava araçlarında keskin yatışlar genellikle 45 derece ile sınırlandırılmıştır. Suni ufuk göstergesinin ufuk hattında yer alan şekil, uçağın pozisyonunu göstermektedir. Gösterge uçağın iki eksen etrafında yaptığı hareketleri aynı anda göstermektedir. Şekil 2’de yer alan suni ufuk göstergelerinde en üst sıradan soldan sağa olacak şekilde uçak sırasıyla; 5 derece pozitif yunuslama 30 derece sola yatış gerçekleştirme, 5 derece yatış olmadan pozitif yunuslama ve 5 derece pozitif yunuslama açısıyla 30 derece sağa yatış gerçekleştirmektedir. Şekil 2’de ikinci satırda yer alan gösterimlerinin ilkinde uçak yunuslama ekseninde bir değişiklik olmadan sola 30 derece yatış yapmaktadır.

Benzer şekilde en son sütunda ise 30 derece sağa yatış göstermektedir. En alt satırda yer alan gösterimler ise sola yatış, yatış olmadan ve sağa yatış olacak şekilde uçağın yunuslama ekseninde negatif açıya sahip olduğunu göstermektedir. Yunuslama ekseninde yer alan pozitif açı uçağın irtifa kazandığı manasına gelmemektedir. Gösterge uçağın burnunun ufuk hattı ile yaptığı açıyı göstermektedir. Sabit irtifada uçtuğu halde tasarımından dolayı burnu ufuk hattının üzerinde yer alan uçaklar olmakla birlikte, burnu ufuk hattında olan uçakları da pilotaj teknikleriyle burun yukarıda irtifa kazanmadan uçurabilmek mümkündür.

Şekil 2.10’un ortasında yer alan çizim ise göstergeyi tanıtmaktadır. Göstergelerin ortasında yer alan ayar butonu ile jiroskopun dönmesiyle birlikte zamanla oluşan hataların giderilmesi sağlanmaktadır.

Bu yazımda Jiroskopik Uçuş Göstergeleri hakkında konuştuk. Jiroskopik Uçuş Göstergeleri ile ilgili görüşlerinizi bekliyorum. Diğer yazıma da buradan ulaşabilirsiniz

Kaynaklar:

[1] Administration, F. A. (2008). Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge.

     Unit 7,Part 7.15.

[2] PTN Instrumentation Lecture Notes Phase 1.

[3] Ralph Graves. Avionics News.