Kontrola letadlových systémů Přednáška č.2 Úvod do problematiky palubních zapisovačů: 1. Historie počátky, typy 2. Záznamový řetězec 3. Rozdělení palubních zapisovačů 4. Požadavky na FDR 5. AD převodníky není součástí posk. materiálů Začátky havarijních zapisovačů Letadlo od firmy De Havilland, označované jako COMET První havarijní zapisovač vyroben Dr. David Warrenem v roce 1954 - záznam 4 hodin konverzace pilotů a přístrojových údajů s rychlostí 8 údajů za sekundu, - záznamové médium: kovový mg. drátek Modernizovaný zapisovač (1957) - záznam 4 hodin konverzace pilotů a přístrojových údajů s rychlostí 24 údajů za sekundu, - záznamové médium: kovový mg. drátek 2
První generace zapisovačů V 60. letech 20. století se staly havarijní zapisovače standardním vybavením nově vyráběných letadel. Požadavkem bylo zaznamenávat aktuální letové parametry, jako např.: kurz, výška, vzdušná rychlost, vertikální zrychlení, čas. Parametry byly zaznamenávány na kovovou fólii pomocí rytí. Zvýšení kapacity média je možná pomocí oboustranného záznamu dat. Výhodou média je jeho značná odolnost proti zničení. Nevýhodou je omezené použití (pouze jedenkrát) a omezená kapacita. V roce 1965 byly zvýšeny požadavky na odolnost proti přetížení z 100 g na 1000 g. Tento typ zapisovačů se používal až do roku 1987, kdy se kvůli malé kapacitě záznamu vyřadil. 3 Druhá generace zapisovačů Při haváriích se stále vyšetřovatelé potýkali s nedostatkem potřebných informací. Z údajů jen o letových parametrech bylo těžké si učinit ucelený názor. Proto v 60. letech 20. století situace vedla k myšlenkám zaznamenávat hovory pilotů, komunikaci pilot ŘLP a zvuky v kabině. To bylo umožněno pomocí záznamu zvuku na mag. pásek. Takováto zařízení se označují jako hlasové zapisovače (CVR Cockip Voice Recorder). Minimální délka záznamu byla 30 min. Současně modernizace letadlové techniky vedla ke zvyšování zaznamenávaných údajů při zvyšující se rychlosti záznamu. Z těchto důvodů se magnetický pásek začal rovněž používat i v palubních zapisovačích (FDR Flight Data Recorder). Záznamovým médiem je magnetický pásek, který však sám o sobě nevykazuje odolnost proti zničení. Proto bylo nutné toto záznamové médium dostatečně chránit přídavnou ochranou. Na počátku 70. let 20. století se začínají vyrábět B-747, DC- 10, L-1011 a A300, které kladou na FDR větší nároky s ohledem na kapacitu. Začínají se zaznamenávat i další parametry, jako např. motorové parametry a údaje o systémech řízení letu (klapky, sloty, směrovka, výškovka atd.) 4
Třetí generace zapisovačů Tyto zapisovače se označují jako SSFDR Solid State Data Recorder, tzn. palubní zapisovače bez mechanických pohyblivých prvků. Vyskytují se od počátku 90.let 20.století. Využívají polovodičových pamětí a integrovaných obvodů a tím vytlačují elektromechanické prvky používané v dřívějších typech zapisovačů. Výhodou využívání polovodičových pamětí je zvýšení spolehlivosti zařízení, jednodušší údržba a zvýšení času mezi poruchami. Zařízení má vlastní diagnostiku, která ověřuje bezporuchový stav. Další výhodou je snadnější a rychlejší vyčítání dat, což vede i k navýšení možností monitorování průběhu letu a sledování chování jednotlivých prvků na letadle. Od roku 1992 se prodlužuje zvukový záznam z 30 minut na 2 hodiny. 5 Palubní zapisovače - snímače Snímač (senzor) zajišťuje převod měřené fyzikální veličiny na veličinu elektrickou, kterou je nejčastěji napětí, proud a frekvence. Starší zapisovače měly často své vlastní, na avionickém systému nezávislé, senzory. Od tohoto se u nových systémů upustilo, hlavně kvůli velkému počtu zaznamenávaných údajů, z čehož plyne množství snímačů a tedy zbytečná zátěž hmotnostní i nákladová. Zapisovač využívá stejných údajů, jaké má k dispozici posádka letounu. Původní koncepce je analogový drátový přenos získaného signálu od snímače k bloku zpracování po samostatných vodičích. To znamená při větším počtu senzorů významný nárůst hmotnosti vedení. Současný trend, který byl umožněn velkým rozvojem mikroelektroniky, je umístit co nejblíže snímači jednotku, která naměřený údaj předzpracuje, převede do digitální formy a pošle dále po sběrnici. Toto řešení umožňuje efektivně aplikovat všechny výhody plynoucí z digitálního zpracování informací. Také tím odpadá nutnost individuálního vedení pro každý senzor, neboť je nahrazeno společnou sběrnicí pro více snímačů. 6
Palubní zapisovače - vedení V současné době jsou v civilním letectví používány především sběrnice: a) ARINC Specification 429, vyvinutá společností ARINC (USA) určená pro dopravní letadla. Jedná se o nejvíce rozšířenou, jednosměrnou sběrnici, používanou hlavně ve velkých dopravních letadlech (Airbus A310 / A320, Boeing 737 / 747 / 757 / 767) nebo např. v našem cvičném L - 39 Albatros. b) ARINC Specification 629, vyvíjená v základní verzi firmou Boeing (USA), určená pro nové typy dopravních letadel. Je obousměrnou sběrnicí, užívající distribuované řízení s možností připojení až 120-ti uživatelů. Tato sběrnice je používána např. v letounech Airbus A330 a Boeing 777, c) CSDB (Commercial Standard Data Bus) vyvinutá firmou Rockwell International (USA). Je jednosměrnou sběrnicí, určenou pro všeobecné letectví a malou leteckou dopravu ( např. letouny Boeing 727 nebo McDon.Dg. DC - 8 ). d) ASCB (Aviation Standard Communication Bus) vyvinutou firmou Honeywell (USA). Je centrálně řízenou obousměrnou sběrnicí určenou pro všeobecné letectví a používanou na malých dopravních letounech Cessna Citation, ATR 72, Gulfstream IV. Ve vojenském letectví se používají následující sběrnice: e) MIL-STD-1553 (Military Standard USA) je obousměrná centrálně řízená sběrnice s kapacitou 31 uživatelů. Užívají ji například na letadle F 16 či F 18. f) MIL-STD-1773 je multiplexní letadlová sběrnice realizovaná pomocí optických kabelů. 7 Palubní zapisovače - rozdělení Palubní zapisovače je možné rozdělit do třech základních skupin: PMR Preventive Maintenance Recorder, QAR Quick Access Recorder, FDR Flight Data Recorder. Palubní zapisovače je možné využít pro: havarijní účely, kontrolu techniky pilotáže, kontrolu technického stavu letadla, technickou diagnostiku, účely sledování ekonomiky provozu letadla (např. sledování spotřeby paliva v různých fázích letu a při různých režimech motoru), speciální účely provozovatele a výrobce letadel. Všechny zapisovače jsou konstruovány tak, aby splňovaly požadavky především z hlediska přesnosti, spolehlivosti a bezporuchovosti v mimořádných (extrémních) provozních podmínkách. V případě havárie musí být zaručeno, že zaznamenané údaje budou čitelné. Záznam musí být zachován i při působení vysokých teplot při požáru, či obrovském přetížení při nárazu. Dále musí být odolný vůči vnějším vlivům, kterým by mohl být vystaven, tj. leteckým kapalinám (palivo, mazivo, hasící směsy, hydraulická kapalina), ale také působení mořské vody. 8
Vnitřní struktura havarijních zapisovačů 9 Testování FDR 10
Technical Standard Order - TSO 11 Vývoj nároků při testování FDR 12
Umístění havarijních zapisovačů 13 Zaznamenávané parametry Začátek 60.let: kurz, výška, vzdušná rychlost, příčné zrychlení, čas. Konec 60.let: klopení, klonění, poloha křidélek. Začátek 70.let: Konec 70.let: další rozšíření zaznamenávaných dat pomocí instalace FDAU Flight Data Acquisition Unit. Nové specifikace vyžadovaly záznam 64 12b slov po dobu 25 hodin (délka zpátečního letu NY Tokio nebo LA Evropa). pohonná jednotka, řídicí systémy. ICAO oficiálně doporučuje zaznamenávat výše uvedený počet číslicových dat, tzn. 32. V 48% případech havárie staršího typu letadla s fóliovým FDR byly záznamy poničeny. Proto FAA v květnu 1989 vydala nařízení na výměnu těchto fóliových FDR za SSFDR do roku 1994. 14
Vývoj zapisovačů v ČR Od roku 1975 se věnuje pozornost zřízení systémů vyhodnocování letových zapisovačů. V roce 1979 vzniká útvar Vyhodnocování letů a výcvik posádek letadel. Typy zapisovačů, které byly provozovány na letadlech ČSA MSRP-64 M2 MSRP-12-96 VM MARS-BM MS-61 KZ-63 FA-542 Použit ité materiály Vlastnosti nosiče záznamu jsou v mnoha ohledech rozhodující. Musí umožnit vysokou hustotu záznamu, ale přitom splňovat podmínky pro odolnost vůči poškození. Většinou tato dvě hlediska stojí proti sobě a výsledek je jejich kompromis. Tento problém se podařilo odstranit až pomocí moderních technologií. Používala se nebo používají tato nosná média: a) papír ( AD 2 ), b) fotocitlivý film ( SARPP, KZ 63 ), c) kovová fólie ( FA 542 ), d) drát z magnetického materiálu ( ekvivalent mag. pásky, MS61 ), e) magnetická páska ( MSRP, PARES ), f) optický disk ( OQAR ) g) polovodičová paměť ( FA 2100, FDR 39 ).
Zapisovač MSRP-64 M2 Systém zaznamenává 48 analogových a 32 dvoustavových parametrů (na IL-62 bylo využito 40 analogových a 30 dvoustavových kanálů) Systém se využíval i na TU154. Vzorkování 2 Hz, kromě vertikálního přetížení, polohy výškovky a náklonu, které jsou vzorkovány 8 Hz. Kódování parametrů v osmičkové soustavě. Napájení zapisovače 27V. Časové značky po 1 minutě. Povolená chyba zápisu ±1,5%. Hmotnost zapisovače 40 kg. Doba záznamu maximálně 30 hodin. Automatické zapínání záznamu při 70 km/hod. Zapisovač MSRP je synchronizován s hlasovým zapisovačem MARS. Zapisovač MSRP-12 12-96 Systém zaznamenává 12 analogových a 12 dvoustavových parametrů Na magnetické pásce se pomocí dvoustopého zápisu zaznamenává informace z posledních 75 minut. Délka pásky je 250 m. Systém se využíval na Tu 134A, IL 18, IL 62. Pracovní rozsah teplot (-60 až 60) C. Přípustná doba nepřetržitého chodu zapisovače je 30 hodin. Automatické zapínání záznamu při zapnutí libovolného generátoru letadla nebo při překročení rychlosti 70 km/hod.
Seznam zaznamenávaných parametrů na TU154M barometrická výška geometrická výška přístrojová rychlost úhel náběhu boční přetížení vertikálnípřetížení poloha levého výšk. kormidla úhel náklonu magnetický kurz úhel podélného sklonu poloha pravého výšk. kormidla poloha RUD I, II, III okamžitáspotřeba paliva I, II, III otáčky nízkotlakého kompresoru I, II, III úhel náklonu podle levého horizontu úhel náklonu podle pravého horizontu úhlová rychlost klonění poloha volantu řízení poloha pedálů poloha sloupku řízení poloha pravého a levého křidélka poloha směrovky poloha stabilizátoru poloha klapek změna polohy táhla servomotoru RA56V podle náklonu změna polohy táhla servomotoru podle kurzu změna polohy táhla servomotoru podle sklonu přetlak v kabině změna polohy pístnice MET poloha levého a pravého spoileru napětí v síti 27 V celkový zbytek paliva Analogové parametry zapisovače MSRP 64-2 celkem 48 hodnot 19 Seznam zaznamen namenávaných parametrů na TU154M AP podélný, boční nastavení tlaku 760 mm Hg zbytek paliva 2500 kg stoly v poloze zasunuto nohy podvozku v poloze vysunuto rádiové spojení KVS průlet márkrů nebo sign. Nepřipraven ke vzletu nebezpečné vibrace motoru I, II, III pokles tlaku oleje motoru I, II, III třísky v oleji motoru I, II, III nebezpečné EGT motoru I, II, III závada motoru I, II, III požár MG motoru I, II, III dým v zavazadlovém prostoru námraza vstupních ústrojí motorů nebo letadla zapnutí odmrazovacího systému spoilerů výška rozhodnutí pokles tlaku v I., II., III. hydraulickém okruhu povel řiď sklonem povel řiď náklonem správná činnost RV-5 mezní odchylka glyzády mezní odchylka od kurzu přepnutí L sběrnice z levé sítě 1 na pravou síť 3 napětí 36 V na sběrnicích PTS-250 stisknutí tlačítka Přiblížení zapnutí povelu Glyzáda zapnutí povelu Průlet zapnutí POS ocasních ploch napětí 27 V na levém nebo pravém panelu AZS není kontrola AG překročení rychlosti velký náklon vysazení MGV č. 1 zapnutí POS VNA motorů zapnutí POS PPD KVS požár VSU nebo velká teplota v ocasní části spouštění VSU nebo povel Zavřete WC zámky středových spoilerů otevřeny zámky vnitřních spoilerů otevřeny připravenost pravého a levého AG přepnutích pravých sběrnic na levou síť vysazení generátoru č. 1, 2, 3 Dvoustavové veličiny zapisovače MSRP 64-2 celkem 57 hodnot 20
Zapisovač MARS-BM Určen k záznamu hovorů členů posádky radiového a vnitřního spojení, hovorů a zvuků v kabině posádky a kódového záznamu časového údaje přiváděného ze systému MSRP-64 M2. Záznam je prováděn na magnetickou pásku, kde se uchovává zápis z posledních 30 minut. Zapisovač KZ-63 Záznam parametrů se provádí pomocí mechanických rydel do celuloidové pásky, což je kinofilm o šířce 35 mm bez fotochemické emulzní vrstvy. Systém zaznamenává: barometrickou výšku, vertikální přetížení, přístrojovou vzdušnou rychlost, časové intervaly. Záznam je bez havarijní ochrany. Automatické zapínání záznamu při 70 km/hod. Posun pásky je dvourychlostní. Páska o délce 10 m vystačí v běžném provozu průměrně na 20 letů.
Zapisovač FA-542 Výrobcem tohoto zapisovače je americká firma Fairchild. S jeho vývojem se začalo v roce 1958. V ČSA byl montován do letounů Jak 40. Systém zaznamenává: barometrickou výšku, vertikální přetížení, přístrojovou vzdušnou rychlost, magnetický kurz, časové intervaly na celuloidovou pásku pomocí mechanických rydel. Dále zaznamenává datum a číslo linky. Hodnoty výšky, rychlosti a kurzu jsou snímané 1 Hz, vertikální přetížení 10 Hz. Automatické zapínání záznamu při 70 km/hod. Posun pásky je dvourychlostní. Páska o délce 10 m vystačí v běžném provozu průměrně na 20 letů. Zapisovač SARPP 12 VM Pracuje na principu fotografického záznamu. Používá se film 35 mm. Složení zapisovače: snímač, paměťový blok, převodní blok, filtr, automatický spínač. Zapisovač napájen z 27 V sítě. Automatické zapínání záznamu po překročení rychlosti 120 km/hod. SARPP byl nejrozšířenějším zapisovačem ve vojenských letadlech a vrtulnících států Varšavské smlouvy (např. v MiG - 21 od roku 1968). U nás byl a stále ještě je součástí letounů L - 39 Albatros, MiG - 21, Su - 22 a vrtulníků Mi - 8 či Mi 24. Používané verze jsou SARPP 12 ( modifikace D pro vrtulníky ), který zaznamenává 6 údajů a SARPP 24, což jsou vlastně dva spřažené SARPP 12.