Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen
Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 Yleinen tutkielma sakkausvaroittimien asennuksista ultrakevyisiin lentokoneisiin Trafin tilauksen Dnro TRAFI/ 30368/02.03.01/2014 mukaisesti Sisällysluettelo Johdanto ............................................................................................................................................................ 3 Selvitys erilaisista sakkausvaroittimista ja niiden asennusvaatimuksista ......................................................... 3 Tutkittavat lentokoneet................................................................................................................................. 3 Sakkausvaroitinmallit ........................................................................................................................................ 3 Reddish Stall Warner ..................................................................................................................................... 3 Aci Stall Warner ............................................................................................................................................. 4 Safe flight SCX AoA system ............................................................................................................................ 4 Bendix King KLR 10 ........................................................................................................................................ 5 Selvitys eri konetyyppien erityisominaisuuksista ja rajoituksista sakkausvaroittimeen liittyen ....................... 6 Yleiset asennusohjeet ja asennusperiaatteet.................................................................................................... 7 Jatkuva lentokelpoisuus ja siihen kuuluvat tarkastukset .............................................................................. 8 Yleinen sakkausvaroittimen säätöohje .............................................................................................................. 9 Loppuyhteenveto ............................................................................................................................................ 10 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 Johdanto Tässä tutkielmassa esitellään ilmailijan näkökulmasta merkittävimmät sakkausonnettomuuksia ehkäisevät apuvälineet ja perusperiaatteet tällaisten laitteiden asentamiseksi ultrakevyeen lentokoneeseen. Tavoitteena on, että annettujen ohjeiden avulla saada riittävän luotettava sakkausvaroitus, jotta laite antaa tarvittavaa lisäarvoa lentoturvallisuuden parantamiseksi. Laiteasennus katsotaan muutostyöksi, jolloin asennuksen saa suorittaa lupakirjan omaava mekaanikko, tai henkilö, jolla on laajennetut omistajahuoltooikeudet (PEL M3-4 kohdan 5.3. mukaan). Ohjeet on pyritty rakentamaan siten, että primäärirakenteisiin (esim. siipisalko) ei kajota, jolloin vältetään asennuksen määrittelyltä suureksi muutostyöksi. Kuitenkin on syytä huomata, että tässä tutkielmassa olevat asennusehdotukset ovat ohjeellisia, eivätkä sellaisenaan sovellu muutostyösuunnitelmaksi. Selvitys erilaisista sakkausvaroittimista ja niiden asennusvaatimuksista Kaikki esitellyt sakkausvaroittimet perustuvat kohtauskulman mittaamiseen. Tämä on käytännössä ainoa järkevä keino, sillä mikään muu menetelmä ei varoita lähestyvästä sakkauksesta siipikuormituksesta, lentonopeudesta tai kuormitusmoninkerrasta riippumattomasti. Liikennelentokoneista tuttuja kohtauskulma-antureita ei ole tässä listattu, sillä niiden järkevin sijoituspaikka on kiinni rungossa, ja potkurivirran takia niiden ei voida olettaa antavan realistista kohtauskulmatietoa. Selvityksessä oli tarkoituksena tutkia ainoastaan sakkausvaroittimia, mutta niiden lisäksi on tutkittu myös muutamia kohtauskulmamittareita. Syynä tähän oli se, että arvioimme kohtauskulma- ja lift-reserve-tiedon olevan merkittävän tärkeä apuväline oppiessa tunnistamaan lentokoneen kohtauskulman suureneminen erilaisissa toimintaympäristöissä. Selvitystyössä tarkemmin tutkittavien laitteiden maksimihinta oli rajoitettu 500 euroon. Tämä käytännössä rajasi kaikki kohtauskulmamittarit selvitystyön ulkopuolelle. Tutkittavat lentokoneet Tutkielmassa keskitytään Trafin toiveen mukaisesti neljään ylätasoiseen lentokoneeseen, jotka kaikki edustavat erilaista siipisuunnittelua, ja jotka ovat Suomessa käytössä vesilentotoiminnassa. Nämä konetyypit ovat: - Rans S-6 Coyote II, jossa siiven etusalkona putki ilman muotokappaletta - A-22L, joissa perinteinen peltisiipi - FK-9, jossa perinteinen kuitusiipi - Ikarus C42, jossa siiven etusalkona putki muotokappaleella Sakkausvaroitinmallit Selvityksessä vertailuun valikoitui muutama sakkausvaroitin, jotka löytyvä useimmista verkkokaupoista. Keskustelufoorumeissa käytyjen keskustelujen perusteella näistä löytyi myös käyttökokemuksia. Markkinoilla on myös lukuisia muita sakkaus- ja kohtauskulmavaroittimia, jotka perustuivat tässä selvityksessä esitettyihin toimintaperiaatteisiin. Osittain nämä sakkausvaroittimet nostettiin tarkastelun alle myös siksi, että ne vaikuttivat olevan helpoiten saatavilla. Reddish Stall Warner Tämä oli halvin varoitin, joka markkinoilta löytyi helposti. Sakkausvaroitus syntyy siiven etureunassa olevasta metallisesta kytkinelvystä, joka on sijoitettu vain hieman sakkauskohtauskulman patopisteen yläpuolelle. Kun kohtauskulma kasvaa lähelle sakkauskohtauskulmaa, siirtyy patopiste kytkinlevyn 3 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 alapuolelle, ja virtaussuunta vaihtuu kytkinlevyn yläpuolelta alapuolelle. Tällöin kytkinlevy nousee ylös ja kytkee mikrokytkimen. Pakkaus sisältää pelkästään anturin ja mikrokytkimen kiinnityspisteineen sekä sähköjohtoliittimineen, joten audio- tai valovaroitin johdotuksineen ei sisälly pakkaukseen. Laitteisto on suojalevyn takana, joten siipeen tulee tehdä reikä ja laitteen suuruinen upotus asennusta varten. Toisin sanoen asennuskulmankin tulee olla kohtalaisella tarkkuudella tiedossa asennusta tehdessä. Tuoteselosteen mukaan laite on kuitenkin suosittu experimental-harrastajien keskuudessa. Upotusasennus vaatii kuitenkin kohtalaista taitoa, rakenteen lujuustarkastelun sekä muutostyöluvan, joten asennusta voidaan pitää tämän joukon haasteellisimpana toteuttaa. Kuva 1. Reddish Stall Warner Aci Stall Warner Toimintaperiaatteeltaan Aci:n sakkausvaroitin on samanlainen Reddishin varoittimen kanssa, eli patopisteen muutos kääntää kytkinlevyn ylös kytkien mikrokytkimen. Laitteisto on kuitenkin asennuslevyn etupuolella olevassa rasiassa, joten johtoreunaan ei tarvitse tehdä upotusta. Aerodynaamisesti ratkaisu ei ole paras mahdollinen, mutta toisaalta asentaminen on suhteellisen helppoa. Laitteen ohjeen mukaisesti asennuksen paikka haetaan koelennoilla siten, että tilapäinen kiinnitys tehdään ilmastointiteipillä tai vastaavalla hyvin pitävällä teipillä. Kun lopullinen sijoituspaikka on saatu selville, kiinnitetään laite joko läpipulteilla tai porautuvilla ruuveilla. Pakkaukseen kuuluu johdinkaapeli sekä varoitinsummeri, joka saa virtansa joko koneen 12V sähköjärjestelmästä tai 9V paristosta. Halutessaan laitteen saa siis toimimaan silloinkin, kun koneen oma sähköjärjestelmä on joutunut epäkuntoon. Kuva 2. ACI stall warner. Safe flight SCX AoA system Myös Safe Flightin laitteisto toimii johtoreunassa muuttuvan patopisteen periaatteella. Aiemmista poiketen tämä sensori mittaa virtauksen voimakkuuden muutosta sähkömagneettisesti, jolloin anturi välittää myös 4 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 kohtauskulmatietoa. Tätä varten on erillinen mittari ohjaamossa, ja siihen on kytkettävissä myös audiovaroitus. Tämäkin ratkaisu vaatii neliskulmaisen upotuksen johtoreunaan, joten patopisteen paikka tulee tietää ainakin karkealla tasolla. Asennuslevyssä on korkeussuunnassa oleva säätösola, jolloin kulmaruuveja avaamalla asentokulmaa voidaan tietyissä rajoissa muuttaa, ja vastakkaiskulmien kiinnitys sitoo asennuslevyn lopullisesti paikoilleen. Järjestelmän hinta on n. 1500 euroa, joten tämä järjestelmä ei ole relevantti tämän selvityksen yhteydessä. Kuva 3. Safe flight SCX AoA system Bendix King KLR 10 Bendixin kohtauskulmamittausjärjestelmä on teknisesti mielenkiintoisempi kuin Safe flightin vastaava. Anturi perustuu paine-eron mittaukseen tulokulman suhteen, ja anturi kiinnitetään siiven jänteen suuntaisesti siiven alapinnalle, joko pintalevyyn, siipikaaren rakenteeseen tai sopivaan tarkastusluukkuun. Sekä asennettavuus että kalibroitavuus ovat tämän ryhmän helpoimpia toteuttaa. Laite kalibroidaan kolmessa pisteessä: Maassa ennen lentoonlähtöä, ilmassa matkalentonopeudella sekä ilmassa juuri ennen sakkausnopeutta. Sakkauskalibrointi tapahtuu laipat ylhäällä. Tämän jälkeen kojetaulussa oleva mittari kertoo nostovoimareservin, eli käytettävissä olevan nostovoiman värikoodeina. Lisäksi sakkausta lähestyttäessä laite antaa komennot ”check AoA”, ”high AoA” ja ”push, push”. Lisävarusteena on valittavissa myös lämmitettävä anturi. Tässäkin tuotteessa hinta nousee asennuslevystä riippuen n. 14001600 euroa. Lisäksi anturin asentaminen kangaspäällysteiseen siipeen on ongelmallisempaa kuin kuitu- tai metallirakenteiseen siipeen. Kuva 4. Bendix KLR 10 AoA kit. 5 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 Selvitys eri konetyyppien sakkausvaroittimeen liittyen erityisominaisuuksista ja rajoituksista Sekä FK9 että Aeroprakt L-22 ovat sakkausvaroittimen asennuksen kannalta helpoimmat koneet. Näiden johtoreunassa on kotelo ennen siipisalkoa, joten sekä upotettavan että pintaan kiinnitettävän anturin asentaminen onnistuu helpohkosti. Järkevin paikka asennukselle on lähellä siiven kärkeä. Tähän on useita syitä: - Anturin tulee olla riittävän kaukana potkurivirrasta Asentaminen on helpompaa siiven kärkikappaleen kautta Siiven kuormat kasvavat tyveä kohden lähestyttäessä, joten kuormat ja sitä kautta asennuksessa tehtävien reikien haitat ovat pienempiä siiven kärjessä Asennus ei saa olla myöskään liian lähellä kärkeä, sillä virtauskenttä muuttuu siiven kärjen muodostavan jättöpyörteen läheisyydessä, eli virtaus ei ole enää välttämättä häiriötön. Toisaalta tarvittavia huoltoluukkuja voi olla myös siiven keskiosassa. Suurimman ongelman muodostavat Ikarus C42 sekä Rans S-6 Coyote II. Niissä siiven johtoreuna on pyöreä putki, joka toimii samalla siipisalkona, toisin sanoen siiven johtoreuna on primäärirakennetta, johon ei tulisi tehdä muutoksia. Ikaruksessa putken päälle johtoreunaan on liimattu muotokappale, joka on paksuimmalta kohdaltaan n. 1cm paksuinen solumuovilista, mutta Coyotessa putki itsessään toimii siiven johtoreunana. Rans:n pääjohtajala saadun tiedon perusteella pienien reikien tekeminen putken kärkiosaan on mahdollista, sillä myös koneen pitot-putkea (halkaisija ¾ tuumaa) varten on tehty reikä siiven kärkiosaan. Tarvittaessa suuremmatkin reiät ovat mahdollisia, jos ne on sijoitettu +-45 asteen kulman muodostamalle alueelle johtoreunaan (Siiven johtoreunan sijaitessa 0-kulmassa). Lisäksi molemmissa tapauksissa tulee ottaa huomioon etusalon päällä oleva kangas. Yksi toimiva ratkaisu on tehdä kankaaseen sakkausvaroittimen mentävä reikä, ja vahvistaa kankaan reunat lisäkankaalla muutaman sentin leveydeltä. Tämän jälkeen varoitin kiinnitetään salkoon pantapuristimella ja kangas pingotetaan taas siiven ympärille. Toinen vaihtoehto on käyttää rakennetta tukevia ruuveja johtoreunassa olevaan komposiittiin ja liimata varoitin kankaan päälle. Ruuvien kiinnityksessä on varmistuttava siitä, että ruuvit eivät poraudu siipisalkoon riippumatta siipisalon sijainnista. Ikaruksessa asennuksen tekemistä ja sen tarkastamista helpottavat siiven alapinnassa olevat jänteen suuntaiset vetoketjut, joiden avulla tehdään myös normaaleja määräaikaistarkastuksia. Ikaruksen tapauksessa sakkausvaroittimen asennus kannattaa siis pyrkiä tekemään vetoketjun kohdalta. 6 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 Yleiset asennusohjeet ja asennusperiaatteet Aina kun lentokoneen runkoon tehdään rakenteellisia muutoksia, ovat Advisory Circularit AC 43.13-1B ja AC 43.13-2B hyödyllisiä lukea läpi (https://www.faa.gov/regulations_policies/advisory_circulars/). Äänivaroitin tulee kiinnittää kojetauluun sellaiselle paikalle, jossa summerilla on hyvä kuuluvuus, ja jossa se ei ole muiden laitteiden tiellä. Mikäli kyseessä on kohtauskulmamittariin yhdistetty sakkausvaroitus, voidaan mittari asentaa myös kojetauluun. Anturille menevä johto tulee asentaa halkaisijaltaan ¼” putkeen siiven sisälle, jotta johto on suojattuna hankautumista vastaan, ja jotta johto voidaan tarpeen vaatiessa vaihtaa helposti uuteen. Mikäli siiven rakenne sen sallii, voidaan anturijohto kiinnittää rakenteisiin myös muilla tavoin. Luotettavuuden takaamiseksi johtojen välisiä liitoksia tulee välttää. Läpivienti anturia varten tulee tehdä n. 5cm päähän oletetun anturipaikan alapuolelle, jotta anturin säätämistä varten jää riittävä pelivara. Anturijohto on kiinnitettävä siten, että se ei vaikuta millään tavalla koneen primääri- tai sekundääriohjaukseen tai muuhun lentokoneen ohjaukseen. Johdotuksen vetämisessä on syytä tutustua AC 43.13-1B kohtaan 11-96. Kuva 5. Yksinkertainen kytkentäkaavio. ACI:n sakkausvaroittimessa on mahdollista valita anturin asentaminen lentokoneen omaan 12V sähköjärjestelmään tai 9V paristoon. On suositeltavaa käyttää koneen omaa sähköjärjestelmää, jolloin vältyään pariston tarkastamisilta ja vaihdoilta, ja samalla myös sakkausvaroittimen luotettavuus kasvaa. Kuvassa 5 on esitetty kytkentäkaavio yksinkertaisimmillaan. Käytettäessä koneen omaa sähköjärjestelmää tulee sähköntuottokyky varmistaa, jotta uusi laiteasennus ei estä muiden sähkölaitteiden toimintaa lennon missään vaiheessa. Nyrkkisääntönä voidaan pitää 80% kuormaa alternaattorin sähköntuottotehosta: Mikäli sähkölaitteet tarvitsevat yli 80% tuotetusta tehosta, tulee sähkölaitteiden kuormaa pienentää tai alternaattorin sähköntuottotehoa kasvattaa. Lisäksi 12V järjestelmää käyttäessä tulisi asennus tehdä lentokoneen oman sulaketaulun läpi, vaikka laitteessa itsessään onkin sulake. Useimpien sakkausvaroittimien virrankulutukseksi on arvioitu 250mA silloin kun piiri on kytkettynä eli varoitin hälyttää. Anturin tulee olla vapaassa ilmavirrassa, joten varmistu siitä, että anturi on riittävän kaukana potkurivirrasta (n. 1m etäisyys potkurin lavan kärjestä). Anturin kiinnitysohje antaa todennäköisesti mallikuvan johtoreunaan porattavalle kuviolle. Helpoin lähestymistapa anturin paikan sijainnin 7 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 selvittämiseksi on kopioida sijainti vastaavanlaisesta lentokoneesta. Esimerkiksi RV-9-lentokoneessa lipareen sijainnin on laskettu olevan n. johtoreunan alapuolella n. 1 ¼ tuuman etäisyydellä (Tarkempi määritelmä perustui siipisalon ylä- ja alapuolisten etäisyyksien mittaamiseen). ACI:n sakkausvaroittimessa ei varsinaista upotusta tarvitse tehdä, joten anturi vain kiinnitetään sopivan kokoisella ruuvilla tai pultilla. Useimmissa antenniasennuksissa on käytetty ruostumattomasta teräksestä tehtyä 8-32 tai 10-32-ruuvia, joten nämä todennäköisesti sopivat myös anturin asennukseen. Pulttikiinnityksessä tulee käyttää aluslevyä pinnan molemmin puolin ja lukkomutterin olisi oltava vähintään nylock-mallinen. Jos aluslevyn väliin jää rako, tulee se täyttää sopivalla liimalla tai silikonilla. Kangaspäällysteisissä siivissä tulee kankaaseen tehdä anturin kokoinen reikä siiven johtoreunalle. Reikä tulee pitää niin pienenä kuin mahdollista. Reiän ympärille tulee tehdä kangasvahvike, jossa käytetään kaksinkertaista ommelta AC 43.13-1B kohdan 2-7 mukaisesti. Anturi kiinnitetään siipisalkoon pantakiristimellä, jonka avulla anturin kulmaa voidaan säätää avaamalla ruuvia ja kääntämällä pantaa. Kun asennus on valmis, on saumakohta myös hyvä teipata yli, jotta virtauksen häiriintyminen saadaan minimoitua. Jatkuva lentokelpoisuus ja siihen kuuluvat tarkastukset Sakkausvaroittimen kiinnityskohdat ja sähköliitokset tulee tarkastaa vuosihuollon yhteydessä. Muutostyösuunnitelmassa tulee mainita lento-ohjekirjan muuttaminen laitteen kalibrointiin ja aamutarkastukseen liittyvien toimenpiteiden vuoksi. Sakkausvaroittimen toiminta tulee tarkastaa päivätarkastuksen yhteydessä, jolloin lento-ohjekirjan muutos tulee sisällyttää myös muutostyösuunnitelmaan. Jos sakkausvaroitinta käytetään pariston avulla, tulee paristo vaihtaa tarvittaessa. Päivän lentojen jälkeen koneelta poistuttaessa voidaan sakkausvaroitin testata vielä kerran, jolloin samalla varmistutaan siitä, että koneen päävirta on kytketty pois päältä. 8 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 Yleinen sakkausvaroittimen säätöohje On tärkeää testata laite maassa. Kytke päävirta päälle ja varmista, että sakkausvaroittimen virta on kytkeytynyt. Nosta anturin etureuna yläasentoon ja pidä sitä siellä hetki. Kun kuulet varoitusäänen, voit todeta sakkausvaroittimen toimivan. Hahmottele sopiva paikka anturille johtoreunan alaosaan, esimerkiksi n. 30 asteen kulmaan siiven näennäisestä säteestä tai n. 1 ¼ tuuman etäisyys johtoreunasta alaspäin.. Puhdista siiven pinta huolellisesti anturin ympäriltä ja kiinnitä anturi siipeen voimakkaalla teipillä (esimerkiksi Gorilla tape). Merkitse anturin paikka piirtämällä tussilla viiva siipeen anturin molemmille puolille. Näin saat referenssin itsellesi koelentojen jälkeistä tarkastelua varten. Varoittimen oikea sijainti varmistetaan koelennolla. Muista varata itsellesi riittävä ilmatila sakkauksen suorittamiseen, ja pidä laipat yläasennossa (lentoasu sileänä). Suorita sakkaus rauhallisesti moottorin ollessa tyhjäkäynnillä. Varoittimen tulisi kytkeytyä päälle n. 9-18km/h ennen sakkausta (n. 5-10 solmua). Mikäli varoitin kytkeytyy päälle liian aikaisin, on anturi liian ylhäällä, jolloin anturia siirretään alaspäin. Irrota siis teipit ja siirrä anturia n. 1cm taaksepäin. Vastaavasti, jos varoitus tulee liian myöhään, tai sitä ei tule ollenkaan, on anturi liian alhaalla. ACI:n ohjeen mukaisesti karkeana nyrkkisääntönä voidaan pitää, että 3mm muutos anturin paikassa vastaa 10 solmun (18km/h) muutosta varoitusnopeudessa. Käytä aina uutta teipinpalaa säätäessäsi anturin paikkaa, sillä teipin liimapinta huononee jokaisen irrotuskerran jälkeen. On tärkeää, että sakkaus suoritetaan sileänä lennettäessä, sillä kalibroitaessa varoitin laskuasuun on mahdollista, että sakkausvaroitin tulee liian myöhään tai sitä ei tule ollenkaan. Varoittimen toiminta tulee kuitenkin testata myös laskuasussa. Huomionarvoista on se, että lentomassalla ei ole vaikutusta sakkausvaroittimen toimintaan. Mikäli ollaan asentamassa upotettavaa sakkausvaroitinta, kuten Reddish stall warneria, voidaan johtoreunaan teipata muutama virtauslanka eri korkeuksille. Teoriassa sakkauskohdassa voidaan tarkastaa virtauslangoista virtauksen muuttuminen, jolloin suuntaansa muuttava virtauslanka paljastaa patopisteen. Tässä on syytä käyttää apumiestä, sillä virtauslankojen seuraaminen siiven johtoreunasta yksin kesken sakkauksen voi olla liian haastavaa. Tällä menettelyllä saadaan sakkauskohta arvioitua riittävällä tarkkuudella, jotta siipeen tehtävästä upotusreiästä ei tarvitse tehdä tarpeettoman suurta säätövaran epävarmuuden vuoksi. Kun anturin oikea sijainti saadaan selville, voidaan anturi kiinnittää joko ruuveilla tai läpipulteilla. 9 Ultrakevyen lentokoneen sakkausvaroittimen asennussuunnitelma, osa1 R1 Loppuyhteenveto Tässä selvityksessä on keskitytty ainoastaan muutamaan markkinoilla olevaan sakkausvaroitusjärjestelmään. Toisaalta useat sakkausvaroittimet toimivat samalla periaatteella kuin jo tässä esitellyt laitteet. Asentamisen kannalta selkeästi helpoin vaihtoehto on ACI:n stall warner, vaikka aerodynaamisesti ratkaisu ei olekaan paras mahdollinen. On yleinen harhaluulo, että laitteen asentaminen ja kalibrointi olisi erityisen vaikeaa, vaikkakin koelennot toimenpiteen tekemiseen ovat välttämättömät. Tässä yhteydessä on syytä tuoda esiin myös oma näkemyksemme kohtauskulmatiedon tärkeydestä yleis- ja harrasteilmailussa. Mielestämme erityisesti kellukelentämisessä, mutta myös muussa ilmailussa olisi tärkeää saada lentäjälle informaatiota kohtauskulmasta ja nostovoimareservistä. Tämä informaatio auttaisi osaltaan ymmärtämään käytettävää lentokonetta ja sen käyttäytymistä paremmin myös muissakin tilanteissa kuin veteen laskeutumisessa. Väheksymättä yhtään äänivaroitusta sakkauksen lähestyessä, on myös tärkeää, että kuljettajalla on käytössä mittari, joka kertoo tilanteen kehittymisestä ennen varsinaista sakkausvaroitusta. 10
© Copyright 2024