ANS Training Aeromobili

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1 1) Configurazione a rosa intera: Funzione di rotta per l avvicinamento. Funzione di rotta con RMI. Funzione di rotta. 2) Configurazione ad arco o piano: Funzione di rotta. Funzione di rotta per l avvicinamento. 202

2 Funzione di rotta o avvicinamento con rappresentazione degli echi del Radar. meteo. Situazione rilevata dal GPWS. 203

3 Nella rappresentazione EHSI prendono posto anche tutte le informazioni del sistema TCAS che vengono presentate anche sull EADI. 204

4 È utile ricordare che nella configurazione EFIS più completa (pilota + copilota), è presente un terzo sistema (SG+LCD) che prende il nome di MFD o multi-function display che può essere utilizzato e configurato a piacimento e/o in caso di necessità essere definito uno stand-by display che in caso d avaria all EHSI lo può sostituire. Oggi la tecnologia EFIS è cosi diffusa che trova applicazione anche nei sistemi avionici degli aeroplani da turismo. 205

5 La conversione all elettronica non ha risparmiato neanche gli strumenti per il controllo e la gestione degli apparati di bordo: quelli propulsivi, idraulici, elettrici, convogliando le informazioni su schermi LCD. L EICAS (Engine indication (and) crew alerting system) è in grado di essere configurato in funzione delle informazioni necessarie al momento. 206

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9 AUTOMAZIONE DEI SISTEMI DI BORDO (l autopilota, l FMS) Automazione è ogni congegno che può sostituire l attività fisica o mentale dell uomo. Ognuno di noi convive con l automazione (Lavatrice, lavastoviglie, impianto di condizionamento, centraline telefoniche,computer) ma per ottenere i benefici desiderati occorre programmarli. Esiste una resistenza al cambiamento tecnologico: uomini che hanno lavorato molto per sviluppare le proprie capacità si sentono frustrati al pensiero che una macchina possa fare di più, prospettive di carriera che cambiano, attività che scompaiono, abilità obsolete. In campo aeronautico, l automazione interessa le sale radar, le torri di controllo, i sistemi aeroportuali, le radioassistenze, gli aeromobili. Per il cockpit dell aeromobile l automazione è arrivata per gradi. Basic configuration Nella configurazione base l aereo è volato dal pilota che agisce manualmente sui comandi, direttamente coinvolto in tutti i processi e questa sua partecipazione riceve risposta attraverso i sensi ed il movimento dell aeroplano. 1 Livello d automazione (Autopilota) L autopilota va ad agire sui comandi di volo consentendo semplici manovre: il pilota assegna una prua, una quota e l autopilota esegue. È il primo step che separa il pilota dalla diretta conduzione della macchina e viene a mancare la sensibilità manuale. 210

10 IMPIANTO AUTO-PILOTA Ci sono tre tipi di auto-pilota: I a controllo su un asse; II a controllo su due assi; III a controllo su tre assi. Assi sono quelli attorno hai quali l aeromobile compie i movimenti. Nel modello su due assi può essere presente anche un altro impianto chiamato yaw damper ovvero smorzatore d imbardata che, agendo sul timone di direzione, coordina automaticamente le virate. Con quest impianto il due assi si trasforma automaticamente in un tre assi. 2 Livello d automazione (Controllers) L autopilota è un sistema che deve essere controllato poiché impatta sulla sicurezza del volo. Si introduce un nuovo livello d automazione il controller (direttore di volo o Flight Director) che fornisce informazioni all autopilota. I controllers possono utilizzare informazioni di navigazione o d altitudine o comandi di ratei di salita o discesa per poi trasmettere istruzioni all autopilota (es Turn to... and maintain this heading ). In questa configurazione ci sono due barriere che separano il pilota dal diretto controllo dell aereo: a) programmare e monitorare i controllers per accertarsi che forniscano il corretto comando all autopilota, b) monitorare l autopilota che effettui le manovre correttamente. A questo livello d automazione controllers e autopilota non hanno sufficiente capacità di mettere in pericolo l aeromobile. I controllers riducono il carico di lavoro del pilota, sono precisi ma possono presentare errori e limitazioni. Pannello del Flight director NOTA Il FD fu concepito per esigenze di pilotaggio degli equipaggi dei moderni aerei di linea o executive che sempre più sofisticati, operano in zone ad alta concentrazione di traffico, spesso in condizioni meteo non ottimali. Al FD sono asserviti due strumenti che garantiscono il controllo in volo del sistema direttore, usati anche in condizione di condotta manuale, funzionano elettricamente ma i principi d utilizzo sono diversi da quelli usati sugli aerei leggeri. 211

11 3 Livello d automazione (Flight Management Computer) Il pilota deve programmare il computer che istruisce i controllers, i quali trasmettono le funzioni all autopilota che vola l aereo. L FMC fornisce una quantità d informazioni e assistenza senza precedenti, ha necessità di essere programmato e ha prevalenza sulle performance dell aereo. 4 Livello d automazione (Flight Management System) Integra l FMC con tutti i sistemi di bordo (il fuel control o enviromental control) per gestire al meglio il consumo di carburante, il tempo di volo, la rotta, la velocità e la posizione delle manette. A questo livello d automazione l FMC, i controllers e l autopilota, hanno una elevata prevalenza sul pilota che deve essere preparato e attento, poiché si eleva la possibilità di una manovra non voluta. In questo contesto si inserisce la filosofia FBW (Fly-by Wire), l idea di azionare i comandi di volo attraverso circuiti elettronici, lo sviluppo è nelle regole di come controllare il volo (control laws) con il computer. Alla base c è l affidabilità del sistema ottenuta con la ridondanza dei sistemi primari e il back up dei sistemi (conversione manuale). Gli aeromobili FBW in questo momento sono: A319/320/321/330/340 e il B777. Si stanno sviluppando due diverse filosofie fly-by-wire Airbus e Boeing. In Airbus il sistema è costituito, nel caso dell A319CJ da 5 Flight Control Computer che ricevono gli imput dal sidestick controller (fig. 1). E sono: > ELEVATOR/AILERON COMPUTER (ELAC) 1 e 2 > SPOILER/ELEVATOR COMPUTER (SEC) 1,2 e 3 Fig

12 Durante il normale volo ELAC 1 controlla gli ailerons ed ELAC 2 controlla l elevator e l horizontal stabilizer. Mentre SEC 1,2 e 3 controllano gli spoilers operation. Con l avaria di uno dei due ELAC, la rispettiva funzione è trasferita all altro ELAC; nel caso che ambedue gli ELACs vadano in avaria, il controllo dell elevator è trasferito al SEC 2 e quindi al SEC 1. Il controllo del rollio è fornito dal SEC 1,2,3 attraverso gli spoilers. C è una sorta di gerarchia nelle opzioni da scegliere in relazione alle avarie, attraverso 4 computers (fig. 2). Fig. 2 Fig. 2 bis La ridondanza del sistema di controllo è quadrupla e per garantire affidabilità ELAC e SEC sono costruiti da differenti case costruttrici utilizzando differenti software e sono programmati in modo autonomo utilizzando linguaggio informatico diverso. I vantaggi di sicurezza del sistema FBW dell Airbus, si traducono in termini di flight envelope limits, ovvero limiti di pitch, bank, velocità e angolo d attacco non superabili se non con uno sforzo oltre il normale. Nel caso dell A319 sono chiamati hard limits. Nel sistema FBW del Boeing 777 ci sono 3 Primary Flight Control computers (PFC), gli input dal cockpit control arrivano ai PFC dopo essere passati attraverso 4 Actuator Control Electronics (ACE), i comandi dal PFC vengono inviati all ACE e dall ACE alle superfici di controllo primarie. Se i 3 PFC vanno in avaria il segnale di controllo può andare direttamente dal pilota all ACE e quindi alle superfici di controllo( direct mode fig. 3). 213

13 Fig. 3 Anche il sistema FBW della Boeing è quadruplo nel livello di ridondanza, ma la filosofia della è diversa: si basa sul concetto che il pilota deve essere sempre prevalente indipendentemente dai sistema. Per questo le regole che governano i flight control sono di tipo soft limits. 5 Livello d automazione: In futuro avremo un livello di automazione che permetterà ai CTA di dialogare direttamente con l FMC di bordo attraverso computer e il dialogo potrà avvenire direttamente tra aeromobili attraverso i rispettivi FMC (Sperimentazione free flight). N/FMS - NAVIGATION/FLIGHT MANAGEMENT SYSTEM L NMS, è un sistema di gestione della navigazione, che utilizzando tutti i segnali emessi dalle stazioni di radionavigazione esistenti, è in grado di selezionare le migliori e più idonee da utilizzare per la propria navigazione. 214

14 Il tutto ebbe inizio nel 1982 e la società Boeing fu la prima ad equipaggiare i suoi aerei (757, 767) seguita subito dopo dal consorzio Airbus (A310). L elemento base è costituito da un elaboratore che utilizzando un ampio data-base, permette di gestire il sistema navigazione, programmare la rotta ed apportare ogni variazione o modifica necessarie. Le sue caratteristiche tecnico/operative sono le seguenti: Il sistema è tenuto costantemente aggiornato e fa riferimento a radioassistenze esistenti che sono automaticamente selezionate durante detto ciclo e quindi comprese nell aggiornamento. La banca dati del sistema e cosi completa da rendere possibile la programmazione di qualsiasi rotta o piano di volo avendo a disposizione centinaia di WAYPOINT modificabili, anche in volo, secondo necessità. 215

15 La memoria del calcolatore è aggiornata periodicamente mediante disco (in genere ogni mese). Il sistema dei radioaiuti impiegati riguarda la rete VOR/DME, i TACAN e quello che rimane della rete LORAN c e OMEGA VLF (Il NMS non si avvale dei segnali NDB). Il problema che l NMS è stato chiamato a risolvere nasce dal fatto che il sistema di navigazione perfetto non esiste. Ogni sistema di navigazione soffre di limitazioni di vario genere, alcuni sono semplici ed a buon mercato (NDB) ma possono essere poco attendibili e con copertura limitata e variabile. Altri più affidabili e di facile interpretazione ma con raggi d azione limitati (VOR). Altri con coperture pressoché illimitate ma con segnali soggetti a distorsione (Omega), fino ad arrivare alla precisione, limitata nel tempo, del sistema inerziale (INS), che però a costi elevatissimi, non senza aver menzionato il GPS la cui accuratezza è garantita ma non altrettanto, la continuità del suo segnale. A questo punto appare evidente che la soluzione sembrerebbe essere quella di avere a disposizione tutti questi sistemi, in modo tale da poterne mediare le informazioni scegliendo quelle ottimali per la fase del volo istante per istante. Diciamo pure che per sicurezza è opportuno disporre di più apparati uguali (due/tre) al fini di prevenire avarie o malfunzionamenti. Ora non ci resta che considerare lo spazio necessario a piazzare il tutto nella cabina di pilotaggio. A quanto descritto va aggiunto che il carico di lavoro cui sarebbe sottoposto il pilota per potersi avvalere in modo efficiente di tutte le informazioni sarebbe esorbitante. Il NMS può essere definito semplicemente come il navigatore del navigatore in pratica aiuta il pilota/navigatore a districarsi tra una gran quantità di dati di navigazione spesso in contrasto tra loro, per determinare il miglior percorso, occupando il minor spazio possibile in cabina anche grazie alla possibilità di sistemare i sensori di ricezione dei segnali, ognuno dei quali può essere collegato a scelta a questo o quel sistema ed i relativi apparati, in luoghi diversi dal cockpit. Fatto questo ci si rese immediatamente conto che si poteva migliorare ulteriormente la gestione della totalità del volo e cioè si potevano integrare i dati di navigazione ricavati con l NMS con quelli di condotta dell aeromobile forniti dal computer deputato a gestire le prestazioni dell aereo e cioè il PMS ovvero il performance management system. Da quest integrazione è nato l FMS ovvero il FLIGHT MANAGEMENT SYSTEM. L FMS guida il pilota lungo un profilo di volo reso ottimale per soddisfare uno o più parametri specifici predeterminati (quasi sempre di natura economica) che comprende: 216

16 1. decollo; 2. salita iniziale e/o di crociera; 3. livellamento; 4. discesa; 5. avvicinamento; 6. atterraggio. Il tutto è confortato da dati ed indicazioni riguardanti la navigazione, dalla SID all inserimento in aerovia, al punto ottimale d inizio discesa in funzione del peso dell aeromobile della distanza della provenienza ed intensità del vento, alle holding e gli avvicinamenti. Le funzioni che nell FMS adempiono a questi compiti sono: LNAV (Lateral Navigation) e VNAV (Vertical Navigation). L FMS è l unico apparato in grado di eseguire e aggiornare continuamente la mole di calcoli necessaria per determinare l ottimizzazione della condotta del volo e della navigazione. 217

17 L FMS HA LA COMPLETA GESTIONE DI TUTTI GLI IMPIANTI 218