HAVAYOLU UÇAĞI GÜVENLİĞİ İÇİN FMS II UYGULAMASI BİTİRME ÇALIŞMASI. Burak TUNA. Uçak Mühendisliği

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ UÇAK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ HAVAYOLU UÇAĞI GÜVENLİĞİ İÇİN FMS II UYGULAMASI BİTİRME ÇALIŞMASI Burak TUNA Uçak Mühendisliği Anabilim Dalı : Herhangi Mühendislik, Bilim Tez Danışmanı: Programı Dr. : Öğr. Herhangi Üye. Hayri Program ACAR OCAK 2019 i

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ UÇAK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ HAVAYOLU UÇAĞI GÜVENLİĞİ İÇİN FMS II UYGULAMASI BİTİRME ÇALIŞMASI Burak TUNA ( ) Uçak Mühendisliği Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üye. Hayri ACAR Anabilim Dalı : Herhangi Mühendislik, Bilim Programı : Herhangi Program OCAK 2019 ii

3 İTÜ, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesinin numaralı öğrencisi Burak TUNA, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten sonra hazırladığı HAVAYOLU UÇAĞI GÜVENLİĞİ İÇİN FMS II UYGULAMASI başlıklı tezini aşağıda imzaları olan jüri önünde başarı ile sunmuştur. Tez Danışmanı : Dr. Öğr. Üye. Hayri ACAR... İstanbul Teknik Üniversitesi Jüri Üyeleri : Prof. Dr. İbrahim ÖZKOL... İstanbul Teknik Üniversitesi Dr. Öğr. Üye. Emre KOYUNCU... İstanbul Teknik Üniversitesi Teslim Tarihi : 02Ocak 2019 Savunma Tarihi : 14Ocak 2019 iii

4 ÖNSÖZ Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde, değerli bilgilerini benimle paylaşan, kendisine ne zaman danışsam bana kıymetli zamanını ayırıp sabırla ve büyük bir ilgiyle, bana faydalı olabilmek için elinden gelenden fazlasını sunan, her sorun yaşadığımda yanına çekinmeden gidebildiğim, güler yüzünü ve samimiyetini benden esirgemeyen ve gelecekteki mesleki hayatımda da bana verdiği değerli bilgilerden faydalanacağımı düşündüğüm kıymetli ve danışman hoca statüsünü hakkıyla yerine getiren Dr. Öğr. Üye. Hayri ACAR a teşekkürü bir borç biliyor ve şükranlarımı sunuyorum. Yine çalışmamda konu, kaynak ve yöntem açısından bana sürekli yardımda bulunarak yol gösteren ve gelecekteki hayatında çok daha başarılı olacağına inandığım kıymetli Uçak Müh. Ulaş ERGİN e de sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Teşekkürlerin az kalacağı diğer üniversite hocalarımın da bana 4 yıllık üniversite hayatım boyunca kazandırdıkları her şey için ve beni gelecekte söz sahibi yapacak bilgilerle donattıkları için hepsine teker teker teşekkürlerimi sunuyorum. Ve son olarak çalışmamda desteğini ve bana olan güvenini benden esirgemeyen Büşra TUNA ya ve beni bu günlere sevgi ve saygı kelimelerinin anlamlarını bilecek şekilde yetiştirerek getiren ve benden hiçbir zaman desteğini esirgemeyen bu hayattaki en büyük şansım olan aileme sonsuz teşekkürler. Ocak 2019 Burak Tuna

5 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ... iv İÇİNDEKİLER.. v KISALTMALAR... vi TABLO LİSTESİ... vii ŞEKİL LİSTESİ... viii ÖZET.. ix SUMMARY x 1. GİRİŞ Tezin Amacı FMS NEDİR? Amaç FMS FMS e Ait Alt Bileşenler FMGC MCDU EASA AD Amaç EASA AD nin Yayınlanma Sebebi FMS2 ile Gelen Yenilikler 9 4. SONUÇ. 10 KAYNAKLAR. 11

6 KISALTMALAR AD AP ATHR CDU DMC EASA EFIS F/O FD FG FM FMGC FMS IMA LCD MCDU ND PF PFD ROPS ROW TCAS : Airworthiness Directives : Auto Pilot : Auto Throttle : Control Display Unit : Display Management Computer : European Aviation Safety Agency : Electronic Flight Instrument System : First Officer : Flight Director : Flight Guidance : Flight Management : Flight Management and Guidance System : Flight Management System : Integrated Modular Avionics : Liquid Crystal Display : Multifunction Control and Display Unit : Navigation Display : Pilot Flying : Primary Flight Display : Runway Overrun Proteciton System : Runway Overrun Warning : Traffic Collision Avoidance System

7 TABLO LİSTESİ Tablo 2.1 : FMS2 nin Süre Olarak Avantajları... 9 Sayfa

8 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 2.1 : FMS Genel Yapısı Şekil 2.2 : FMGC Ön Panel Şekil 2.3 : Airbus Pegasus II FMS Cardset ve LCD MCDU Şekil 3.1 : TCAS Bilgisayarı Şekil 3.2 : Kokpitteki Yerleşim

9 HAVAYOLU UÇAĞI GÜVENLİĞİ İÇİN FMS II UYGULAMASI ÖZET Bu bitirme çalışması Aviation Electronic kelimelerinin kısaltması olan Avionic alanında yapılmıştır. Daha çok sivil yolcu taşımacılığında kullanılan uçakların (bu çalışmada Airbus uçakları üzerinde durulmuştur), genel olarak aviyonik sistemleri nelerdir ve özellikle modern uçakların beyni diye tabir edebileceğimiz FMS in alt bileşenleri nelerdir ve ne işler yapar üzerine yoğunlaşılmıştır. FMS in incelenmesinden sonra da EASA tarafından yayınlanan bir AD nin değerlendirmesi yapılmış olup; FMS güncellenmesinin neden gerekli olduğu ve ne gibi yenilik ve avantajlar getirdiği tartışılmıştır. Son bölümde ise sivil bir havayolu taşımacılığında kullanılan uçaklar için güvenliği arttırmak adına uçakların computer sistemlerinde neler geliştirilebilir gibi konular üzerinden önerilerde bulunulmuştur. Flight Management System diye açılımı olan FMS, mürettebata uçuş yönetiminde yardımcı olmak için çeşitli işlevler yerine getirir. Bu fonksiyonların tümü yatay ve dikey bir uçuş planından yapılmıştır. Pilot bu uçuş planını sistemde depolanan bir veri tabanından seçebilir ve istediği zaman değiştirebilir. Yanal planda (lateral plan), FMS şunları gerçekleştirir: -Navigasyon hesaplaması (uçak pozisyonu), -Radyo navigasyon seçimine (otomatik veya pilot seçimiyle), -Uçağın kalkış noktasından yaklaşmasına kadar uçuş planını devam ettirmek için lateral rehberlik. Dikey planda şunları hesaplar: Her noktada optimum hız, Diğer karakteristik hızlar, Uçak ağırlığı ve ağırlık merkezi. Sonra uçuş hızları boyunca bu hızlara ve ağırlığa göre tahminleri hesaplar. Bu tahminlere atıfta bulunulan dikey rehberlik yapar. Diğer çeşitli performans hesaplamaları da yapılır. Ekip, FMGC'lere (Flight Management and Guidance Computer) bağlı iki MCDU (Multipurpose Control and Display Unit) aracılığıyla çeşitli veriler ekleyebilir veya işlev modları seçebilir. Hem ND'ler hem de MCDU'lar ve bazı parametreler için PFD'ler ayrıca sistem tarafından yukarıda belirtilen fonksiyonlarla ilgili bilgileri görüntülemek için de kullanılır.

10 FMS II FOR AN AIRLINE AIRCRAFT S SAFETY SUMMARY This completion study was done in Avionic area which is the abbreviation of Aviation Electronic. The planes mostly used in civilian passenger transport (in this study are Airbus planes), what are avionics systems in general, and what are the sub-components of FMS, which we can call the brains of modern planes, and what works. After the examination of the FMS, an AD issued by EASA has been evaluated; It is discussed why the FMS update is necessary and what innovations and advantages it brings. In the last chapter, suggestions were made on topics such as what can be improved in aircraft computer systems in order to increase security for airplanes used in civil air transportation. The Flight Management System (FMS) performs various functions to help the crew in the management of the flight. These functions are all constructed from a lateral and a vertical flight plan. The pilot can select this flight plan from a data base stored in the system and can modify it at any time. In the lateral plan, the FMS performs: -Navigation computation (aircraft position), -Radio navigation aids selection (automatically or by pilot selection), -Lateral guidance to maintain the aircraft along the flight plan from takeoff to approach. In the vertical plan, it computes: -An optimum speed at each point, -Other characteristic speeds, -The aircraft weight and center of gravity. Then it computes predictions along the flight plan based on these speeds and weight. It performs vertical guidance referenced to these predictions. Other miscellaneous performance computations are also made. The crew can insert various data or select function modes through two MCDUs (Multipurpose Control and Display Unit) linked to the FMGCs (Flight Management and Guidance Computer). The MCDUs, both NDs, and, for some parameters, the PFDs are also used by the system to display information related to the above-mentioned functions.

11 1. GİRİŞ FMS sisteminin yapısı oldukça karmaşıktır. Detaylıca incelemek oldukça kapsamlı bir araştırma gerektirmektedir. Bu çalışmada daha genel hatlarıyla anlatılan FMS ve alt birimleri, uçaklardaki uçuş güvenliğine yaptığı katkılar ve pilotlara sağladığı kolaylıklar açısından modern havacılık oldukça önemli bir yere sahiptir. Navigasyon, uçuş yörüngesi, uçak sistemlerinin kontrolü, otopilot gibi birçok özelliği içinde barındıran bu sistem, gelişen teknoloji ve her mühendislik uygulamasında karşımıza çıkabilen sistem arızaları sebebiyle sürekli olarak güncellemeye muhtaçtır. Güncellemelerle ve yenilenen sistemlerle havacılık, paydaşlarının işini her geçen gün kolaylaştırırken; uçuş güvenliğini ise arttırmaktadır. 1.1 Tezin Amacı Tezin amacı, uçuş güvenliğini arttırmaya yönelik sürekli bir şekilde gelişen teknolojiyi, uçak yönetim sistemlerini ana hatlarıyla tanıtmak ve uçak yönetim sistemlerinde gelecekte bizi ne gibi yenilikler beklediğini görebilmektir.

12 2. FMS NEDİR? 2.1 Amaç Bu bölümde amacımız FMS i tanıtmak, görevlerini sıralamak ve açıklamakken; aynı zamanda alt birimlerinin neler olduğunu göstermek ve işlevlerini anlatmaktır. 2.2 FMS Uçuş yönetim sistemi tipik olarak iki üniteden, bir bilgisayar ünitesinden ve bir kontrol teşhir ünitesinden oluşur. Bilgisayar birimi hem bilgi işlem platformunu hem de diğer aviyoniklere çeşitli arabirimler sağlayan bağımsız bir birimdir ya da Integrated Modular Avionics kabini (IMA) gibi bir donanım platformunda bir işlev olarak entegre edilebilir. Control Display Unit (CDU veya MCDU) veri girişi ve bilgi ekranı için insan veya makine arayüzünü sağlar. Uçuş yönetim sistemlerinin donanım ve arayüz uygulamaları büyük ölçüde değişebilme özelliğine sahiptir. Uçuş yönetim sistemi, navigasyon, uçuş planlama ve optimize edilmiş rota tespiti ve uçak için rota rehberliği sağlar ve tipik olarak birbiriyle ilişkili fonksiyonlardan oluşur: navigasyon, uçuş planlama, yörünge tahmini, performans hesaplamaları ve rehberlik gibi. Bu işlevleri yerine getirmek için FMS diğer birçok aviyonik sistemle arayüz aracılığıyla iletişim kurmalıdır. Yukarıda bahsedildiği gibi, bu arayüzlerin uygulamaları, uçaktaki donanımın durumuna bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir, ancak genel olarak aşağıdaki genel kategorilere girecektir. Navigasyon sensörleri ve telsizleri Atalet / tutum referans sistemleri Navigasyon telsizleri Hava veri sistemleri Ekranlar Birincil uçuş ve navigasyon Çok işlevli Motor

13 Uçuş kontrol sistemi Motor ve yakıt sistemi Veri bağlantı sistemi Gözetim sistemleri Şekil 2.1 FMS Genel Yapısı

14 2.3 FMS in Alt Bileşenleri Bu bölümde FMS in alt bileşenlerinde birkaçının görevleri ve genel yapısını inceleyeceğiz FMGC Flight Managemet and Guidance Computer (FMGC) I, Flight Management(FM) ve Flight Guidance (FG) olarak 2 bölümde incelemek faydalı olacaktır. FM; navigasyon sistemleri, görüntüleme, uçuş kontrol sistemleri gibi birçok sisteminde yönetiminde görev alır. FG; Flight Director (FD) ve Auto Pilot (AP) olarak ana başlıklarda bakacak olursak; FD ve AP, uçuş ekibinin uçağı normal uçuş içinde uçmasına yardımcı olur. Bu hedefe ulaşmak için FD yeterli tutum veya uçuş yolu emri verir ve Pilot Flying (PF) uçağı manuel olarak doğru bir şekilde uçurabilmesini sağlar ve AP rutin görevleri üstlenir. Bu PF ye genel operasyonel durumu değerlendirmek için gerekli zaman ve kaynakları verir. Şekil 2.2 FMGC Ön Panel

15 2.3.2 MCDU Uçuş yönetim bilgisayarıdır. Yük, yakıt ve hava durumunu hesaplayarak uçağın bu etmenlere göre ideal şekilde uçuşu sağlar. Teknik ekip tarafından 'uçağın kalbi' olarak nitelendirilir. Uçağın mekanik sistemleri burada toplanmaktadır. Şekil 2.3 Airbus Pegasus II FMS Cardset ve LCD MCDU

16 3. EASA AD Amaç Bu bölümde amaç EASA tarafından yayınlanan numaralı AD nin değerlendirilmesinin yapılması ve bu AD nin neden çıktığı konusunun irdelenmesidir. 3.2 EASA AD nin Yayınlanma Sebebi A320 ailesinin uçaklarında bulunan ATHR sistemi, itme komutunu vererek uçağın hızını hedeflenen Mach sayısına doğru bir şekilde korumak için tasarlanmıştır. Fakat iniş için piste yüksek hızlı bir yaklaşım yapıldığında ATHR hatalı davranışlar sergilemiştir ve ekstra itiş vermiştir. Yaklaşım sırasında sahte itme artışı (Spurious thrust increase during approach) olarak bildirilen bu ATHR özelliği, Airbus operatörleri tarafından bir güncelleme ile çözülmesi kararlaştırılmıştır. Standart FMGC nin; yeni operasyonel kapasiteler, Runway Overrun Protection System / Runway Overrun Warning (ROPS/ROW) ve Autopilot/Traffic Collision Avoidance System (AP/TCAS) içeren yeni FMS2 ve FG ile güncellenmesini zorunlu tutmuşlardır ve EASA numaralı AD yayınlanmıştır.

17 Şekil 3.1 TCAS Bilgisayarı

18 Şekil 3.2 Kokpitteki Yerleşim

19 3.3 FMS2 ile Gelen Yenilikler FMS2 güncellemesiyle gelen yenilikleri şöyle sıralamak mümkün : Geliştirilmiş güvenilirlik, Bölümlenmiş bir ortamda arttırılmış bellek ve işlemci verimi, Dünya çapında 1 Meg navigasyon veritabanı ve arttırılmış veritabanı kapasite, Artan uçuş planı kapasitesi, Yüklenebilir yazılım veritabanları aracılığıyla sistem konfigürasyonu, Yüklenebilir FLASH bellek, "Pegasus" FM kiti için arttırılmış giriş / çıkış özelliklerine sahip yeni ana kart Tablo 2.1 FMS2 nin Süre Olarak Avantajları

20 4. SONUÇ Yapılan bu bitirme çalışması sonrası Uçuş Yönetim Sistemi temel bileşenleri anlatılmış, A320/321 uçaklarında EASA AD gereği uçaklarda yenilenmesi gereken komponentlere yer verilmiştir. AD'nin uygulanmasa etkilenen uçaklar için zorunlu kılınmış olup, şirketlere bu uygulama için Temmuz 2019 tarihi sonrası bu AD uygulanmayan uçuş yapması EASA tarafından yasaklanmıştır. FMS 2'e geçiş sonrası uçakların inişlerde yaptığı davranışların daha güvenilir ve doğruluk payı artırıcı şekilde olması amaçlanmış, bunun uçuş ekibine monitor edilmesi için geliştirmeler yapılmıştır.

21 KAYNAKLAR Airbus Industrie. (2018). Flight Management and Guidance Computer Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2018). Flight Management System (FMS) Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2018). Instrument Landing System (ILS) Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2018). Service Bulletin, Revision Transmittal Sheet, Blagnac, Cedex, France Airbus Industrie. (2018). Traffic Collision Avoidance System (TCAS) Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2018). Autothrust Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2018). Autothrust Modes Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2018). Flight Plan/Data Base Description and Operation, Toulouse, France Airbus Industrie. (2000). Airbus A318/A319/A320/A321 New FMS, Toulouse, France ATM Research Alliance, (2007). Advanced Flight Management System (FMS), Holland EASA. (2013). Airworthiness Directive , Cologne, Germany EASA. (2016). Notification of a Issue an Airworthiness Directive, , Cologne, Germany

22 EASA. (2013). Safety Information Bulletin, Non-stabilized Approach followed by Runway Overrun at Lyon Saint Exupéry Airport, Cologne, Germany Honeywell. (2016). Airbus Pegasus FMS for the Airbus A330 and A320 Series, Technical Summary, Phoenix, Arizona, USA Franěk, L. (2011). Flıght Management System Model, Brno, Czech Republic Shen, H. (2008). Honeywell Confidental & Proprietary