BİR ÖNCÜL FLY-BY-WIRE SİSTEM SİMÜLASYONU TASARIMI Tolga İnal TAI, TUSAŞ Türk Havacılık ve Uzay Sanayi A.Ş., Aviyonik ve Elektrik Mühendisliği Müdürlüğü, Fethiye Mah. Havacılık Bulvarı No:17 Akıncı, Kazan 06980 Ankara Türkiye, tinal@tai.com.tr ÖZ Hava aracı özgün geliştirme projelerinin önemli parçalarından biri olan uçuş kontrol bilgisayarı geliştirilmesi, tüm dünyada yaygın olarak, geliştirilen uçağa özgün Ironbird test ortamlarında gerçekleştirilmektedir. Uçağın uçuş yüzeylerine direkt komut veren bu sistemlerin emniyet kritiklik seviyelerinin çok yüksek olması, yerde geliştirilmelerini ve ilk testlerinin yerde yapılmasını gerektirmektedir. Bu çalışmada 2015 yılında tamamlanmış, fly-by-wire bir uçuş kontrol bilgisayarı geliştirmesi projesinde sistem entegrasyon laboratuvarını (SEL) oluşturan donanım ve benzetim yazılımlarının geliştirilmesi, kurulan SEL ının, Ironbird ortamı ile füzyonu ve bu füzyon işleminin simülayon yazılımlarına etkisi ve bu tip bir test ortamının tasarımı, geliştirilmesi, entegrasyonu ve test edilmesi konularında dikkat edilmesi gereken hususlar tartışılmaktadır. Ayrıca gerçek aviyoniklerle entegre edilmiş küçük ölçekli uçuş ve kokpit benzetimi sisteminin aviyonik mimarisi, donanımı ve yazılım yapısı, test ile geliştirme süreçleri anlatılacaktır. Anahtar Kelimeler: Fly-by-wire, ironbird, sistem entegrasyon laboratuvarı, uçuş kontrol bilgisayarı. A PRELIMINARY DESIGN OF A FLY-BY-WIRE SYSTEM SIMULATION ABSTRACT Flight control computers, one of the most important part of the indigenous aerospace platform development projects, are widely designed and developed via indigenous iron birds of the platform. High safety criticality and design assurance levels of flight control systems, brings the essential situation of developing and designing these systems on ground. In this study, gained experiences on a fly-by-wire flight control computer development project, finished in 2015, regarding to system integration laboratory development, fusion of SIL and Ironbird environment, developed hardware and simulation software, test environment design, integration and tests are shared. Also, simulation and real avionics integration in a small scale flight and cockpit simulation environment including avionics architecture, hardware and software structure, test and development phases are discussed. Keywords: Fly-by-wire, flight control computer, ironbird, system integration laboratory. 1
1. GİRİŞ Uçuş kontrol bilgisayarları ve fly-by-wire sistemlerin geliştirme, entegrasyon ve performans testlerinin bire bir ölçekli Ironbird ortamlarında gerçekleştirilmesi, havacılık sektöründe özellikle Airbus ve Boeing gibi dev üreticiler tarafından başı çekilen yaygın bir uygulamadır. Hava aracı benzetim modelinin doğrulanması içinde önemli bir gereç olan Ironbird ortamlarının kurulumu karmaşık olmakla birlikte, bir o kadar da zahmetli bir iştir. Büyük üreticiler dahi bu tip kurulumları büyük kısmını altyüklenicilere devretmektedir. Bu tip ortamlar, ayrıca, ek donanımlar kullanılarak, kokpit işlevselliğinin testi, aviyoniklerin yer testleri ve hatta elektrik sisteminin testlerine olanak sağlamaktadır[1]. Bu ortamlar, hava aracı üreticisine uçuş testleri öncesinde kredi sağlamakta ve özellikle fly-by-wire uçuş kontrol bilgisayarlarının ilk uçuş öncesinde emniyetli uçuşa olanak sağlayacağı test edilebilmekte ve sertifikasyon otoritesine güven telkin edilebilmektedir. Sistem entegrasyon laboratuvarlarının (SEL) kullanımı havacılık ve savunma sanayiinde Ironbird uygulamalarından daha geriye dayanmaktadır. Özellikle aviyonik ve elektrik sistemlerinin geliştirme ve entegrasyon testlerinin koşulduğu bu ortamların bu sistemlerin uçağa takılmadan önce doğrulandığı yegane ortamdır[2]. Yazılım geliştirme ve test içinde yoğun olarak kullanılan SEL ortamları, benzetimlerin yanı sıra gerçek ekipmanların kullanılması sayesinde uçak üzeri yer testleri öncesinde karşılaşılabilecek birçok problemin görülebildiği yegâne mühendislik test ortamıdır. Maliyetleri ironbird lere göre nispeten düşüktür. Bu tip ortamlarda pilotların katılımı ile insanmakine arayüzü çalışmaları da gerçekleştirilmektedir. Şekil 1. Uçuş kontrol bilgisayarı içeren SEL mimarisi örneği Bu çalışmada fly-by-wire bir uçuş kontrol bilgisayarı geliştirmesi projesinde SEL ını oluşturan donanım ve benzetim yazılımlarının geliştirilmesi, kurulan SEL ının, Ironbird ortamı ile füzyonu ve bu füzyon işleminin simülayon yazılımlarına etkisi ve bu tip bir test ortamının tasarımı, geliştirilmesi, entegrasyonu ve test edilmesi konularında dikkat edilmesi gereken hususlar tartışılmaktadır. 2
2. SEL AVİYONİK MİMARİSİ ve HAVA ARACI BENZETİM MODELİ ENTEGRASYONU 2.1. SEL aviyonik mimarisi Sistemin temelinde, bir uçuş benzetimi yazılımından veya kullanılan aviyonik veri yolu kart arayüzünden alınacak çeşitli verilerin, ARINC 429 sinyallerine dönüştürülerek uçuş kontrol bilgisayarına sağlanması mantığı yatmaktadır. Sistem entegrasyon laboratuvarı, merkezinde 3 bilgisayar olacak şekilde planlanmıştır(şekil.1). Uçuş kontrol bilgisayarına kaynaklık eden tüm çevresel aviyoniklerin verileri bu bilgisayarca benzetilmektedir. Uçuş kontrol bilgisayarına veri sağlayan çevredeki aviyoniklerin benzetilmesi, gerçek aviyonik ekipmanların oldukça maliyetli olmaları sebebiyle maliyet etkin bir çözümdür ve özellikle durum-referans ve entegre ataletsel küresel konum algılayıcı seyrüsefer sistemi gibi kimi aviyonik ekipmanların tabiatları gereği uçan platform ile hareket etmeleri gerektiğinden, bu tip ortamlarda benzetimlerinin kullanılması yaygın bir yaklaşımdır. Burada unutulmamalıdır ki geliştirilmekte olan SEL ının kurulum amacı, klasik bir SEL kurulumundan farklı olarak, uçuş kontrol bilgisayarının geliştirilmesi ve doğrulanması olması sebebiyle, bu tip benzetim yaklaşımları kabul görmektedir. SEL ının tek kuruluş amacının, aviyonik ekipmanların entegrasyonu olması gibi durumlarda, gerçek ekipmanlar tercih edilmesi daha uygun olacaktır. Sisteme ARINC 429 veri iletimini sağlayabilecek bir arayüz kartı, PCI slotları üzerinden bağlanmıştır. Ayrıca uçağın benzetim modelinin uçurulabilmesi için USB(Universal Standart Bus) gibi ticari yaygın arayüzlere sahip uçuş kontrol levyesi, bir gaz kolu ve yön dümeni pedalları, SEL ına eklenmiştir. SEL ının tüm bağlantıları, tasarlanan cihazların tüm giriş çıkış uçları incelenerek, bir kablo ağı şeklinde üretilmiştir. Uçuş kontrol bilgisayarının entegre edileceği platformun dağınık bir aviyonik mimariye sahip olması sebebiyle, veri yolu mimarisi de dağınık olarak tasarlanmıştır. 2.1.1 Veri yolu mimarisi Sistem ne kadar basit tasarlanırsa, kullanımı ve değişen durumlarda uyarlaması o kadar kolay olacaktır. Sistemin tasarımında, Ironbird ortamında hata enjeksiyonu olması sebebiyle, aviyonik mimari tam dağınık tasarlanmak zorunda kalınmıştır. Bu fiziksel ayrım, uçuş benzetim yazılımından testler esnasında aviyonik benzetim bazlı hata enjeksiyonlarının ayrı ayrı ve dilenirse çoklu kombinasyonlar şeklinde verilmesine olanak sağlamıştır (Şekil 2). Bu çözüm toplamda kullanılacak veri yolu bağlantısı sayısını arttırmaktadır ki, bu durum, dağınık aviyonik mimarilerde beklenen bir durumdur[3]. 3
Şekil 2. Veri yolları mimarisi Veri yolu mimarisi tasarlanırken dikkat edilmesi gereken noktalardan biride veri yolu kanalına aşırı veri yüklemekten kaçınmaktır. Düşük yoğunluklu veri yollarında hata olasılığı daha düşüktür. Kablo ağında her hangi bir hata olasılığına karşı da ayrıca, hava araçlarında kullanılan, gerçek, uçuş elverişli kablolar ve gerçek konektörler, yine hava araçlarında uygulanan yöntemlerle uygulanmıştır. Uçaktaki muhtemel kablo boyları tahmin edilerek üretilen kablo ağı bu uzunluklarda üretilmiş ve bu sayede özellikle voltaj tipi analog arayüzler için sinyal takat kayıplarının sisteme etkisi Ironbird ortamında aynı uçaktaki gibi incelenmiştir. 2.2. Hava aracı benzetim modeli entegrasyonu Gerçeğe çok yakın bir hava aracı benzetim modeli, kuşkusuz, bu tip bir sistemin en önemli komponentlerinden biridir. Bu çalışmada, rüzgâr tüneli, CFD(computational fluid dynamics) yaklaşımları ve uçuş test verileri ile doğrulanmış ve gerçeğe çok yaklaştırılmış bir benzetim modeli kullanılmıştır. Benzetim modelinin gerçeğe yakınlığının yanı sıra, kullanılabilirliği ve benzetim ortamına entegrasyonu en önemli hususlardan biri olmakla birlikte, bir o kadar da tasarımcıları zorlayıcı bir aktivitedir[1]. Benzetimin kalbi konumundaki hava aracı benzetim modeli, aviyonik ekipman simülasyonları tarafından benzetilmesi gereken verilerin sağlayıcısıdır. Benzetim modeli çıktılarının standart bir hava aracında olması gereken şekilde; sağlanma sıklığı, birim dönüşümü ve değer aralığı uyumlandırılması aktiviteleri dikkatle yapılması gereken aktivitelerdir[4]. Özellikle geliştirilecek uçuş kontrol bilgisayarına sağlanan verilerin çok dikkatli analiz edilmesi ve uçakta var olacakları biçimlerinin birebir aynıları şeklinde tasarlanmaları, hem benzetim yazılımı, hem de uçuş kontrol bilgisayarı yazılımında kodlanacak veri yolu kodlayıcıları için çok büyük önem arz etmektedir. Benzetim modeli çıktıları sadece uçuş kontrol bilgisayarını besleyecek aviyonik simülasyonlara veri sağlamamakta, aynı zamanda uçuş esnasında kullanılacak PFD(Primary Flight Display) simülasyonu, uçak sistemleri arayüzleri(iniş takımı, flaplar vbgb) ve en önemlilerinden birisi olan dış dünya benzetim yazılımına ihtiyaç 4
duydukları parametreleri sağlamakta da kullanılmaktadır. Özellikle PFD için gerekli veriler; hava hızı çeşitleri, irtifa, açısal bilgiler ve durum verileridir[5]. SEL ortamı için bu tip verilerin adreslenmesi yeterli iken, SEL ının Ironbird ortamına entegrasyonu aşamasında, ironbird de bulunan yüzey yükleme sisteminin çalışabilmesi için benzetim modelinin menteşe moment çıktılarının, gerçek zamanlı olarak, yüzey yükleme sistemine uygun bir arayüz ile sağlanması gereklidir[4]. Şekil 3 de hava aracı benzetim modelinin her iki ortamda entegrasyonu sonucunda hangi benzetim komponentleri ve sistemlere veri sağladığı görülebilir(şekil 3). Şekil 3. Hava aracı benzetim modeli Tablo 1 de benzetim modeli çıktılarının ADC(Air Data Computer) aviyonik benzetimine sağladığı veriler ve bu verilerin uçuş kontrol bilgisayarına sağlanmadan önce tabi olduğu değişimler gösterilmektedir. Sadece ADC için verilen bu örnek çok basit bir örnektir. Bu işin, tüm aviyonik benzetimler ve uçak sistemler için yapıldığı göz önüne alınırsa, işin büyüklüğü ve detayı kolayca zihinlerde canlanacaktır. Sadece uçuş kontrol bilgisayarına veri sağlayacak aviyonikler ve uçak sistemleri hesaba katıldığında, tüm sistemde, toplam benzetilen parametre sayısı 200 âdetin üzerindedir. 5
Tablo 1. Benzetilmesi gereken ARINC 429 etiketleri örneği. ARINC 429 Etiketi Model Adı TX/RX 1 saniye de Yenilenme oranı Parametre Kimden Kime 204 HVB TX 16 Baro corrected altitude PFD + Uçuş Kontrol HVB Bilgisayarı 206 HVB TX Computed airspeed PFD + Uçuş Kontrol 8 HVB Bilgisayarı 210 HVB TX 8 True airspeed HVB PFD 205 HVB TX Mach number PFD + Uçuş Kontrol 8 HVB Bilgisayarı 212 HVB TX Altitude Rate PFD + Uçuş Kontrol 16 HVB Bilgisayarı 211 HVB TX Total air temperature PFD + Uçuş Kontrol 2 HVB Bilgisayarı 213 HVB TX 2 Static air temperature HVB PFD 203 HVB TX 16 Pressure altitude(1013.25 mbar) HVB PFD 207 HVB TX 8 Maximum allowable airspeed HVB PFD 3. SEL-IRONBIRD ENTEGRASYONU Projenin başında, SEL olarak tasarlanan ve kurulan yapı, proje ilerledikçe Ironbird ortamının bir parçası olmak üzere bir modifikasyondan geçmiştir. Burada bahsedilen modifikasyonun kapsamı sadece bir yazılım modifikasyonu değildir. Ayrıca kablosundan, donanımlarına ve ek güç ihtiyaçlarına kadar SEL nın yeni bir test ortamına dönüşmesidir. Bu dönüşüm zahmetli olmasının yanı sıra daha projenin en başında SEL ının, ileride Ironbird sisteminin bir parçası olacağı dikkate alınarak tasarlanması gerekliliğini doğurmuştur. Bu anlamda en dikkate değer konu başlıkları yazılım mimarisi, elektrik güç ihtiyacı, ek arayüz gereksinimleri, ek kablo ihtiyaçları ve donanım yedekleme konularıdır. Bu tip projelerde, bu konuların, projenin en başından dikkate alınarak tasarım yapılması, SEL-Ironbird füzyon sürecinde, tasarımcılara süre, maliyet ve iş gücü kazancı olarak geri dönecektir[6]. 3.1. Yazılım mimarisi Bu bölümde, uçuş benzetim sistemi kapsamında SEL ve ironbird de kullanılan benzetim yazılımlarının mimarisinden bahsedilecek, uçuş kontrol bilgisayarı yazılım mimarisinden bahsedilmeyecektir. Öncelikle ürün hayatına SEL yazılımı olarak başlayacak olan uçuş benzetim yazılımı mimarisi esnek olarak tasarlanmalı ve daha en baştan ileride geliştirmeye açık olacak modülleri içerisinde barındırmalıdır. Bu modüller, zamanı geldiğinde, SEL-Ironbird füzyonunda canlandırılarak kullanılmaya başlanacaklardır. Burada dikkat edilmesi gereken bir diğer husus ise kimi yazılım modüllerinin de sadece SEL de kullanılmaları sebebiyle SEL-Ironbird füzyonunun ardından körlenmeleri gerektiğidir. Birçok farklı sistemi besleyecek ve aynı zamanda kullanıcıya hem kullanım arayüzü, hem de test arayüzü sağlayacak bu tip bir yazılım oldukça kapsamlı ve bir o kadar da geliştirmesi zor bir yazılımdır. Burada unutulmamalıdır ki, çoklu noktadan kontrol, bu tip bir yazılımın, çözmesi en zor problemlerinden sadece bir tanesidir. 6
3.1.1. Benzetim çerçeve yazılımı Benzetim çerçeve yazılımı, 5 ana kısımdan oluşmaktadır. Bunlar; Kumanda Modülü, Kullanıcı Arayüzü Modülü, Dış Dünya Görüntüsü Modülü, Aviyonik Benzetim Modülü ve Eyleyici Modelleri Modülü dür. Kumanda Modülü: SEL de bulunan levye, gaz kolu ve yön dümen pedalları ile ironbird de bulunan gerçek yüzeyler üzerindeki algılayıcılardan alınan komut bilgilerinin anlamlandırılmasını sağlayan bu modül, levye, gaz kolu ve yön dümen pedalı girdilerinin dönüşümlerini, kalibrasyonlarını ve ilgili komponente doğru adreslenmesini sağlayan bir modüldür. Kumanda sisteminde yer alan levye ile uçan platforma, yuvarlanma ve yunuslama hareketleri sağlanmakta, gaz kolu ile ivmelenme ve hız, yön dümen pedal yardımı ile de uçağın düşey ekseni boyunca yalpalama hareketi yapması sağlanmaktadır. Kullanıcı Arayüzü Modülü: Kullanıcı arayüzü modülü, sistemin SEL olarak hayatına başlamasından itibaren kullanılacak bir modül olup, en önemli özelliği kullanım bazlı modüler yapısı sebebiyle kimi yazılım parçalarının sadece SEL da, kimi yazılım parçalarının sadece Ironbird ortamında kullanılabilir olmasıdır. Kullanıcıya sistemi kullanmanın yanı sıra, aviyonik benzetimlerin çeşitli hatalarının benzetilmesi, aviyonik ekipman veri yollarının takibi, uçuş kontrol bilgisayarı ikazlarının takibi ve eyleyici, algılayıcı kaybı gibi fonksiyonlara olanak sağlayan bu modül, oldukça karmaşık olmasının yanı sıra, aynen uçaklarda kullanılan uçak el kitabına benzer şekilde detaylı bir kullanım kılavuzu ile birlikte geliştirilmesine dikkat edilmesi gereken bir modüldür. Direkt kullanıcıyı hedeflemesinden ötürü, kullanıcı dostu grafik kullanıcı arayüzleri tasarlanmasına dikkat edilmesi önerilmektedir. Dış Dünya Görüntüsü Modülü: Özellikle gerçek uçak simülatörlerinde kullanılan benzetim yazılımlarının maliyet ve bakımlarının yüksek oluşu, bu tip yazılımlar yerine açık kaynak kodlu veya ticari dış dünya benzetim araçlarının kullanımını arttırmıştır. Günümüzde en yaygın kullanılan dış dünya benzetim yazılımları; Flight Simulator, Xplane ve Flight Gear dır. Bu çalışmada ücretsiz ve açık kaynak kodlu olması ve kendi benzetim modelinizin kullanılmasına olanak sağlaması sebebiyle Flight Gear tercih edilmiştir. Grafiksel kalite ve detay olarak diğerlerine göre biraz zayıf kalmaktadır. Dış dünyanın benzetimi amacıyla Flight Gear tarafından oluşturulan görüntü SEL de bir monitöre, SEL-Ironbird füzyonu sonucu oluşturulan test ortamında bir projeksiyona yansıtılması ile sanal uçuş ortamı oluşturulmuştur. Flight Gear yazılımı, bu görüntüyü oluşturmak için hava aracı benzetim modelinden çeşitli veriler beklemektedir. Bu verilerin benzetim modelinden çıktıktan sonra Flight Gear ın istediği format ve sıklıkta Flight Gear a sağlanması işini dış dünya görüntüsü yazılım modülü yapmaktadır. Aviyonik Benzetim Modülü: Benzetim yazılımının en gözde modüllerinden biri olan aviyonik benzetim modülü, uçak üzerinde kullanılacak olan aviyonik ekipmanların benzetimlerini içerir. Bu benzetimler, hava aracı benzetim modelinden aldıkları verileri aynen uçakta olacağı şekilde uçuş kontrol bilgisayarına sağlamak üzere standart aviyonik veri yolu bilgisine dönüştürür. Burada dikkat edilmesi gereken husus, aviyonik veri yolu parametreleri oluşturulurken uçakta kullanılan gerçek aviyoniklerin arayüz bilgisini birebir yansıtabilmektir[4]. Bu şekilde bir yaklaşım, uçuş kontrol bilgisayarının ileride uçağa takılması durumunda yapılacak delta çalışmanın süresini kısaltacaktır. Aviyonik benzetim modülleri oluşturulurken iki yaklaşım kabul görmektedir. İlk yaklaşım, aviyonik ekipmanın tüm fonksiyonları ile birebir modellenmesi, ikinci 7
yaklaşım ise aviyonik ekipmanın sadece sağladığı parametrelerin modellenmesi yani bir kabuk yazılım üretilmesi şeklindedir. SEL ının kuruluş amacının sadece aviyoniklerin entegrasyonu olduğu projelerde, birinci yaklaşım uygulamak daha doğru iken, projenin ilerleyen fazlarında ironbird ün bir parçası olacak ve sadece uçuş kontrol bilgisayarının entegrasyonu için kullanılacak bir SEL da, ikinci yaklaşım her anlamda daha faydalı bir çözüm olacaktır. Aviyonik benzetim modellerinin şematik diyagramı Şekil.4 te verilmiştir. Eyleyici Modelleri Modülü: Proje kapsamında geliştirilen SEL ı sadece bir bilgisayar ağı üzerinde koşan yazılımlar grubudur. SEL ortamında, gerçek uçuş kontrol yüzeyleri, algılayıcılar ve yük yükleme sisteminin bulunmaması sebebiyle, uçuş kontrol bilgisayarı ve içerdiği algoritmaların geliştirme testlerinin SEL da koşulabilmesi için, uçuş kontrol bilgisayarı sisteminde kullanılacak eyleyicilerin modellerinin oluşturulması ve benzetim yazılımına entegre edilmesi gereklidir. Eyleyici modeli kabaca uçuş kontrol bilgisayarında koşan yüzey sürücü algoritmasının yaptığı işi yapmaktadır. Ironbird sisteminde uçuş kontrol bilgisayarı sisteminin bir parçası olan gerçek eyleyicileri tasarlayan mekanik sistem tasarımcılarının sanal eyleyici modellerini de tasarlaması ve SEL entegrasyon testlerine katılması modelin doğruluğunun test edilmesi açısından büyük önem arz etmektedir[7]. Bu tip eyleyici modellerinin girdi ve çıktılarının ölçeği ve tipinin çok iyi belirlenmesi gerektiği, tüm sistem tasarımı düşünüldüğünde gözden kaçırılmaması gereken bir husustur[8]. Bu tip yazılımlar, tek bir bilgisayarda koşabileceği gibi, performans kaygıları durumunda, çoklu bilgisayar kombinasyonlarında da çalıştırılabilirler. Bu tip çoklu PC(personal computer) yaklaşımlarında, yazılım modülleri arasında veri alışverişi sıklığı ve veri paketinin boyutuna göre hangi modüllerin aynı PC de çalışacağını belirlemek, tasarımcıların gözden kaçırmaması gereken bir husustur[3]. 8
Şekil 4. Aviyonik benzetim modellerinin şematik gösterimi 3.2. Benzetim çerçeve yazılımı ile ironbird uygulaması Proje kapsamında, sistem gereksinimleri ve fonksiyonel gereksinimlerden elde edilen bilgiler yardımıyla yazılım gereksinimlerinin oluşturulmuştur. Her bir sistemin ihtiyaç duyduğu giden ve gelen mesajlar ile bunların yenilenme oranları belirlenmiştir. Sisteme bağlanacak ünitelerin arayüzü ARINC 429 oluğu için bu arayüzler ile ilgili her bir kanal için bir nesne oluşturulmuştur. Simülasyona gelen kanallar ile ilgili ARINC 429 mesaj formatının çözülerek, mühendislik verisine çevrilmesi sağlanmıştır. Benzer şekilde benzetim modelinden çıkan kanallar içinde mühendislik verisinin ARINC 429 mesaj formatına dönüştürülmesi sağlanmıştır. Gerçekleştirdiğimiz projede; üç bilgisayarlı PC konfigürasyonu tercih edilmiştir. Bu sebeple benzetim çerçeve yazılımı, bir PC de koşarken, uygulama yazılımı başka bir PC de koşmaktadır. Şekil 5 de final konfigürasyon olan Ironbird ortamında kullanılan PC konfigürasyonu ve üzerinde koşan yazılım modülleri görülmektedir. Bu sayede toplam sistem performansı yükseltilmiş ve sistemde testler esnasında PC performansı ile ilgili bir sıkıntı yaşanmamıştır. 9
Şekil 5. Final konfigürasyon Ironbird ortamında yazılım modül mimarisi 3.3. Ironbird Sistemin kullanıma başlanmasında önce, kullanıcının tüm komponentlerin, kullanıma hazır olduğundan emin olmasının ardından, pilot komutlarının verileceği test ortamının seçimini zorunlu kılan ve ancak bu seçimlerin doğru yapılması sonucu çalıştırılabilen bir Ironbird gerçekleştirilmiştir. Kullanıcın dilediği uçuş anından başlayabilmesi için Ironbird ortamındaki gerçek uçuş yüzeylerinin test başlangıç (t=0) anındaki konumlarına set edilmeleri gereklidir. Ironbird test ortamında sistemin bu durumuna trim state adı verilmiştir. Sistem bu durumda uçuş kontrol bilgisayarının kontrol ettiği eyleyicileri kullanarak yüzeyleri istenen açılara getirmekte ve kullanıcı tarafından benzetim başladı komutu verilene kadar yüzeyleri o pozisyonda tutmaktadır. Bu durumda test edilecek uçuş kontrol bilgisayarı aynı zamanda Ironbird test düzeneğinin bir parçası olarak da kullanılmaktadır. SEL nın ironbird e entegre edilmesi esnasında dikkat edilecek en önemli hususlardan bir tanesi de sistem kablolaması ve oluşturulan kablolamanın doğruluğunun test edilmesidir. İçinde birçok komponent barındıran ve çalıştırılmadan önce davranış biçimi hakkında az bilgi sahibi olunan bu tip hareketli sistemlere, elektrik takati verilmesinden önce, detaylı bir kablolama testi koşulmalı ve eğer mümkünse sisteme elektrik parça parça verilmelidir. Elektrik verilmesi esnasında sistem komponentlerinin davranışı sürekli olarak gözlem altında tutulmalıdır. Ironbird de bulunan test istasyonunda bulunan konsol ekranları üzerinden benzetimin başlatılması, durdurulması, test başlanacak trim koşullarının seçimi, hava şartlarının değiştirilmesi, uçak üzerine çeşitli yönlerden ani rüzgarların uçak üzerine uygulanması sağlanarak, algılayıcı kaybı, eyleyici kaybı ve aviyonik ekipman kaybı gibi senaryoların sisteme girdi olarak verilebildiği bir test ortamı gerçekleştirilmiştir. 4. UYGULAMA VE SONUÇ Bu uygulamanın sonunda, hem gerçek RAHAT (Rafta Hazır) aviyonikleri, hem de benzetimlerini kullanarak, hem insan makine arayüzündeki en temel öğelerin yetkinliklerinin gösterimini mümkün kılan, hem de aviyonik entegrasyonun 10
doğrulanmasında yararlanılan ve en önemlisi fly-by-wire bir uçuş kontrol sisteminin geliştirme ve doğrulama testlerinin koşulabildiği bir Ironbird sisteminin tasarlanması ve imalatı tamamlanmıştır. Tasarım sürecinin başında, hava aracının mimarisi detayları ile incelenmiş ve bu mimariye, proje amaçlarına, temel mühendislik prensiplerine ve görevlendirmelere uygun biçimde bir sistem gereksinimleri dokümanı yazılmış, görüşler ile düzeltilmiş ve yayınlanmıştır. Daha sonra bu gereksinimler ve hava aracı mimarisi ışığında, aviyonik donanımların da arayüz kontrol dokümanlarından yola çıkarak kablolama tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Sistemin öncelikle uçuş kontrol bilgisayarı dahil şekilde bir SEL ortamı olarak montajından sonra, yazılım hataları ile donanım hatalarını birbirinden izole etmek amacıyla, geliştirilen benzetim arayüz yazılımı devreye alınmadan evvel, hem kablolamanın testleri hem de donanımın kurum içindeki yazılım entegre edilmeden ticari yazılımlarla test edilmesi süreci gerçekleştirilmiştir. Böylece donanım ve kablolamanın yeterliliği yazılımın entegrasyonundan evvel doğrulanmıştır. Bu süreci takiben yazılım ve donanımın birlikte çalışabilirliği denenmiş, yazılımda ve donanımda çeşitli konfigürasyonlar ve düzeltmeler yapılmıştır. Ayrıca yabancı ya da yerli kullanıma hazırlık amacıyla, montaj, entegrasyon, kullanım ve arıza tespiti başlıklarını da içeren bir kullanma kılavuzu yazılmış ve yayınlanmıştır. Şekil 6 da sistemin entegre edildiği uçak gövdesini de içeren çalışır haldeki Ironbird test ortamı fotoğrafları görülmektedir. Çalışmanın içeriğinden anlaşılacağı üzere, oldukça maliyetli bir iş olan Ironbird kurulumu ve fly-by-wire uçuş kontrol bilgisayarı geliştirilmesi, makul bir planlama ve in house yazılım geliştirilmesi ile olabilecek optimum bütçede gerçekleştirilmiştir. Şekil 6. Ironbird test ortamı. İleride yapılacak uçuş kontrol bilgisayarı geliştirme ve Ironbird test ortamı kurulumu gibi çalışmalara ışık tutacağını düşündüğümüz bu çalışmada edinilen deneyimler, halen şirket içi eğitimlerde, şirket bünyesinde çalışan diğer mühendislerle paylaşılmaktadır. Bu proje kapsamında, benzetim yazılım ve sistemlerinin mimarileri ile ilgili ciddi 11
tecrübe kazanılmıştır. Ironbird ortamı uçuş kontrol bilgisayarı ve oto pilot geliştirilmesi çalışmalarında halen aktif bir şekilde kullanılmaktadır. Teşekkür Kolaylıkla tahmin edilebileceği gibi, bu ölçekte bir projeyi, çok sayıda mühendis hayata geçirmiştir. Burada tüm proje ekibinin isimlerini vermek, yer sıkıntısı sebebiyle mümkün değildir. Yazar başta yöneticileri olmak üzere, projede emeği geçen tüm TAI çalışanlarına teşekkürlerini sunar. 5. KAYNAKÇA [1] V.R. Schmitt, G.D. Jenney, J.W. Morris. (1998), Fly-by-Wire: A Historical and design perspective, SAE Books. [2] R.P.G Collinson. (2003), Introduction to avionics systems, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands. [3] Y. Kaygusuz, K. Ozel, T İnal. (2011), Dağınık aviyonik mimariler için küçük ölçekli bir uçuş gösterge simülatörü tasarımı uygulaması, Proceedings of Ulusal Simülasyon ve Modelleme Konferansı, ODTÜ, Ankara. [4] T. İnal. (2014), A Full scale ironbird application: footsteps of an autopilot, Proceedings of 7th TAI Aviation and Avionics Seminar, METU, Ankara. [5] A. Helfrick. (2007), Principles of avionics, Avionics Communications Inc. Leesburg, VA, ABD. [6] E. Kleemann, D. Dey, M. Recksiek. (2000), The Development of a civilian fly by wire flight control system, Proceedings of ICAS Congress. [7] M.A. Bromfield, G.B. Gratton, M.S. Young. (2015), The Effects of stick force gradient on pilot mental demand, Proceedings of AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, Kissimmee, Florida, USA. [8] T. Berger, M.B. Tischler, S.G. Hagerott. (2015), Piloted simulation handling qualities assessment of a business jet fly-by-wire flight control system, Proceedings of AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, Kissimmee, Florida, USA. 12