سیستم های کمک ناوبری هواپیما

آشنایی با اویونیک

قسمت زیادی از دانش الکترونیک در یک هواپیما جهت تعیین موقعیت هواپیما نسبت به نقطه‌ای ثابت در روی زمین استفاده می‌گردد و این کار را می‌توان به طرق متعددی انجام داد. در صورت مشخص بودن موقعیت هواپیما، خلبان می‌تواند مراحل بعدی ناوبری را با استفاده از دانستن روابط بین روند تغییرات و زمان به انجام رساند. با استفاده از علایم رادیویی می‌توان فاصله یا جهت را نیز اندازه گیری نمود و یا ترکیبات متعددی از این پارامترها را جهت تعیین موقعیت هواپیما بکار برد. به عنوان مثال اگر هم فاصله و جهت نسبت به ایستگاه زمینی مشخص باشد، خلبان می‌تواند موقعیت هواپیما را به وسیله این دو فاکتور تعیین نماید این طریقه ناوبری به (Rho-Theta) نامیده می‌شود (رو) مسافت و (تتا) زاویه را نشان می‌دهد. اگر فاصله هواپیما نسبت به دو ایستگاه زمینی مشخص باشد، تعیین مکان نسبت به دو ایستگاه امکان پذیر می‌باشد اما با داشتن فاصله نسبت به یک ایستگاه ثالث می‌توان موقعیت کلی را نسبت به زمین تعیین نمود این طریقه ناوبری (Rho-Rho-Rho) نامیده می‌شود. موقعیت هواپیما را همچنین می‌توان به وسیله اندازه گیری زاویه نسبت به دو ایستگاه زمینی تعیین نمود که این طریقه ناوبری (Theta-Theta) نامیده می‌شود. هر ترکیبی از سه طریق ناوبری می‌تواند مبنایی برای اغلب سیستم‌های ناوبری اویونیک باشد. البته سیستم‌های داپلر و INS (Inertial Navigation System) از این قاعده مستثنی هستند. در سیستم ناوبری داپلر به وسیله استفاده رادار و پژواک زمینی و حسابگرهای مختلف می‌توان موقعیت را تعیین نمود و روش ناوبری INS که توسعه یافته همان سیستم ناوبری ابتدایی است، بر اساس پارامترهای موقعیت نقطه شروع، جهت، سرعت و مدت زمان موقعیت را، در هر زمان تعیین می‌نماید. در یک هواپیما از سیستم‌های ناوبری مختلفی استفاده می‌گردد که عبارتند از:

سیستم Instrument Landing System یا ILS

سیستم ILS یک سیستم رادیویی VHF/UHF در ناوبری در هنگام نشستن هواپیما است. برد این سیستم تا فاصله ۴۰ مایلی از انتهای باند می‌باشد که شامل دو نوع فرستنده‌است که در باند فرود تعبیه می‌شوند، یکی از آنها موقغیت هواپیما را نسبت به خط وسط فرضی میان باند Localizer (LOC) و دیگری اطلاعات شیب فرود را فراهم می‌نماید که Glide Slop (G/S) نامیده می‌شود. این نکته بایستی ذکر شود که فرکانس‌های G/S و LOC به صورت جفت شده (Pair) می‌باشند و برای هر فرکانس LOC فرکانس G/S تعریف شده‌ای وجود است. نشانگر CDI (Course Deviation Indicator) در یک هواپیما انحراف از مسیر پرواز را نشان می‌دهد. هنگامی که سوزن‌های G/S و LOC در وسط نشاندهنده واقع شوند زمانی است که هواپیما در وضعیت ایده آل قرار دارد.

سیستم مارکر بیکنز Marker Beacons

اطلاعات مربوط به میزان فاصله افقی هواپیما نسبت به ابتدای باند برای یک هواپیما که در حال نشستن می‌باشد از طریق آنتن‌های مارکر بیکنز که برد آنها تا فاصله ۶ مایلی از انتهای باند می‌باشد، به هواپیما ارسلل می‌گردد علاوه بر مارکر بیکنز ذکر شده که به آن مارکر بیرونی (Outer Marker = OM) گویند یک فرستنده مارکر بیکنز میانی (Middle Marker = MM) با برد ۳۵۰۰ فوت نیز دارد. فرکانس امواج ساطع شده از مارکر بیکنز بیرونی برابر ۴۰۰ هرتز و به صورت یک سری علایم مورس با کد خط، خط (---) می‌باشد که از طریق گوشی خلبان قابل شنیدن و به صورت مشاهده‌ای به صورت لامپ‌های چشمک زن آبی و کهربایی در کابین قابل رویت است. فرکانس امواج ساطع شده مارکر بیکنز میانی ۱۳۰۰ هرتز بوده و به صورت یک سری علایم مورس با کد خط، نقطه (-. -.) می‌باشد و در کابین هواپیما به صورت لامپ چشمک زن کهربایی مشخص می‌شود.

سیستم Microwave Landing System یا MLS

MLS یک سیستم کمک ناوبری است که موقعیت خلبان را جهت نشستن در شرایط دید کم تعیین می‌نماید. سیستم MLS دارای دقت و انعطاف پذیری بیشتری از ILS بوده و حتی تقرب در مسیر منحنی را نیز انجام می‌دهد. تقرب در مسیر منحنی این امکان را فراهم می‌نماید که از تقرب مستقیم در نواحی مسکونی شهر جلوگیری به عمل آمده و نتیجتا باعث کاهش زمان تاخیر، سر و صدا و افزایش استانداردهای ایمنی فرودگاه گردد و همچنین هزینه نصب و نگهداری MLS به مراتب کمتر از ILS بوده و مزیت دیگر آن قابلیت نصب در هر فرودگاه با هر موقعیت جغرافیایی می‌باشد.

سیستم VHF Omni-Directional Range یا VOR

VOR یک سیستم کمک ناوبری است که جهت نشان دادن سمت پرواز به سوی یک ایستگاه زمینی و ناوبری بین مسیرها استفاده می‌شود. سیگنال‌ها با فرکانس کم و متوسط تحت تاثیر بارهای استاتیک جو و تخلیه‌های الکتریکی و اثرات شب قرار می‌گیرند ولی از خواص ناوبری با امواج رادیویی VHF، ایمن بودن این امواج در مقابل اثرات جوی می‌باشد هدف از سیستم VOR به قرار زیر است:

 

الف- فراهم نمودن وسیله‌ای جهت تعیین موقعیت هواپیما نسبت به ایستگاه‌های زمینی VOR ب- فراهم نمودن مسیر اصلی پرواز به سمت ایستگاه VOR دیگر.

موقعیت هواپیما بر اساس واقع شدن هواپیما بر روی شعاعی از شعاع‌های امواج همه جانبه قابل درجه بندی که از ایستگاه زمینی VOR ساطع می‌شوند، مشخص می‌شود. ایستگاه‌های VOR روی نمودارهای هوانوردی و راهنماهای فرودگاه‌ها مشخص می‌باشند. جهت تعیین درجه شعاعی که هواپیما بر روی آن واقع می‌گردد، از اختلاف فاز بین سیگنال‌هایی که از ایستگاه زمینی تولید می‌شود، استفاده می‌نمایند. هواپیمایی که بر روی شعاع با درجه ۸۰ قرار گیرد بدین معنی است که راستای هواپیما نسبت به راستای شمال مغناطیسی تحت این زاویه‌است. اگر هواپیما بر روی شعاع ۲۱۰ واقع شود بدین معنی است که هواپیما تحت زاویه ۳۰ از ایستگاه زمینی VOR دور می‌شود و واقع شدن بر روی شعاع ۳۰ به معنی نزدیک شدن تحت همین زاویه به ایستگاه مربوطه‌است. شعاع گریز از مرکز به Radial و جانب به مرکز Bearing نامیده می‌شوند در واقع راستای R(210) با B(30) یکی می‌باشد ولی R(210) به معنای دور شدن در همان راستا از مرکز و B(30) بمعنای نزدیک شدن به مرکز می‌باشد. هنگامی که هواپیما بطور مستقیم در حال پرواز بالای یک ایستگاه VOR می‌باشد پرچم نشاندهنده (>) از حالت TO(>*) به حالت FROM (<*) تغییر وضعیت می‌دهد وسیله انحراف از وضعیت تعادل به نوسان می‌افتد یا به اصطلاح حالت عصبی پیدا می‌نماید و این علایم مبین این موضوع است که هواپیما نزدیک و در حال عبور از ایستگاه می‌باشد.

 

سیستم Distance Measuring Equipment یا DME

 

DME وسیله‌ای است که فاصله هواپیما را از یک ایستگاه زمینی اندازه گیری می‌نماید. جهت دقت و اطمینان بیشتر در DME بر خلاف سیستم رادار که از مکانیزم ارسال امواج و انعکاس آنها بعد از بر خورد به مانع استفاده می‌شود، عمل انتقال امواج دو طرفه بوده بدین معنی که هم هواپیما و هم ایستگاه زمینی مبادرت به ارسال امواج می‌نمایند. مدت زمان کل دریافت امواج رادیویی از هواپیما به ایستگاه زمینی و بالعکس اندازه گیری می‌شود از زمان کل، زمان تاخیر کم شده و نتیجه بر عدد ۲ تقسیم می‌شود. از روی زمان بدست آمده می‌توان فاصله هوایی بین هواپیما و ایستگاه را محاسبه نمود و با فاصله به دست آمده و ارتفاع هواپیما، فاصله زمینی قابل محاسبه می‌باشد.

 

سیستم Traffic Alert and Collision System یا TCAS

 

سیستم TCAS یک سیستم الکترونیکی جهت کمک به مهندسی فاکتورهای انسانی می‌باشد. در گذشته جهت دید بهتر خلبان، کاکپیت دارای پنجره‌هایی با سطوح بزرگ تر بودند تا خلبان میدان دید بیشتری داشته باشند و از برخورد هوایی احتمالی جلوگیری گردد. TCAS ابتدا در سال ۱۹۷۰ معرفی شد اما سازمان FAA نصب اجباری آن را در هواپیماها تا سال ۱۹۹۴ به تاخیر انداخت.TCAS سیستمی است که اطلاعات پروازی را راجع به ترافیک هوایی فراهم می‌نماید و مکانیزمی مشابه سیستم‌های راداری دارد. TCAS با استفاده از پرسشگر ATC-MODES، فاصله و Bearing هواپیمای مقابل را تشخیص و با هشدار Traffic Advisory(T/A) و یا فرمان مانور مناسب Resolution Advisory (R/A) به خلبان برای جلوگیری از برخورد با هواپیمای مقابل را می‌دهد.