Korábban volt szó a VOR ill. NDB navigációról, ILS megközelítésről. Most egy kicsit más oldalról közelítjük meg a navigáció fogalmát.

A VOR, NDB és a GPS navigáció mind egy külső forrásra támaszkodnak: rádió adók, műholdak. De hogyan lehetne úgy navigálni egy repülőt, hogy nem használja ezeket a külső forrásokat?

Mint sok minden más, ez a rendszer is a katonai felhasználásból szivárgott át a polgári repülésbe. A második világháborúban fejlesztették ki korai változatait rakéták irányítására, iránybantartására. Manapság majdnem minden utasszállítón megtalálható mint alternatív navigációs rendszer.

 

Hogyan működik?

A mai rendszerek alapját 3 lineáris és 3 szöggyorsulás-mérő képzi.

A lineáris gyorsulás-mérők mérik a repülőgép térbeli mozgását: emelkedés/süllyedés, oldalirányú mozgások, illetve sebesség, hosszirányú mozgást. A szöggyorsulás-mérők mérik a repülő 3 tengelye körüli elfordulását a világegyetemhez képest*

Ezzel gyakorlatilag lemodellezhető lesz a repülőgép mozgása csak a gyorsulás-mérők adatira támaszkodva - persze csak akkor, ha tudjuk a kiindulási pontot.

* - a giroszkópok felpörgés után próbáljak megtartani az adott pozíciójukat - nem a földhöz -, hanem a világegyetemhez képest. A felpörgött giroszkópnak két "hibája", "tévedése" is van: az egyik a precesszió, ami a forgásból következik: a forgás tengelyere merőlegesen egy állandó szögsebességgel forog. A másik a nutáció, ami abból következik, hogy a felpörgetett giroszkóp alatt gyakorlatilag elfordul a föld. A kettő hibát ha összeadjuk, azt hívjuk pszeudoreguláris-precessziónak.

A rendszer tartalmaz még egy számítógépet, mely feldolgozza az adatokat. Mivel a gyorsulások minimálisok - gondoljunk csak egy koordinált fordulóra utazómagasságon egy utasszállítón: az ember észre sem veszi, pedig minimálisan, de 1 fölötti G hatásnak van kitéve. Ezt a gyorsulást, illetve a gép bedöntését felhasználva kiszámítható, hogy a forduló végén hol lesz a repülő a térben.

A rendszer nagy előnye, hogy nem támaszkodik semmilyen külső forrásra, egyedül a gyorsulási illetve elfordulási értékeket veszi figyelembe. Ami előnye, az egyben hátránya is: nincs semmilyen helyesbítés a rendszerben, így az idővel keletkező mérési hibák összeadódnak. A mai utasszállítókon használatos INS rendszerek pontossága óránként 0.6 mérföld - tehát egy 3 órás út végen akár 1.8 mérfölddel is célt téveszthetünk. Természetesen nem ennyire vészes a helyzet, mivel a rendszer folyamatosan kapcsolatban van a többivel: VOR-adók és GPS műholdak jelei alapján időnként helyesbít az adatokon. Egyfajta “back-up” rendszerként található meg a repülőkön ez a szerkezet.

 

Giroszkópok fajtái

Csuklós

Képzeljünk el három, egymásba ágyazott gyűrűt az X, Y és Z tengelyek mentén, a három gyűrű szabadon foroghat egymáshoz képest. Minden gyűrűn található kettő giroszkóp - így oltva ki a precessziót az adott tengelyre nézve. A rendszer relatív egyszerű elektronikával kell csak rendelkezzen, hiszen a gyűrűk elfordulását kell csak figyelni. Ennek a rendszernek a legnagyobb hátránya a robosztussága: rengeteg mozgó alkatrészt tartalmaz, melyeket igen nagy pontossággal kell elkészíteni.

Mozgás alapú

Egyszerűbb, kisebb pontosságú rendszereknél a repülőgép sebességéből, irányából, magasságából is lehet következtetni, hogy merre jár a repülő. Ekkor ezeket az adatokat használja fel a számítógép - természetesen, mivel ezek a merések messzi nem annyira pontosak mint egy gyorsulásmerőé, így a kapott végeredmény is jóval nagyobb hibát fog tartalmazni.

Vibrációs giroszkópok

Az elv pofonegyszerű: adott egy kar, melynek végén tömeg van. Ha a kart elkezdjük nagysebességgel vibráltatni, majd elforgatjuk, az a tömegéből adódóan próbálja megtartani a rezgés síkját - ld.: http://hu.wikipedia.org/wiki/Foucault-inga

Félgömb alakú rezonátorok

Felfedezték, hogy ha egy félgömbben állóhullámokat hoznak létre, majd a gömböt elforgatják, akkor az állóhullámok ugyanott maradnak, ahol előtte voltak. Ennek érzékeléséhez a félgömböt piezokristályból alakítják ki, amivel érzékelni tudják az állóhullámokat. A rendszer egyik nagy előnye, hogy nem tartalmaz mozgó alkatrészt, egészen kis méretekben is megvalósítható. A hátránya, hogy relatív drága, a félgömb alakú piezokristály miatt, mivel azt igen nehéz ilyen kis méretben precízen kialakítani.

Kvarc alapú giroszkópok / “hangvilla” giroszkópok

Képzeljünk el két-, azonosan hangolt hangvillát, melyek a száruk mentén össze vannak illesztve és mindkettőt rezgetik, de ellentétes fázisban, így kioltják egymás rezgését. Ahogy a villák elfordulnak, a korábban már említett Foucault-ingához hasonlóan, itt is meg akarják tartani a rezgés síkját. A két rezgés máris nem oltja ki egymást, és merhetővé válik. Nagy előnye, hogy olcsó és nem tartalmaz mozgó eszközt. Ilyen érzékelőket használnak például a fényképezőgépek képstabilizátorai.

Lézer giroszkópok

Egy darab lézer fényforrás, egy félig-áteresztő tükör, több kilométer üvegszál és egy érzékelő. Ennyi az egész rendszer alapja. A lézer fényt egy feltekercselt üvegszálba vezetik egy félig-áteresztő tükrön keresztül. Az egyik fénynyaláb a tekercsen keresztül jut el az érzékelőhöz, a másik pedig közvetlen a tükör után. Ha elmozdul a rendszer, a tekercsben megtett fény hosszabb utat fog megtenni, így az ebből fakadó fáziskülönbség igen nagy pontossággal érzékelhető. A rendszer egyik “ hibája”, hogy mivel a fénysebesség állandó, bizonyos mozgásoknál egész egyszerűen nem érzékeli a mozgást. Erre is találtak megoldást: az egész rendszert ráültetik egy nagyfrekvenciával rezgő alapra, így küszöbölik ki azt az állapotot mikor a fény a mozgással egy irányba halad (át kéne lépnie a fénysebességet) - így csak azt az állapotot figyelik, mikor a fény a mozgással ellentétes irányba halad.

Rugós gyorsulásmerők

A lehető legegyszerűbb megoldás: egy rugóra szerelt tömeg a gyorsulás hatására elmozdul. Rendkívül nagy előnye, hogy borzasztóan egyszerű, hátránya a többi rendszerhez képesti nagy pontatlansága.

 

Hogyan történik a repülés?

A rendszernek mindenképp kell egy kiindulópont, ahonnan a gép felszáll. Az INS földrajzi koordinátákkal dolgozik, tehát ezeket kell betáplálni egy útvonalrepülés során.

Talán láttátok már, hogy a reptereken a csápoknál a pilótafülkéből nézve fel van írva az aktuális állóhely koordinátája a terminál falára, vagy a betonra. Azok a koordináták az INS rendszer miatt vannak ott. Emellett a legtöbb repülési tervet készítő oldal (pl. http://rfinder.asalink.net/free/) koordinátákat is ír a navigációs pontok mellé.

A rendszerben előre eltarolhatóak az egyes pontok, hasonlóan az FMC-hez, csak itt se nevet, se azonosítót nem adunk meg, szimplán csak a koordinátákat. Az INS alap esetben semmilyen kapcsolatban nincs a robotpilótával, kvázi kézzel kell irányítani a gépet. Természetesen rengeteg adatot ki tud jelezni, mint aktuális haladási irány (CRS), repülőgép iránya (HDG), szélirány, stb.

 

INS X-Plane-hez

Sajnos X-Plane-hez jelenleg nincs elérhető INS rendszer, de a lehetőség adott :)
Az FS-hez van egy remek program (http://www.simufly.com/ins/), az azt készítő emberrel esetleg fel lehet venni a kapcsolatot, hogy rendelkezésre bocsájtsa a forrást, illetve egy egyszerűbb darabot megírni nem olyan vészes dolog, aki kicsit jártas már a Lua, Python vagy a C/C++ nyelvek egyikében.

 

További olvasnivaló

Aki többet szeretne tudni a rendszerről, ajánlom Kosa Gergely által készített oktató anyagot, melyet TeamSpeak-en tartott. A hanganyag MP3-ban 40perc, mellette érdemes olvasni is anyagot, hogy érthetőbb legyen. Az oktatás az alábbi címen érhető el: http://ivao.hu/gergely/ins/

Hozzászólások

A FlyJSim B-727 sorozatával együtt megjelent egy CIVA nevű INS rendszer is. A kiegészítő ugyan fizetős, de nagyon baráti áron (10 USD) lehet hozzájutni az X-Plane.org Store-jában:
http://store01.prostores.com/servlet/x-planestore/Detail?no=430

És meglehetősen jó móka repülni vele! :)