Aviyonik Nedir?
Aviyonik (İngilizce Avionics : Aviation Electronics) havacılıkta uçaklar, yapay uydular ve uzay araçlarının elektronik sistemleri için kullanılan terimdir.
Aviyonik sistemleri arasında iletişim, navigasyon, birden fazla sistemin görüntü ve yönetimi ve bireysel işlevleri gerçekleştirmek için uçaklara takılan yüzlerce sistem sayılabilir. Bu sistemler bir polis helikopterinin arama spotu gibi basit bir sistemden havadan erken uyarı platformları gibi komplike sistemlere kadar çeşitlidir.
Terim İngilizce havacılık anlamına gelen “aviation” ile elektronik anlamına gelen “electronics” kelimelerinden türetilmiştir.
Aviyonik Tarihi
Bir F-15E savaş uçağının aviyonikleri kabaca uçağın üretim masraflarının %80'ine denk gelir.
Aviyonik terimi ilk kez gazeteci Philip J. Klass tarafından “havacılık elektroniği” ifadesinin İngilizce karşılığının birleşik sözcüğü olarak kullanılmıştır. Bugün kullanılan pek çok modern aviyoniklerin geçmişi ve geliştirmesi II. Dünya Savaşı dönemindeki çalışmalara dayanır. Örneğin, günümüzde etkin bir şekilde kullanılan otopilot sistemleri, bombardıman uçaklarının hassas hedefleri vurabilmesi için yüksek irtifalarda sürekli ve istikrarlı oranda uçması için geliştirilmiştir. Bu gelişmelerden en çok bilinen olarak, radarın İngiltere, Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde aynı dönemde geliştirilmesi sayılabilir. Modern aviyonik askerî uçak harcamalarının önemli bir kısmıdır. F‑15E gibi veya şu anda kullanımda olmayan F‑14 uçaklarının maliyetlerinin yüzde 80 civarında oranı aviyonik sistemler için harcanır.
Sivil havacılıkta da benzer şekilde aviyoniklerin uçak maliyetlerindeki payı oldukça fazladır. Uçuş kontrol sistemleri (fly-by-wire) ile artan uçuş sayısı gibi sebeplerden dolayı artan yeni navigasyon gereklilikleri sonucu geliştirme çalışmaları, uçakların maliyetini arttırmaktadır. Ulaşımda havacılığın kullanım oranının artması sonucu, kullanım kapasitesi kısıtlanan hava sahalarında uçakları güvenle kontrol etmek için yeni yöntemler üzerinde çalışmalar yapılmıştır.
Modern Aviyonikler
Aviyonikler ABD Sivil Havacılık Kurumu Federal Aviation Administration'in (FAA) Next Generation Air Transportation System projesi ve Avrupa'nın Single European Sky ATM Research (SESAR) çalışması gibi modernizasyon girişimlerinde önemli bir rol oynamaktadır. ABD'de Ortak Planlama ve Geliştirme Dairesi (Joint Planning and Development Office) aviyonik için altı alanda bir yol haritası ortaya koymaktadır:
- Yayınlanmış rotalar ve prosedürler – Geliştirilmiş navigasyon ve yönlendirme
- Anlaşmalı Yörüngeler – Güncel olarak tercih edilen rotalar oluşturmak için veri iletişimi
- Devredilen ayırma – Havadaki ve yerdeki gelişmiş durumsal farkındalık
- Düşük görüş/Bulut tavanı-Yaklaşma/Kalkış – Daha az yer altyapısı ile hava kısıtlamalarına karşın operasyona devam edebilme
- Surface Operasyonları – Yaklaşma ve kalkış segmentlerinde güvenliğin artması
- ATM verimliliği – ATM işleminin geliştirilmesi
1957 yılında kurulan “Aircraft Electronics Association (AEA)” (Havaaracı Elektronik Birliği) üyesi 1.300'den fazla firma vardır. Bunlar arasında bakım konusunda uzmanlaşmış hükümet sertifikalı uluslararası tamir istasyonlarından, genel havacılık uçaklarına aviyonik ve elektronik cihazların kurulum ve tamirini yapan firmalara kadar çeşitli kurumlar vardır.
Uçak Aviyonikleri
Bir uçakta kokpit; uçağın kontrolü, takibi, komünikasyonu, navigasyonu, meteoroloji kontrolü ve çarpışma önleyici sistemleri gibi pek çok sistemi barındırarak aviyonik ekipmanların en çok bulunduğu yerdir. Genel olarak uçaklarda aviyonikler 14 veya 28 Volt DC elektrik sistemi kullanırlar. Ancak, büyük ve daha karmaşık elektrik sistemlerine sahip uçakları (örneğin havayolu uçakları veya savaş uçakları) bazı ekipmanlarda 400 Hz, 115 Volt AC elektrik sistemi de kullanır. Dünya çapında pek çok aviyonik ekipman üreticisi mevcuttur. En çok kullanılan ve tanınan firmalar arasında Honeywell Aerospace (Bendix/King'in de sahibi), Rockwell Collins, Thales Group, Garmin ve Avidyne Corporation sayılabilir.
Aviyonik ekipmanların uluslararası standartları “Airlines Electronic Engineering Committee” (AEEC, Havayolları Elektronik Mühendislik Komitesi) tarafından belirlenir ve ARINC tarafından yayınlanır.
İletişim
Uçaklarda iletişim uçuş ekibinin yer istasyonları ile uçuş ekiplerinin kendi arasında ve yolcular ile iletişimini sağlayan sistemlerdir. Uçak içi iletişim “public address”in kısaltması olan PA sistemleri ve uçuş ekibinin kendi arasında iletişini sağlayan “intercom”lar ile sağlanır.
Havacılıkta VHF iletişim sistemleri 118.000 MHz ile 136.975 MHz frekans aralığında çalışır. Her kanal Avrupa'da 8.33 kHz aralıklarla, diğer bölgelerde 25 kHz aralıklarla dağıtılmıştır. VHF uçaktan uçağa iletişim ve uçaktan ATC ünitesine iletişimde kullanılabilir. Uçaklarda iletişimde amplitude modulation (AM) modülasyon türü de kullanılır. Ayrıca (özellikle okyanus ötesi uçuşlarda) yüksek frekans (HF) veya uydu iletişimi de kullanılır.
Navigasyon
Navigasyon ya da seyrüseferin amacı uçağın yeryüzü üzerindeki konumunu ve yönünü belirlemektir. Aviyonikler; uyduya bağlı sistemler (gps ve WAAS gibi), yerde kurulu ekipmanlara bağlı sistemler (VOR veya LORAN gibi) veya bunların bir birleşimini kullanabilir. Navigasyon sistemleri uçağın pozisyonunu otomatik olarak hesaplar ve uçuş ekibine harita görünümünde veya çeşitli aletlerde gösterir. Eski aviyonikler ile pilot veya uçağın seyrüsefer görevlisi sinyallerin kesişimini alarak uçağın pozisyonunu belirler. Modern sistemlerde aviyonikler pozisyonu otomatik olarak hesaplar ve uçuş ekibine sistemin öngördüğü şekilde gösterir.
Airbus A380 glass cockpit pilotlar için modern bir uçuşun izlemesini sağlar
Modern uçaklarda kullanılan glass kokpite dönüşün ilk ipuçları 1970'lerde elektromekanik aletler, göstergeler ve enstrümanların uçağa uygun cathode ray tube (CRT) ekranlara dönüşümü ile ortaya çıktı. “Glass” kokpit (Cam kokpit) anlamı analog göstergeler ve aletler yerine bilgisayar monitörlerinin kullanımından gelir. Uçakların bu sisteme geçişiyle pilotların uçuşu daha hakim bir şekilde takip etmesi, aynı bilginin daha kompakt akışı ve daha etkin gösterimi sağlandı. 1970'lerde, ortalama bir uçak 100'den fazla kokpit enstrümanı ve kontrolüne sahipti.
Glass kokpitler 1985 yılında Gulfstream G‑IV özel jeti ile ilk kez kullanılmaya başladı. Bu tür kokpit enstrümanlarında en önemli konulardan biri; ne kadar bilginin otomasyona bağlanması ve ne kadarının pilotun manuel kontrolünde olmasının dengelenmesidir. Genel olarak, sistemler geliştikçe uçuş operasyonunu otomasyona bağlarken, pilotu sürekli olarak bilgilendirmeye yönelik şekilde dizayn edilir.
Uçuş kontrol sistemleri
Günümüzde uçaklar pek çok şekilde otomatik olarak kontrollü uçuş yapabilirler. Otomatik uçuş kontrolü özellikle yaklaşma ve iniş gibi kritik safhalarda pilot hatasını ve işgücünü azaltmak için çok büyük önem göstermektedir. Otopilot ilk olarak Lawrence Sperry tarafından II. Dünya Savaşı sırasında bombardıman uçaklarının 25.000 feet yükseklikten hassas bir şekilde hedefleri vurabilmesi için uçakların stabil uçabilmesini sağlamak için keşfedildi. ABD Ordusu tarafından ilk kullanıldığı dönemde, bir Honeywell Aerospace şirketi mühendisi arka koltukta acil bir durumda otopilotu devre dışı bırakma amaçlı oturuyordu. Son günlerde hemen hemen tüm ticari uçaklar iniş ve kalkışta pilotun işgücünü azaltma amaçlı uçuş kontrol sistemleri ile donatılmılştır.
İlk basit ticari otopilotlar uçağın uçuş başını ve irtifasını kontrolü için kullanılmış ve diğer kontrollerde limitli kapasiteye sahipti. Helikopterlerde, otomatik stabilizasyon yine bu şekilde kullanılır ve ilk sistemler elektromekaniktir. Fly by wire ve klasik hidrolik kontrollü uçuş yüzeyleri yerine elektronik sistemlere geçiş güvenliği arttırdı.
Çarpışma önleyici sistemler
Hava trafik kontrolunu desteklemek için, büyük nakliye uçakları ve çoğu küçük uçaklar Trafik Uyarı ve Çarpışma Önleyici Sistem'e (TCAS) sahiptir. Bu sistem ile uçaklar çevredeki aynı sisteme sahip uçakların konumunu belirler ve gerektiği durumda kaçınma sağlayacak manevrayı pilotlara dikte eder.
Uçağın kontrolüne engel herhangi bir arıza yokken yere çarpmayı (CFIT) önlemek için uçaklarda ana elementi radar altimetre olan Ground-Proximity Warning Systems (GPWS) sistemleri monte edilmiştir. GPWS'in en büyük dezavantajlarından biri olan sadece uçağın o anda altındaki yeryüzeyi ile mesafesini göz önünde bulundurması ve önünde bulunan ve birden yükselen yer yüzeylerine karşı bilgi vermemesine karşılık modern uçaklar “arazi farkındalık uyarı sistemi” (terrain awareness warning system – TAWS) ile donatılmıştır.
Kara kutular
Ticari uçaklarda kullanılan kokpit data kaydediciler, bilinen ismi ile “kara kutular”, uçuş kayıtlarını ve kokpit ses kayıtlarını saklarlar. Herhangi bir kaza veya önemli olay durumunda uçaktan çıkarılarak kontrol kumandaları ve diğer parameterler incelenir.
Meteoroloji sistemleri
Hava radarı (ticari uçaklarda tipik bir örnek olarak Arinc 708) ve yıldırım dedektörleri gibi meteorolojik sistemler özellikle pilotların önündeki hava durumunu belirleyemediği IMC ve gece uçuş şartlarında çok önemlidir. Radar tarafından belirlenen yoğun yağış veya türbulans sahaları uçakta önemli yatay sapmalara sebep olabilir. Bu sistemleri kullanarak pilotlar bu bölgeye girmeden uçuş rotasında değişiklik yapma imkânı bulur.
Modern meteoroloji sistemleri ayrıca wind shear ve türbulans saptama ve uyarı imkânına sahiptir.