ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:

16 مرداد 1399

سیستم دید از راه‌دور در هواپیماهای سوخت‌رسان

از هنگام تولد هواپیما توسط برادران رایت در سال‌های ابتدایی قرن 20 میلادی، محدودیت حمل سوخت و در نتیجه آن محدودیت در برد پروازی یک چالش بزرگ محسوب می‌شد. اما خیلی زود با ورود مفهوم سوخت‌رسانی هوایی، این چالش کم رنگ و انجام پروازهای طولانی مدت بدون نیاز به به فرود تحقق یافت. دهه 1920 میلادی اولین تجربه سوخت‌رسانی هوایی توسط الکساندر دیسورسکی و یکی از همکارانش بین دو هواپیمای Airco DH-4B در نیروی هوایی ایالات متحده انجام شد. به دنبال آن یک رکورد در مداومت پروازی توسط همین نوع هواپیما که از طریق دو هواپیمای دیگر سوخت‌رسانی می‌شد، به ثبت رسید. در آن عملیات هواپیما مدت 37 ساعت را با انجام 9 سوخت‌رسانی هوایی که شامل انتقال 687 گالن (2600 لیتر) سوخت و 38 گالن (140 لیتر) روغن موتور می‌شد، پرواز کرد.

عملیات انتقال سوخت نیز معمولا به‌صورت دستی صورت می‌گرفت. بدین ترتیب که هواپیمای سوخت‌رسان (تانکر) در ارتفاع بیشتر و فاصله جلوتر از هواپیمای دریافت‌کننده قرار می‌گرفت و سپس کمک‌خلبان شیلنگ متصل به تانکر سوخت را از هواپیما به سمت پایین رها می‌کرد. کمک خلبان هواپیمای دریافت‌کننده نیز با گرفتن این شیلنگ آن را داخل مخزن سوخت قرار می‌داد. همانطور که مشخص است این نحوه سوخت‌رسانی دشواری‌ها و محدودیت‌های فراوانی دارد.

در آن سال‌ها از سوخت‌رسانی هوایی به منظور ایجاد مداومت پروازی برای هواپیماهای مسافری و نظامی استفاده می‌شد. هر چند خلبانان از این روش بیشتر برای شکست رکوردهای پروازی استفاده می‌کردند. در فاصله سال‌های 1923 تا 1958 چند مرتبه رکورد طولانی‌ترین پرواز و رکورد تعداد دفعات سوخت‌رسانی توسط خلبانان مختلف شکسته شد. در برخی موارد نیز سوخت‌رسانی حین پرواز توسط یک خودروی زمینی انجام می‌شد. در ضمیمه این مجله می‌توانید داستان مرتبط با شکستن رکورد طولانی‌ترین پرواز جهان را که توسط فردی به نام رابرت تیم ثبت شده است را مطالعه کنید. هر چند در این پرواز برای سوخت‌رسانی از یک خودرو استفاده شده است، اما مراحل دشوار این نوع از سوخت‌گیری نیز خواندنی و جذاب است.

تصویری از یک سوخت‌رسانی هوایی در سال 1923

تصویری از یک سوخت‌رسانی هوایی در سال 1923

جنگ جهانی دوم و صحنه نبردهای هوایی آن فرصت بزرگی برای توسعه هرچه بیشتر هواپیماهای سوخت‌رسان و فناوری‌های مربوط به آن بود. در آن سال‌ها بوئینگ موفقیت‌های زیادی در ساخت سیستم‌های سوخت‌رسان با سرعت و حجم بالا داشت. این شرکت همچنین توانست اولین هواپیمای اختصاصی تانکر سوخت را با نام KC-97 Stratofreighter تولید کند.

بوئینگ در قسمت پایین انتهای این هواپیما سیستم سوخت‌رسانی نصب کرد و یک جایگاه برای نشستن اپراتور سوخت‌رسانی تعبیه کرد. وظیفه این فرد مدیریت فرایند سوخت‌رسانی بود و می‌توانست از طریق یک پنجره که در همان بخش قرار داشت، مسیر نازل سوخت و نحوه اتصال آن به هواپیمای مقصد را مشاهده کند. با این حال شرایط آب‌وهوایی و محدودیت‌های دید از پنجره فرایند کنترل نازل سوخت را دشوار می‌کرد. با مرور زمان و توسعه سیستم‌های تصویربرداری، تجهیزات الکترونیکی جای پنجره‌ شیشه‌ای را در اتاق مدیریت سوخت‌رسانی هواپیماهای تانکر گرفتند.

روش‌های سوخت‌رسانی

امروزه به‌طور معمول دو روش برای سوخت‌رسانی هوایی وجود دارد. در روش اول که با نام بوم (Flying boom) شناخته می‌شود از یک لوله با انعطاف‌پذیری محدود استفاده می‌شود. در هنگام سوخت‌رسانی بوم، مشابه با حالت باز شدن تلسکوپ، از بدنه تانکر خارج شده و در انتها دوباره جمع می‌شود. پیش از شروع فرایند سوخت‌گیری، هواپیمای دریافت‌کننده معمولا کمی عقب‌تر و حدود 10 متر پایین‌تر از تانکر قرار گرفته و بی‌حرکت می‌ماند. سپس اپراتور با استفاده از یک جوی‌استیک بوم را به بیرون و سمت لوله دریافت سوخت هواپیما هدایت می‌کند. با قرارگیری نازل بوم در محل خود، سوخت‌گیری آغاز می‌شود.

در روش دوم سوخت‌رسانی از یک شیلنگ و سبد (Probe and drogue) استفاده می‌شود. در این روش محفظه‌های (Pod) سوخت که معمولا روی بال‌ها یا انتهای بدنه قرار گرفته‌اند، به یک قرقره و شیلنگ مجهز هستند. هنگام سوخت‌رسانی قرقره به آرامی شیلنگ را آزاد می‌کند و به سمت پشت هواپیما می‌رود. در لبه این شیلنگ یک سبد به شکل توپ بدمینتون قرار دارد که با ایجاد کمی مقاومت در برابر جریان هوا، شیلنگ را تقریبا بدون حرکت نگه می‌دارد. هواپیمای دریافت‌کننده ‌سوخت باید به آرامی به سمت سبد حرکت کرده و لوله خود را داخل سبد قرار دهد. با رسیدن لوله به محل مناسب، لوله و شیلنگ چفت شده و انتقال سوخت به‌طور خودکار آغاز می‌شود.

(الف)

(ب)

انواع سوخت‌رسانی: روش بوم (الف). روش شیلنگ و سبد (ب).

دوربین‌های دیجیتالی جایگزین پنجره‌های شیشه‌ای

از سال‌ها قبل سیستم دید از راه دور ([1]RVS) در تانکرها جایگزین پنجره‌های شیشه‌ای شد تا اپراتور یک نمای کافی و مناسب از صحنه سوخت‌گیری در زیر تانکر داشته و بتواند با دقت بیشتری فرایند سوخت‌گیری را مدیریت کند. این سیستم ابتدا برای هواپیمای تانکر KDC-10 که مربوط به نیروی هوایی رویال هلند بود، طراحی و پیاده سازی شد. اما ساختار ماژولار آن به گونه‌ای بود که امکان نصب روی سایر تانکرها را نیز داشت. این سیستم یک دید نظارتی کامل و استریو از محیط اطراف هواپیما را روی نمایشگرهای مقابل اپراتور نمایش می‌دهد. در شرایط شب نیز تصاویر مادون‌قرمز می‌تواند دید کافی برای اپراتور ایجاد کند.

اواخر قرن 20 میلادی نیروی هوایی رویال هلند به منظور پشتیبانی از هواپیماهای نظامی خود با تبدیل دو فروند هواپیمای DC-10 به تانکر، از آن‌ها به عنوان سوخت‌رسان و ترابری استفاده کرد. این هواپیماها از لحاظ ساختار کاملا مشابه با نمونه‌های امریکایی بودند، با این تفاوت که سیستم ظرفیت و سیستم انتقال سوخت تغییر کرده بود.

در نمونه‌های هلندی موقعیت کاربر سوخت‌رسان به یک اتاق در پشت کابین خلبان منتقل شده است. لوله انتقال سوخت (بوم) توسط یک جوی‌استیک در این اتاق کنترل می‌شود. تصاویر زنده محیط پشت هواپیما روی مانیتور پخش می‌شود. این تصاویر از طریق دو سیستم ویدئویی اصلی تامین می‌شوند. یک سیستم دید نظارتی و یک سیستم دید استریواسکوپ که تصاویر را به حالت 3 بعدی نمایش می‌دهد.

سیستم دید نظارتی شامل سه دوربین است که دید افقی بیش از 180 درجه را ایجاد می‌کنند. تصویر ترکیبی این سه دوربین روی مانیتورهایی به حالت پاناروما روی میز اپراتور نمایش داده می‌شود.

سیستم دید استریواسکوپ بر اساس تصاویر دو کاناله دریافتی از دو دوربین بدست می‌آید. اپراتور با قرار دادن یک عینک پسیو و پلاریزه روی چشمان خود، تصاویر استریواسکوپ را خواهد دید. این سیستم دید همچنین می‌تواند روی عمق تصاویر، سمبل‌های مصنوعی را نمایش دهد.

میدان دید دوربین‌های نظارتی در سیستم RVS نصب شده روی KDC-10 هلند. بیش از 180 درجه افقی و 62 درجه عمودی میدان دید دوربین‌های نظارتی در سیستم RVS نصب شده روی KDC-10 هلند. بیش از 180 درجه افقی و 62 درجه عمودی

میدان دید دوربین‌های نظارتی در سیستم RVS نصب شده روی KDC-10 هلند. بیش از 180 درجه افقی و 62 درجه عمودی

معماری سیستم RVS بکار رفته در KDC-10

معماری سیستم RVS مورد استفاده در تانکر KDC-10 به‌صورت ماژولار بوده و شامل 5 بخش مختلف است:

ماژول دوربین‌ها: یک محفظه در زیر دم هواپیما برای نصب دوربین‌ها در نظر گرفه شده است. دوربین‌ها داخل این محفظه از آلودگی‌های محیطی حفظ می‌شوند. موقعیت هر دوربین به گونه ای در نظر گرفته شده است تا دید 180 درجه‌ای به خوبی تشکیل شود.

ماژول رابط: این ماژول شامل واحد گرافیکی برای پردازش تصاویر و واحد پردازش داده‌های ورودی و خروجی برای تبادل داده‌های کنترل بوم و پنل کنترل اپراتور می‌شود. همچنین این سیستم سیگنال‌های هشدار و خطا را منتقل می‌کند.

ماژول ویدئو: این ماژول شامل واحد‌های سوئیچینگ، ضبط و بازپخش ویدئو است.

ماژول مانیتور: شامل مجموعه‌ای از مانیتورها برای پخش تصاویر نظارتی و استریواسکوپ.

ماژول کنترل اپراتور: یک پنل کنترلی که کاربر از طریق آن دستورات لازم را به سیستم ارسال می‌کند.

جانمایی بخش‌های مختلف سیستم RVS در هواپیمای KDC-10

جانمایی بخش‌های مختلف سیستم RVS در هواپیمای KDC-10

یک سیستم مدرن امریکایی

در سال 2011 نیروی هوایی ایالات متحده به منظور جایگزینی تانکرهای KC-135 خود، سفارش 179 فروند هواپیمای سوخت‌رسان جدید را به بوئینگ داد. بوئینگ برای این سفارش، تانکر KC-46 را مبتنی بر طرح هواپیمای 767 خود توسعه داد و در سال 2019 اولین تحویل تانکر به نیروی هوایی صورت گرفت. سیستم سوخت‌رسانی در این هواپیما نسبت به تانکرهای قدیم به‌طور کامل بازطراحی شد. تانکر می‌تواند از هر دو روش بوم و شیلنگ برای انتقال سوخت استفاده کند. دو محفظه سوخت و شیلنگ روی بال‌ها قرار دارد و در انتهای بدنه نیز شیلنگ و بوم تعبیه شده است.

می‌توان گفت بحث‌ برانگیزترین ویژگی تانکر جدید جایگاه اپراتور سوخت‌رسان (ARON[2]) است. در طراحی جدید مشابه با تغییرات تانکر هلندی، جایگاه اپراتورها (دو نفر) از دم هواپیما به پشت کابین خلبان منتقل شده و به جای پنجره از مجموعه‌ای دوربین توزیع‌ شده در اطراف هواپیما و یک سیستم ترکیبی 2D/3D برای نمایش عملیات سوخت‌رسانی استفاده شده است.

AROS شامل سه نمایشگر اصلی در مقابل هر اپراتور است. ردیف بالای نمایشگرها برای ارائه نمای نیم‌کره پشت تانکر در نظر گرفته شده است. تصویر نمایشی از این مانیتورها به‌خصوص برای هواپیماهایی مناسب است که می‌خواهند از طریق سیستم سوخت شیلنگ مرکز هواپیما یا شیلنگ روی بال‌ها استفاده کنند.

نمایشگر مرکزی 2D/3D تصویری کاملا مشابه با آنچه که قبلا اپراتور از پنجره عقب هواپیما می‌دید، ارائه می‌کند. سیستم بوم از فناوری Fly-By-Wire استفاده می‌کند و از طریق یک اهرم (جوی‌استیک) در کنار هر کنسول اپراتور کنترل می‌شود. نمایشگر سوم (ردیف پایین) داده‌های مهم مربوط به پیکربندی هواپیما و عملیات سوخت‌رسانی را ارائه می‌کند. علاوه بر این‌ها اپراتور می‌تواند در هنگام ماموریت برای نمایش این اطلاعات از تبلت نیز استفاده کند. سیستم دید در شب قابلیت انجام ماموریت سوخت‌رسانی را در تاریکی کامل ایجاد می‌کند.

جایگاه اپراتور سوخت‌رسان در هواپیمای KC-46a

جایگاه اپراتور سوخت‌رسان در هواپیمای KC-46a

وجود یک مشکل در سیستم RVS تانکر KC-46

هر چند سیستم طراحی سیستم RVS این هواپیما اخیرا انجام شده است و از فناوری‌های روز دنیا بهره می‌برد، اما آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهد این سیستم اشکالاتی داشته و آنچه اپراتور در تصاویر حین عملیات می‌بیند با آنچه واقعا در انتهای هواپیما اتفاق می‌افتد، تفاوت‌هایی دارد.

یک مقام رسمی نیروی هوایی ایالات متحده در تایید وجود مشکل می‌گوید: «هر سایه، تابش خیره‌کننده یا سایر عوامل مشابه ممکن است بر آنچه اپراتور از نمایشگرها می‌بیند تاثیر گذاشته و به دنبال آن اپراتور به‌طور نامنظم برای تنظیم بوم روی لوله دریافت‌ سوخت در هواپیمای مقصد، آن را به حرکت در آورد. این حرکت‌های اضافی بوم می‌تواند خطرناک باشد و ریسک برخورد آن با هواپیمای دریافت‌کننده را ایجاد کند. برخورد بوم با بدنه جنگنده‌ها می‌تواند باعث صدمه دیدن سطح حساس ضد رادار آن‌ها شود.»

علاوه بر این به منظور بهره‌مندی کامل از قابلیت‌های سیستم نمایشگر 2D/3D، اپراتور باید از عینک‌های استریوسکوپی استفاده کند. مطالعات نشان داده که استفاده از این عینک‌ها ممکن است منجر به افزایش آسیب‌های چشمی، سردرد، سرگیجه و سایر مشکلات بینایی به‌خصوص برای افراد مستعد شود.

نسخه جدید سیستم RVS برای تانکر KC-46

با وجود ضعف شدید در سیستم RVS، نیروی هوایی ایالات متحده ریسک استفاده از این تانکر برای سوخت‌رسانی به ناوگان هوایی خود را نپذیرفت. به دنبال گزارش این مشکل، بوئینگ اعلام کرد با هزینه خود، سیستم RVS این تانکر را بروزرسانی خواهد کرد. این تغییرات هم در بخش سخت‌افزار و هم نرم‌افزار خواهد بود و طبق پیش‌بینی‌ها بین 3 تا 4 سال زمان نیاز دارد. در طی این زمان بوئینگ از KC-46 برای انجام ماموریت‌های سوخت‌رسانی استفاده نخواهد کرد.

بر اساس توافق بین بوئینگ و نیروی هوایی، بروزرسانی سیستم در دو مرحله انجام خواهد گرفت. مرحله اول (کوتاه مدت) مربوط به اعمال تغییراتی در نرم‌افزار سیستم خواهد بود. اما مرحله دوم (بلند مدت) تغییرات اساسی در سخت‌افزار شامل سیستم‌های نمایشگر و دوربین‌های تصویربرداری خواهد بود. نتیجه این تغییرات، تولید سیستم جدیدی با نام RVS 2.0 است. طبق اطلاعات منتشر شده در نسخه جدید از دوربین‌های رنگی 4K با دید وسیع استفاده می‌شود. همچنین ابعاد نمایشگرها افزایش خواهد یافت و یک سیستم لیزری اندازه‌گیر فاصله به آن اضافه می‌شود. همچنین فناوری واقعیت افزوده قابلیت‌های بی‌نظیری را در اختیار اپراتورها قرار خواهد داد.

بدین ترتیب طراحی اولیه سیستم تا سال 2021 به طول خواهد انجامید. سپس آزمایش‌های پروازی و عملیاتی سیستم شروع شده و در نهایت سال 2023 شاهد استفاده از سیستم در تانکرهایKC-46a  خواهیم بود.

[1]  Remote Vision System

[2]  Aerial Refueling Operator Station

اگر مطلب برای شما مفید بود آن را در شبکه‌های اجتماعی به اشتراک بگذارید. بسترهای خود را انتخاب کنید!

سایر مقالات علمی و محتوای آموزشی پژوهشکده اویونیک