Jet Çağında Uçuş Simülatörleri
C. D. Carder
Erco Division, ACF Industries
Alexandria, Va.
İnsanın süpersonik uçakları tasarlama ve inşa etme yeteneği, bunları askerî silah sistemleri olarak uçurma ve işletme yeteneğinin çok ötesine geçmiştir. Bu nedenle, karmaşık elektronik ve elektro-mekanik aygıtlar, belirli görevler için uçağı uçurmasına, yönlendirmesine ve kullanmasına yardımcı olmak üzere devreye girmektedir.
Sürekli araştırma ve geliştirme yoluyla hızlar, irtifalar ve silah sistemi yetenekleri arttıkça, uçağı tam potansiyeliyle kullanmaktan sorumlu hava personelinin eğitimi daha çeşitli ve daha yoğun olmak zorundadır. Mach 2 ve üzerindeki hızlarda, tepki süresindeki herhangi bir gecikme neredeyse kesin olarak insan ve ekipman kaybı anlamına gelir. Personelin neredeyse anında tepki verecek şekilde eğitilmesi gerekir.
Uçağın kendisinin eğitim aracı olarak kullanılması, yalnızca can ve ekipman riski nedeniyle değil, aynı zamanda silahın kullanıma hazır durumdan çıkarılması anlamına geldiği için de kabul edilemezdir.
O hâlde, insan süpersonik uçakları, can ve mal kaybı açısından katlanılamaz riskler olmaksızın, en yüksek etkililik ve verimlilikle nasıl kontrol edip işletebilir?
Bu sorun, jetlerin geliştirme aşamasından gerçekliğe geçtiği II. Dünya Savaşı'nın bitiminden kısa bir süre sonra belirgin hâle geldi. Jet çağı için pilotların ve mürettebatın eğitimi; zaman, para ve özellikle elektroniğin de içinde bulunduğu, uçağın giderek artan karmaşıklıklarını yönetmek için gerekli yeni becerilerin öğretilmesi açısından ağır talepler getirdi.
Daha kapsamlı eğitime duyulan ihtiyaç, pilotlar ve mürettebat geleneksel uçaklardan jet motorlu uçaklara geçiş aşamasından geçerken kaza oranlarındaki artışla açık biçimde ortaya çıktı.
Sentetik Eğitim Aygıtları
Böylece, uçak gövdesi imalatından ayrı ve bağımsız yeni bir endüstri şekillenmeye başladı. Bu, sentetik eğitim aygıtlarının geliştirilmesi ve üretimiydi. Bu genç endüstri, daha yaygın adıyla elektronik uçuş simülatörleri olarak bilinen bu aygıtları, Donanma ve Hava Kuvvetleri tarafından kullanılan savaş sonrası döneme ait neredeyse her askerî uçak için üretmiştir.
Simülatör alanındaki öncülerden biri, günümüzde ACF Industries, Incorporated bünyesindeki Nuclear Products Erco Division olan Engineering and Research Corporation idi. Denizaltı savunma harbinde kullanılan bir Donanma balonu da dâhil olmak üzere, Donanma ve Hava Kuvvetleri'nin 15 temel uçak türü için yaklaşık 150 eğitim aygıtı geliştirmiş ve inşa etmiştir. Erco, diğer tüm şirketlerden daha fazla sayıda askerî uçağın uçuş ve taktik özelliklerini simüle etmiştir.
1949'dan bu yana, ilk simülatörünü (Donanma F9F-2 Grumman Panther için) ürettiği tarihten itibaren, bu alandaki Erco satışları, çok sayıda tadilat ve bakım sözleşmesi hariç olmak üzere, yaklaşık 74.000.000 $ tutarına ulaşmıştır.
Simülatör Nedir?
Temel olarak bir simülatör, bir ekipmanın çalışmasını birebir kopyalayan bir aygıttır. Bu aygıt, fiilî sınıf hâline gelir ve sabit ya da hareketli olabilir. Bir uçuş simülatörü söz konusu olduğunda, aerodinamik ve güç sistemi özellikleri pilota görsel, işitsel ve gösterge işaretleriyle, buna karşılık gelen "his" ve çevre koşullarıyla sunulur. Normal veya acil uçuş koşulları ile meteorolojik, seyrüsefer ve haberleşme verileri, eğitmen-operatör tarafından simülatörlere programlanır.
Tüm bu uçuş özelliklerinin aslına uygun kopyalanması, simülatörün "zihni" olarak işlev gören analog bilgisayarlar tarafından sağlanır. Bu bilgisayarlar, gerçek uçakta karşılaşılacak tüm durumlarda göstergelerin ve kumandaların tepki vermesini sağlar. Pilotun kumanda kolu, dümen pedalları, trim kumandaları veya gaz kollarındaki herhangi bir hareket, uygun bilgisayara veya bilgisayarlara iletilir. Bunlar, bu tür bir hareketin gerçek uçakta yön veya hızda ya da her ikisinde birden ne tür bir değişikliğe yol açacağını tam olarak hesaplar.
Servo mekanizmaları aracılığıyla bilgisayarlar, ilgili göstergelerin okumalarını değiştirir ve hidrolik aktüatörleri tetikleyerek kokpite yunuslama veya yatış hareketi kazandırır. Gaz ayarları değiştirildiğinde, yakıt tüketimi bilgisayarı, takometreler ve diğer motor göstergeleri etkilenir ve yakıt göstergelerinin okumaları değişir. Flapların ve iniş takımlarının kaldırılması veya indirilmesi, doğrudan hava hızı ve trim göstergelerini etkiler. Simüle edilen uçak "irtifa kazandıkça", gerçek hava hızındaki normal artış ve gösterilen hava hızındaki ve yakıt tüketimindeki azalış, irtifa bilgisayarı tarafından sürekli olarak hesaplanır ve bu bulgular altimetreye, hava hızı ve Mach göstergelerine ve yakıt tüketim göstergelerine iletilir.
Gerçekte, uçuş personelinin herhangi bir üyesinin gerçek uçağın performansını etkileyecek neredeyse her eylemi, simülatörde birebir aynı sonucu üretir. Bu gerçekçilik, simülatörlerin modern uçuş eğitim programlarında neden bu kadar başarılı olduğunun başlıca nedenlerinden biridir.
COMPUTERS and AUTOMATION, Ağustos 1959
Şekil. Hava Kuvvetleri'nin KC-135 dört jetli tanker uçağı için devasa bir elektronik uçuş simülatörünü kontrol eden bu Strategic Air Command pilotları görülmektedir. Sağdaki panelde bulunan eğitmen tarafından oluşturulan bir "problemi uçuruyorlar". Şimdiye kadar yapılmış en gerçekçi eğitim aygıtlarından biri olan bu sistemin bilgisayar dizisi; hız, irtifa, hava durumu ve fiziksel tehlike koşullarının her olası birleşimi altında, sesler, hareket, kokular ve "his" dâhil olmak üzere uçaktaki tüm özellikleri yeniden üretir. ACF Industries, Incorporated'in Erco tesisinde üretilen 11 KC-135 simülatörünün ilki, uçağın kendisi operasyonel hâle gelmeden önce Hava Kuvvetleri'ne teslim edilmiştir. Erco hâlen Hava Kuvvetleri için beş ek KC-135 simülatörü inşa etmektedir.
Pilotların Performansının Değerlendirilmesi
Bir uçağın uçuş özelliklerini aslına uygun biçimde yeniden üretmenin yanı sıra, Erco simülatörleri öğrencinin pilot olarak performansını izlemeye yönelik yöntemler de sunar. Radar, hava gözlemi, seyrüsefer, taktik yeterlilik ve acil durum koşullarına verilen tepkilerin gözlemlenmesine ilişkin uçuş içi kontroller eğitmen tarafından yapılabilir.
Eğitmen, öğrencinin çözmesi için belirli uçuş problemlerini ayarlamasını sağlayan kontrollerle donatılmıştır. Bir "fonksiyon arızası paneli", uçuşun herhangi bir safhasında ortaya çıkması beklenebilecek acil durum koşullarını eğitmenin oluşturmasına olanak tanır. Çizim ve puanlama aygıtları, eğitmenin seyrüsefer ve taktik problemlerin kaydını tutmasını sağlar. Eğitmene ayrıca, öğrencinin kokpit aletlerini her an kontrol edebilmesini sağlayan bir araç da sunulmuştur.
COMPUTERS and AUTOMATION, Ağustos 1959
Simülatörlerin Kullanımları ve Avantajları
Sentetik eğitim aygıtlarının kullanımı, hem askerî hem de ticari havayollarında standart bir öğretim yöntemi hâline gelmiştir. Uçuş öncesi öğrenciler, daha uçuş hattına rapor vermeden önce bir uçağa aşina olurlar. Deneyimli pilotlar, simülatörler aracılığıyla yeni uçak tiplerinde yetkilendirilir. Simülatörün görevi, ilk eğitim döneminden sonra da acil durum prosedürlerinde pilot yeterliliğini sürdürmek için devam eder. Uçuş sırasında acil durum koşullarını dayatmak ise elbette son derece tehlikeli olurdu.
Ticari havayolları, bir uçak tipinden diğerine geçiş yapan pilotları eğitmek için sentetik eğitim aygıtlarını kullanır. Turboprop ve jet yolcu uçaklarındaki son atılımlar, bu tür eğitime olan talebi büyük ölçüde artırmıştır.
Maliyet Tasarrufu
Uçuş eğitiminde maliyet tasarrufu, zaman tasarrufu kadar önemlidir. Bir simülatörün işletme maliyeti ile gerçek uçağın işletme maliyetinin karşılaştırılması, simülatör lehine çok belirgin bir fark gösterecektir. Örneğin, çok motorlu bir uçakta uçuş süresinin saat başına yaklaşık 550 $ olduğu tahmin edilmektedir; buna ek olarak uçağı faal durumda tutmak için önemli büyüklükte bir bakım ekibinin maliyeti de vardır. Çok motorlu bir simülatörde "uçuş" süresi saat başına yaklaşık 63 $’dır ve yalnızca asgari düzeyde bakım gerektirir.
Güvenlikte Artış
Maliyet faktörleri elbette pilot güvenliği faktörünün gerisinde kalır. Simülatör, öğrencilerin doğru düzeltici eylemler otomatik tepkiler hâline gelene kadar acil durum prosedürlerini uygulamalarına olanak tanır—pilot güvenliğine ölçülemeyecek bir katkı. Bir simülatörü "düşürmek"—ve gerçekten de "düşürürler"—kulakları sağır eden bir ses efektini, ardından sessizliği ve dersini almış öğrenci için yalnızca zedelenmiş bir egoyu doğurur.
Bir "kazadan" sonra eğitmen, problemi öğrencinin hatayı yaptığı noktada yeniden ayarlayabilir ve uçuşu o noktadan itibaren tekrar edebilir. Eğitmen ayrıca bir uçuş problemini herhangi bir noktada "dondurabilir" ve öğrenciyle alternatif eylemleri tartışabilir. Simülatörde problemlerle başarıyla başa çıkan öğrenci, ilk gerçek uçuşuna çok daha fazla bilgi ve güvenle yaklaşabilir.
Tüm Mürettebatların Eğitimi
Çok motorlu uçak simülatörleri, tüm uçak mürettebatlarını eş zamanlı olarak eğitebilir ve böylece ekip çalışmasının gelişmesine yardımcı olur. Bu tür bir eğitim, ya mevcut bir mürettebat yeni bir çok motorlu uçak tipine atandığında ya da tanıdık bir uçak tipini uçurmak üzere deneyimli kişilerden oluşan yeni bir mürettebat oluşturulduğunda kullanılır.
Simülatörün bir diğer büyük avantajı, askerî uçakların her zaman muharebe hazırlığında kalmasına olanak tanımasıdır. Simülatör olmadan, uçağın operasyonel ömrünün önemli bir bölümü eğitim görevleriyle meşgul edilirdi.
Uçuş Teknikleriyle Deney Yapma
Simülatör, uçuş teknikleriyle deneyler için bir laboratuvar olarak da kullanılabilir. Örneğin, bir pilot motor arızasından sonra kalkışı sürdürürken kullanılacak doğru tırmanma oranını, flap konumunu ve hava hızını belirlemek isterse, en iyi tekniği bulana kadar simülatörde deney yapabilir. Bu tür bir deneme, gerçek bir uçakta düşünülemez bile.
Uçak Arızalarının Keşfi
Bir örnekte, Maryland eyaletinin Riverdale kentindeki Erco tesisinde bir Hava Kuvvetleri kabul testi sürerken, çok motorlu bir bombardıman uçağı simülatöründeki motorlardan birine bir "yangın" durumu eklendi. Pilot, yangını söndürmek için doğru düzeltici eylemi gerçekleştirdi; ancak büyük bir sıkıntıyla aileron takviyesini kaybettiğini fark etti. Sonuç olarak uçağın kontrolünü kaybetti ve "kaza yaptı". İnceleme, benzer koşullar altında gerçek uçağın da aynı kaderi paylaşacağını gösterdi ve tüm operasyonel modeller, arıza giderilene kadar yere indirilme emri aldı.
"Dutch Roll" Öyküsü
Bir başka olayda, Erco mühendisleri, ertesi gün eğitmen üzerinde nihai kabul testlerine başlayacak olan Hava Kuvvetleri subayları için Air Force KC-135 dört motorlu jet tankerine ait prototip simülatörü hazırlıyorlardı. Yüksek hızlarda simülatör kontrolleri, pilotlar arasında "Dutch Roll" olarak bilinen tuhaf bir yalpalamayı gösteriyordu. Erco mühendisleri kendi verilerini iki kez kontrol etti ve yeniden denedi. "Dutch Roll" yine meydana geldi. Bunun üzerine, eğitmenin devasa bilgisayar dizisi içinde bir şeylerin yanlış olduğu sonucuna vardılar. Ek çalışma vardiyaları emredildi ve kısa sürede bu şaşırtıcı belirtinin nedeni bulunarak giderildi.
Sabah olduğunda mühendisler, Hava Kuvvetleri pilotları simülatörü kontrol ederken ve uçakta azami zorlanma gerektiren bir manevrayı "uçarken" kaygıyla izlediler. Kontroller herhangi bir yatış göstermeyi reddettiğinde mühendisler rahatladı. Ancak Hava Kuvvetleri pilotları şaşkın görünüyordu. Kıdemli subay mühendislere dönerek şöyle sordu: "Uçaklarımızda aldığımız o yatış hareketi nerede? Bu koşullar altında ortaya çıkmalı. Uçağın kendisinde çıkıyor!"
Söylemeye gerek yok ki, Hava Kuvvetleri simülatörü kabul etmeden önce "Dutch Roll" geri konuldu.
Simülatörlerin Tasarım ve Geliştirme Zaman Çizelgesi
Pilotların, uçaktaki ilk eğitim uçuşlarından önce simülatörde eğitilmesi, simülatörün yerine getirebileceği belki de en büyük görevdir. Askerî makamların simülatör tedarikinin ilk dönemlerinde bu mümkün değildi. Bir uçak, doğası gereği, geliştirilmesinin erken safhasında birçok değişiklik geçirir. Simülatör üreticisi eğitmeni yalnızca gövde üreticisinden alınan verilere göre tasarlayabildiğinden, bu veriler ya eskimiş olurdu ya da simülatörün geliştirme ön süresi en güncel verilerin dâhil edilmesine izin vermeyecek kadar geç gelirdi.
Başka bir deyişle, simülatör üreticisi ya çok öncü performans verilerine dayanarak tasarlanmış bir eğitim aygıtını teslim etmek ya da doğru uçak verilerinin tasarım için hazır olacağı kadar teslimatı geciktirmek zorunda kalıyordu. Her iki seçenek de bir simülatörün amacını ve etkinliğini büyük ölçüde azaltıyordu.
Ancak 1957’nin başlarında Erco, daha önce mümkün olmayan bir şeyi başardı. KC-135 simülatörleri için verilen 11 birimlik siparişin ilkini, üretim versiyonu uçakların gelişi öncesinde, mürettebatların dört jetli Strato Tanker’ları devralmaya tamamen hazır olacakları kadar erken bir tarihte Hava Kuvvetleri’ne teslim etti.
Bu tasarım ve üretim hızını mümkün kılan ve bugün sektör için standart olarak kabul edilen yöntem, simülatör üreticisi, gövde üreticisi ve ilgili devlet kurumu arasında yakın bir çalışma ilişkisini gerektiriyordu. Mühendisler artık, prototip bir uçağın uçuşundan sonra verilerin birikmesini beklemek yerine, aerodinamik veriler gövde üreticisinden alınır alınmaz bir Erco simülatörü üzerindeki tasarım çalışmalarına başlıyorlar.
Bu veriler, matematiksel denklemler biçiminde, eğitmenin içinde bulunması gereken uçak üzerindeki kuvvetleri temsil eden basitleştirilmiş terimler dizisine indirgenir. İndirgenen veriler, denklemlerin simülatörün bilgisayarlarını oluşturan yükselteçler ve servo mekanizmaların "donanımına" çevrilmesini içeren mekanizasyon için bilgisayar grubuna aktarılır.
COMPUTERS and AUTOMATION, Ağustos 1959
Bu yakın iş birliği, ön uçak testleri boyunca devam eder ve simülatördeki değişikliklerin uçaktaki değişikliklerle eş zamanlı olarak dâhil edilmesine olanak tanır. Sonuç olarak, operasyonel uçağın her ayrıntısını temsil eden bir simülatör, uçağın kendisi teslim edilmeden önce kullanıcı kuruma sunulur.
Üretim uçaklarının tesliminden önce ilk KC-135 simülatörünü teslim etmedeki başarısı nedeniyle Erco, Congressional Record’da anıldı. Şirket hâlen, 3.500.000 $ tutarındaki bir Hava Kuvvetleri devam sözleşmesi kapsamında beş adet ek KC-135 simülatörü inşa etmektedir.
Artan Karmaşıklık
Erco mühendislerine göre, askerî uçakların tam donanımlı silah sistemleri olarak giderek artan karmaşıklıkları, simülatör geliştiricileri için en büyük meydan okumayı oluşturmaktadır. Artık yalnızca uçuş özelliklerini değil, uçağın taktiklerini simüle etmenin daha önemli olduğunu söylüyorlar.
Donanma tarafından denizaltı savunma harbi için uçakların geliştirilmesi ve kullanılması, taktik eğitime duyulan ihtiyacın muhtemelen en iyi örneğidir. Grumman S2F ve Lockheed P2V Neptune serileri gibi bu uçaklar, denizaltılara karşı etkili silahlar olmalarını sağlayan tüm işlevleri yerine getirmek için sekiz kişiye kadar mürettebat gerektirir. Mürettebatın her üyesinin atanmış bir sorumluluğu vardır ve uçuş ve taktik simülatörü, bir mürettebat üyesine verilen görevin her işlevini doğru biçimde çoğaltmalıdır.
S2F ve P2V’nin çeşitli modelleri için eğitmenler, uçuşa ek olarak havadan karşı tedbirleri, sonar ile denizaltı tespitini, silah tesliminin tüm safhalarını ve su veya yer hedeflerinin radar ile tespitini simüle eder. Denizaltı savunma simülatörleri, daha önce sentetik olarak çoğaltılamayacak kadar karmaşık kabul edilen eğitim görevlerini yerine getirir.
Treyler Sürümleri
Daha önce simülatörlerin sabit ya da hareketli olabileceği gerçeğine değinilmişti. Bu bağlamda "hareketli", simülatörün tüm bileşenlerinin, kendi gücüyle hareket edebilen ya da üsler arasında hava yoluyla taşınabilen bir treyler içine yerleştirilmesini sağlayan Erco tarafından geliştirilen bir tekniği ifade eder. "Tekerlekler üzerindeki okul"u yerleştirmenin başlıca avantajı, geniş ölçüde birbirinden ayrılmış noktalarda kullanılabilmesidir.
Simülatörlerin Geleceği?
Günümüzde insansız füzeler üzerindeki vurgu ile birlikte, simülatör pazarı için gelecek ne vaat etmektedir? Askerî makamlar ve simülatör üreticileri tarafından yapılan en iyi tahmin, hava mürettebatı eğitimi için uçuş simülatörlerinin yaklaşık 10 yıl içinde askerî üretimden aşamalı olarak çıkarılacağı yönündedir. Ancak bu dönem boyunca ve hatta sonrasında bile, sentetik eğitim aygıtları pazarı muhtemelen büyüyecektir. Bu öngörünün birkaç nedeni vardır.
Birincisi, bugün Donanma veya Hava Kuvvetleri bünyesinde operasyonel duruma giren uçakların hızları ve karmaşıklıkları, seleflerine kıyasla çok daha fazladır. Beş yıl, hatta muhtemelen on yıla kadar operasyonel envanterde kalabilirler. Askeriyeden ayrılan ya da sağlık veya yaş nedenleriyle uçuş statüsünden alınan mürettebat üyelerinin yerini almak için yeni mürettebatların eğitilmesi gerekecektir.
Ayrıca, F-108 avcı uçağı ve B-70 kimyasal yakıtlı bombardıman uçağı gibi geliştirilmesi ileri safhada olan uçaklar o kadar pahalı olacaktır ki, mürettebatların bunların kullanımında neredeyse tamamen simülatörlerde eğitilmesi ve gerçek uçakta belki ayda bir kez geçiş eğitimi verilmesi gerekebilecektir.