- Indikator sikap F-4 Phantom II menambahkan azimut (yaw) pada pitch dan roll yang ditampilkan horizon artifisial biasa, sehingga pilot dapat melihat sikap 3-sumbu dan arah gerak secara sekilas saat bermanuver pada kecepatan tinggi
- Bola yang berputar bukanlah bola utuh, melainkan terbagi menjadi dua cangkang hemisfer berongga di atas dan bawah; mekanisme internalnya tetap berada di sekitar ekuator, sementara hanya cangkangnya yang bergerak
- Roll, pitch, dan azimut masing-masing digerakkan oleh motor, dan sinyal synchro 3-kawat serta control transformer yang digunakan dalam avionik era 1960-an menghasilkan galat sudut untuk menutup loop servo
- Puntiran kabel pada struktur yang berputar diatasi dengan slip ring pada sumbu roll dan pitch, sementara sumbu azimut tidak memerlukan slip ring terpisah karena yang berputar hanya cangkang bola, bukan bagian elektroniknya
- Jet tempur modern seperti F-35 telah beralih ke glass cockpit berbasis layar, tetapi instrumen ini adalah contoh penggabungan struktur elektromekanis yang presisi dan kontrol analog untuk menampilkan mekanis 3-sumbu
Peran indikator sikap F-4
- Perangkat ini adalah indikator sikap untuk jet tempur F-4, yang menggunakan bola berputar untuk menampilkan sikap dan arah pesawat
- Horizon artifisial pada pesawat umum menampilkan dua sumbu, pitch dan roll, tetapi indikator F-4 menambahkan azimut sehingga menampilkan sikap 3-sumbu
- F-4 Phantom II adalah jet tempur supersonik yang diproduksi dari 1958 hingga 1981; lebih dari 5000 unit dibuat, menjadikannya pesawat supersonik Amerika Serikat yang paling banyak diproduksi
- Instrumen ini cukup penting hingga ditempatkan di tengah panel pilot, di bawah scope radar berwarna merah, sementara kursi belakang memiliki indikator sikap 2-sumbu yang lebih sederhana
- F-4 adalah pesawat dua kursi, dan radar intercept officer di kursi belakang mengendalikan radar serta persenjataan
Struktur mekanis bola yang berputar pada 3 sumbu
- Bola tampilan bukan satu bola tertutup, melainkan terdiri dari dua cangkang hemisfer berongga
- Cangkang hemisfer terpasang di atas dan bawah sumbu vertikal internal
- Mekanisme internal di posisi ekuator dapat tetap diam, berbeda dari cangkang bola
- Tiga sumbu digerakkan dengan cara yang berbeda
- Motor roll terpasang pada rangka indikator, dan memutar gimbal roll beserta seluruh bola searah atau berlawanan arah jarum jam
- Motor pitch berada di dalam bola, dan memutar seluruh mekanisme internal mengitari sumbu pitch horizontal
- Motor azimut memutar sumbu vertikal sehingga cangkang hemisfer atas dan bawah berputar mengitari sumbu azimut
- Gimbal roll terhubung ke titik pivot atas dan bawah mekanisme bola, sehingga menopang bola
- Control transformer roll menyediakan umpan balik posisi, dan pada gimbal roll terhubung banyak kabel yang menuju mekanisme internal bola
Mengapa kabel tidak terpuntir
- Untuk mempertahankan koneksi listrik di dalam struktur yang berputar, digunakan dua set slip ring
- Rakitan slip ring pertama menangani rotasi sumbu roll
- Menghubungkan secara listrik antara badan instrumen yang tetap dan gimbal roll yang berputar
- Poros tengah berputar bersama housing rakitan bola, dan kabel di dalam poros terhubung dari kontak logam melingkar ke gimbal roll
- Slip ring kedua menghubungkan kabel gimbal roll dengan mekanisme bola di dalam bola
- Menangani koneksi listrik akibat rotasi sumbu pitch
- Slip ring sebenarnya berada di bagian dalam, sehingga tidak terlihat di foto
- Sumbu azimut tidak memerlukan slip ring
- Karena dalam rotasi azimut, hanya cangkang hemisfer bola yang berputar sementara bagian elektroniknya tetap diam
Synchro dan loop servo
- Indikator menerima sinyal listrik dari giroskop eksternal yang mewakili posisi roll, pitch, dan azimut
- Synchro, yang umum pada avionik era 1960-an, mengirimkan sudut melalui 3 kabel
- Pemancar synchro mengubah posisi sudut poros menjadi sinyal AC
- Rotor internal digerakkan oleh AC 400Hz, dan tiga lilitan stator tetap menghasilkan tiga sinyal keluaran yang fase dan tegangannya berubah sesuai sudut
- Motor pada tiap sumbu dikendalikan dengan loop servo
- Control transformer membandingkan sudut masukan 3-kawat dengan putaran sumbu aktual untuk menghasilkan sinyal galat
- Amplifier menggerakkan motor ke arah yang sesuai sampai sinyal galat menjadi 0
- Sinyal takometer dari motor/takometer digunakan sebagai tegangan umpan balik negatif, menurunkan kecepatan motor saat mendekati posisi target
- Unit motor/takometer lebih kompleks daripada motor listrik biasa
- Motor menerima daya 115V AC, 400Hz, tetapi tidak berputar hanya dengan itu
- Jika salah satu dari dua lilitan kontrol AC tegangan rendah dieksitasi, motor berputar ke satu arah atau arah sebaliknya
- Takometer menghasilkan sinyal AC tegangan rendah yang sebanding dengan kecepatan putar, dan bergantung pada arah putaran, sinyal itu sefase dengan sinyal penggerak 400Hz atau berfase berlawanan 180 derajat
Rakitan amplifier
- Motor digerakkan oleh rakitan amplifier yang dipasang di bagian belakang instrumen
- Rakitan amplifier mencakup tiga amplifier galat terpisah untuk tiga sumbu
- Masing-masing ada satu board amplifier untuk roll, pitch, dan azimut
- Di dalamnya juga terdapat board catu daya DC, transformator AC, dan potensiometer trim
- Ketiga board amplifier memiliki struktur yang sama
- Beberapa komponen ditumpuk di atas komponen lain untuk menghemat ruang
- Beberapa lead panjang dan dilindungi dengan selongsong plastik transparan
- Board diberi conformal coating untuk melindunginya dari kelembapan dan kontaminan
- Tiap board amplifier menggunakan sinyal galat dan keluaran takometer untuk menggerakkan dua lilitan kontrol motor
- Masukannya adalah AC 400Hz, dan fasenya menunjukkan galat positif atau negatif
- Keluaran menentukan lilitan kontrol mana yang akan diaktifkan, sehingga menetapkan arah putaran motor
- Dalam keluarga indikator sikap yang sama, ada dua versi yang memakai amplifier yang tidak kompatibel
- Motor pada indikator yang lebih baru tampaknya memiliki satu lilitan kontrol
- Key pada konektor dibuat berbeda sehingga amplifier yang salah tidak dapat dipasang
Rangkaian trim pitch
- Di kanan bawah indikator terdapat knob trim pitch, tetapi knob ini hilang pada unit yang dianalisis
- Saat terbang level, hidung pesawat bisa sedikit mengarah ke atas atau ke bawah untuk mendapatkan angle of attack yang diinginkan
- Pilot ingin indikator sikap menunjukkan penerbangan level meskipun pesawat sebenarnya sedikit miring
- Knob trim pitch menerapkan koreksi ini
- Ketika jet tempur mengambil sikap seperti menanjak vertikal 90 derajat, koreksi trim harus diabaikan agar menampilkan sikap sebenarnya
- Paten tahun 1957 menggunakan metode yang secara bertahap menghilangkan penyesuaian trim saat pesawat semakin menyimpang dari penerbangan level
- Potensiometer multi-zona khusus menyesuaikan sinyal trim sesuai sudut pitch
- Sinyal trim pitch juga berupa AC 400Hz, seperti sebagian besar sinyal internal
- Saat mendekati horizontal, wiper potensiometer menerima AC berfase positif dan menerapkan koreksi trim yang disetel pilot
- Dalam kondisi hampir menanjak vertikal atau menukik tajam, wiper menerima zona 0V sehingga trim pitch dihilangkan
- Dalam keadaan terbalik, wiper menerima AC berfase negatif sehingga koreksi trim diterapkan ke arah sebaliknya
Model, spesifikasi, dan perangkat terkait
- Indikator sikap 3-sumbu ini dalam banyak hal mirip dengan FDAI yang digunakan dalam penerbangan antariksa Apollo, tetapi FDAI memiliki lebih banyak indikator dan jarum
- Soyuz Globus digunakan untuk navigasi dan berputar pada dua sumbu, lebih sederhana daripada indikator F-4 ini
- Spesifikasi militer terkait adalah MIL-I-27619, yang mencakup tiga indikator serupa: ARU-11/A, ARU-21/A, dan ARU-31/A
- ARU-11/A digunakan pada F-111A
- ARU-21/A digunakan pada A-7D Corsair
- ARU-31/A digunakan pada RF-4C Phantom II, varian pengintaian dari F-4
- Indikator ini merupakan bagian dari AN/ASN-55 Attitude Heading Reference Set, dan set tersebut didefinisikan dalam MIL-A-38329
- Indikator yang dianalisis tidak memiliki tanda identifikasi dan beberapa komponennya hilang, sehingga sulit memastikan model persisnya
Keterbatasan dan daya tarik instrumen elektromekanis
- Indikator sikap pesawat adalah instrumen penting untuk mempertahankan penerbangan, terutama saat visibilitas rendah
- Indikator sikap F-4 menampilkan satu sumbu lebih banyak daripada horizon artifisial biasa, tetapi sebagai konsekuensinya mekanisme dan rangkaian listriknya jauh lebih kompleks
- Jet tempur modern menggunakan glass cockpit alih-alih instrumen elektromekanis kompleks seperti ini
- Sebagai contoh, konsol F-35 mengganti berbagai instrumen dengan panoramic touchscreen lebar yang menampilkan informasi berwarna
- Dari sisi kepraktisan, instrumen mekanis kalah unggul, tetapi ketika bagian dalamnya dibuka, terlihat rancangan unik yang menopang bola berputar 3-sumbu dengan kokoh sekaligus memungkinkannya bergerak bebas
1 komentar
Komentar Hacker News
Senang karena disertakan gambar beresolusi sangat tinggi, dan mengejutkan betapa banyak trik analog yang digunakan
Kalau sekarang, rasanya ini bisa selesai hanya dengan beberapa baris kode
Karena belum ada cara untuk memproduksi massal mikroelektronika dan pengendali yang andal, cepat, dan murah, komputasi analog menjadi jawaban untuk bidang yang menuntut keandalan tinggi
Pada 1954, Rex Rice menulis bahwa ia lebih suka memrogram komputer dengan plugboard sederhana daripada abstraksi seperti bahasa pemrograman (https://dl.acm.org/doi/10.1145/1455270.1455272)
Jadi, apakah bahasa pemrograman tingkat tinggi merupakan solusi yang tepat untuk masalah saat itu masih menjadi perdebatan, dan menurut saya para pendahulu yang memanipulasi dunia fisik untuk menghasilkan perhitungan matematis benar-benar jenius
Di awal kariernya, ayah saya harus membongkar dan merekayasa balik perangkat dirgantara buatan Soviet, dan sampai sekarang beliau masih mengenang dengan baik tingkat penyelesaian teknik dan presisi yang luar biasa dari perangkat Soviet
Andai ada lebih banyak materi tentang komputasi Soviet, tetapi pada akhirnya sejarah memang ditulis oleh pihak yang menang
Saya ingin memasang indikator seperti ini di dashboard mobil
Saya sudah memasang kompas perahu, dan itu cukup berguna serta enak dilihat
Sayangnya, indikator elektronik jauh lebih jarang daripada yang digerakkan vakum atau kokpit full-glass sepenuhnya
Misalnya menaruh motor stepper, rotary encoder magnetik, dan unit pengukuran inersia kompas/giroskop 6-DoF di dalam dua belahan bola hasil cetak 3D
Jika digerakkan dengan Arduino atau ESP32 di dalamnya, sepertinya cukup memakai slip ring sederhana yang hanya menyalurkan daya melalui sumbu roll dan pitch
Tapi ini masih sebatas ide, dan setelah melihat tulisan lain dari Ken https://www.righto.com/2023/01/inside-globus-ink-mechanical-... saya juga sempat berkhayal membuat perangkat navigasi mekanis Soyuz Rusia
Hanya saja, akhir-akhir ini gagasan membuat replika teknologi vintage Soviet tidak semenarik beberapa tahun lalu
Pesawat yang tidak memiliki sistem vakum tetapi memakai attitude indicator mekanis elektrik jumlahnya memang cukup sedikit
Pilihan yang paling realistis adalah instrumen cadangan mekanis elektrik yang dipakai pada instalasi full-glass G1000 generasi awal
Untuk attitude indicator cadangan elektrik, lihat Diamond DA40 dan DA42, sedangkan model berikutnya seperti DA50 dan DA62 memakai instrumen cadangan full-glass
Saya juga ingin menirunya, tetapi penasaran apakah tidak ada masalah interferensi dari kendaraan itu sendiri
Kalau ada yang ingin ditanyakan, saya akan jawab
Saya penasaran apakah itu karena presisi dan skala attitude indicator mekanis, serta rentang terbang pesawat militer yang lebih luas
Pesawat-pesawat ini sampai sekarang masih dipakai sebagai kekuatan utama Angkatan Udara Iran, dan sampai beberapa tahun lalu perangkat yang sama tetap digunakan sebelum avionik pada sebagian variannya ditingkatkan
Murni penasaran, tetapi tulisan itu mengatakan F-35 memiliki layar sentuh full digital yang menangani hampir semua hal di pesawat
Jika meriam yang kuat merusaknya, saya penasaran bagaimana pilot akan mengatasinya ketika layar benar-benar mati
Pada F-4, rasanya hanya instrumen yang berada di jalur tembakan yang akan rusak, jadi bedanya seperti satu sisi benar-benar habis sementara sisi lain hanya kehilangan sebagian instrumen
Saya mungkin melewatkan sesuatu, atau banyak hal, tentang F-35, tetapi di kepala saya pesawat 100% digital terasa cukup menakutkan
Dalam pertempuran udara dengan meriam di masa lalu, tembakan sering datang dari belakang, atau dari atas menembus kanopi
Dalam kedua kasus itu, jika sampai mengenai instrumen, besar kemungkinan juga akan mengenai pilot
Lebih jauh ke masa lampau memang ada juga tembakan dari depan, tetapi duel frontal antar pesawat tempur sangat sulit terjadi di luar permainan, dan biasanya lebih terkait penembak belakang pesawat pengebom
Karena itu, pada pesawat yang sangat tua dari era Perang Dunia II kadang ada kaca antipeluru di depan pilot
Jika F-35 sampai masuk ke pertempuran meriam, berarti pilot melakukan kesalahan besar, dan F-35 bukan pesawat yang dirancang sebagai dogfighter
Bahkan sekarang pun, jika rudal atau pecahan artileri antipesawat meledak di samping kokpit dan merusak instrumen, kemungkinan pecahannya juga melukai pilot sehingga penerbangan pulang hari itu akan sulit dilakukan
Ini juga merupakan cara yang paling masuk akal F-35 bisa mengalami kerusakan dalam perang modern
Bukan berarti skenario instrumen hancur tetapi pilot baik-baik saja sama sekali tidak ada, tetapi kemungkinannya sangat kecil sehingga mungkin dianggap risiko yang lebih ringan dibanding manfaat kokpit kaca
Misalnya, sistem kendali terbang berada di belakang pilot
Meski begitu, demi keselamatan terbang saya yakin sistem tampilan F-35 setidaknya dibuat redundant
Bayangkan dua perangkat tampilan yang digabung mulus sehingga tampak seperti satu
ISIS biasanya memiliki sensor dan cadangan baterainya sendiri, sehingga harus tetap berfungsi walaupun tampilan utama gagal
https://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_standby_instrument_...
Ini adalah perangkat tampilan dengan tujuan khusus yang sangat diperkuat dan dibuat redundan, dan itu sendiri sudah menjadi sebuah industri
Ada juga perusahaan yang membuat tampilan dengan konduktor transparan di atas layar agar bisa dipanaskan, sehingga dapat dipakai dan tetap berfungsi bahkan di dek kapal induk kawasan Arktik
Ada juga perusahaan yang masih membuat CRT untuk keperluan militer tertentu
Layar-layar seperti ini lebih aman, lebih andal, dan lebih tangguh daripada sistem mekanis yang mereka gantikan
F-35 memiliki layar persegi kecil di konsol tengah yang menampilkan attitude indicator dan parameter penerbangan
Tak perlu dikatakan, jika layar utama mati, Anda akan segera berbalik dan mencari bandara terdekat
kens@ adalah harta karun yang bahkan mungkin tidak pantas kita miliki
Tunggu, Anda orang yang membuat Linux/4004, bukan?
Proyek itu benar-benar luar biasa
Luar biasa kalau dipikirkan bahwa semua teknologi ini dibuat oleh orang-orang yang memakai mistar hitung
Para insinyur yang membuat ini sepertinya akan sangat senang mengetahui bahwa seseorang berhasil memahami bagaimana mereka menyelesaikan semua masalah ini
Sangat keren melihat detail rekayasa yang terlibat
Sebagai orang software, saya selalu penasaran bagaimana bug dan quality assurance ditangani saat membuat hardware serumit ini
Itu sendiri adalah bidang yang layak dipelajari
Jika ingin memahami aplikasi dengan keandalan sangat tinggi, Design for Six Sigma adalah titik awal yang bagus
https://www.youtube.com/watch?v=_g6UswiRCF0
Jika Anda harus merilis dalam batasan seperti itu, akan muncul tingkat fokus yang sulit ditemui dalam desain modern saat ini