Baş üstü gösterge ekranı (Head-up display – HUD) pilotların hava aracını kontrol ederken, görüş alanını değiştirmeden bir çok veriyi rahatlıkla görebilmesini sağlayan şeffaf ekran görünümünde kullanışlı bir yardımcı sistemdir.
Başlangıçtaki kolimatörler ve şimdiki holografik teknoloji, ekrandaki görüntünün uçağın çok ilerisindeymiş gibi görünmesini sağlıyor. Böylece pilot, sadece 20 cm uzağındaki bir ekranda yazan verileri görmek için göz odağını değiştirmek zorunda kalmıyor. Bunun temel faydası, hava aracının kontrolünü elinde bulundurmak için, hem baş üstü gösterge paneli hem de harici ipuçlarını referans almak üzere, her iki yönde de, geçişi kolaylaştırmak olarak söylenebilir. Ayrıca, tek pilotlu operasyonlar için bu kaynakların bir kombinasyonunu sağlayarak, uçuşun gerçekleştirilmesini ciddi şekilde kolaylaştırır.
Şaşırılmayacağı üzere, HUD teknolojisine askeri uygulamalar öncülük etmiştir. Ancak 1993 yılında ilk sivil HUD uygulamasının piyasaya sürülmesinden sonra, hem genel havacılık hem de ticari havayolu segmentlerinde ivmeli bir büyüme yakaladı. Günümüzde en yeni çok mürettebatlı uçak türlerinin tümü HUD sistem seçeneklerine sahiptir. Çok mürettebatlı sivil uçaklarda HUD, tek taraflı kurulumla sınırlandırılmış durumda. Yalnızca Boeing C-17 ve Lockheed C130J askeri nakliye uçaklarında, tamamen bağımsız çiftli HUD kurulumlarına rastlamak mümkün. Müşterilerin talebi doğrultusunda, Embraer 190 için çift LCD baş üstü gösterge ekranı sisteminin geliştirilmesine hız verildi.
Başlangıçta askeri pazar için ekipman geliştiren tüm büyük aviyonik üreticileri artık sivil pazara da bu teknolojiyi tedarik ediyor. Bir HUD için VGS – Görsel Yönlendirme Sistemi, HGS – Head Up Guidance System ve HFDS – Head-up Flight Display System dahil olmak üzere bazı alternatif isimler verilebiliyor.
HUD Sistem Bileşenleri ve Çalışma Prensibi
- Uçaktaki verileri alarak, ekran sembolojisi oluşturacak bir bilgisayar.
- Birleştirilen görüntüyü pilotun önündeki şeffaf ekrana yansıtan katot ışın tüpünün (CRT) monte edildiği üst ünite.
- Birleştirici (combiner) adı verilen şeffaf ekran, yansıtılan görüntüyü ortam ışığının geçişini engellemeden pilotun gözlerine yansıtan cam veya plastikten yapılmış bir ‘holografik optik eleman’dır. Özel bir kaplamaya sahip olan bu yüzey, sadece tek bir rengi yansıtırken diğer renklerin geçmesini sağlar.
- Pilot tarafından çeşitli görüntüleme seçeneklerinin seçilmesine ve uçak sensörlerinden bilgisayar tarafından alınmayan ve entegre edilmeyen verilerin girilmesine izin veren bir kontrol paneli.
- HUD durumu ve uyarı bilgisi sağlayan bir uyarı paneli.
Uçağın bütün cihazlarından ve sensörlerinden toparlanan gerekli veriler, görüntü üretim bilgisayarı yardımıyla uygun bir arayüzde toplanır ve projeksiyon ünitesine aktarılır. Projeksiyon ünitesi bu görüntüyü yansıtıcı yüzeye düşürür ve pilotun görmesi sağlanır.
HUD sistemleri, özellikle savaş uçaklarında muharebe sırasında; ticari uçaklarda da iniş ve kalkış gibi riskli uçuş aşamalarında pilotun gözünü hedeften, pistten veya kritik herhangi bir çevresel unsurdan ayırmadan, gerekli bütün uçuş verilerini de eş zamanlı görebilmesini sağlar.
HUD İçeriği
Başlangıçta HUD teknolojisi, durumsal ve rehberlik edecek verilerin bir kombinasyonunu sağlıyordu. Bunların çoğu PFD baş altı ekrandan (HDD) veya eşdeğer analog cihazlardan alınmıştı. Elektronik Uçuş Aleti Sisteminin (Electronic Flight Instrument System) ilk günlerinden bu yana, HDD EFIS ekranlarının boyutu oldukça büyüdü. Böylece çok daha fazla bilgi, birincil uçuş ekranında (PFD) ve dolayısıyla bağlantılı bir HUD’da görüntülenebildi.
Orijinal hava hızı, irtifa, lokalizör ve süzülme eğimi, uçağın enerji durumuna ilişkin temel türev bilgilerle hızlı bir şekilde birleştirildi. Bunu bir rota işaretçisi, bir hava hızı eğilim vektörü, hücum açısı göstergesi ve pistlerin kavramsal tasviri izledi. Bazı sistemlerde ayrıca iniş için ipuçları, kuyruk çarpma uyarısı, olağandışı durumlar, wind shear algılaması ve kurtulma kılavuzu, durma marjı göstergeleri ile Havadan Çarpışma Önleme Sistemi (Airborne Collision Avoidance System-ACAS) uyarıları ve tavsiyelerinin bir kısmı veya tamamı bulunabiliyor. Görüş mesafesinin düşük olduğu iniş veya reddedilen kalkışlar için, kalan pist mesafesi ve yavaşlama göstergeleri, pistten sapmayı önlemede çok önemli bir yardımcı olabilir. Halihazırda mevcut olan bir yavaşlama ekranı, doğrudan otomatik fren ayarlarına karşılık gelen 1, 2, 3 veya MAX olarak frenleme performansı verebilir. Böylece inişte herhangi bir beklenmedik pist yüzeyi kirletici durumunun net bir görüntüsü elde edilmiş olur.
HUD’un Uçuş Emniyetine Faydaları
HUD sistemlerinin uçuş emniyetine yönelik en önemli faydaları, görünür arazi, su, yer tabanlı engeller veya diğer uçakların yakınında sınırlı (veya gece) görüşte uçuş için durumsal farkındalığın arttırılması olarak özetlenebilir Bunun nedeni, önemli uçak enstrümantasyonlarına erişimi kaybetmeden harici bir gözcülük sağlıyor olmasıdır.
Bu durum, kalkıştan sonraki ilk tırmanış için geçerlidir. Ancak özellikle uçak kazalarının çoğunun uçuşun yaklaşma ve iniş aşamasında gerçekleştiği göz önüne alındığında bu oldukça önemli bir fark yaratıyor. HUD, pilot için, güvenli bir iniş için tehlike yaratabilecek herhangi bir potansiyel tehlike ve öngörülen iniş noktasını görüntüleyerek, mevcut duruma etkilerinin projeksiyonunu görselleştirebilmesi nedeniyle oldukça önemlidir.
Uçuş Emniyeti Fonu (Flight Safety Foundation – FSF) tarafından yapılan bir çalışma ile HUD teknolojisini yaygınlaşmasından önce 1959 ve 1989 yılları arasında meydana gelen 1079 sivil uçak kazası mercek altına alındı. Bu kazalarda, HUD teknolojisi, uygun şekilde eğitilmiş uçuş ekibi tarafından erişilebilir durumda olsaydı, kazaların %33’ünün önlenebileceği veya olumlu yönde etkilenebileceği sonucuna varıldı. FSF, hem havayollarının hem de iş jeti operatörlerinin, uçuş ekibinin farkındalığını artırmak için hücum açısı ve hava hızı verilerini gösteren HUD’ları uçaklara entegre etmesini tavsiye etti. Mevcut Küresel Havacılık Emniyeti Yol Haritası da yaklaşma ve iniş sırasında operasyonların emniyetini artırmak için teknolojinin daha iyi kullanılmasına yönelik önerileri arasında HUD teknolojisini de gösteriyor.
HUD’un Potansiyel Zorlukları
HUD kullanımıyla ilgili olarak, uçuş ekibi eğitimi sırasında ele alınması önemli olan iki temel sorun rutin olarak tanımlanmaktadır:
- Pilotların, uçağın dışındaki olaylara veya bilgilere dair diğer referansları dışlayarak, tamamen HUD ekranına odaklanarak, dikkat edilmesi gereken detayları kaçırma ihtimali
- hava aracının dışındaki durumlara ait bazı kritik bilgiler, ekrandaki görüntüler tarafından arka plana itilebilir. Buna çözüm olarak sistemin tasarımında yapılan iyileştirmeler ile, karışıklığı önlemek için ekrandaki sembollerin miktarı yeterince düşük tutuluyor. Dağınıklığı azaltmak, pilotların dikkatini çekmeye yardımcı olabilir.
Kask Monteli Gösterge Ekranı (Helmet Mounted Display – HMD)
Head-up display sistemi prensibiyle çalışan ve aynı amaçla kullanılan bir diğer sistem ise “helmet mounted display” (HMD) (kask monteli gösterge ekranı) olarak adlandırılır.
HMD sistemlerinde gerekli donanımları kısıtlı bir alana yerleştirmek gerektiğinden, HUD sistemlerinden daha karmaşıklardır. Aynı zamanda bu kadar fazla sistemin bulunduğu kaskın hem koruyucu hem de hafif olması gerektiği için bu detaylar da tasarımcı ve üreticiler açısından ayrı bir zorluk anlamına gelir. Üretiminde kullanılan yüksek teknoloji sebebiyle maliyetleri de çok yüksektir. Her pilota özel olarak tasarlanıp üretilir.
Bu zorluklara rağmen HMD’nin çok önemli üstünlükleri vardır. HUD sistemlerinde verileri sadece uçağın önüne doğru baktığınızda görebilirken, HMD sistemlerinde veriler baktığınız her yerdedir. Özellikle savaş uçaklarında tehlikenin her yönden gelebilme ihtimali göze alındığında bu özellik oldukça işe yaramaktadır. Ayrıca savaş uçaklarındaki kokpitler, yapısı gereği pilotlara oldukça geniş bir görüş alanı sunabilirler. Bu yüzden HMD sistemleri ile sabit HUD sistemlerinin dolduramadığı bir operasyonel boşluk doldurulur.
HMD sistemlerinin özellikle bazı örnekleri, savaş uçaklarına muharebe sırasında çok üstün kabiliyetler sağlayacak düzeydedir. Örneğin “helmet-mounted sight and display” (HMSD) olarak geçen sistem, silah sistemlerinin pilotun baktığı yöne kilitlenebilmesini sağlar. Bu sistemin yokluğunda silah sistemleri kilitleyebilmek için uçağı düşman unsura bakacak şekilde çevirmek gerekirken, bu sistemle birlikte pilotun düşman unsuru görebilmesi kilit için yeterlidir.
Günümüz savaş jetlerinin çoğunda (F-18, F-16, JAS-39 gibi) HUD ve HMD/HMSD sistemleri birlikte kullanılırken, F-35 Lightning II uçağında sabit HUD sistemi kullanılmamış, sadece HMD/HMSD sistemlerine yer verilmiştir. F-35 böylece sabit bir HUD sistemi kullanmayan ilk modern savaş jeti ve HMD sistemlerinin ne kadar geliştiğinin bir göstergesi olmuştur.
