שיפור במערכת אספקת מתחים במטוסי הקורנס

ב 5 לספטמבר 1969 הגיעו 4 מטוסי קורנס ראשונים מארה”ב ונחתו בחצור. בכך, נפתחה למעשה טייסת 201 ישר לתוך מלחמת ההתשה. אני הגעתי לטייסת אחרי השתלמות בארה”ב כטכנאי חמ”מ (חשמל, מכשירים ובקרת טיסה) בדרגת רס”ר.

לקורנס היו מערכות מורכבות בהרבה בהשוואה למערכות במטוסים קודמים בחיל האוויר (דוגמת המיראז’). מספר התקלות היה גבוה יותר, ולכן נדרשה השקעה רבה באיתור ותיקון תקלות.

אחת המערכות שדרשו השקעה רבה עקב מספר תקלות חריג היתה מערכת אספקת מתחים.

הקורנס הוא מטוס דו מנועי. על כל מנוע הותקן גנרטור נפרד שסיפק מתח AC תלת פאזי של 115v בתדר 400Hz ובהספק של עד 30Kva

השליטה במערכת בוצעה ע”י שני בקרי גנרטורים ובקר תדר אחד’ שהתבססו על אלקטרוניקה אנלוגית בטכנולוגיה של שנות ה 60 של המאה הקודמת. אלו היו רכיבים מהדור של התחלת השימוש בטרנזיסטורים, וסבלו מאמינות נמוכה. בנוסף, השליטה בסדר הפעולות של המערכת היתה מאד מסובכת ובוצעה ע”י 17 ממסרים עם 59 מגעים.

מערכות המטוס חולקו לשתי קבוצות, כאשר כל אחת מוזנת מגנרטור אחד. לאחר התנעת שני המנועים, חובר ממסר ביניים שחיבר את כל המערכות לשני הגנרטורים שפעלו ביחד, וסיפקו כ”א את מחצית הצריכה של מערכות המטוס.

רוב התקלות במערכת הסתיימו בהפסקת פעולת אחד הגנרטורים בטיסה, או בפתיחת ממסר ביניים (כתוצאה מחוסר איזון באספקה בין הגנרטורים). גנרטור לא תקין או ממסר ביניים פתוח, דורש ביטול משימה וחזרה לנחיתה.

במקרים רבים, תקלה שהתגלתה באוויר בכלל לא חזרה במהלך הבדיקות על הקרקע. מערכות רבות שצורכות הספק רב פועלות רק בטיסה, כך שלא ניתן לשחזר את התקלה על הקרקע. במערכת אנלוגית לא ניתן היה להקליט נתונים, המידע על התקלה אבד.

מצב המערכת הוצג בתא הטייס ע”י שלוש מנורות – “גנרטור ימין”, “גנרטור שמאל”, “ממסר ביניים”.

לדוגמה, אם המנורה “גנרטור ימין” נדלקת, הטייס יודע שגנרטור ימין התנתק ולא מספק מתח לצרכנים במטוס. אבל מעבר לזה, לטייס בטיסה ולטכנאי שמנסה לאתר את התקלה על הקרקע, אין שום דרך לדעת מה הסיבה שבעקבותיה נותק הגנרטור ומה הרכיב התקול שגרם לתקלה.

הדרך היחידה בה ניתן היה לנסות לאתר את התקלה אחרי הטיסה, היתה לבדוק את המערכת בפעולה בזמן הרצת מנועים. מחברים מתקן בדיקה פשוט שמציג מספר נתונים של המערכת. המתקן כלל מחוונים אנלוגיים עגולים פשוטים, הדיוק מאד מוגבל. וכאן הבעיה.

כעקרון, מעגלי ההגנות נגד תקלות במערכת אספקת המתחים, מפסיקים את פעולת המערכת בזמנים קצרים ביותר, כדי להגן על מערכות המטוס (שעלולות להיפגע אם מתח לא תקין מסופק ע”י הגנרטור).

לדוגמה, בתקלה בה מתגלה מתח לא תקין, מנותק הגנרטור תוך עשירית שניה. בזמן כה קצר הטכנאי לא יכול להספיק להבחין בנתונים על המכשיר האנלוגי. למעשה חיבור המתקן היה חסר ערך אבל לא היה משהו אחר.

בכל מקרה, היה צורך לבדוק את פעולת המערכת בהרצת מנועים דבר המהווה בזבוז של שעות מנוע ודלק, כשבעצם בסיום ההרצה נמצאים באותה נקודה – אין דרך להבין מה גרם לתקלה. הדרך היחידה לטפל בה היתה להחליף רכיב כלשהו באופן אקראי, בתקווה שהתקלה לא תחזור.

הרכיב העיקרי שהוחלף תדיר היו בקרי הגנרטורים (קופסה אלקטרונית אותה היה קל יחסית להחליף). לרוב זה לא עזר והתקלה חזרה שוב ושוב.

המשמעות, מטוס מקורקע לזמן ארוך, מספר רכיבים גבוה נמצא בסבב לדרג ד’ וחזרה – עלות תחזוקה גבוהה למערכת. בשנות ה- 80 ירדה אמינות המערכת ל 50 שעות בין תקלות – מספר בלתי סביר למטוס קרב מבצעי בקו הראשון.

*******

במהלך שרותי בחיל האוויר, הוצבתי בטייסות טיסה ובדרג ב’. עבדתי על מטוסי מיראז’, מיג 21, קורנס, נץ (16-F) ולביא. עברתי השתלמויות ולימודים, והמשכתי במטה בתפקיד מקצועי. תחום עבודתי העיקרי היה מערכות אספקת מתחים במטוסים.

בשנת 1988, אחרי 25.5 שנות שרות בחיל האוויר, השתחררתי ויצאתי לחיים אזרחיים. התברר לי כי מנהלי חברה איתה הייתי קשור בתחילת שנות ה- 80 (בפרויקט בקר טמפרטורה למנוע 79-J של קורנס) גילו שפרשתי, ופנו אלי בהצעה לבוא לעבוד עבורם. לאחר לבטים קצרים הצטרפתי לחברה, ונשארתי לעבוד איתם עד 2010.

בשלבים הראשונים של עבודתי בחברה, נזכרתי בבעיות של מערכת אספקת המתחים בקורנס בחיל האוויר.

בניתוח שבצעתי למערכת תוך התבססות על הידע שצברתי במערכות דומות במטוסים עליהם עבדתי, הערכתי שהחלפת בקרי הגנרטורים האנלוגיים הישנים בבקרים דיגיטליים חדשים תשפר את המערכת ללא הכר.

פניתי להנהלת החברה והצעתי ליזום פיתוח בקר גנרטורים דיגיטלי חדש. כדי לקבל החלטה סופית, נדרשתי להוכיח כדאיות לפרויקט. סרקתי דו”ח תקלות של מערכת אספקת מתחים בקורנס ב- 3 השנים האחרונות שקבלתי מחיל האוויר. לאחר מחקר מעמיק, הגשתי דו”ח שהוכיח כי החלפת הבקר האנלוגי בבקר דיגיטלי חדש תקטין בצורה ניכרת את מספר התקלות ואת עלות התחזוקה של המערכת.

הדו”ח הוגש לחיל האוויר, ונבדק ע”י צוות מקצועי שהעביר את ממצאיו לרלצ”ד (ראש להק ציוד). בדיון בראשותו, הפרויקט אושר, ותוקצב בסכום של 100,000 דולר שהועבר לחברה לפיתוח הבקר. כאן החל בחברה (בשיתוף חיל האוויר) פרויקט חדש, שבמהלכו פותח בקר חדש ומתקדם שיצר שיפור משמעותי במערכת אספקת מתחים במטוסי הקורנס.

התקנת הבקר החדש יצרה ירידה ממוצעת של 80% במספר תקלות, בשעות קרקוע, במספר ביטולי משימה, בצריכת חלקי חילוף, בשימוש בדלק (פחות הרצות מנועים) סה”כ עליה באמינות וירידה חדה במחיר תחזוקת המערכת.

במהלך התקופה שימשתי כמהנדס מערכת לאורך כל שלבי הפיתוח וההתקנה על מטוסים. הבקר הותקן במטוסי קורנס 2000 בחיל האוויר וגם בקורנסים של חילות אוויר של טורקיה וקוריאה.

המערכת הדיגיטלית החדשה

המערכת החדשה כללה שתי קופסאות בקרה זהות מבוססות מחשב, שהותקנו במקום שלוש קופסאות בקרה אנלוגיות ישנות (שני בקרי גנרטור ובקר תדר אחד) שתפקידם עבר לבקרים החדשים.

בעת ביצוע שינוי ההתקנה במטוס, הוסרו 14 ממסרים מתוך 17 (נשארו רק 3 ממסרי קו ראשיים בלבד) ובוטל השימוש ב 44 מגעים של ממסרים (מתוך 59) ששימשו לקביעת סדר הפעולות (הלוגיקה) של המערכת הישנה. התפקיד עבר למחשבים בבקרים החדשים.

המערכת צומצמה והפכה פשוטה בהרבה (יחד עם הממסרים הוצאו משימוש עשרות מטרים של חוטים).

בקר הגנרטורים הדיגיטלי החדש Digital Generator Control Unit – DGCU

הבקר החדש התבסס על אלקטרוניקה מודרנית עם רכיבים בעלי אמינות גבוהה. ממוצע זמן בין תקלות מחושב לבקר (MTBF) מעל 50,000 שעות. לב המערכת הוא המחשב השולט על כל פעולותיה – פעולת הגנרטורים, תפעול ממסרי קו וחיבור לצרכנים, הגנה נגד תקלות.

בבקר יש מערכת גילוי תקלות אוטומטית (BIT) הבודקת את המכלולים הפנימיים של הבקר ואת המערכת במטוס. למערכת יכולת זיהוי של 71 תקלות שונות במערכת המטוס וגם בבקר עצמו.

במהלך הפעולה, הבקר מבצע מדידה של 56 נתונים של המערכת בקצב של 33 פעמים בשנייה. כל הנתונים מוקלטים באופן רציף. במקרה של גילוי תקלה, תשמר הקלטתה של 6 שניות בזיכרון (סה”כ 200 הקלטות של 56 נתונים).

לבקר שעון זמן אמיתי (מגובה בסוללת ליתיום) הרושם תאריך ושעה לכל הקלטה.

לאחר חיבור מחשב נייד לשקע תקשורת בתא האחורי של המטוס, הנתונים שהוקלטו מועברים למחשב ומנותחים ע”י תוכנה דיאגנוסטית מיוחדת המציגה לטכנאים הסבר על מהות התקלה והנחיות מלאות לפתרונה (*). לכן, לא נדרשת פעילות לאיתור התקלה ולא נדרשת הרצת מנועים (כמו במקרה של הבקר הישן). במקרה של החלפת רכיב עיקרי (גנרטור או בקר), נדרשת הרצת מנועים קצרה של 2-3 דקות לאישור שהמערכת תקינה.

(*) ההודעות והספרות הטכנית למערכת החדשה נכתבו באנגלית בלבד. חיל האוויר לא אישר תקציב לתרגום לעברית

במהלך הרצת המנועים, כל הנתונים החשובים של המערכת מוצגים על מסך המחשב ובזמן אמיתי. הנתונים של שני הגנרטורים – מתחים, זרמים, הספקים, תדרים וסטאטוס פעולה

במקרה של גילוי תקלה במערכת במהלך הרצת מנועים, תופיעה מייד הודעה מתאימה על החלק הימני של המסך. קיימת אופציה להקליט את הנתונים בזמן פעולת המערכת. הנתונים שהוקלטו נשמרים בזיכרון המחשב החיצוני לתצוגה עתידית.

את התנהגות המערכת בזמן פעולה אפשר להציג בעזרת הנתונים שהוקלטו על גבי טבלה או גרף צבעוני. תצוגה זאת מאפשרת לטכנאי להבין את פעולת המערכת וכיצד ארעה התקלה.