Fly-by-wire

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Et af de første digitale fly-by-wire-systemer (markeret med grønt) i 1972 i en NASA Vought F-8

Fly-by-Wire [ ˌFlaɪbaɪˈwaɪɹ ], FBW, der analogt flyver med kabel (elektrisk) eller elektronisk flystyring , er en signaloverførselsteknologi til flyvekontrol med fly .

I modsætning til den klassiske betjening, hvor pilotens kontrolbevægelser med kontrolhornet overføres til styrefladerne eller rotorerne med stålkabler, trykstænger eller hydrauliske systemer , er fly-by-wire sensorer (f.eks. Potentiometre ) placeret på betjeningen elementer ( kontrolpind , pedaler osv.), hvis elektriske signaler styrer aktuatorer (elmotorer, hydraulik) på styrefladerne.

Som regel antages det, at kontrolkommandoerne transmitteret med ledning kommer fra en flycomputer ( autopilot ). Dette giver piloten yderligere support og frigør dem fra rutinemæssige opgaver.

koncept

Pilotens input til kontrolelementerne (f.eks. På sidestikken ) omdannes til elektriske signaler under fly-by-wire, som derefter omdannes tilbage til bevægelser af styrefladerne af servomotorer eller hydrauliske cylindre , der styres af elektriske ventiler.

Hovedforskellen mellem fly-by-wire og servostyrede systemer (såsom servostyring i biler) er den komplette mekaniske afkobling af betjeningselementet ( joystick ) og servomotor. Styresignalerne transmitteres rent elektrisk.

En forlængelse af fly-by-wire-konceptet er at lade styresignalerne løbe gennem en flyvekontrolcomputer, før de udføres, hvilket f.eks. Kan kontrollere dem for sandsynlighed og overvåge overholdelse af visse grænseværdier, så maskinen ikke går ned eller går i stykker (f.eks. på grund af overdrevne positive eller negative g-kræfter , hastigheder eller angrebsvinkler ). Den automatiske overvågning og begrænsning af kontrolkommandoerne kaldes Flight Envelope Protection (se også afgiftsgrænse og skattereserve ).

historie

Udviklingen af ​​sådanne systemer begyndte, da servoaktuatorer blev set som en måde at erstatte de komplekse og vanskelige at vedligeholde stænger, kabelsystemer og hydraulik med lettere elektriske systemer. Pionerarbejdet for dette blev udført med missilsystemer, der konsekvent havde elektriske styresystemer.

Begyndelsen på fly-by-wire går tilbage til Anden Verdenskrig . Der blev C-1-autopiloten brugt i B-17E-bombeflyet i 1943. C-1 autopiloten var en meget enkel form for fly-by-wire og muliggjorde kun en stabil lige flyvning. Det var baseret på analoge elektriske signaler, der blev transmitteret fra sensorerne til aktuatorerne. [1]

Den 30. august 1952 tog en prototype af Avro Vulcan fart på sin jomfrutur. Militærflyet var det første fly, der brugte et fuldt fly-by-wire-system. Servoventilerne i positioneringssystemerne blev styret med analoge elektriske signaler.

I den civile sektor var Concorde det første fly, der blev udstyret med et analogt fly-by-wire kontrolsystem. [2]

Den 25. maj 1972 lancerede NASA et modificeret Vought F-8 “Crusader”, det første fly med digital fly-by-wire, som fungerede på basis af den indbyggede computer i Apollo-programmets månemodul ( Apollo Guidance Computer ). [3]

En anden vigtig dato i udviklingshistorien er 22. februar 1987. På denne dag fandt Airbus A320 's første flyvning sted. A320 var det første kommercielle fly, der undgik et fuldt udviklet mekanisk backup -system. En mekanisk nødstyring, der bestod af styring af roret og den vandrette stabilisator, var imidlertid tilgængelig. [4]

Planlægning af civile lodrette start førte ikke til, at de var parate til serieproduktion, men gav vigtige impulser til udviklingen af ​​fly-by-wire-systemer. [5]

Ansøgninger

Moderne militærfly er primært designet til høj manøvredygtighed og camouflageegenskaber . Den tilhørende aerodynamiske adfærd er vanskelig eller umulig at kontrollere for piloten, hvorfor sådanne jetfly dybest set kræver dynamisk flyvekontrol og dermed fly-by-wire. For eksempel har den amerikanske F-16 "Fighting Falcon" uden en aktiveret holdningscomputer en tendens til at flyve med en meget høj angrebsvinkel i ryglænet; Eurofighter ville trække opad med en lige så høj angrebsvinkel. Det ville ikke være muligt for en menneskelig pilot at kontrollere flyet.

En anden, tidligere betydning af flyve med wire kommer fra militær luftfart: flyver som på en wire . Det betyder, at piloten (især et kampfly) angiver en tiltænkt flyveretning for sit fly, og elektronikken tager alle yderligere skridt, der er nødvendige for at realisere denne flyveretning. Dette er en lettelse for piloten, da kørecomputerne klarer den samme ændring i flyveretning med samme input uanset højde og hastighed. Flyet opfører sig derfor på samme måde i alle flyvefaser. Det blev imidlertid hurtigt erkendt, at dette ikke var et enkeltstående begreb, men en fortsættelse af begrebet elektronisk kontrol.

I helikoptere bruges interaktionen mellem fly-by-wire og flycomputer til at aflaste piloten ved z. B. hovedrotormomentet kompenseres automatisk, eller højden / flydestillingen holdes. Det første kommercielle fly med en fly-by-wire-kontrol var Concorde , som dog kun blev produceret i et lille antal. Concorde brugte imidlertid analog elektrisk signaloverførsel. [4] Det første kommercielle fly med stor volumen med digital fly-by-wire-kontrol er Airbus A320. [4]

Airbus A340-600: Halehældningskontrol under start og landing

Alle nye kommercielle flydesigner er nu udstyret med fly-by-wire. Airbus- systemet, der blev brugt for første gang i Airbus A320, indeholder såkaldte "Flight Envelope Protections". Flyvekontrolcomputeren tilvejebringer en fast ramme (angrebsvinkel, hældning, hastighed, bankvinkel), hvor flyet kan flyttes. Formålet med systemet er at forhindre farlige flyvesituationer. Boeing 777 's Boeing -system forhindrer derimod ikke dette; her har piloten under alle omstændigheder beslutningsmyndigheden. For meget lange fly, f.eks. Airbus A340-600 , er det sikret, at halen ikke rører jorden under start og landing (forhindring af halestrejning ).

C * og C * U

For Airbus -fly fra model 320 og opefter implementeres C * -konceptet i normal driftstilstand (Normal lov). Med sidestikken foretages ingen direkte ændring af kontroloverfladens positioner, men der genereres en indirekte kommando. En vis rullehastighed kommanderes for bevægelser omkring flyets længdeakse , en tilthastighed kommanderes for bevægelser omkring flyets tværgående akse ( stigning ), men over en bestemt hastighed beordres et multiplum af accelerationen på grund af tyngdekraften. Disse specifikationer implementeres derefter ved at styre kontrolfladerne og ændringer i flyveindstillingen. Hvis sidestikken efterlades i neutral position, flyver flyet automatisk af, og banen fortsætter, dvs. flyvebanen opretholdes, mens flyvestilling og hastighed kan ændre sig. Den valgte bane opgives kun, når piloterne giver nye kontrolkommandoer, eller når flykontrolcomputeren registrerer en farligt lav eller høj lufthastighed, hvorefter flyets næse automatisk sænkes eller hæves. [6]

I mere moderne Boeing -fly (fra Boeing 777 og fremefter) er der et relateret system, C * U. I modsætning til C *sikrer flyvekontrolcomputeren, at ikke kun flyvebanen, men også flyets fremadgående hastighed holdes omtrent den samme. Hvis flyets horisontale haleenhed trimmes til en bestemt hastighed, sænker eller hæver computeren næsen på flyet for at opretholde denne referencehastighed. Ved at trykke på trim kontakten, piloterne informere de fly, som den automatiske trim på halen enheden er aktiv igen, og at en ny henvisning hastighed er i kraft. Den højeste referencehastighed, der kan vælges, er 330 knob. Hvis flyets konfiguration ændres - med klapper eller landingsudstyr - beholdes sideaksen (stigningen), selvom hastigheden skulle ændre sig. Begge koncepter, C * og C * U, reducerer piloternes arbejdsbyrde. [6]

Et system, der kan sammenlignes med C *, kan også findes i Zeppelin NT .

vurdering

fordele

Den sandsynligvis største fordel er, at vægt og plads spares i forhold til mekanisk signaloverførsel. Elektriske kabler betyder også meget mindre arbejde under det store vedligeholdelsesarbejde ( C- og D -kontrol ). Det er også lettere at designe linjerne til signaloverførsel redundant . Det letter også installationen af ​​hydrauliske aktuatorer, der fungerer uafhængigt af resten af ​​det hydrauliske system (f.eks. EHA og EBHA på Airbus 380 [7] ) og garanterer manøvredygtighed i tilfælde af et totalt svigt i det hydrauliske system.

En anden stor fordel opstår, når en computer kontrollerer styresignalerne i et såkaldt flight envelope-beskyttelsessystem og begrænser dem, hvis de ville bringe flyet i en farlig situation. Denne overvågning giver f.eks. Piloterne mulighed for at give pludselige kontrolkommandoer i tilfælde af en forestående kollision, uden at kontrolkommandoerne selv bliver en yderligere kilde til fare. Derudover muliggør fly-by-wire en automatisk og derfor meget hurtigere reaktion på ændringer i flyvebane og holdning, såsom dem forårsaget af turbulens .

Habsheim-flystyrtet og grøften på Hudson nævnes som eksempler, hvor Fly-by-Wire og Flight Envelope Protection har reddet liv. I begge tilfælde forhindrede de indbyggede systemer piloterne i at vælge en for stor angrebsvinkel; resultatet blev en relativt skånsom nedbrudslanding.

ulempe

Den mekaniske afkobling af betjeningselementer og ror gør et nødsystem nødvendigt i tilfælde af energitab på aktuatorsiden. Med hydraulisk drevet rorindstilling, det hydrauliske tryk eller, med elektrisk betjent rorjustering, kan aktuatorernes driftsspænding falde, hvis alle motorer svigter (mangel på brændstof). Nødsystemer kan implementeres med en luftturbine (udfoldelig propel), som leverer den nødvendige energi fra luftstrømmen under nedstigning. Selv uden fly-by-wire kan der dog være behov for et nødsystem i tilfælde af hydromekanisk styring med en hydraulisk pumpe.

Fly-by-wire er modtagelig for elektromagnetisk interferens, så især datatransmissionskablerne skal skærmes på en kompleks måde. Især militæret presser på for at indføre mere sikker transmissionsteknologi. Dette kan være tilgængeligt med " fly-by-light ", det vil sige med den elektromagnetisk ufølsomme fiberoptiske teknologi.

Fly-by-Wire afkobler piloten fra flyets fysik og de kræfter, der virker på roret og flapperne. Moderne udviklinger giver kunstig feedback ved hjælp af aktuatorer til at simulere kræfterne på kontrolpinde, horn og pedaler, som om de tilsvarende enheder var forbundet til ror og klapper. Piloten kan "mærke" flyets adfærd igen. Desuden kan advarsler med høj prioritet, for eksempel i tilfælde af en forestående stall , via mekanisk rystning af betjeningssøjlen (såkaldt stick shaker ) eller som en syntetisk genereret modkraft i sidestikken, kommunikeres til piloten med høj fremtrædende .

Ifølge luftfartsuheldseksperten Chesley B. Sullenberger [8] er en mulig ulempe, at det ikke umiddelbart er tydeligt for piloterne, hvilke kontrolkommandoer den anden pilot sender til flyet via sidestikken, da der ikke er nogen mekanisk kobling mellem både piloter og nedbøjningen af ​​pindene er meget lille og derfor svær at se optisk. Denne kendsgerning kunne have spillet en rolle i styrtet af flyvningen Air France 447 , da en af ​​piloterne fejlagtigt trak næsen af ​​flyet stærkt opad, men dette blev ikke genkendt af de andre piloter, og der blev ikke foretaget en korrektion. Der er imidlertid enighed blandt piloter om, at flyvningens position skal vurderes ud fra instrumenterne, men ikke på placeringen af ​​kontrolpinde og sidestikker. På samme måde skal piloterne alligevel kommunikere deres intentioner til hinanden (se CRM ).

Se også

Individuelle beviser

  1. ^ Schmitt, Vernon R .; Morris, James W .; Jenney, Gavin D.: Fly-by-Wire, et historisk og designperspektiv . Warrendale, 1998, ISBN 0-7680-0218-4 .
  2. Concorde - A Love Story , BBC two , 29. juni 2009, minut 8:30
  3. Tomayko, James E:. Computere Take Flight: A History of NASAs Banebrydende Digital fly-by-wire-projektet. 2000 ( nasa.gov [PDF]).
  4. a b c Moir, Ian; Seabridge, Allan G.: Civil Avionics Systems . Professional Engineering Publishing Limited, London 2003, ISBN 1-86058-342-3 .
  5. ^ Flugzeug Classic - udgave 08/09, s. 52 ff.
  6. a b Fly-By-Wire. I: SKYbrary. Hentet 13. december 2018 .
  7. Xavier Le Tron: Oversigt over flyvekontroller på A380. Hentet 12. december 2018 . Side 9.
  8. ^ YouTube : Chesley B. Sullenbergers analyse af AF447 -nedbruddet , åbnet 16. marts 2015.

Weblinks