Fly-by-wire

Jeden z prvních digitálních systémů fly-by-wire (označených zeleně) v roce 1972 v NASA Vought F-8

Fly-by-wire [ ˌflaɪbaɪwaɪɹ ], FBW, analogicky létání kabelem (elektrický) nebo elektronické řízení letadla, je přenos technologie signál pro řízení letu z letadla .

Na rozdíl od klasických ovládacích prvků, u nichž jsou řídicí pohyby pilota s ovládací houkačkou přenášeny na ovládací plochy nebo rotory pomocí ocelových lan, tlačných tyčí nebo hydraulických systémů , jsou na řídicích prvcích umístěny senzory fly-by-wire (např. Potenciometry ) ( joysticky , pedály atd.), jejichž elektrické signály ovládají akční členy (elektromotory, hydrauliku) na ovládacích plochách.

Obecně se předpokládá, že řídicí povely přenášené drátem pocházejí z letového počítače ( autopilota ). To poskytuje pilotovi další podporu a osvobozuje ho od rutinních úkolů.

pojem

Pilotovy vstupy do ovládacích prvků (např. Na postranní páce ) se během fly-by-wire převádějí na elektrické signály, které se poté pomocí servomotorů nebo hydraulických válců, které jsou ovládány elektrickými ventily, převádějí zpět na pohyby ovládacích ploch.

Hlavním rozdílem mezi systémy fly-by-wire a servo asistencí (např. Posilovač řízení v automobilech) je úplné mechanické oddělení ovládacího prvku ( joysticku ) a servomotoru. Řídicí signály jsou přenášeny čistě elektricky.

Rozšířením konceptu fly-by-wire je nechat řídicí signály projít počítačem řízení letu před jejich provedením , což je může například ověřit z hlediska věrohodnosti a sledovat dodržování určitých mezních hodnot tak, aby stroj nehrozí ani se nerozpadne (například kvůli nadměrným kladným nebo záporným silám g , rychlosti nebo úhlu náběhu ). Automatické monitorování a omezení řídicích příkazů se v angličtině nazývá Flight Envelope Protection (viz také daňový limit a daňová rezerva ).

Dějiny

Vývoj odpovídajících systémů začal, když byly servopohony považovány za způsob, jak nahradit složité a obtížně udržovatelné tyče, kabelové systémy a hydrauliku lehčími elektrickými systémy. Průkopnická práce za tímto účelem byla provedena s raketovými systémy, které důsledně měly elektrické naváděcí systémy.

Počátky fly-by-wire sahají do druhé světové války . Tam byl autopilot C-1 použit v bombardéru B-17E v roce 1943 . Autopilot C-1 byl velmi jednoduchá forma fly-by-wire a umožňoval pouze stabilní přímý let. Byl založen na analogových elektrických signálech, které byly přenášeny ze senzorů do akčních členů.

30. srpna 1952 vzlétl na svůj první let prototyp Avro Vulcan . Vojenské letadlo bylo prvním letadlem, které používalo úplný systém fly-by-wire. Servoventily polohovacích systémů byly ovládány analogovými elektrickými signály.

V civilním sektoru byl Concorde prvním letadlem vybaveným analogovým řídícím systémem fly-by-wire.

25. května 1972 zahájila NASA upravený Vought F-8 „Crusader“, první letadlo s digitálním průletem, které fungovalo na základě palubního počítače lunárního modulu Apollo ( Apollo Guidance Computer ) .

Dalším důležitým datem v historii vývoje je 22. února 1987. V tento den se uskutečnil první let Airbusu A320 . A320 byl prvním komerčním letounem, který upustil od plně vyvinutého mechanického záložního systému. K dispozici však bylo mechanické nouzové ovládání, které se skládalo z ovládání kormidla a vodorovného stabilizátoru.

Plánování civilních vertikálních vzletů nevedlo k jejich připravenosti na sériovou výrobu, ale dalo důležité impulsy pro vývoj systémů fly-by-wire.

Aplikace

Moderní vojenské letouny jsou primárně určeny pro vysokou manévrovatelnost nebo maskovací vlastnosti . Související aerodynamické chování je pro pilota obtížné nebo nemožné ovládat, a proto takové trysky v zásadě vyžadují dynamické řízení letu, a tedy létání po drátu. Americký F-16 „Fighting Falcon“ neaktivoval přístupový počítač , například tendenci velmi vysokého úhlu náběhu létat v poloze na zádech by Euro Fighter kreslil stejně vysokým úhlem nahoru. Lidský pilot by nemohl ovládat letadlo.

Další, dřívější význam letu po drátu pochází z vojenského letectví : létání jako na drátu . To znamená, že pilot (zejména bojového letadla) specifikuje zamýšlený směr letu pro své letadlo a elektronika podnikne všechny další kroky nezbytné k uskutečnění tohoto směru letu. To je pro pilota úleva, protože palubní počítače zvládají stejnou změnu směru letu se stejným vstupem bez ohledu na nadmořskou výšku a rychlost. Letadlo se proto chová ve všech fázích letu stejně. Bylo však rychle zjištěno, že se nejedná o nezávislý koncept, ale o pokračování konceptu elektronického řízení.

Ve vrtulnících se interakce fly-by-wire a letového počítače používá k ulehčení pilota z. B. točivý moment hlavního rotoru je automaticky kompenzován nebo je udržována výška / plovoucí poloha. Prvním komerčním letounem s ovládáním typu fly-by-wire byl Concorde , který se však vyráběl jen v malém množství. Concorde však použil analogový přenos elektrického signálu. První komerční letadlo, které se ve velkém počtu vyrábí s digitálním řízením typu fly-by-wire, je Airbus A320.

Airbus A340-600: Řízení sklonu ocasu během vzletu a přistání

Všechny nové konstrukce komerčních letadel jsou nyní vybaveny fly-by-wire. Systém Airbus použitý poprvé v Airbusu A320 obsahuje takzvané „Ochrany letových obálek“. Počítač pro řízení letu poskytuje pevný rámec (úhel náběhu, sklon, rychlost, úhel náklonu), ve kterém lze letadlo pohybovat. Účelem systému je předcházet nebezpečným letovým situacím. Boeing systém Boeing 777, však nebrání tomu, aby tento; zde má pilot v každém případě rozhodovací pravomoc. U velmi dlouhých letadel, jako je Airbus A340-600 , je zajištěno, že se ocas během vzletu a přistání nedotýká země (zabránění úderu ocasem ).

C * a C * U

V případě letadel Airbus modelu 320 a vyšších je koncept C * implementován v normálním provozním režimu (normální zákon). Sidestick přímo nemění polohy ovládacího povrchu, ale generuje nepřímý příkaz. Určí se určitá rychlost otáčení pro pohyby kolem podélné osy letadla , rychlost naklonění se nastavuje pro pohyby kolem příčné osy ( rozteče ) letadla , ale nad určitou rychlostí se ovládá násobek gravitačního zrychlení. Tyto specifikace jsou poté implementovány řízením řídicích ploch a změnami letové polohy. Pokud je postranní páčka ponechána v neutrální poloze, letadlo bude i nadále létat automaticky oříznutou trajektorii, tj. Dráha letu je udržována, zatímco letová poloha a rychlost se mohou měnit. Vybraná dráha letu je opuštěna pouze tehdy, když piloti vydají nové řídicí příkazy nebo když počítač řízení letu detekuje nebezpečně nízkou nebo vysokou rychlost letu, načež se nos letadla automaticky sníží nebo zvedne.

Příbuzný systém, C * U, se nachází v modernějších letadlech Boeing (od Boeingu 777). Na rozdíl od C * počítače pro řízení letu zajišťují, že nejen dráha letu, ale také dopředná rychlost letadla jsou udržovány přibližně na stejné úrovni. Pokud je vodorovná ocasní jednotka letadla oříznuta na určitou rychlost, počítač sníží nebo zvedne nos letadla, aby udržel tuto referenční rychlost. Stisknutím spínače trimu piloti informují letadlo, že je znovu aktivní automatické trimování ocasní jednotky a že platí nová referenční rychlost. Nejvyšší referenční rychlost, kterou lze zvolit, je 330 uzlů. Pokud se změní konfigurace letadla - pomocí klapek nebo podvozku - boční osa (stoupání) zůstane zachována, i když by se měla změnit rychlost. Oba koncepty, C * a C * U, snižují pracovní zátěž pilotů.

Systém srovnatelný s C * lze nalézt také v Zeppelin NT .

hodnocení

výhody

Pravděpodobně nejvýznamnější výhodou je, že hmotnost a prostor jsou ušetřeny ve srovnání s mechanickým přenosem signálu. Elektrické kabely také znamenají mnohem méně práce během hlavních údržbových prací ( kontroly C a D ). Je také snazší navrhovat linky pro přenos signálu redundantně . Usnadňuje se také instalace hydraulických pohonů, které pracují nezávisle na zbytku hydraulického systému (např. EHA a EBHA u Airbus 380 ) a zaručují manévrovatelnost v případě úplného selhání hydraulického systému.

Další velká výhoda nastává, když počítač kontroluje řídicí signály v takzvaném systému ochrany letové obálky a omezuje je, pokud by letadlo dostaly do nebezpečné situace. Toto monitorování například umožňuje pilotovi vydat náhlé řídicí příkazy v případě hrozící srážky, aniž by samotné řídicí příkazy představovaly další zdroj nebezpečí. Fly-by-wire navíc umožňuje automatickou, a tedy mnohem rychlejší reakci na změny v dráze letu a postoji, jako jsou ty způsobené turbulencí .

Havárie letadla v Habsheimu a nouzové přistání na Hudsonu jsou zmíněny jako příklady, při nichž zachránily životy systémy Fly-by-Wire a Flight Envelope Protection . V obou případech palubní systémy bránily pilotům zvolit příliš velký úhel útoku; výsledkem bylo relativně jemné nouzové přistání.

nevýhoda

Mechanické oddělení ovládacích prvků a kormidel vyžaduje nouzový systém v případě ztráty energie na straně pohonu. V případě hydraulického nastavení kormidla může při výpadku všech motorů (nedostatek paliva) poklesnout hydraulický tlak nebo v případě elektricky ovládaného kormidla provozní napětí akčních členů. Nouzové systémy lze realizovat pomocí vzduchové turbíny s beranem (výklopná vrtule), která při sestupu dodává potřebnou energii z proudu vzduchu. I bez fly-by-wire však může být vyžadován nouzový systém s hydromechanickým ovládáním pomocí hydraulického čerpadla.

Fly-by-wire je citlivý na elektromagnetické rušení, takže zejména kabely pro přenos dat musí být komplexně stíněny. Zejména armáda prosazuje zavedení bezpečnější přenosové technologie. To by mohlo být dostupné s technologií „ fly-by-light “, tedy s technologií elektromagneticky necitlivých optických vláken .

Fly-by-Wire odděluje pilota od fyziky letu a sil působících na kormidla a klapky. Moderní vývoj poskytuje umělou zpětnou vazbu pomocí akčních členů k simulaci sil na ovládací páky, klaksony a pedály, jako by byla příslušná zařízení připojena k kormidlům a klapkám. Pilot může znovu „cítit“ chování letadla. Kromě toho, s vysokou prioritou varování, například v případě hrozící stánku , přes mechanické třepání na sloupku řízení (tzv hůl šejkr ), nebo ve formě synteticky generovaných Counterforce v sidestick, mohou být sděleny pilota s vysokými nápadnost .

Podle odborníka na letecké nehody Chesley B. Sullenbergera je jednou z možných nevýhod to , že pilotům není okamžitě zřejmé, které řídicí příkazy druhý pilot vysílá do letadla přes postranní pásku, protože mezi těmito dvěma piloty neexistuje žádné mechanické spojení. sidesticks a vychýlení hokejek je velmi malé, a proto je obtížné je vidět. Tato skutečnost mohla hrát roli při havárii letu Air France 447 , protože jeden z pilotů nesprávně silně vytáhl nos letadla, ale ostatní piloti to nepoznali a nebyla provedena žádná korekce. Mezi piloty však panuje shoda v tom, že letová poloha by měla být hodnocena na základě přístrojů, nikoli však na poloze ovládacích páček a postranic. Stejně tak si piloti musí navzájem sdělit své záměry (viz CRM ).

Viz také

Individuální důkazy

  1. ↑ Schmitt, Vernon R .; Morris, James W .; Jenney, Gavin D.: Fly-by-Wire, historická a designová perspektiva . Warrendale, 1998, ISBN 0-7680-0218-4 .
  2. ^ Concorde - Příběh lásky , BBC dva , 29. června 2009, minuta 8:30
  3. ↑ Tomayko, James E.: Počítače vzlétnou : Historie průkopnického digitálního projektu Fly-by-Wire (NASA) . 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 - vydání 08/09, s. 52 a násl.
  6. ↑ a b Fly-By-Wire. In: SKYbrary. Citováno 13. prosince 2018 .
  7. ↑ Xavier Le Tron: Přehled řízení letu A380. Citováno 12. prosince 2018 . Strana 9.
  8. ↑ YouTube : Chesley B. Sullenbergerova analýza havárie AF447 , přístup k 16. březnu 2015.

webové odkazy