Comenzi de zbor și sisteme de control de zbor

Desen schematic al comenzilor de zbor cu cabluri și scripeți

Sistemele de control și control al zborului constau din setul de suprafețe de control al zborului , comenzile respective ale cabinei , conexiunile la suprafețe, mecanismele operaționale necesare pentru a controla direcția unei aeronave în zbor și comenzile pentru comenzile motorului aeronavei, precum controlează schimbările de viteză.

Comenzile comenzilor de zbor sunt extinse în articolul Pilotarea avioanelor , unde sunt detaliate comenzile esențiale asupra cărora pilotul poate acționa pentru a modifica atitudinea, direcția și viteza ^[1] .

Comenzi în cabină

Controale principale

Comenzile principale ale comenzilor cabinei sunt în general următoarele ^[2] :

• jugul sau joystick-ul , cu mișcări laterale pentru controlul eleronelor și deplasarea înainte și înapoi pentru compensatorul tuturor comenzilor.
• pedala pentru controlul falcii prin comanda cârmei .
• Accelerația pentru controlul cantității de gaz către motor și pentru reglarea turației.

Grumman F-14 Tomcat cu coadă cu două aripi

Fouga Magister CM-170R cu V fletch

Chiar și atunci când o aeronavă folosește suprafețe de control de zbor care nu sunt convenționale, ca o empenaj direcțională sau cu derivă V, flaperoni sau elevoni , pentru a evita confuzia cu pilotul aeronavei, sistemele de control de zbor sunt totuși proiectate într-un mod convențional: controlul barei sau joystick-ul pentru controlul rolului și al pitch-ului , pedala cârmei pentru fală ^[2] .

Un Blériot VIII în Issy-les-Moulineaux , primul avion proiectat cu controale timpurii de zbor, precum cele care sunt încă în uz.

Schema de bază pentru controalele de zbor moderne a fost introdusă de pionierii francezi ai aviației Robert Esnault-Pelterie ^[3] și Louis Blériot cu comenzile Esnault-Pelterie pe monoplanul Blériot VIII în aprilie 1908; sistemul a fost standardizat în iulie 1909 pe Blériot XI pentru trecerea Canalului Mânecii.

Comenzile de zbor au fost predate de mai multe decenii și popularizate de manuale de zbor, cum ar fi Stick and Rudder: An Explanation of the Art of Flying scrise în 1944 de Wolfgang Langewiesche.

Controale secundare

Același subiect în detaliu: Compensator (aeronautică) , Hypersostentatore , Airbrake , Deflector și Wing cu geometrie variabilă .

În plus față de comenzile de zbor primare pentru rulare, pitch și yaw, există adesea controale secundare disponibile pilotului pentru a îmbunătăți condițiile de zbor sau pentru a ușura volumul de muncă. Trim-ul este cel mai frecvent control disponibil și este un dispozitiv pentru controlul atitudinii, astfel încât pilotul să nu trebuiască să mențină constant forța pe bara de control, să o deplaseze înainte sau înapoi, să dețină o atitudine specifică (alte tipuri de compensatoare sunt pentru cârmă și aleroane , în general obișnuite pe avioanele mari). Alte comenzi secundare de zbor sunt clapetele , poziționate pe marginea din spate și pe marginea din față a aripii, care sunt de obicei acționate în timpul fazelor de decolare și aterizare pentru a crește ascensorul pe aripă la aceeași viteză a aripii. aeronave.

Sisteme de control al zborului

Sisteme mecanice

_{Avion De Havilland Tiger Moth cu comenzi ale cârmei prin cabluri.}

Sistemele mecanice sau manuale sunt cea mai simplă metodă de control al unei aeronave. Au fost folosite în aeronavele timpurii și sunt utilizate în prezent în aeronavele mici, unde forțele aerodinamice nu sunt excesive. Avioanele timpurii, precum Wright Flyer I , Blériot XI și Fokker Eindecker foloseau deformarea aripilor pentru a controla suprafețele de rulare și nu de control convenționale și, uneori, nici măcar pentru controlul longitudinal al atitudinii ( scufundare sau tragere în sus ), cum ar fi Wright Flyer I și versiuni originale din 1909 ale lui Etrich Taube , care avea doar o cârmă dublă care reglementa falca ^[4] .
Un sistem de control manual al zborului folosește un set de piese mecanice, cum ar fi: tije , cabluri de tensiune, scripete , contragreutăți și, uneori, lanțuri pentru a transmite forțele aplicate de pilot direct pe suprafețele de control. Dispozitivele de tensionare sunt adesea folosite pentru a regla tensiunea cablului de comandă. Cessna Skyhawk este un exemplu tipic de aeronavă care utilizează acest tip de sistem manual neîmbunătățit.

Blocul de control (în engleză rafală de blocare) cu sisteme mecanice este adesea utilizat atunci când aeronava este parcată, pentru a proteja suprafețele de control și conexiunile și pentru a evita deteriorarea vântului. ^[5]

^{Schema unui circuit hidraulic cu supapă de comandă manuală}

În aeronavele mari și, prin urmare, cu o aripă mare sau cu sarcini aerodinamice ridicate care decurg din viteză și în aeronavele de înaltă performanță, este necesar să se utilizeze sisteme motorizate pentru a reduce efortul pilotului și pentru a obține avantajul mecanic maxim. ^[4]

Sisteme hidromecanice

Complexitatea și greutatea sistemelor de control al zborului cresc mult odată cu dimensiunea și performanța aeronavei, dar utilizarea actuatoarelor hidromecanice ajută la depășirea acestor limitări. Cu sistemele hidraulice de control al zborului, limitările la dimensiunea și performanța aeronavei se datorează unor motive economice și nu forței musculare a pilotului. În primele zile, se foloseau doar sisteme parțial asistate, astfel încât șoferul avea încă senzația de încărcări aerodinamice pe suprafețele de control ( feedback ). ^[4]

^{Comenzile de zbor desenează schematic}

Un sistem de control al zborului hidromecanic este compus în principal din:

• Un circuit mecanic, care conectează comenzile cabinei cu circuitele hidraulice; este compus din tije, cabluri, scripeți și uneori lanțuri.
• Un circuit hidraulic, cu pompe hidraulice , rezervoare, filtre, țevi, supape și servomotoare hidraulice . Actuatoarele sunt alimentate de presiunea hidraulică generată de pompele din circuitul hidraulic și convertesc presiunea hidraulică în mișcări ale suprafețelor de control. Servovalvele controlează mișcarea dispozitivelor de acționare.

Acțiunea pilotului asupra unui control din cabină face ca circuitul mecanic să deschidă servovalva corespunzătoare din circuitul hidraulic. Circuitul hidraulic activează dispozitivele de acționare care deplasează suprafețele de comandă. Când actuatorul funcționează, servovalva este închisă printr-o legătură de feedback care blochează mișcarea suprafeței de control în poziția dorită.

Acest tip de servomecanisme ar putea fi găsite în trecut în avioanele de transport și aeronavele de înaltă performanță, cum ar fi Antonov An-225 și Lockheed SR-71 .

Dispozitive de sensibilitate artificială

Același subiect în detaliu: Sensibilitatea artificială .

Cu sisteme de control de zbor pur mecanice, forțele aerodinamice de pe suprafețele de control sunt transmise prin mecanisme și resimțite direct de pilot, permițând feedback-ul vitezei aerului și a tensiunilor aferente. Cu sistemele de control al zborului hidromecanice, totuși, sarcina de pe suprafețe nu poate fi resimțită și există riscul de suprasolicitare a aeronavei printr-o mișcare excesivă a suprafeței de control. Pentru a depăși această problemă, au fost utilizate dispozitive de sensibilitate artificială .

Dispozitive anti-stand

Avioanele cu aripi fixe pot fi echipate cu dispozitive pentru a preveni, amâna o tarabă sau pentru a facilita recuperarea acesteia:

• Generatoare de vortex
• Avertizare de blocare
• Dispozitivul de împingere este un dispozitiv hidraulic (sau servomecanic) care împinge înainte comanda de echilibrare atunci când unghiul de atac atinge valori predeterminate.
• Benzi Stall , sunt dispozitive fixe pe marginea conducătoare de aeronave cu aripă fixă pentru a modifica caracteristicile aerodinamice ale aerofolia . Scopul principal este de a iniția separarea debitului în anumite puncte ale aripii în timpul zborului în caz de unghi ridicat de atac , pentru a îmbunătăți controlabilitatea aeronavei atunci când aceasta intră în staționare. În mod normal, acestea sunt instalate în perechi, simetric pe ambele aripi.
• anti-strap strake este o extensie a marginii anterioare a unei folii aeriene care generează un vortex pe suprafața superioară a aripii pentru a întârzia blocarea.

Stick shaker

Același subiect în detaliu: Shaker shaker .

Stick shaker (literalmente shake-bar) este un dispozitiv mecanic care îl face rapid și vibrează cu zgomot joystick - ul pentru a-l avertiza pe șoferul care vine într-o stație .

Sisteme de control fly-by-wire

Același subiect în detaliu: Fly-by-wire .

Fly-by-Wire control al sistemului, uneori numit Digital-Fly-by-wire ^[6] , și prescurtat FBW ^{[6] [7]} , literalmente zboară prin fir, este un sistem care înlocuiește tradiționale de control de zbor directe ( de exemplu , în mod direct conectat la elementele care urmează să fie controlate, mecanic sau printr-un sistem hidraulic) cu un sistem de control electronic digital. Conexiunile mecanice dintre bara de comandă și suprafețele aripilor sunt astfel înlocuite de un lanț de traductoare și senzori ( potențiometre și codificatoare ) care de la joystick trimit, prin semnale electrice, poziția acestora către unul sau mai multe calculatoare care, după caz prelucrare, transmite semnalele către dispozitive de acționare speciale ^{[8] [9]} care la rândul lor deplasează suprafețele aerodinamice prin sistemul hidraulic sau prin dispozitive de acționare electromecanice ^{[nota 1]} .

Cercetare

Există mai multe proiecte de cercetare și dezvoltare tehnologică pentru a integra funcțiile sistemelor de control al zborului pentru elere , echilibrare , elevoni , clapete și flaperoni în aripi, pentru a urmări îmbunătățiri aerodinamice cu avantajul de a reduce: masa, costul, rezistența , inerție (pentru un răspuns mai rapid și mai eficient la control), complexitate (mai puține piese sau suprafețe mecanic mai simple, care necesită mai puțină întreținere) și o secțiune transversală cu urmărire radar mai redusă. Aceste sisteme pot fi utilizate în multe vehicule aeriene fără pilot ( UAV-uri ) și aeronave de luptă de generația a șasea. Ca un exemplu semnificativ, Active Boeing X-53 aeroelastic Wing proiect și BAE Systems' UAV Demon proiect ca parte a proiectului "FLAVIIR" ^{[10] [11]} sunt raportate.

Notă

Clarificări

Bibliografie

• (EN) Wolfgang Langewiesche , Stick and Rudder: An Explanation of the Art of Flying, McGraw-Hill Professional, 1990, ISBN 0-07-036240-8 , ISBN 978-0-07-036240-6 .
• Spitzer, Cary R. The Avionics Handbook , CRC Press, ISBN 0-8493-8348-X
• (EN) Stengel, RF către controlul inteligent al zborului , IEEE Trans. Sisteme, om și cibernetică , vol. 23, nr. 6, noiembrie - decembrie 1993, pp. 1699–1717.
• Taylor, John WR The Lore of Flight , Londra: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-1-5 .
• (RO) The Arrowheads (Richard Organ, Ron Page, Don Watson, Les Wilkinson). Avro Arrow: povestea Avro Arrow de la evoluția sa până la dispariția sa , Erin, Ontario, Canada: Boston Mills Press 1980 (ediția revizuită 2004). ISBN 1-55046-047-1 .
• (EN) Thom, Trevor. Manualul pilotului aerian 4-Avionul-tehnic . 1988. Shrewsbury, Shropshire, Anglia. Editura Airlife Ltd. ISBN 1-85310-017-X
• (EN) Raportul USAF și NATO RTO-TR-015 AC / 323 / (HFM-015) / TP-1 (2001).

linkuri externe

Portalul aviației

Portal de inginerie