Systém řízení letu letadla - Aircraft flight control system

Typický primární let letadla řídí v pohybu

Konvenční systém řízení letu letadla s pevnými křídly se skládá z ploch řízení letu , příslušných ovládacích prvků v kokpitu, spojovacích spojů a nezbytných provozních mechanismů pro řízení směru letadla za letu. Řízení leteckých motorů je také považováno za řízení letu, protože mění rychlost.

Základy řízení letadla jsou vysvětleny v letové dynamice . Tento článek se soustředí na provozní mechanismy řízení letu. Základní systém používán v letadle poprvé objevil ve snadno rozpoznatelné formě již v dubnu 1908, o Louis Blériot s Blériot VIII průkopník éry jednoplošník designu.

Ovládací prvky v kokpitu

Primární ovládací prvky

Kokpitu Ovládací prvky a přístrojový panel z Cessna 182 D Skylane

Obecně jsou primární ovládací prvky letu v kokpitu uspořádány následovně:

  • jho ovládání (také známý jako kontrolní sloupec), centrum hůl nebo side-stick (poslední dvě také hovorově známý jako kontrolní nebo joysticku ), upravuje letadla role a výšku pohybem křidélek (nebo aktivaci křídla deformaci na některé velmi rané konstrukce letadel) při otáčení nebo vychylování doleva a doprava a pohybuje výškovkami při pohybu dozadu nebo dopředu
  • pedály kormidla, nebo dříve, pre-1919 “bar kormidla”, ke kontrole vybočit , který pohybovat kormidlem ; levá noha vpřed posune kormidlo například doleva.
  • ovládání plynu pro ovládání otáček motoru nebo tahu u motorových letadel.

Ovládací třmeny se také velmi liší mezi letadly. Existují třmeny, kde je náklon ovládán otáčením třmenu ve směru/proti směru hodinových ručiček (jako řízení auta) a sklon je řízen pohybem řídicího sloupku směrem k pilotovi nebo od něj, ale u jiných je sklon řízen posunutím třmenu dovnitř a ven. přístrojové desky (jako většina Cessna, jako jsou 152 a 172), au některých se naklánění ovládá posunutím celého třmenu doleva a doprava (jako Cessna 162). Středové tyče se také liší mezi letadly. Některé jsou přímo propojeny s ovládacími plochami pomocí kabelů, jiné (letadla typu fly-by-wire) mají mezi sebou počítač, který pak ovládá elektrické akční členy.

Blériot VIII v Issy-les-Moulineaux , první návrh letuschopného letadla, který má počáteční formu moderního řízení letu pro pilota

I když letadlo používá různé povrchy řízení letu, jako je V-ocasní kormidlo , flaperony nebo elevony , aby se předešlo záměně pilotů, systém řízení letu letadla bude stále navržen tak, aby knipl nebo třmen ovládaly naklánění a naklánění konvenčně, stejně jako pedály kormidla pro vybočení. Základní vzor pro moderní řízení letu byl průkopníkem francouzský letecký představitel Robert Esnault-Pelterie , spolu s francouzským kolegou Louisem Blériotem, který v dubnu 1908 popularizoval formát řízení Esnault-Pelteriot zpočátku na Louisově jednoplošníku Blériot VIII a standardizoval formát na kanálu v červenci 1909. -přejezd Blériot XI . Řízení letu se tímto způsobem vyučovalo po mnoho desetiletí, jak bylo popularizováno v instruktážních knihách ab initio , jako je práce Stick and Rudder z roku 1944 .

U některých letadel se s řídicími plochami nemanipuluje pomocí spojky. Například v ultralehkých letadlech a motorových závěsných kluzácích není žádný mechanismus. Místo toho pilot pouze uchopí zvedací plochu rukou (pomocí pevného rámu, který visí na její spodní straně) a přesune ji.

Sekundární ovládací prvky

Kromě primárních ovládacích prvků náklonu, náklonu a stáčení jsou často k dispozici sekundární ovládací prvky, které pilotovi poskytují jemnější kontrolu nad letem nebo ulehčují pracovní zátěž. Nejčastěji k dispozici ovládací prvek je kolečko nebo jiné zařízení pro ovládání výtahu obložení , takže pilot nemusí udržovat konstantní dopředu nebo dozadu tlaku uspořádat stoupání specifický přístup (i jiné typy čalounění, za kormidlem a křidélky , jsou společné na větší letadla, ale mohou se objevit i na menších). Mnoho letadel má vztlakové klapky , ovládané spínačem nebo mechanickou pákou nebo v některých případech plně automatické ovládáním počítače, které mění tvar křídla pro lepší ovládání při nižších rychlostech používaných pro vzlet a přistání. Jiné sekundární systémy řízení letu mohou zahrnovat lamely , spoilery , vzduchové brzdy a křídla s proměnným zametáním .

Systémy řízení letu

Mechanické

de Havilland Tiger Moth lanka výškovky a směrovky

Mechanické nebo ručně ovládané systémy řízení letu jsou nejzákladnější metodou řízení letadla. Používaly se v raných letadlech a v současnosti se používají v malých letadlech, kde aerodynamické síly nejsou nadměrné. Velmi raná letadla, jako Wright Flyer I , Blériot XI a Fokker Eindecker, používala systém deformace křídel, kdy nebyly na křídle použity žádné konvenčně sklopné řídicí plochy a někdy dokonce ani pro řízení sklonu jako u Wright Flyer I a původních verzí. z roku 1909 Etrich Taube , který měl kromě ovládání sklonu a náklonu pouze sklopné/otočné kormidlo. Manuální systém řízení letu používá soubor mechanických částí, jako jsou tlačné tyče, napínací lanka, kladky, protizávaží a někdy řetězy k přenosu sil působících na ovládací prvky v kokpitu přímo na ovládací plochy. Napínáky se často používají k nastavení napětí ovládacího lanka. Cessna Skyhawk je typickým příkladem toho, letadlo, které používá tento typ systému. Zámky proti poryvu se často používají na zaparkovaných letadlech s mechanickými systémy k ochraně řídicích ploch a spojů před poškozením větrem. Některá letadla mají jako součást řídicího systému namontované protipožární uzávěry.

Zvětšení plochy řídicí plochy vyžadované velkými letadly nebo vyšší zatížení způsobené vysokou rychlostí vzduchu v malých letadlech vedou k velkému nárůstu sil potřebných k jejich pohybu, v důsledku čehož byla vyvinuta komplikovaná mechanická převodová uspořádání pro získání maximální mechanické výhody, aby se snížil síly požadované od pilotů. Toto uspořádání lze nalézt u větších nebo výkonnějších vrtulových letadel, jako je Fokker 50 .

Některé mechanické systémy řízení letu používají servozáložky, které poskytují aerodynamickou pomoc. Servozáložky jsou malé plochy zavěšené na ovládacích plochách. Mechanismy řízení letu pohybují těmito výstupky, aerodynamické síly se zase pohybují nebo napomáhají pohybu ovládacích ploch, čímž se snižuje množství potřebných mechanických sil. Toto uspořádání bylo používáno v raných dopravních letadlech s pístovým motorem a v raných proudových transportech. Boeing 737 obsahuje systém, pomocí kterého se v nepravděpodobném případě úplného selhání hydraulického systému automaticky a plynule vrátí k ovládání pomocí servozáložky.

Hydro-mechanické

Složitost a hmotnost mechanických systémů řízení letu se značně zvyšuje s velikostí a výkonem letadla. Hydraulicky poháněné ovládací plochy pomáhají překonat tato omezení. S hydraulickými systémy řízení letu jsou velikost a výkon letadla omezeny spíše ekonomikou než svalovou silou pilota. Nejprve byly použity pouze částečně zesílené systémy, ve kterých pilot stále cítil část aerodynamického zatížení řídicích ploch (zpětná vazba).

Hydromechanický systém řízení letu má dvě části:

  • Mechanický okruh , který spojuje ovládací prvky kokpitu s hydraulických okruhů. Stejně jako mechanický systém řízení letu se skládá z tyčí, kabelů, kladek a někdy řetězů.
  • Hydraulický okruh , který má hydraulická čerpadla, zásobníky, filtry, potrubí, ventily a pohony. Pohony jsou poháněny hydraulickým tlakem generovaným čerpadly v hydraulickém okruhu. Pohony převádějí hydraulický tlak na pohyby ovládacích ploch. Tyto elektrohydraulické servoventily ovládání pohybu pohonů.

Pilotův pohyb ovladače způsobí, že mechanický okruh otevře odpovídající servoventil v hydraulickém okruhu. Hydraulický okruh napájí akční členy, které pak pohybují ovládacími plochami. Jak se pohon pohybuje, servoventil je uzavřen prostřednictvím mechanické zpětné vazby - takové, která zastaví pohyb ovládací plochy v požadované poloze.

Toto uspořádání bylo nalezeno ve starších proudových dopravních letadlech a v některých vysoce výkonných letadlech. Příklady zahrnují Antonov An-225 a Lockheed SR-71 .

Zařízení s umělým pocitem

U čistě mechanických systémů řízení letu jsou aerodynamické síly na řídicích plochách přenášeny prostřednictvím mechanismů a jsou pociťovány přímo pilotem, což umožňuje hmatovou zpětnou vazbu rychlosti vzduchu. U hydromechanických systémů řízení letu však není zatížení ploch cítit a hrozí přetížení letadla nadměrným pohybem řídicí plochy. K překonání tohoto problému lze použít systémy umělého pocitu. Například u ovládacích prvků RAF je Avro Vulcan proudového bombardéru a RCAF s Avro Canada CF-105 Arrow nadzvukové interceptor (oba 1950-éra designy), požadovaná síla zpětné vazby bylo dosaženo pružinového zařízení. Osou tohoto zařízení se pohybuje v poměru k mocnině rychlosti vzduchu (pro výtahy) a získá se zvýšenou odolnost při vyšších rychlostech. Pro řízení amerického Vought F-8 Crusader a LTV A-7 Corsair II bylo použito „závaží“ v ose náklonu řídící páky, poskytující zpětnou vazbu síly, která byla úměrná normálnímu zrychlení letounu.

Tyčinkový šejkr

Hůl shaker je zařízení, které je připojeno ke sloupku řízení v některých hydraulických letadel. Otřese řídicím sloupkem, když se letadlo blíží k pádovým podmínkám. Některá letadla, jako je McDonnell Douglas DC-10, jsou vybavena záložním elektrickým napájecím zdrojem, který lze aktivovat pro aktivaci třepačky v případě selhání hydrauliky.

Power-by-wire

Ve většině současných systémů je výkon ovládacích aktuátorů zajišťován vysokotlakými hydraulickými systémy. V systémech fly-by-wire jsou ventily, které řídí tyto systémy, aktivovány elektrickými signály. V systémech power-by-wire je energie přenášena k pohonům elektrickými kabely. Jsou lehčí než hydraulické trubky, snadněji se instalují a udržují a jsou spolehlivější. Prvky systému řízení letu F-35 jsou power-by-wire. Akční členy v takovém systému elektro-hydrostatického ovládání (EHA) jsou samostatná hydraulická zařízení, malé hydraulické systémy s uzavřeným okruhem. Celkovým cílem je více nebo zcela elektrická letadla a časným příkladem přístupu byl Avro Vulcan . Vážně se uvažovalo o použití přístupu na Airbusu A380.

Fly-by-wire řídicí systémy

Systém fly-by-wire (FBW) nahrazuje ruční řízení letu letadla elektronickým rozhraním. Pohyby řízení letu jsou převedeny na elektronické signály vysílané dráty (odtud termín fly-by-wire ) a počítače řízení letu určují, jak pohybovat akčními členy na každé ovládací ploše, aby zajistily očekávanou odezvu. Příkazy z počítačů jsou také zadány bez vědomí pilota pro stabilizaci letadla a plnění dalších úkolů. Elektronika pro systémy řízení letu letadel je součástí oboru známého jako avionika .

Fly-by-optics, také známý jako fly-by-light , je dalším vývojem využívajícím kabely z optických vláken .

Výzkum

Existuje několik technologických výzkumných a vývojových snah integrovat funkce systémů řízení letu, jako jsou křidélka , výškovky , elevony , vztlakové klapky a vztlakové klapky, do křídel, aby plnily aerodynamický účel s výhodami menší: hmotnost, cena, odpor, setrvačnost (pro rychlejší , silnější odezva ovládání), složitost (mechanicky jednodušší, méně pohyblivých částí nebo povrchů, méně údržby) a radarový průřez pro utajení . Ty mohou být použity v mnoha bezpilotních vzdušných dopravních prostředcích (UAV) a stíhacích letounech 6. generace . Dva slibné přístupy jsou flexibilní křídla a fluidika.

Flexibilní křídla

U pružných křídel může velká část nebo celý povrch křídla během letu měnit tvar a odklánět proudění vzduchu podobně jako ornitoptéra . Adaptivní vyhovující křídla jsou vojenským a komerčním úsilím. X-53 Aktivní aeroelastickou Wing byl US Air Force, NASA a Boeing úsilí.

Aktivní řízení toku

Při aktivním řízení průtoku se síly ve vozidlech vyskytují prostřednictvím řízení cirkulace, ve kterém jsou větší složitější mechanické části nahrazeny menšími jednoduššími fluidními systémy (štěrbiny, které vydávají proudy vzduchu), kde jsou větší síly v tekutinách odváděny menšími proudy nebo toky tekutiny přerušovaně, ke změně směru jízdy vozidel. Při tomto použití slibuje aktivní regulace průtoku jednoduchost a nižší hmotnost, náklady (až o polovinu nižší) a setrvačnost a doby odezvy. To bylo demonstrováno na Demon UAV , které poprvé vzlétlo ve Velké Británii v září 2010.

Viz také

Reference

Poznámky

Bibliografie

  • Spitzer, Cary R. The Avionics Handbook , CRC Press , ISBN  0-8493-8348-X
  • Taylor, John WR The Lore of Flight , Londýn: Universal Books Ltd., 1990. ISBN  0-9509620-1-5 .
  • Hroty šípů (Richard Organ, Ron Page, Don Watson, Les Wilkinson). Avro Arrow: příběh šípu Avro od jeho evoluce po jeho vyhynutí , Erin, Ontario, Kanada: Boston Mills Press 1980 (revidované vydání 2004). ISBN  1-55046-047-1 .
  • Thome, Trevore. Příručka pilota vzduchu 4-Letadlo-Technické . 1988. Shrewsbury, Shropshire, Anglie. Airlife Publishing Ltd. ISBN  1-85310-017-X
  • Zpráva USAF a NATO RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001).

externí odkazy