Fly-by-wire

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 flyver analogt via kabel (elektrisk) eller elektronisk flystyring , er en signaltransmissionsteknologi til flystyring af fly .

I modsætning til klassiske kontroller, hvor pilotens kontrolbevægelser med kontrolhornet transmitteres til kontrolfladerne eller rotorerne med stålkabler, trykstænger eller hydrauliske systemer , er fly-by-wire sensorer (f.eks. Potentiometre ) placeret på kontrolelementerne ( joystick , pedaler osv.), hvis elektriske signaler styrer aktuatorer (elektriske motorer, hydraulik) på kontrolfladerne.

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

koncept

Pilotens indgange til kontrolelementerne omdannes til elektriske signaler under fly-by-wire, som derefter konverteres tilbage til bevægelser af kontrolfladerne ved hjælp af servomotorer eller hydrauliske cylindre , der styres af elektriske ventiler.

Den største forskel mellem fly-by-wire og servostyrede systemer (f.eks. Servostyring i biler) er den komplette mekaniske afkobling af kontrolelementet ( joystick ) og servomotor. Styresignalerne transmitteres rent elektrisk.

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

historie

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

Begyndelsen af ​​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 tillod kun en stabil lige flyvning. Det var baseret på analoge elektriske signaler, der blev transmitteret fra sensorerne til aktuatorerne.

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

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

Den 25. maj 1972 lancerede NASA et modificeret Vought F-8 "Crusader", det første fly med digital fly-by-wire, der arbejdede på basis af den indbyggede computer i Apollo-månemodulet ( Apollo Guidance Computer ) .

En anden vigtig dato i udviklingshistorien er den 22. februar 1987. På denne dag fandt den første flyvning med Airbus A320 sted. A320 var det første kommercielle fly, der dispenserede med et fuldt udviklet mekanisk backup-system. En mekanisk nødkontrol, der bestod af styring af roret og den vandrette stabilisator, var dog tilgængelig.

Planlægning af civile lodrette start førte ikke til deres parathed til serieproduktion, men gav vigtige impulser til udviklingen af ​​fly-by-wire-systemer.

Ansøgninger

Moderne militære jetfly er primært designet til høj manøvredygtighed eller camouflageegenskaber . Den tilknyttede aerodynamiske opførsel er vanskelig eller umulig for piloten at kontrollere, hvorfor sådanne jetfly grundlæggende kræver dynamisk flykontrol og dermed fly-by-wire. Den amerikanske F-16 "Fighting Falcon" har ikke aktiveret holdningscomputer , for eksempel tendensen til meget høj angrebsvinkel til at flyve i liggende stilling, ville Euro Fighter trække med lige så høj vinkel opad. Det ville ikke være muligt for en menneskelig pilot at kontrollere flyet.

En anden, tidligere betydning af flyve med ledning kommer fra militær luftfart : at flyve som på en ledning . Dette betyder, at piloten (især et kampfly) angiver en planlagt flyretning for sit fly, og elektronikken tager alle yderligere skridt, der er nødvendige for at realisere denne flyretning. Dette er en lettelse for piloten, da de indbyggede computere styrer den samme ændring i flyretningen med den samme indgang uanset højde og hastighed. Flyet opfører sig derfor det samme i alle flyfaser. Det blev dog hurtigt anerkendt, at dette ikke var et uafhængigt koncept, men en fortsættelse af begrebet elektronisk kontrol.

I helikoptere bruges interaktionen mellem fly-by-wire og flight computer til at aflaste piloten med z. B. hovedrotorens drejningsmoment kompenseres automatisk, eller hvis højde / flydeposition holdes. Det første kommercielle fly med en fly-by-wire-kontrol var Concorde , som dog kun blev produceret i mindre antal. Imidlertid brugte Concorde analog elektrisk signaltransmission. Det første kommercielle fly, der produceres i stort antal med digital fly-by-wire-kontrol, er Airbus A320.

Airbus A340-600: Halehældningskontrol under start og landing

Alle nye design af kommercielle fly er nu udstyret med fly-by-wire. Airbus- systemet, der blev brugt for første gang i Airbus A320, indeholder såkaldte "Flight Envelope Protections". Flykontrolcomputeren giver en fast ramme (angrebsvinkel, hældning, hastighed, bankvinkel), hvor flyet kan flyttes. Formålet med systemet er at forhindre farlige flysituationer. Boeing 777 's Boeing- system forhindrer imidlertid ikke dette; her har piloten under alle omstændigheder beslutningsmyndigheden. For meget lange fly, såsom Airbus A340-600 , sikres det, at halen ikke berører jorden under start og landing (forhindring af halestrejke ).

C * og C * U

I tilfælde af Airbus-flymodel 320 og højere implementeres C * -konceptet i normal driftstilstand (Normal Law). Sidesticken ændrer ikke direkte kontrolfladens positioner, men genererer en indirekte kommando. En bestemt rullehastighed er beordret til bevægelser omkring flyets længdeakse , en hældningshastighed beordres til bevægelser omkring flyets tværgående akse ( tonehøjde ), men over en bestemt hastighed beordres et multipel af accelerationen på grund af tyngdekraften. Disse specifikationer implementeres derefter ved at kontrollere kontrolfladerne og flygholdningsændringerne. Hvis sidesticken efterlades i neutral position, vil flyet fortsætte med at flyve automatisk trimmet ud af banen, dvs. flyvebanen opretholdes, mens flyvningen og hastigheden kan ændre sig. Den valgte flyvevej forlades kun, når piloterne udsender nye kontrolkommandoer, eller når flystyringscomputeren registrerer en farligt lav eller høj lufthastighed, hvorpå flyets næse automatisk sænkes eller hæves.

Et relateret system, C * U, findes i mere moderne Boeing-fly (fra Boeing 777). I modsætning til C * sikrer flystyringscomputere, at ikke kun flyvebanen, men også flyets fremadgående hastighed holdes omtrent den samme. Hvis flyets vandrette haleenhed er trimmet til en bestemt hastighed, vil computeren sænke eller hæve flyets næse 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 referencehastighed gælder. Den højeste referencehastighed, der kan vælges, er 330 knob. Hvis flyets konfiguration ændres - ved klapper eller landingsudstyr - bevares den laterale akse (stigning), selvom hastigheden skulle ændre sig. Begge begreber, C * og C * U, reducerer piloternes arbejdsbyrde.

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

bedømmelse

fordele

Sandsynligvis den mest betydningsfulde fordel er, at vægt og plads spares i forhold til mekanisk signaltransmission. 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 . Installationen af ​​hydrauliske aktuatorer er også lettere, som fungerer uafhængigt af resten af ​​det hydrauliske system (f.eks. EHA og EBHA på Airbus 380 ) 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 flykonvolutbeskyttelsessystem og begrænser dem, hvis de ville sætte flyet i en farlig situation. Denne overvågning tillader f.eks. Piloten at give pludselige kontrolkommandoer i tilfælde af en forestående kollision uden at kontrolkommandoerne selv repræsenterer en yderligere fare kilde. Derudover muliggør fly-by-wire en automatisk og derfor meget hurtigere reaktion på ændringer i flyvevej og holdning, såsom dem der er 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 var en forholdsvis blid crash-landing.

ulempe

Den mekaniske afkobling af betjeningsanordninger og ror gør et nødsystem nødvendigt i tilfælde af et energitab på aktuatorsiden. I tilfælde af hydraulisk drevet rorjustering kan det hydrauliske tryk eller, i tilfælde af elektrisk betjent rorjustering, aktuatorernes driftsspænding falde, hvis alle motorer svigter (mangel på brændstof). Nødsystemer kan implementeres med en ramluftturbine (foldbar propel), der leverer den krævede energi fra luftstrømmen under nedstigning. Selv uden fly-by-wire kan der dog kræves et nødsystem med hydromekanisk styring med en hydraulisk pumpe.

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

Fly-by-Wire afkobler piloten fra flyets fysik og de kræfter, der virker på ror og klapper. Moderne udvikling 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 opførsel igen. Derudover kan advarsler med høj prioritet, for eksempel i tilfælde af en forestående stall , via mekanisk omrystning af kontrolkolonnen (såkaldt stick shaker ) eller som en syntetisk genereret modkraft i sidesticken, kommunikeres til piloten med høj opmærksomhed .

Ifølge eksperten inden for luftfartsulykke Chesley B. Sullenberger er en mulig ulempe, at det ikke umiddelbart er tydeligt for piloter, hvilke kontrolkommandoer den anden pilot sender til flyet via sidestokken, da der ikke er nogen mekanisk kobling mellem de to piloter. sidesticks og afbøjningen af ​​sticks er meget lille og derfor vanskelig at se. Denne kendsgerning kunne have spillet en rolle i flystyrtet Air France 447 , da en af ​​piloterne fejlagtigt trak flyets næse kraftigt opad, men dette blev ikke anerkendt af de andre piloter, og der blev ikke foretaget nogen korrektion. Der er dog enighed blandt piloter om, at flyvepositionen skal vurderes på baggrund af instrumenterne, men ikke på placeringen af ​​kontrolpinde og sidestokke. Ligeledes 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 - nummer 08/09, s. 52 ff.
  6. ↑ a b Fly-by-Wire. I: SKYbrary. Hentet 13. december 2018 .
  7. ↑ Xavier Le Tron: A380 Flight Controls Oversigt. Hentet 12. december 2018 . Side 9.
  8. ↑ YouTube : Chesley B. Sullenbergers analyse af AF447-nedbruddet , adgang til 16. marts 2015.

Weblinks