Repülőgép repülésirányító rendszer - Aircraft flight control system

Egy tipikus repülőgép elsődleges repülési vezérlői mozgásban vannak

A hagyományos merevszárnyú repülőgépek repülésirányító rendszerei repülésvezérlő felületekből , a megfelelő pilótafülke-vezérlőkből, összekötő elemekből és a repülőgép repülési irányának vezérléséhez szükséges működési mechanizmusokból állnak. A repülőgép hajtóművei is repülési vezérlésnek minősülnek, mivel változtatják a sebességet.

A repülőgép vezérlésének alapjait a repülési dinamika ismerteti . Ez a cikk a repülésvezérlők működési mechanizmusaival foglalkozik. Az alap rendszer használatban lévő repülőgép először egy könnyen felismerhető formában már áprilisban 1908 a Louis Blériot „s Blériot VIII úttörő korszak monoplán design.

A pilótafülke vezérlői

Elsődleges vezérlők

Egy Cessna 182 D Skylane pilótafülke kezelőszervei és műszerfala

Általában az elsődleges pilótafülke repülési vezérlői a következők szerint vannak elrendezve:

• a kontroll járom (más néven a kormányoszlop), center bot vagy oldalsó rúd (az utóbbi kettő is köznyelvben kontroll vagy joystick ), szabályozza a légi jármű henger és pályát azáltal, hogy a csűrő (vagy aktiváló szárny csavarás néhány nagyon korai repülőgép-konstrukciók), amikor balra vagy jobbra elfordítják vagy eltérítik, és mozgatja a felvonókat, ha hátra vagy előre mozgatják
• kormánypedálok, vagy a korábbi, 1919 előtti "kormányrúd" a kormányt mozgató elfordulás szabályozására ; bal lábbal előre mozgatja például a kormányt balra.
• fojtószelep-vezérlők a motor fordulatszámának vagy tolóerejének szabályozására motoros repülőgépeknél.

A kontroll kengyelek is nagyban körében repülőgép. Vannak jármok, ahol a gördülés szabályozása a járom óramutató járásával megegyező/balra forgatásával történik (mint az autó kormányzása), a dőlésszöget pedig úgy, hogy a vezérlőoszlopot a pilóta felé vagy onnan távolítjuk el, de más esetekben a pályát a járom be- és kicsúsztatásával szabályozzák. a műszerfalon (mint a legtöbb Cessna, például a 152-es és 172-es), és egyes esetekben a gördülést a teljes járom balra és jobbra csúsztatásával lehet vezérelni (mint a Cessna 162-nél). A középső pálcák repülőgépenként is változnak. Egyesek kábelekkel közvetlenül csatlakoznak a vezérlőfelületekhez, mások (fly-by-wire repülőgépek) között van egy számítógép, amely az elektromos működtetőket vezérli.

Blériot VIII Issy-les-Moulineaux-ban , az első repülésképes repülőgép, amely a pilóták számára a modern repülésirányítás kezdeti formáját tartalmazza

Még akkor is, ha egy repülőgép változatos repülésvezérlő felületeket, például V-farok kormányt , flaperonokat vagy elevonokat használ , a pilóták összetévesztésének elkerülése érdekében a repülőgép repülésvezérlő rendszere továbbra is úgy van megtervezve, hogy a bottal vagy járománnyal a dőlésszöget és a dőlést hagyományos módon vezéreljék, ahogyan a kormánypedálok lehajláshoz. A modern repülésirányítók alapmintáját a francia repülési figura, Robert Esnault-Pelterie úttörőként dolgozta fel , és egy másik francia pilóta, Louis Blériot 1908 áprilisában népszerűsítette Esnault-Pelterie vezérlési formátumát először Louis Blériot VIII monoplánján, majd szabványosította a formátumot az 1909. júliusi csatornán. -átkelő Blériot XI . A repülésirányítást régóta, sok évtizeden át tanítják ilyen módon, ahogyan azt olyan ab initio oktatókönyvek is népszerűsítették , mint az 1944-es Stick and Rudder című mű .

Egyes repülőgépeken a vezérlőfelületeket nem manipulálják összekötővel. Az ultrakönnyű repülőgépekben és a motoros sárkányrepülőkben például egyáltalán nincs mechanizmus. Ehelyett a pilóta csak megragadja az emelőfelületet kézzel (egy merev keret segítségével, amely az aljáról lóg), és mozgatja.

Másodlagos vezérlők

A gurulás, dőlésszög és elfordulás elsődleges repülésvezérlőin kívül gyakran rendelkezésre állnak másodlagos vezérlők is, amelyek pontosabban irányíthatják a pilótát a repülés felett, vagy megkönnyítik a munkaterhelést. A leggyakrabban elérhető vezérlő egy kerék, vagy más eszközt a vezérlő felvonó berendezés , így a pilóta nem kell állandó értéken tartani előre vagy hátra nyomást tartani egy adott pályán hozzáállás (más típusú berendezés, a kormánylapát és csűrő , gyakoriak nagyobb repülőgépeken, de megjelenhetnek kisebbeken is). Sok repülőgép rendelkezik kapcsolóval vagy mechanikus karral vezérelhető szárnyszárnyakkal , vagy bizonyos esetekben teljesen automatikus számítógépes vezérléssel, amelyek megváltoztatják a szárny alakját a jobb irányíthatóság érdekében a fel- és leszálláshoz használt lassabb sebességeknél. Egyéb másodlagos repülésvezérlő rendszerek lehetnek lécek , légterelők , légfékek és változtatható sebességű szárnyak .

Repülésirányító rendszerek

Mechanikai

de Havilland Tiger Moth felvonó és kormánykábelek

A repülőgép irányításának legalapvetőbb módja a mechanikus vagy kézi működtetésű repülésirányító rendszerek. A korai repülőgépekben használták, és jelenleg olyan kis repülőgépekben használják, ahol az aerodinamikai erők nem túl nagyok. Nagyon korán repülőgépek, mint például a Wright Flyer I , Blériot XI és Fokker Eindecker rendszerét használta szárny csavarás , ahol nem hagyományos csuklós vezérlő felületek használták a szárny, és néha nem is a pályán ellenőrzés a Wright Flyer I. és eredeti változat az 1909-es Etrich Taube-ból , amely csak egy csuklós/forgatható kormánylapáttal rendelkezett a vetemedés- és dőlésszög-szabályzókon kívül. A kézi repülésvezérlő rendszer mechanikai alkatrészek, például tolórudak, feszítőkábelek, csigák, ellensúlyok és néha láncok gyűjteményét használja, hogy a pilótafülke vezérlőelemeire kifejtett erőket közvetlenül a vezérlőfelületekre továbbítsa. A vezérlőkábel feszességének beállítására gyakran használnak csavarokat . A Cessna Skyhawk tipikus példája egy ilyen típusú rendszert használó repülőgépnek. A széllökések zárjait gyakran használják mechanikus rendszerekkel rendelkező parkoló repülőgépeken, hogy megvédjék a vezérlőfelületeket és a kapcsolóelemeket a szél által okozott sérülésektől. Egyes repülőgépeken széllökések zárak vannak felszerelve a vezérlőrendszer részeként.

A nagy repülőgépek által igényelt vezérlőfelület megnövekedése vagy a nagy légsebességből adódó nagyobb terhelések a kisrepülőgépeknél a mozgatáshoz szükséges erők nagymértékű növekedéséhez vezetnek, ezért bonyolult mechanikus hajtómű- elrendezéseket fejlesztettek ki a maximális mechanikai előny kiaknázására , hogy csökkentsék a légi sebességet . a pilótáktól megkövetelt erők. Ez az elrendezés megtalálható a nagyobb vagy nagyobb teljesítményű légcsavaros repülőgépeken, mint például a Fokker 50 .

Néhány mechanikus repülésirányító rendszer szervo füleket használ , amelyek aerodinamikai segítséget nyújtanak. A szervófülek kis felületek, amelyek a vezérlőfelületekhez vannak csukva. A repülésvezérlő mechanizmusok mozgatják ezeket a füleket, az aerodinamikai erők pedig mozgatják, vagy segítik a vezérlőfelületek mozgását, csökkentve a szükséges mechanikai erők mennyiségét. Ezt az elrendezést a korai dugattyús hajtóműves szállítórepülőgépeken és a korai sugárhajtású repülőgépeken használták. A Boeing 737 olyan rendszert tartalmaz, amely a hidraulikus rendszer teljes meghibásodásának valószínűtlen esetben automatikusan és zökkenőmentesen visszaáll a szervo-lapon keresztüli vezérlésre.

Hidromechanikus

A mechanikus repülésirányító rendszerek összetettsége és súlya jelentősen növekszik a repülőgép méretével és teljesítményével. A hidraulikus hajtású vezérlőfelületek segítenek leküzdeni ezeket a korlátokat. A hidraulikus repülésvezérlő rendszereknél a repülőgép méretét és teljesítményét a gazdaságosság korlátozza, nem pedig a pilóta izomere. Eleinte csak részben megerősített rendszereket használtak, amelyekben a pilóta még érezhette az aerodinamikai terhelések egy részét a vezérlőfelületeken (visszacsatolás).

A hidromechanikus repülésirányító rendszer két részből áll:

• A mechanikus áramkör , amely összeköti a pilótafülke vezérlőit a hidraulikus áramkörökkel. A mechanikus repülésvezérlő rendszerhez hasonlóan rudakból, kábelekből, csigákból és néha láncokból áll.
• A hidraulikus kör , amely hidraulikus szivattyúkat, tartályokat, szűrőket, csöveket, szelepeket és működtetőket tartalmaz. A működtetőket a hidraulikus körben lévő szivattyúk által generált hidraulikus nyomás táplálja. Az aktuátorok a hidraulikus nyomást vezérlőfelületi mozgásokká alakítják át. Az elektro-hidraulikus szervoszelepek szabályozzák az aktuátorok mozgását.

A pilóta egy vezérlő mozgása hatására a mechanikus áramkör kinyitja a hidraulikus körben lévő megfelelő szervoszelepet. A hidraulikus áramkör táplálja az aktuátorokat, amelyek mozgatják a vezérlőfelületeket. Ahogy az aktuátor mozog, a szervoszelepet egy mechanikus visszacsatoló kapcsoló zárja, amely leállítja a vezérlőfelület mozgását a kívánt helyzetben.

Ez az elrendezés a régebbi tervezésű sugárhajtóművekben és néhány nagy teljesítményű repülőgépben is megtalálható volt. Ilyen például az Antonov An-225 és a Lockheed SR-71 .

Mesterséges tapintó eszközök

A tisztán mechanikus repülésvezérlő rendszereknél a vezérlőfelületekre ható aerodinamikai erőket a mechanizmusok továbbítják, és a pilóta közvetlenül érzi, lehetővé téve a légsebesség tapintható visszajelzését. A hidromechanikus repülésirányító rendszereknél azonban nem érezhető a felületek terhelése, és fennáll annak a veszélye, hogy a repülőgép túlzott terhelése a vezérlőfelület túlzott mozgása miatt. A probléma megoldására mesterséges tapintórendszerek használhatók. Például az ellenőrzések a RAF által Avro Vulcan jet bombázó és a RCAF 's Avro Canada CF-105 Arrow szuperszonikus elfogó (mindkettő 1950-korszak tervez), a szükséges erő visszacsatolás érte el a rugós eszköz. Ennek az eszköznek a támaszpontját a légsebesség négyzetével arányosan mozgatták (a liftek esetében), hogy nagyobb sebességnél nagyobb ellenállást adjon. Az amerikai Vought F-8 Crusader és az LTV A-7 Corsair II harci repülőgépek vezérléséhez a vezérlőkar dőlésszögének tengelyében „bob-súlyt” alkalmaztak, amely a repülőgép normál gyorsulásával arányos erővisszajelzést adott.

Bot shaker

A rúdrázó olyan eszköz, amelyet egyes hidraulikus repülőgépeken a vezérlőoszlophoz rögzítenek. Megrázza a vezérlőoszlopot, amikor a repülőgép közeledik az elakadáshoz. Egyes repülőgépek, például a McDonnell Douglas DC-10 tartalék elektromos tápegységgel vannak felszerelve, amely aktiválható, hogy hidraulikus meghibásodás esetén engedélyezze a rázót.

Power-by-wire

A legtöbb jelenlegi rendszerben az áramellátást nagynyomású hidraulikus rendszerek biztosítják a vezérlőaktoroknak. A fly-by-wire rendszerekben az ezeket a rendszereket vezérlő szelepeket elektromos jelek aktiválják. A power-by-wire rendszerekben az áramot elektromos kábelek juttatják el az aktuátorokhoz. Ezek könnyebbek, mint a hidraulikus csövek, könnyebben szerelhetők és karbantarthatók, valamint megbízhatóbbak. Az F-35 repülésirányító rendszer elemei tápellátásról vezetékesek. Az ilyen elektro-hidrosztatikus működtető (EHA) rendszerben az aktuátorok önálló hidraulikus berendezések, kis zárt rendszerű hidraulikus rendszerek. Az általános cél a többé- vagy teljesen elektromos repülőgépekre irányul, és a megközelítés korai példája az Avro Vulcan volt . Komolyan fontolóra vették a megközelítés alkalmazását az Airbus A380-ason.

Fly-by-wire vezérlőrendszerek

A fly-by-wire (FBW) rendszer a repülőgép kézi repülésvezérlését elektronikus interfésszel helyettesíti. A repülésvezérlők mozgását vezetékeken keresztül továbbított elektronikus jelekké alakítják át (innen ered a fly-by-wire kifejezés ), és a repülésvezérlő számítógépek határozzák meg, hogyan kell mozgatni a működtetőket az egyes vezérlőfelületeken a várt válasz érdekében. A számítógépek parancsait a pilóta tudta nélkül is bevisszük a repülőgép stabilizálására és egyéb feladatok elvégzésére. A repülőgépek repülésirányító rendszereinek elektronikája a repüléselektronika néven ismert terület része .

A Fly-by-optika, más néven fly-by-light , egy száloptikai kábeleket használó továbbfejlesztés .

Kutatás

Számos technológiai kutatási és fejlesztési törekvés létezik a repülésvezérlő rendszerek, például csűrők , felvonók , elevonok , szárnyak és flaperonok funkcióinak szárnyakba való integrálására, hogy teljesítsék az aerodinamikai célt a kisebb előnyökkel: tömeg, költség, légellenállás, tehetetlenség (a gyorsabb érdekében). , erősebb vezérlési reakció), összetettség (mechanikailag egyszerűbb, kevesebb mozgó alkatrész vagy felület, kevesebb karbantartás) és radarkeresztmetszet a lopakodás érdekében . Ezeket számos pilóta nélküli légi járműben (UAV) és 6. generációs vadászrepülőgépben használhatják . Két ígéretes megközelítés a rugalmas szárnyak és a folyadékok.

Rugalmas szárnyak

Rugalmas szárnyakban a szárny nagy része vagy egésze megváltoztathatja alakját repülés közben, hogy eltérítse a légáramlást, mint egy ornitopter . Az adaptív kompatibilis szárnyak katonai és kereskedelmi erőfeszítések. Az X-53 Active Aeroelastic Wing az Egyesült Államok légierejének, a NASA -nak és a Boeingnek az erőfeszítése volt.

Aktív áramlásszabályozás

Az aktív áramlásszabályozás során a járművekben fellépő erők a keringésszabályozáson keresztül lépnek fel, ahol a nagyobb, összetettebb mechanikai alkatrészeket kisebb, egyszerűbb folyadékrendszerek (rések, amelyek légáramot bocsátanak ki) helyettesítik, ahol a nagyobb folyadékerőket kisebb folyadéksugár vagy szakaszos folyadékáramlás téríti el. a járművek irányának megváltoztatásához. Ebben a felhasználásban az aktív áramlásszabályozás egyszerűséget és alacsonyabb tömeget, költségeket (akár fele kisebb), valamint tehetetlenséget és válaszidőt ígér . Ezt demonstrálták a Demon UAV , amely először repült az Egyesült Királyságban, 2010 szeptemberében.

Lásd még

• Repülési borítékvédelem
• Repülés letiltott kezelőszervekkel
• Helikopter repülési vezérlők
• HOTAS
• Sárkányvezérlő rendszerek
• Az irányítás elvesztésével járó repülőgép-balesetek listája
• Matthew Piers Watt Boulton , a csűrő feltalálója (1868)
• Tolóerő vektorizálás
• Súlyváltó vezérlés
• Szárnyvetemítés : a gördülés szabályozásának korai módszere

Hivatkozások

Megjegyzések

Bibliográfia

• USAF és NATO jelentés RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001).

Külső linkek

• Airbus A380 pilótafülke .
• Airbus A380 pilótafülke – 360 fokos panoráma
• Touchdown: Propulsion Controlled Aircraft fejlesztése a NASA-Drydennél , Tom Tucker