Fly-by-wire

Um dos primeiros sistemas digitais fly-by-wire (marcado em verde) em 1972 em um NASA Vought F-8

Fly-by-Wire [ ˌflaɪbaɪˈwaɪɹ ], FBW, analogamente voando por cabo (elétrico) ou controle eletrônico de aeronave, é uma tecnologia de transmissão de sinal para o controle de vôo de aeronaves .

Em contraste com os controles clássicos , nos quais os movimentos de controle do piloto com a buzina de controle são transmitidos às superfícies de controle ou rotores por cabos de aço, hastes ou sistemas hidráulicos , os sensores fly-by-wire (por exemplo, potenciômetros ) estão localizados nos elementos de controle ( joysticks , pedais , etc.), cujos sinais elétricos controlam atuadores (motores elétricos, hidráulica) nas superfícies de controle.

É geralmente assumido que os comandos de controle transmitidos por fio vêm de um computador de vôo ( piloto automático ). Isso dá ao piloto suporte adicional e o libera das tarefas de rotina.

conceito

As entradas do piloto para os elementos de controle (por exemplo, no sidestick ) são convertidas em sinais elétricos durante o fly-by-wire, que são então convertidos de volta em movimentos das superfícies de controle por servo motores ou cilindros hidráulicos que são controlados por válvulas elétricas.

A principal diferença entre os sistemas fly-by-wire e servo-assistidos (por exemplo, direção hidráulica em carros) é o desacoplamento mecânico completo do elemento de controle ( joystick ) e servomotor. Os sinais de controle são transmitidos exclusivamente eletricamente.

Uma extensão do conceito fly-by-wire é permitir que os sinais de controle passem por um computador de controle de vôo antes de serem executados , que pode verificar sua plausibilidade , por exemplo , e monitorar o cumprimento de certos valores limites para que a máquina não colide ou quebre (por exemplo, devido a forças g excessivas positivas ou negativas , velocidades ou ângulos de ataque ). O monitoramento automático e a restrição dos comandos de controle são chamados de Flight Envelope Protection em inglês (ver também limite de imposto e reserva fiscal ).

história

O desenvolvimento dos sistemas correspondentes começou quando servo atuadores foram vistos como uma forma de substituir as hastes complexas e de difícil manutenção, sistemas de cabos e sistemas hidráulicos por sistemas elétricos mais leves. O trabalho pioneiro para isso foi feito com sistemas de mísseis que consistentemente tinham sistemas de orientação elétrica.

O início do fly-by-wire remonta à Segunda Guerra Mundial . Lá, o piloto automático C-1 foi usado no bombardeiro B-17E em 1943 . O piloto automático C-1 era uma forma muito simples de fly-by-wire e só permitia um vôo direto estável. Foi baseado em sinais elétricos analógicos que foram transmitidos dos sensores para os atuadores.

Em 30 de agosto de 1952, um protótipo do Avro Vulcan decolou em seu vôo inaugural. O jato militar foi a primeira aeronave a usar um sistema fly-by-wire completo. As servoválvulas dos sistemas de posicionamento foram controladas com sinais elétricos analógicos.

No setor civil, o Concorde foi a primeira aeronave a ser equipada com um sistema de controle fly-by-wire analógico.

Em 25 de maio de 1972, a NASA lançou um Vought F-8 "Crusader" modificado , a primeira aeronave com fly-by-wire digital, que funcionou com base no computador de bordo do módulo lunar Apollo ( Apollo Guidance Computer ) .

Outra data importante na história do desenvolvimento é 22 de fevereiro de 1987. Neste dia, ocorreu o primeiro vôo do Airbus A320 . O A320 foi a primeira aeronave comercial a dispensar um sistema mecânico de backup totalmente desenvolvido. Um controle mecânico de emergência, consistindo no controle do leme e do estabilizador horizontal, estava disponível, entretanto.

O planejamento de decolagens verticais civis não permitiu sua prontidão para a produção em série, mas deu importantes impulsos para o desenvolvimento de sistemas fly-by-wire.

Formulários

Os jatos militares modernos são projetados principalmente para alta capacidade de manobra ou propriedades de camuflagem . O comportamento aerodinâmico associado é difícil ou impossível para o piloto controlar, razão pela qual tais jatos requerem basicamente controle de vôo dinâmico e, portanto, fly-by-wire. O americano F-16 “Fighting Falcon” não ativou a atitude do computador , por exemplo, a tendência de ângulo de ataque muito alto para voar na posição supina, o Euro Fighter desenharia com ângulo igualmente alto para cima. Não seria possível para um piloto humano controlar a aeronave.

Outro significado anterior de voar por fio vem da aviação militar : voar como se estivesse em um fio . Isso significa que o piloto (especialmente de uma aeronave de combate) especifica uma direção de vôo pretendida para sua aeronave, e os componentes eletrônicos realizam todas as etapas necessárias para perceber essa direção de vôo. Isso é um alívio para o piloto, uma vez que os computadores de bordo gerenciam a mesma mudança na direção do vôo com a mesma entrada, independentemente da altitude e velocidade. A aeronave, portanto, se comporta da mesma forma em todas as fases do voo. Foi rapidamente reconhecido, entretanto, que este não era um conceito independente, mas uma continuação do conceito de controle eletrônico.

Em helicópteros , a interação de fly-by-wire e computador de vôo é usada para substituir o piloto por z. B. o torque do rotor principal é compensado automaticamente ou a altura / posição flutuante é mantida. A primeira aeronave comercial com controle fly-by-wire foi o Concorde , que, entretanto, foi produzido apenas em pequenas quantidades. No entanto, o Concorde usava transmissão de sinal elétrico analógico. A primeira aeronave comercial a ser produzida em grande número com controle digital fly-by-wire é o Airbus A320.

Airbus A340-600: Controle de inclinação da cauda durante a decolagem e pouso

Todos os novos projetos de aeronaves comerciais agora são equipados com fly-by-wire. O sistema Airbus usado pela primeira vez no Airbus A320 contém as chamadas "Proteções de Envelope de Voo". O computador de controle de vôo fornece uma estrutura fixa (ângulo de ataque, inclinação, velocidade, ângulo de inclinação) na qual a aeronave pode ser movida. O objetivo do sistema é prevenir situações de voo perigosas. O sistema Boeing do Boeing 777, entretanto, não impede isso; aqui o piloto tem autoridade para tomar decisões em qualquer caso. Para aeronaves muito longo, como o Airbus A340-600 , é assegurado que a cauda não tocar o chão durante a decolagem e pouso (prevenção de uma cauda greve ).

C * e C * U

No caso de aeronaves Airbus modelo 320 e superior, o conceito C * é implementado no modo de operação normal (Lei Normal). O sidestick não altera diretamente as posições da superfície de controle, mas gera um comando indireto. Uma certa taxa de rotação é comandada para movimentos ao redor do eixo longitudinal da aeronave , uma taxa de inclinação é comandada para movimentos ao redor do eixo transversal da aeronave ( inclinação ), mas acima de uma certa velocidade um múltiplo da aceleração devido à gravidade. Essas especificações são então implementadas controlando as superfícies de controle e as mudanças de atitude de vôo. Se o sidestick for deixado na posição neutra, a aeronave continuará a voar ajustada automaticamente para fora da trajetória, ou seja, a trajetória de voo é mantida enquanto a atitude e a velocidade de voo podem mudar. A rota de vôo selecionada só é abandonada quando os pilotos emitem novos comandos de controle ou quando o computador de controle de vôo detecta uma velocidade perigosamente baixa ou alta, após o que o nariz da aeronave é abaixado ou levantado automaticamente.

Um sistema relacionado, C * U, é encontrado em aeronaves Boeing mais modernas (do Boeing 777). Em contraste com C *, os computadores de controle de vôo garantem que não apenas a trajetória de vôo, mas também a velocidade de avanço da aeronave seja mantida aproximadamente a mesma. Se a cauda horizontal da aeronave for ajustada para uma determinada velocidade, o computador irá abaixar ou elevar o nariz da aeronave para manter essa velocidade de referência. Ao pressionar o interruptor de compensação , os pilotos informam à aeronave que a compensação automática da unidade de cauda está ativa novamente e que uma nova velocidade de referência se aplica. A velocidade de referência mais alta que pode ser selecionada é 330 nós. Se a configuração da aeronave for alterada - por flaps ou trem de pouso - o eixo lateral (pitch) é mantido, mesmo que a velocidade mude. Ambos os conceitos, C * e C * U, reduzem a carga de trabalho dos pilotos.

Um sistema comparável ao C * também pode ser encontrado no Zeppelin NT .

Avaliação

vantagens

Provavelmente, a vantagem mais significativa é que o peso e o espaço são economizados em comparação com a transmissão mecânica do sinal. Os cabos elétricos também significam muito menos trabalho durante os principais trabalhos de manutenção ( verificações C e D ). Também é mais fácil projetar as linhas para transmissão de sinal de forma redundante . Também é facilitada a instalação de atuadores hidráulicos, que funcionam independentemente do resto do sistema hidráulico (por exemplo, EHA e EBHA no Airbus 380 ) e garantem a manobrabilidade em caso de falha total do sistema hidráulico.

Outra grande vantagem surge quando um computador verifica os sinais de controle em um chamado sistema de proteção de envelope de vôo e os restringe caso coloquem a aeronave em uma situação perigosa. Este monitoramento permite, por exemplo, que o piloto dê comandos de controle abruptos no caso de uma colisão iminente, sem que os próprios comandos de controle representem uma outra fonte de perigo. Além disso, o fly-by-wire possibilita uma reação automática e, portanto, muito mais rápida às mudanças na trajetória de vôo e atitude, como aquelas causadas por turbulência .

O acidente de avião Habsheim e a vala no Hudson são mencionados como exemplos nos quais Fly-by-Wire e Flight Envelope Protection salvaram vidas . Em ambos os casos, os sistemas de bordo impediram os pilotos de escolher um ângulo de ataque muito grande; o resultado foi um pouso forçado relativamente suave.

desvantagem

O desacoplamento mecânico de comandos e lemes torna necessário um sistema de emergência em caso de perda de energia do lado do atuador. No caso de ajuste do leme acionado hidraulicamente, a pressão hidráulica ou, no caso de ajuste do leme acionado eletricamente, a tensão de operação dos atuadores pode cair se todos os motores falharem (falta de combustível). Os sistemas de emergência podem ser implementados com uma turbina de ar ram (hélice dobrável), que fornece a energia necessária do fluxo de ar durante a descida. Mesmo sem fly-by-wire, entretanto, um sistema de emergência pode ser necessário com controle hidromecânico com bomba hidráulica.

Fly-by-wire é suscetível à interferência eletromagnética, portanto, os cabos de transmissão de dados em particular devem ser blindados de maneira complexa. Os militares em particular estão pressionando para que uma tecnologia de transmissão mais segura seja introduzida. Isso poderia estar disponível com " fly-by-light ", ou seja, com a tecnologia de fibra óptica eletromagneticamente insensível .

O Fly-by-Wire desacopla o piloto da física de vôo e das forças que atuam nos lemes e flaps. Desenvolvimentos modernos fornecem feedback artificial usando atuadores para simular as forças nas alavancas de controle, buzinas e pedais, como se os dispositivos correspondentes estivessem conectados aos lemes e flaps. O piloto pode "sentir" o comportamento da aeronave novamente. Além disso, avisos de alta prioridade, por exemplo, no caso de um estol iminente , por meio de agitação mecânica da coluna de controle (o chamado agitador de alavanca ) ou como uma contraforça gerada sinteticamente no sidestick, podem ser comunicados ao piloto com alta saliência .

De acordo com o especialista em acidentes de aviação Chesley B. Sullenberger , uma possível desvantagem é que não é imediatamente aparente para os pilotos quais comandos de controle o outro piloto está enviando para a aeronave através do sidestick, visto que não há acoplamento mecânico entre os dois pilotos. laterais e a deflexão das varas é muito pequena e, portanto, difícil de ver. Este fato pode ter influenciado na queda do vôo Air France 447 , já que um dos pilotos puxou incorretamente o nariz da aeronave para cima com força, mas isso não foi reconhecido pelos outros pilotos e nenhuma correção foi feita. No entanto, existe um consenso entre os pilotos de que a posição de vôo deve ser avaliada com base nos instrumentos, mas não na posição das alavancas de controle e laterais. Da mesma forma, os pilotos devem comunicar suas intenções uns aos outros de qualquer maneira (ver CRM ).

Veja também

Evidência individual

  1. ↑ Schmitt, Vernon R .; Morris, James W .; Jenney, Gavin D.: Fly-by-Wire, A Historical and Design Perspective . Warrendale, 1998, ISBN 0-7680-0218-4 .
  2. ^ Concorde - A Love Story , BBC two , 29 de junho de 2009, minuto 8:30
  3. ↑ Tomayko, James E.: Os computadores decolam : uma história do projeto pioneiro de voo digital digital da NASA . 2000 ( nasa.gov [PDF]).
  4. ↑ a b c Moir, Ian; Seabridge, Allan G.: Civil Avionics Systems . Professional Engineering Publishing Limited, Londres 2003, ISBN 1-86058-342-3 .
  5. ↑ Flugzeug Classic - edição 08/09, página 52 e seguintes.
  6. ↑ a b Fly-By-Wire. In: SKYbrary. Recuperado em 13 de dezembro de 2018 .
  7. ↑ Xavier Le Tron: Visão geral dos controles de vôo do A380. Recuperado em 12 de dezembro de 2018 . Página 9.
  8. ↑ YouTube : análise de Chesley B. Sullenberger do acidente do AF447 , acessada em 16 de março de 2015.

Links da web