Sistema de control remoto eléctrico

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Sistema de control fly-by-wire (EDSU, ing.  Fly-by-wire ) - un sistema de control de la aeronave que proporciona la transmisión de señales de control desde los controles en la cabina (por ejemplo, desde la palanca de control de la aeronave , los pedales del timón ) a los actuadores de superficies aerodinámicas (timones y mecanización de despegue y aterrizaje del ala ) en forma de señales eléctricas .

Hay dos tipos de EDSU:

Bajo la reserva mecánica se entiende la posibilidad de pasar a control mediante cableado mecánico en caso de fallo de la EDSU. (Por ejemplo, en aviones Boeing ). En los aviones Airbus (a excepción del A-350), mecánicamente solo se reserva el control del timón y estabilizadores ajustables, que, con el entrenamiento adecuado de la tripulación, es suficiente para completar el vuelo. A partir de 2022, ninguno de los más de 10.000 aviones Airbus de su historia ha requerido redundancia mecánica.

Un ejemplo de una EDSU con responsabilidad total es una EDSU de aviones Yak-130 , Sukhoi Superjet-100 y Airbus A-350 , una EDSU con reserva mecánica - en aviones Tu-160 , Tu-204 , An-148 , Boeing 777 .

Historia

Históricamente, la aparición de EDSU se asoció con un aumento en el rendimiento de vuelo de las aeronaves y los problemas técnicos asociados con este aumento.

Durante mucho tiempo, el sistema de control de la aeronave fue puramente mecánico. Los esfuerzos del volante y los pedales se transmitían a los timones por medio de cables colocados en poleas dentro de la estructura del fuselaje, mientras que las máquinas de dirección del piloto automático estaban conectadas en paralelo al cableado de control. En el futuro, el cableado se reemplazó por varillas tubulares, ya que soporta grandes fuerzas y es menos propensa a deformarse. Con el aumento de altitudes y velocidades, aparecieron impulsores hidráulicos para ayudar al piloto, ya que simplemente no había suficiente fuerza humana para impulsar los mecanismos de la aeronave. En el futuro, el crecimiento de las características de rendimiento de la aeronave requirió la instalación de impulsores hidráulicos irreversibles, que asumieron por completo las cargas de los timones, y para simular los esfuerzos familiares para el piloto, fue necesario instalar un complejo sistema de imitación en la aeronave. - cargadores de resorte y mecanismos de efecto de recorte, y los amplificadores de potencia ya estaban controlados por un sistema diferencial - las varillas tubulares del volante / pedales no transmitían los movimientos directamente, sino a través de mecedoras de dos brazos (diferenciales). Un brazo de dicha mecedora se conectó al control del piloto, y el segundo brazo se conectó a la máquina de dirección (unidad) del piloto automático, y el movimiento resultante llegó al amplificador de potencia y, en consecuencia, a la superficie de control del aeronave. Tal control con corrección constante de la automatización fue causado por la necesidad de una amplia automatización del proceso de pilotaje.

Tales soluciones técnicas en los años 60-70 del siglo XX estaban bastante extendidas. Sin embargo, tal sistema de control, con muchas cualidades positivas, también tenía muchas desventajas, en particular, era complejo, engorroso y pesado. Sería mucho más prometedor abandonar las varillas mecánicas y parte de las unidades eléctricas e hidráulicas intermedias, reemplazándolas con cableado eléctrico. Sin embargo, dicho reemplazo se vio obstaculizado por el hecho de que la electrónica disponible en ese momento no era lo suficientemente confiable.

Y solo con el desarrollo de la radioelectrónica, los canales de control remoto eléctrico comenzaron a introducirse gradualmente. En la aviación soviética, en un avión bombardero en serie Tu-22M (1971), por primera vez en la práctica doméstica, se utilizó un canal de vuelo por cable: un sistema de control remoto de cuatro canales para los alerones DUI-2M. Dado que el predecesor del Tu-22 usaba cableado mecánico con impulsores hidráulicos, la aeronave tenía una gran cantidad de problemas asociados con la estabilidad y el control, y debido al calentamiento de las varillas durante el vuelo supersónico, ocurría un movimiento espontáneo del volante, a veces alcanzando valores desorbitados. La instalación de un sistema fly-by-wire con spoilers resolvió por completo este problema, facilitó la automatización del control de balanceo y liberó estructuralmente la parte trasera del ala para flaps de alto rendimiento.

El sistema DUI-2M se basa en el principio: la señal del ángulo del volante es tomada por un bloque de transformadores de seno-coseno SKT, después de lo cual el cambio de fase relativo a la fase de referencia de la red 36 voltios 400 hercios se convierte en proporcional señal bipolar DC más o menos 25 voltios, donde el voltaje cero corresponde a la posición cero del volante. El voltaje de CC en relación con el punto de referencia se amplifica mediante amplificadores de CC integrados y luego se alimenta a los amplificadores de potencia en potentes transistores bipolares que controlan las unidades de dirección electrohidráulica de cuatro canales RA-57. Las unidades son mecanismos de control intermedio para actuadores hidráulicos de dirección asistida RP-64. El sistema está hecho con una redundancia electrónica cuádruple y un canal de respaldo automático adicional para balanceo en el canal de cabeceo (una unidad de dirección separada en el estabilizador en el modo de "tijeras"). Técnicamente, el sistema consta de 4 unidades de conmutación de amplificación (unidades de casete fácilmente extraíbles con cableado de microensamblajes impresos a doble cara), una unidad de control integrada, un sensor en el volante, una perilla de control del freno (los alerones en el Tu-22M son simultáneamente aire frenos), dos engranajes de dirección y un control remoto (conmutación) canales de engranajes de dirección.

Cuando se desarrolló el avión Su-27 altamente maniobrable (1981), se decidió que el avión sería estáticamente inestable a velocidades subsónicas. Durante la investigación sobre este tema, resultó que el sistema de control diferencial clásico con control del piloto y corrección de los cañones autopropulsados ​​no tiene la velocidad y precisión adecuadas, por lo que para el Su-27 desarrollaron un canal de distancia eléctrica en tono - el sistema SDU-10. El sistema, además del control remoto del estabilizador, resuelve los problemas de estabilidad y controlabilidad en los tres ejes. En el canal de tono, se hace de 4 canales, rumbo y balanceo: tres canales.

El portador de misiles estratégicos Tu-160 (primer vuelo en 1981) está equipado con un sistema de control automático a bordo completamente remoto (a través de todos los canales de control) con redundancia cuádruple.

El primer avión estadounidense en serie con un EDSU analógico fue el A-5 Vigilent (encargado en 1961).

Un poco más tarde, EDSU apareció en aviones de pasajeros (por primera vez, en el Airbus A320 y Tu-204 ). La mayoría de los aviones militares y de pasajeros modernos están equipados con un sistema de control totalmente remoto, a través de todos los canales, y ahora se utiliza procesamiento de señal digital en lugar de analógico.

Cómo funciona

A diferencia de los sistemas de control mecánicos y de refuerzo , donde los efectos de los controles en la cabina a las superficies de control ( alerones , elevador , etc.) o unidades de potencia se transmiten a través de cableado mecánico, incluidas varillas , mecedoras , cables , poleas , etc. etc. ., en EDSU estos efectos se transmiten mediante señales eléctricas .

Los movimientos mecánicos de las palancas de control en la cabina se convierten mediante sensores instalados en ellas en señales eléctricas analógicas o digitales, que se alimentan a través del cableado eléctrico a la (s) computadora (s) del sistema de control. Al mismo tiempo, también se reciben allí señales de sensores de velocidades angulares , sobrecargas , ángulos de ataque y deslizamiento , una computadora del sistema de señales aéreas y una serie de otros dispositivos. La calculadora EDSU, de acuerdo con los algoritmos de control integrados en ella, convierte estas señales en señales eléctricas de control de los accionamientos de los controles. Al mismo tiempo, también realiza las funciones de un limitador para limitar los modos de vuelo : no permite exceder los límites establecidos para sobrecarga, ángulo de ataque y otros parámetros. Así, se reduce significativamente la probabilidad de que la aeronave caiga en modos de vuelo no deseados: entrada en pérdida , barrena , etc.

Para la mayoría de los sistemas de aeronaves más importantes, los factores clave para garantizar la seguridad del vuelo son la confiabilidad de su operación. Esto está más directamente relacionado con EDSU. A bordo de la aeronave hay varios (generalmente cuatro o más) canales de control paralelos con computadoras, con sus propios sensores, transductores y cableado eléctrico. El sistema de control compara las señales de los canales entre sí en varios puntos clave y es capaz de "ignorar la opinión" de la calculadora, que proporciona datos incorrectos, definidos como superación del umbral de error permisible (dicho control, basado en un análisis comparativo de los canales señales, se llama "quórum", y el esquema de análisis comparativo - "elemento de quórum"). Además del control de las señales del canal de control, se suele utilizar un control adicional multinivel de las señales para el cumplimiento de los parámetros, hasta comprobar la calidad de la alimentación suministrada a la EDSU (y que también está duplicada). Como resultado, la probabilidad de una falla completa del EMDS de una aeronave de pasajeros es menor a , y la probabilidad de una militar es menor a 1 hora de vuelo, es decir, dicha falla es prácticamente imposible si todos los elementos de la aeronave fuente de alimentación están en pleno funcionamiento.

Al mismo tiempo, a pesar de la altísima fiabilidad de los elementos y la duplicación múltiple, es imposible garantizar al 100 % la fiabilidad del sistema en su conjunto, por lo que no solo se duplican los canales de control, sino también los modos de control que permiten cambiar a un modo de pilotaje simplificado (modo directo) en caso de avería. El sistema está diseñado precisamente con la expectativa de numerosas fallas, y el principal problema de los desarrolladores es la tarea de prever todos los escenarios teóricamente posibles.

Ventajas y desventajas

Ventajas Defectos

Véase también