Kann das Fly-by-Wire-System eines modernen Verkehrsflugzeugs mit einem instabilen Zustand umgehen?

Gemäß dieser Antwort sind Verkehrsflugzeuge/große Passagierflugzeuge wie ein A320 so konstruiert, dass sie unter normalen Flugbedingungen in Längsrichtung statisch stabil sind.

Was wäre, wenn sich der Schwerpunkt aus irgendeinem Grund plötzlich direkt hinter dem neutralen Punkt verschieben würde ? Könnte das FBW-System (zum Beispiel) eines Airbus dies genauso handhaben wie das FBW eines Kampfflugzeugs, das konstruktionsbedingt instabil ist?

Natürlich spreche ich nicht von einer Situation, in der der Schwerpunkt so weit hinten endet, dass das Flugzeug in einen tiefen Strömungsabriss gerät, sondern von einem Zustand kurz „nach“ der neutralen Stabilität, in dem das Flugzeug gerade „leicht instabil“ geworden ist.

Wenn die Reaktionszeit des FCS deutlich kürzer ist als der Kurzzeitmodus des Flugzeugs, dann ja.
Was wohl der Fall sein wird, oder? Oder kann man das nicht pauschal annehmen?
Die allererste Implementierung des Fly-by-Wire -Systems in einem echten Flugzeug war der X31, ein experimenteller Kampfjet. en.wikipedia.org/wiki/Rockwell-MBB_X-31 Da Jäger Agilität brauchen , sind sie aerodynamisch instabil, um hohe Wende- und Getrieberaten zu ermöglichen.
Ja, selbst wenn sich das Flugzeug in der positiven statischen Stabilitätsregion befindet, gibt es ständige Störungen, die die Neigungslage und den AOA des Flugzeugs von der gewünschten/programmierten Neigung weg verändern würden. In der F-4 hatten wir Lageverbesserungssysteme in allen drei Achsen, Nicken, Rollen und Gieren, die, wenn sie kleine Abweichungen entdeckten, die Flugsteuerung eingaben, um sie zu korrigieren. Sie eliminierten effektiv das Höhenwandern. FBW-Systeme würden in jedem statischen Stabilitätsbereich ähnlich funktionieren und sogar noch effektiver sein, unabhängig von den dynamischen Stabilitätseigenschaften des Flugzeugs
Normalerweise nennen wir das "Robustheit", im Grunde die Fähigkeit eines Steuerungssystems, etwas außerhalb der Spezifikation zu steuern. Zum Beispiel, wenn Ihr Ziel übergewichtig, unter Strom oder unausgeglichen oder mehr oder weniger stabil als erwartet ist. Einige Systeme sind so konzipiert, dass sie super robust sind, andere weniger. Es hängt alles von allen Arten von Kompromissen ab.
Bevor Sie diese Frage beantworten, beachten Sie bitte, dass es bei dieser Frage nicht um die Steuerung instabiler Ziele geht, sondern um Ziele mit unvorhersehbarer und sogar nicht messbarer Änderungsdynamik, und konzentrieren Sie sich bei der Antwort auf die adaptive und robuste Seite des Steuerungssystems.
Der beste Ort, um es auszuprobieren, wäre ein Full-Flight-Simulator. Ich habe nur ein Flugzeug mit statischer Instabilität in einer Heimsimulation mit anständiger Physik getestet, und es war ein großes Passagierflugzeug, und ich konnte es nach einiger Übung manuell steuern. Meine Vorhersage wäre also, solange die FBW keine Schwingung bei Pitch oder Pitch-Trimmung erzeugt, sollte sie der Stabilität helfen.
Ein leicht instabiles Flugzeug kann auch ohne FBW geflogen werden (Beispiel: Wright Flyer).

Antworten (2)

Ja, es kann - in einem gewissen Maße, abhängig von:

  • Betrag der CG-Verschiebung;
  • Fluggeschwindigkeit;
  • Flugzeuggewicht (eigentlich Trägheitsmoment);
  • maximale Auslenkungsrate von Höhenrudern/Querrudern.

Wenn die Flugzeugzelle eine aerodynamische statische Stabilität aufweist, erzeugt eine Störung des Anstellwinkels aerodynamische Kräfte, die die Fluglage des Flugzeugs zurück in den neutralen Zustand bringen. Verlagert sich der Schwerpunkt hinter den Neutralpunkt, wird die Flugzeugzelle statisch instabil – die aerodynamischen Kräfte wollen nun die Störung verstärken. Die Ratenkreisel im Fly-by-Wire-System erfassen, dass die Fluglage von der befohlenen Fluglage abweicht, und lenken die Höhenruder/Querruder so ab, dass das Flugzeug zurückgebracht wird.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einBildquelle

Ausmaß der CG-Verschiebung Die Fähigkeit des Flugsteuerungssystems, ein instabiles Gleichgewicht zu korrigieren, hängt vom Grad der Instabilität ab: der Krümmung der rechten Schale im Bild oben.

Airspeed Auslenkung der Höhen- und Querruder erzeugt aerodynamische Momente proportional zu v 2 . Bei hohen Fluggeschwindigkeiten ergibt eine kleine Auslenkung ein großes Moment über dem Schwerpunkt – die kritische Situation sind niedrige Fluggeschwindigkeiten, die meistens in Bodennähe auftreten. Bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten sind große Auslenkungen erforderlich.

Flugzeuggewicht Wenn das Flugzeug ein hohes Bruttogewicht hat und dieses Gewicht vom CoG weg verteilt ist, sind größere Steuerausschläge erforderlich, um Störungen in der AoA zu korrigieren. Eine schwerere Bowlingkugel im obigen Bild sorgt für höhere erforderliche Kräfte.

Maximale Auslenkungsrate von Höhenrudern/Querrudern Der Frequenzgang der Flugsteuerungssysteme ist eine Funktion davon, wie schnell die Steuerflächen in die erforderliche Position gebracht werden können, und dies ist eine Funktion der Versorgungsrate der Hydraulikflüssigkeit: die zusätzliche Kapazität aller Betriebsmittel Hydraulikpumpen.

Die F-16 ist so konzipiert, dass sie jede Störung durch die vorgegebene Fluglage in jeder Flugsituation schnell korrigiert. Alle Systeme sind so dimensioniert, dass bei der niedrigsten Fluggeschwindigkeit und dem höchsten MOI, dem das Flugzeug begegnen kann, noch künstliche Stabilität bereitgestellt werden kann. Der A320 ist nicht mit einem flugkritischen FBW-System ausgestattet – wenn alle Systeme ausfallen, kehrt das Flugzeug in einen Zustand mit aerodynamischer statischer Stabilität zurück. Wenn das FBW-System in einer F-16 ausfällt, muss der Pilot aussteigen.

„Der A320 ist nicht mit einem flugkritischen FBW-System ausgestattet – wenn alle Systeme ausfallen, kehrt das Flugzeug in einen Zustand mit aerodynamischer statischer Stabilität zurück.“ Was passiert jedoch, wenn ein instabiler Zustand aufgrund einer Verschiebung des Schwerpunkts gleichzeitig mit einem Ausfall des FBW-Systems auftritt? Könnte der Pilot es dann noch von Hand fliegen?
Das ist auch eine schleichende Sache, hängt vom Grad der Instabilität ab. Ein Pilot kann aktive Korrektureingaben bereitstellen, wenn die Instabilität nicht zu schnell und heftig ist, wie die Instabilität in einem schwebenden Hubschrauber, die eine typische Zeitdauer von zehn Sekunden hat. Es ist jedoch gewöhnungsbedürftig und es wäre ermüdend, dies über einen längeren Zeitraum zu tun.

Das Wort Griff hier ist ziemlich geladen. Ich denke, Ihre Frage ist, ob ein FBW-Flugzeug der kommerziellen Transportkategorie in der Lage ist, einen Horizontalflug für statisch instabilen Schwerpunkt aufrechtzuerhalten. Eine bessere Interpretation ist, ob ein Pilot das genannte Flugzeug sicher fliegen kann, wenn der Schwerpunkt instabil oder nahezu instabil ist (hinter der veröffentlichten Schwerpunkthülle)? Die Antworten auf alle, würde ich behaupten, lauten nein .

Zunächst einmal ist zur Stabilisierung eines statisch instabilen Flugzeugs eine AOA-Rückkopplung im Pitch-Loop erforderlich (siehe BL Stevens und F. Lewis, Aircraft Control and Simulation). Für die kommerziellen Flugzeuge der FBW-Transportkategorie, mit denen ich gearbeitet habe, werden nur die Neigungsrate und der Neigungswinkel zurückgemeldet. AOA und andere Messungen werden für die Verstärkungsplanung verwendet, jedoch nicht direkt in der Tonhöhenschleife. Ich vermute, dass dies bei allen kommerziellen FBW der Fall ist. Die Nickrate mit Verstärkungsplanung ist normalerweise ausreichend, um die Handhabungsqualität für entspannte Stabilitätskonfigurationen (statischer Spielraum < 5 %) zu verbessern. Ich vermute, dass vieles davon mit Fehlertoleranz zu tun hat: Wenn Ihre AOA-Messung falsch verglichen oder deaktiviert wird, muss das Flugzeug weiterfliegen. Pitch-instabile Flugzeuge sind also ein No-Go für Teil 25.

Zweitens, selbst wenn der CG stabil, aber ausreichend hinter der CG-Einhüllenden ist, würde das FBW wahrscheinlich nicht abgestimmt werden, um die notwendige Handhabungsqualität für einen sicheren Flug zu erreichen. Die Longitudinalmoden würden nicht ausreichend gedämpft, und Sie neigen eher zur Steuerempfindlichkeit. Die Situation verschlechtert sich, wenn Sie sich der neutralen Stabilität nähern.

Aber der A320 misst auch die Beschleunigungen, wie könnte man sonst ein C*-Gesetz fliegen? Es hat auch einen Anstellwinkelschutz, obwohl ich nicht glaube, dass es tatsächlich den AOA verwendet, um es zu fliegen (dazu habe ich noch eine Frage) - ich denke, es ist auch ein Pitch- und Geschwindigkeitsregelkreis (mit dv / dt). ...
Ich würde das C * gerne als Tracking-Befehl und außerhalb der Stabilitätserweiterung (SAS) betrachten. Ohne die A320-Gesetze im Detail zu verstehen, möchte ich jedoch ihre Rückkopplung und ihre Auswirkungen auf statisch instabile Konfigurationen nicht vermuten.
Kann das Fly-by-Wire-System eines modernen Verkehrsflugzeugs mit einem instabilen Zustand umgehen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v