Können Flugsteuerungscomputer vom Piloten verursachte Schwingungen erkennen und vermeiden helfen?

Mit der heute verfügbaren Flugsteuerungstechnologie wie Fly-by-Wire, digital erweiterten Befehlseingaben usw. frage ich mich, ob es eine technische Lösung gibt (oder möglicherweise geben könnte), um das Auftreten und die Gefahren von vom Piloten verursachten Schwingungen (PIO) zu erkennen und ihnen entgegenzuwirken .

Betrachten Sie zum Beispiel ein Endanflugszenario mit geringer Sicht:

  1. Ist es möglich, ein frühes Einsetzen von PIO zu erkennen und entweder die Eingabe des Piloten zu verstärken, um eine weitere Verstärkung der Schwingungen zu verhindern, oder, weniger aufdringlich, dem Piloten eine (z. B. akustische) Warnung zu geben?

  2. Außerdem kann eine voll entwickelte PIO-Situation erkannt und eine Warnung ausgelöst werden, um das Bewusstsein zu erhöhen oder die Piloten zu einem eventuellen Durchstarten aufzufordern, ähnlich wie bei Windscherungswarnungen.

Gibt es, falls möglich, solche technischen Mechanismen, oder würden sie von Piloten überhaupt als hilfreich empfunden? Ich stelle mir vor, dass ein kritischer Teil, den es zu lösen gilt, darin besteht, eine tatsächlich beabsichtigte Steuereingabe des Piloten nicht außer Kraft zu setzen (die innerhalb des üblichen sicheren Bereichs liegt).

Ich würde denken, dass die Airbus-Fluggesetze PIO eher unwahrscheinlich machen (das Flugzeug trimmt automatisch, um gerade zu fliegen, wenn Sie den Steuerknüppel loslassen, und die eher geringe Empfindlichkeit führt zu einer eher untypischen Pilotentechnik mit schnellen Stößen, wobei der Steuerknüppel zwischendurch losgelassen wird). Aber das ist nur eine bestimmte Art von FBW und ich habe keine Ahnung, was die anderen machen.
Tatsächlich macht die automatische Trimmung es wahrscheinlich anfälliger für PIO, wenn es nicht richtig entworfen wurde. Häufig werden Integratoren verwendet, um eine automatische Trimmung bereitzustellen, und dies führt zu einer Verzögerung im System, was dazu führt, dass ein System anfälliger für PIO wird. Sorgfältiges Design mit einem Feed-Forward-Pfad ist erforderlich, um es PIO-resistent zu machen. Der Gripen-PIO-Unfall war ein Problem mit dem frühen Design und konnte leicht korrigiert werden.

Antworten (2)

PIOs treten auf, weil der Pilot eine schnelle Bewegung spürt und den Drang verspürt, ihr entgegenzuwirken. Entscheidend ist die Frequenz von wenigen Hertz, sodass die Reaktion des Piloten mit einer Phasenverschiebung einsetzt, die die Bewegung fördert, und einer geringen Dämpfung, sodass die Schwingungsamplitude mit der Zeit wächst. Mit einem funktionierenden FCS sollte diese Art von schneller Bewegung nicht passieren.

Wenn der FCS jedoch nicht auf die Situation eingestellt ist, kann er die Situation tatsächlich verschlimmern und PIOs fördern. Der bekannteste Fall ist wohl die Bruchlandung von Tom Morgenfeld 1992 mit dem Prototyp YF-22.

Hier wurden die Gains im FCS mit eingeschaltetem Nachbrenner und langsamer Gangerhöhung zu hoch eingestellt.

Ein weiterer Fall ereignete sich in den frühen Phasen der Flugerprobung der V-22 Osprey. Hier waren zwei der drei Kreisel im Steuersystem falsch verkabelt und der Pilot hat eine falsche Steuereingabe gemacht.

Es ist also weniger die Fähigkeit des FCS, PIOs zu erkennen, als vielmehr seine verbesserte Dämpfung, die ein schnelles Schwingen gar nicht erst entstehen lässt.

Es gab einige Fälle von PIO bei Airbus A321-Flugzeugen unter bestimmten Bedingungen, die dann zu einer Aktualisierung der Flugkontrollgesetze führten: tsb.gc.ca/eng/rapports-reports/aviation/2002/a02o0406/…
@CptReynolds: Wie ich es gelesen habe, hat Vereisung in beiden Fällen die Aerodynamik verändert. Mit einem sauberen Flugzeug wäre das nicht passiert.
Entschuldigung, aber ich halte dies für eine ziemlich irreführende Beschreibung der Grundursache von PIOs. PIOs treten aufgrund einer Verzögerung im Rückkopplungssystem auf, sodass das Flugzeug nicht so reagiert, wie der Pilot es erwartet. Schnelle Bewegung ist per se kein Problem, es gibt sehr wendige Kampfflugzeuge, die PIO-resistent sind. Sie können auch PIO-Probleme mit niedriger Frequenz bekommen, zB ein phugoider PIO, das frühe Design des Space Shuttles hatte ein PIO-Problem beim Anflug, das keine schnelle Bewegung war. Schließlich war der YF-22 ein Ratenbegrenzungs-PIO und nicht die FCS-Gewinne. Als es in die Ratenbegrenzung ging, führte es zu einer Verzögerung, die zum PIO führte.
@ Adrian: Dies sollte keine Definition dessen sein, was ein PIO ist. Hast du die Frage gelesen und verstanden? Es scheint, dass der Fragesteller genau weiß, was ein PIO ist, und sich über die Rolle des FCS darin wundert.
Ich habe die Frage gelesen. Mein Kommentar war jedoch eine Antwort auf Ihre Antwort, nicht auf die ursprüngliche Frage. Wenn es keine Definition dessen sein sollte, was ein PIO ist, warum dann mit "PIOs treten auf, weil" beginnen? Da dies zur akzeptierten Antwort wird, ist meiner Meinung nach etwas mehr Strenge in der Antwort erforderlich, und meiner Meinung nach sind einige der Beschreibungen in Bezug auf PIOs irreführend.

Vielleicht, aber es würde erfordern, dem Piloten ein spezielles Feedback zu geben.

PIO tritt auf, wenn die Eingabe des Piloten der Tendenz nacheilt oder vorausgeht, die der Pilot zu korrigieren versucht, sodass der Pilot sie verstärkt, anstatt die Schwingung zu dämpfen.

Um diese Schleife zu unterbrechen, müsste es eine Art Instrument oder Anzeige geben, die es dem Piloten ermöglicht, die Verzögerung zu visualisieren und auch anzuzeigen, wie viel Steuerbewegung erforderlich ist, um sie zu korrigieren. Ein solches System wäre nicht trivial zu entwerfen.

Ein Punkt von Fly-by-Wire-Systemen besteht darin, PIO unwahrscheinlich zu machen, da der Pilot nicht raten muss, wie viel Eingabe ein bestimmtes Ergebnis erzeugen wird. Der Pilot sagt nur, ich will eben fliegen und das Flugzeug erledigt den Rest. Mit anderen Worten, der Pilot muss nicht raten, wie weit er den Steuerknüppel bewegen muss, um das Flugzeug auszurichten. Daher sollte ein Fly-by-Wire-System das, was Sie vorschlagen, theoretisch von vornherein unnötig machen.

"Um diese Schleife zu durchbrechen, müsste es eine Art Instrument oder Anzeige geben ..." Oder einen Piloten, der seinen Fehler erkennt und aufhört, diesen Fehler zu machen. Ein PIO passiert nur, weil der Pilot „den Ball jagt“, sobald Sie erkennen, dass Sie sich in dieser Situation befinden, müssen Sie nur noch ruhig bleiben oder herumgehen.
Fly-by-Wire-Systeme machen PIO nicht unwahrscheinlich, nur weil sie FBW sind. Wenn die FBW das Verhalten mechanischer Steuerungen wie die von Boeing emuliert, ist PIO genauso wahrscheinlich. Die Fluggesetze könnten PIO verhindern.