Warum haben die primären Flugsteuerungen des A320 nur für das Seitenruder hydromechanische Backups?

Der A320 ist in erster Linie ein Fly-by-Wire-Flugzeug, bei dem die Joystick- und Ruderpedaleingaben der Piloten nicht direkt zu den Flugsteuerungsoberflächen gehen, sondern zu den Flugsteuerungscomputern des Flugzeugs, die dann entscheiden, was, wenn ein beliebiger Ruderausschlag erforderlich ist, und die erforderlichen Befehle an die hydraulischen Aktuatoren senden, die die Ruder bewegen: 1

Zauberei 101

Im Falle eines vollständigen Ausfalls des Flugsteuerungs-Computersystems des Flugzeugs kann der A320 jedoch in einen als mechanisches Gesetz bekannten Backup-Modus wechseln , der die FCCs vollständig umgeht. 2In diesem Modus ist die einzige der primären Flugsteuerungen, die aktiv bleibt, das Seitenruder, das einen Notkabelmechanismus verwendet, der die Steuereingaben des Piloten direkt an die Seitenruderbetätiger sendet. Wenn die Aufzüge, Querruder und Spoiler alle inaktiv sind, wird die Nicksteuerung durch manuelle Trimmung des horizontalen Stabilisators (die einen ähnlichen Kabelmechanismus verwendet, um Trimmbefehle an die Hydraulikmotoren zu senden, die die Stabilisator-Hebeschraube antreiben) und unterschiedliche Motorleistung und die Fähigkeit dazu aufrechterhalten das vom Gieren getrennte Steuerrollen geht vollständig verloren (um das Flugzeug in die eine oder andere Richtung zu rollen, muss es unter Verwendung von Seitenrudereingaben und differentiellem Triebwerksschub in die gewünschte Richtung giert werden; der resultierende Seitenschlupf bewirkt dann, dass das Flugzeug in Richtung des hinteren Flügels rollt , aufgrund der positiven Schlupf-Roll-Kopplung, die durch den hinteren Flügelschwung des A320 erzeugt wird):

Schau, Ma, keine direkte Rollkontrolle

Der Grund, warum die Aufzüge, Querruder und Spoiler im mechanischen Gesetz unbrauchbar sind, liegt darin, dass sie im Gegensatz zum Seitenruder überhaupt keine direkten hydromechanischen Verbindungen zu den Cockpitsteuerungen haben , sondern nur über die Flugsteuerungscomputer verbunden sind (wodurch sie von ihnen abgeschnitten sind). Steuereingaben der Piloten im Falle eines Totalausfalls dieser Computer). Wenn der A320 über hydromechanische Backup-Steuerungen für die Höhenruder, Querruder und Spoiler verfügte , könnten die Piloten das Flugzeug in jeder seiner drei Achsen separat steuern (anstatt mit einer vom Gieren abhängigen Rollbewegung, die sehr viel bietetschlampige Rollsteuerung mit einer erheblichen Zeitverzögerung zwischen dem Einsetzen des Gierens und dem resultierenden durch Seitenschlupf induzierten Rollen und mit einem kleinen, aber erheblichen anfänglichen seitenruderinduzierten Rollmoment in die falsche Richtung), und wäre in der Lage, dies unter Verwendung derselben zu tun Arten von Steuereingaben, wie sie im normalen Fly-by-Wire-Flug verwendet würden (wenn auch wahrscheinlich mit erheblich erhöhten Steuerkräften und einem deutlich anderen Kraftgradienten), anstatt zu einem völlig anderen Eingabestil im mechanischen Gesetz wechseln zu müssen:

Es könnte ein bisschen schwierig sein, die Steuerkabel durch all diese scharfen 90-Grad-Kurven zu führen, aber ich bin sicher, dass sie damit umgehen können

Warum also ist das Seitenruder die einzige der primären Flugsteuerungen des A320, die über hydromechanische Sicherungen verfügt, die ihre Verwendung im mechanischen Recht ermöglichen?

1 : Das Flugsteuerungssystem des A320 und das aller späteren Airbus-Flugzeuge verfügt über mehrere verschiedene Fly-by-Wire-Flugsteuerungsmodi. In einigen davon ( Direct Law , Alternative 1/2A/2B Law ) werden die Flugsteuerungseingaben der Piloten in einigen oder allen Steuerachsen einfach ungefiltert direkt durch die Computer geleitet, wobei die Computer alles nachplappern, was die Piloten vom Flugzeug verlangen ohne dass die Übersetzung im üblichen Betriebsmodus vorhanden ist (bekannt als normales Gesetz ); Die Eingaben der Piloten werden jedoch immer noch zuerst an die Computer und erst dann an die Stellglieder der Steuerfläche weitergeleitet, anstatt direkt nach achtern zu gehen.

2 : Die Nick- und die Roll-/Gierachse können im Falle eines größeren Fehlers in einer der primären Flugsteuerungen jeweils auch separat zum mechanischen Gesetz zurückkehren (z. B. würde ein doppelter Höhenruderstau dazu führen, dass das Flugzeug zur mechanischen Nicksteuerung zurückkehrt). , während der andere immer noch im Fly-by-Wire-Modus bleibt.

Fehler jenseits des direkten Rechts sind es nicht wert, investiert zu werden. Die Nützlichkeit des mechanischen Gesetzes ist umstritten, in dem Sinne, ob es überhaupt benötigt wird und wie nützlich es ist, wenn es benötigt wird. Die Verwendung von FBW ist ein Hinweis darauf, dass das Flugzeug jenseits des direkten Rechts unkontrollierbar ist. Anstatt Geld und Gewicht für mechanische Gesetze auszugeben, fügen Sie FBW viel besser eine weitere Redundanzebene hinzu.
Ich denke, Sie haben Ihre Frage vielleicht selbst beantwortet, Sean. Ich weiß nicht wirklich viel über dieses Zeug, aber wenn ich mir die Grafiken ansehe, kann ich ein bisschen verstehen. Die einzige Frage ist: Stammen diese Bilder aus glaubwürdigen Quellen (z. B. FAA, Airbus oder ein A320-Betreiber)?
@user3528438, es gab vor kurzem, am 28. Februar 2018 , einen Fehler, der zur Verwendung des mechanischen Backups führte . Es ist das einzige, von dem ich je gehört habe.

Antworten (2)

Das mechanische Backup dient nur dazu, die grundlegende Steuerbarkeit während eines vorübergehenden Ausfalls des gesamten Fly-by-Wire-Systems aufrechtzuerhalten. Wie im OP erwähnt, wird das Seitenruder als ausreichend für die grundlegende Rollsteuerung angesehen, während der horizontale Stabilisator als ausreichend für die grundlegende Nicksteuerung angesehen wird, auch ohne Stabilitätsverbesserung. Abgesehen davon ist die mechanische Sicherung nicht dazu gedacht, einen fortgesetzten sicheren Flug und eine sichere Landung zu erreichen ( ich wäre wirklich überrascht, wenn die mechanische Sicherung alle ARAC-Richtlinien zur Mindestkontrollierbarkeit erfüllt ); Es wird erwartet, dass mindestens ein Flugsteuerungscomputer neu gestartet werden kann, um die Kontrolle nach dem anfänglichen Ausfall zu übernehmen (Ref. Airbus A320 Crew Manual).

Der Grund für die Verlagerung des mechanischen Backups auf Seitenruder und trimmbare Stabilisatoren statt auf Höhen- und Querruder hat ziemlich viel mit der Wahl des passiven Sidesticks als Pitch- und Roll-Inceptor zu tun. Es fehlen mechanische Verbindungen, um seine Bewegung auf externe Baugruppen zu übertragen, noch hat es eine Fühleinheit, um Feedback für die Luftlasten zu geben. Dies führt zu erheblichen Gewichtseinsparungen und Einfachheit im Design und ist der Hauptvorteil des passiven Sidesticks .

Ich vermute, dass der Grund dafür, überhaupt ein mechanisches Backup-System zu haben, im Misstrauen gegenüber FBW-Systemen für die Zivilluftfahrt liegt, als sie zum ersten Mal zum Einsatz kamen. Als das Vertrauen in Redundanz und Unähnlichkeit wuchs, verzichteten neuere Generationen von Airbus-Flugzeugen (z. B. A380 , A350 , A220) vollständig darauf und haben stattdessen einen elektrischen Backup-Servoregelkreis an jeder Achse.

Ich weiß, das klingt ein bisschen weit hergeholt, aber was wäre, wenn eine EMP-Bombe oder etwas Ähnliches explodiert wäre?
@Ipydawa Dann ist das Spiel vorbei. Das FADEC ist vollständig elektronisch, sodass Sie die Motorsteuerung verlieren, zusammen mit Ihren Flugsteuerungen, möglicherweise auch IMUs, ADS usw., je nachdem, wie viele elektrische Komponenten sich in der Standby-Instrumentierung befinden.
@JZYL, die Standby-Instrumente sind heutzutage auch ein Display, und IIRC zeigt einfach die Daten von ADIRU 3 an.
@Ipydawa Ein A320 wird wahrscheinlich abstürzen, wenn er von einem EMP getroffen wird. Es wird auch abstürzen, wenn es von einer Flugabwehrrakete getroffen wird. Es ist ein Zivilflugzeug; nicht dafür ausgelegt, in ein Kriegsgebiet zu fliegen.
@GavinS.Yancey Trotzdem bin ich jetzt etwas neugierig, was der A400M macht (da es sich um ein Militärflugzeug handelt ).

Die Sache ist, dein erstes Bild ist nicht wirklich korrekt. Die Verbindungen von Seitenstöcken gehen durch die „magische“ Box, aber die Verbindungen von Trimmrädern und Pedalen nicht . Stattdessen gibt es eine Verbindung von der „magischen“ Box zu den Pedalen und dem Trimmrad. Wenn also die „Magie“ nicht mehr funktioniert, gibt es keine Änderung der Konfiguration. Die Pedale und Trimmräder funktionieren einfach weiter, weil sie anders angeschlossen sind.

Die Side-Stick-Ausgabe muss durch die „magische“ Box gehen; das ist der Punkt, es zu benutzen. Auf diese Weise haben sie also ein mechanisches Backup für den Fall, dass alle fünf Komponenten der „magischen“ Box ausfallen, ohne dass tatsächlich zusätzliche Verbindungen vorhanden sind. Jedes andere mechanische Backup würde zusätzliche Verbindungen erfordern, was die Vorteile des Designs für etwas zunichte machen würde, das bisher nur einmal vorgekommen zu sein scheint .

„Die Side-Stick-Ausgabe muss durch die „magische“ Box gehen; das ist der Sinn ihrer Verwendung.“ Warum sollte das beim Joystick der Fall sein, aber nicht beim Seitenruder?
@ Sean, ich nehme an, es wäre sinnvoll, die Seitenruderpedale auch vollelektronisch zu machen, aber sie waren mechanisch einfacher zu verbinden, und das Hinzufügen des Pilotenbefehls mit dem Gierdämpferbefehl kommt dem gewünschten Ergebnis näher (was wahrscheinlich das Auswählen von Schlupf ist). -Kugelziel) als für die Nick- und Rollbefehle.
Richtig, aber wenn die Gierbefehle die magische Box umgehen können, warum können es dann die Nick- und Rollbefehle nicht?
@Sean, weil die Nick- und Rollbefehle Anfragen nach vertikaler Beschleunigung bzw. Rollrate sind, was eine Variation der Oberflächenauslenkung entsprechend der tatsächlichen Reaktion des Flugzeugs erfordert, die von Geschwindigkeit, Gewicht und Balance abhängt, und wegen der Bedeutung von Nick- und Rollbefehlen variiert mit der Fluglage und dem Anstellwinkel des Flugzeugs. Es braucht also Logik und eine Rückkopplungsschleife, um die Befehle überhaupt zu interpretieren.
Warum haben die primären Flugsteuerungen des A320 nur für das Seitenruder hydromechanische Backups?
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