Warum lockern sich die Flugsteuerungskabel während der kalten Temperaturen im Reiseflug nicht?

Wenn Sie sich Ihre Zeichnung genau ansehen, werden Sie sehen, dass die Kabel keine wirklich einfachen Zugkabel sind, sondern wirklich wie Stahlbänder wirken. Das heißt, an jedem Ende befindet sich eine Rolle, und wenn Sie die Steuerung betätigen, wird das Kabel in einer Schleife um das System gedreht.

Die Endrollen und/oder Umlenkrollen sind federbelastet, um eine vordefinierte Spannung an den Kabeln aufrechtzuerhalten, und sollten jegliches Durchhängen im System aufnehmen, das durch Betrieb, Temperatur oder Alterung des Kabels verursacht wird.

Wenn die obere linke Rolle oben das Joch im Cockpit ist und Sie es drehen, dreht sich das obere Kabel wie ein Riemen um die Schlaufe und dreht den Aktuator unten rechts. Beachten Sie, dass beim Drehen des Jochs auch nicht wesentlich an den Federn gezogen wird, das Kabel dreht sich nur.

Interessanterweise musste die Concorde sowohl Kontraktion als auch Expansion bewältigen. Beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit streckte sich das Flugzeug bis zu etwa zehn Zoll.

ZUSATZ:

Für Kabel ohne Schleifen und gelegentlich für Kabel mit Schleifen, bei denen das Kabel zwischen sich relativ zueinander bewegenden Objekten hindurchgeführt werden muss, werden auch Kabelgehäuse verwendet.

Sie kennen diese wahrscheinlich von Fahrrädern. Der Trick dabei ist, dass die Enden des Gehäuses irgendwo am Rahmen befestigt oder verankert sind. Das Gehäuse ist flexibel und kann daher in einer Schleife oder S-Form angeordnet werden, die verlängert oder komprimiert werden kann, wenn sich die festen Endpunkte relativ zueinander bewegen.

Das Steuerkabel hingegen hat trotz der Veränderung der Endlagen immer eine feste Länge innerhalb des Gehäuses.

Das Problem dabei ist jedoch, dass die Reibung im Vergleich zu Riemenscheiben hoch ist, das Innere des Gehäuses mit Schmutz und Ablagerungen verunreinigt werden kann und es unmöglich ist, das Kabel im Gehäuse zu inspizieren.

Wie beim Schleifensystem ist immer noch eine Feder erforderlich, normalerweise am Geschäftsende, um das Kabel zurückzuziehen. Beim Einkabelzug erfordert die Betätigung des Kabels vom Steuerende auch das Ziehen an der Feder.

Wahrscheinlich tun sie das, aber es gibt Quellen, die die Slake aufnehmen. Das Diagramm, das Sie gepostet haben, zeigt es tatsächlich. Es wird als " Kabeldurchhangaufnahme " bezeichnet.

Sehen Sie die kleine Feder unten in der Mitte.

Seile können nur zugbelastete Kräfte übertragen, deshalb brauchen wir zwei Seile, um in zwei Richtungen auslenken zu können: Die Steuerseile, die vom Cockpit zu den Rudern gehen, sind als Schleife zu sehen, wie Trevor richtig erkennt.

Schlamperei

Kabel dehnen sich auch, und für das Anlegen von Fernlasten ist das ein Nachteil. Die Kabeldehnung hängt mit dem gesamten dynamischen und statischen Verhalten der Flugsteuerung zusammen: Das Anbringen eines schlampigen Kabels führt zu einem vagen und inkonsistenten Stick-Verhalten und einem Gefühl, als würde der Pilot in einem Topf Suppe rühren. Die Gefühlsfedersteifigkeit wird durch die Kabelsteifigkeit verdünnt und kann niemals höher sein. Kabel müssen eine hohe Steifigkeit haben, also spannen wir sie auf, geben wir ihnen eine hohe Vorspannung.

Das Aufbringen einer hohen Vorspannung auf die Kabel verursacht jedoch hohe strukturelle Kräfte. Die Seile laufen über Umlenkrollen, die auf einem an einem Bauteil befestigten Lager montiert sind. Ein Lager. Die Rolle belastet das Lager also mit einer Torsionslast und das Kabel versucht, es zu verdrehen, keine gute Situation für eine Kabelführung. Es könnte von der Riemenscheibe ablaufen und stecken bleiben, was zu einem nicht kontrollierbaren Flugzeug und einem Absturz führen kann. Leider muss alles in einem Flugzeug leicht und biegsam sein und wir können das Lagergehäuse nicht aufpeppen.

Zweiseitigkeit

Wir können das Kabel also nicht sehr stark vorspannen. Aber eine gewisse Vorspannung ist von Vorteil:

• Kabel ziehen nur, und das nicht ziehende Kabel darf nicht durchhängen, sonst könnte es auch ablaufen.
• Vorgespannte Kabel können Druckbelastungen bereitstellen, indem sie die Vorspannung reduzieren, der sie ausgesetzt waren.

Variabilität

Ein Luftfahrzeug ist eine Struktur, die unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt ist:

• Flügelspitzen biegen sich während des Fluges nach oben, biegen sich mehr nach oben, wenn der Treibstoff ausgeht, und schlagen bei der Landung auf.
• Wie im OP erwähnt, dehnt sich die Struktur in Abhängigkeit von der Temperatur aus und zieht sich zusammen. Die thermische Ausdehnung beträgt 23,1 µm/(m·K). Eine 747 ist 70 m lang, es können Temperaturunterschiede von 90 °C erreicht werden, die resultierende Dehnung beträgt also 15 cm. Stahlkabel dehnen sich halb so stark aus, und die gesamte Kabelstrecke weicht allein von der Temperatur um 7 cm ab.
• Während des Fluges belasten die Höhenruder und das Leitwerk auch den Rumpf und biegen ihn nach oben / unten. Querruder biegen die Flügel mehr oder weniger.
• Bei Turbulenzen schlagen die Flügel auf und ab.
• Nach 12 Stunden bei -60 °C in Reiseflughöhe ist der Treibstoff im Flügel sehr kalt und nur die untere Flügelhaut ist ihm ausgesetzt. Die Flügeloberhaut ist der Sonne ausgesetzt und erwärmt sich beim Anflug immer mehr: Die Oberhaut dehnt sich durch die Hitze und die Flügelspitze senkt sich überraschend weit.

Insgesamt müssen die Flugsteuerungskabel also einen Längenunterschied aufnehmen, der bei einem großen Flugzeug in der Größenordnung von 10-20 cm liegt. Das Steuerkabel hat einen Durchmesser von 3-5 mm. Der Elastizitätsmodul von Stahl beträgt 200 GPa, eine Dehnung von -0,2/70 m/m verursacht eine Spannung von 500 MPa, doppelt so hoch wie die von Baustahl, und eine Kraft von 4.000 N (800 lb). Viel zu viel. Ja, Sie können die Kabeldicke mit entsprechender Schwere erhöhen, aber am besten reduzieren Sie die Vorspannung auf das Niveau, bei dem das nicht ziehende Kabel noch etwas Spannung hat.

Die Lösung

Wir wollen etwas Vorspannung in der Kabelschlaufe, aber nicht zu viel. Wir möchten, dass es sich bei unterschiedlicher Länge und Biegung nicht ändert, es muss immer konstant sein. Und wir wollen eine hohe Differenzialsteifigkeit: schöne und leichte Federung, wenn es nicht ausgelenkt wird, eine sehr hohe Steifigkeit, wenn es ausgelenkt wird. Was zu tun ist?

Bildquelle

Die Lösung liegt zwar darin, eine Feder anzubringen, aber keine, die an der Flugzeugstruktur befestigt ist:

• Das „Rad“ ist keine Multi-Rotations-Einheit, sondern zwei Kabelquadranten, die sich insgesamt um jeweils etwa 40 Grad auslenken.
• Federn ziehen sie im unbelasteten Zustand zueinander, wenn der Pilot keine Kraft auf den Steuerknüppel ausübt.
• Ein Blockiermechanismus verhindert, dass sich die beiden Hälften relativ zueinander bewegen, wenn der Pilot eine Kraft aufbringt. Eine genauere Beschreibung findet sich in der obigen Bildquelle.

Während die Flugsteuerung getrimmt wird, ist das Kabel gut gespannt und passt sich unterschiedlichen Umständen an. Bei Krafteinwirkung wird dieser Mechanismus teilweise blockiert, bei leichten Kräften nur leicht.

Tun sie. Siehe http://www.billzilla.org/aviationpage3.html , insbesondere:

Nach ein paar Stunden in der kalten Atmosphäre schrumpfen die Gaszüge, die von der Unterseite des Gashebels bis zu den Motoren führen, alle geringfügig unterschiedlich, und um die gleichen Drehzahlen zu erhalten, sitzen die Gashebel oft ungleichmäßig Winkel zueinander. So sahen sie eines Tages beim Abstieg aus 37.000 Fuß aus.