Was ist Fly-by-Wire?

Fly-by-Wire bedeutet, dass im Flugzeug die (Piloten- oder Autopiloten-)Steuereingaben dem (Flug-)Computer zugeführt werden, der sie verarbeitet und die erforderlichen Ruderbewegungen ermittelt und diese durch elektrische Signale (also durch Drähte) überträgt der Begriff Fly-by-Wire) zu den entsprechenden Aktuatoren.

Dies steht im Gegensatz zu dem mechanischen System, bei dem die Steuereingaben des Piloten direkt an die Flugsteuerungsaktuatoren über Druck-Zug-Stangen oder -Kabel übertragen werden. Die folgende Abbildung zeigt das Schema eines mechanischen und Fly-by-Wire-Systems.

Quelle: euroaviasevilla.es

Das erste Flugzeug, das diese Art der Steuerung verwendete, war die Avro Arrow , die ein Zweikanal-Fly-by-Wire-System aus analogen Schaltkreisen verwendete. Der Flugsteuerungsmechanismus der Apollo-Mondlandefähre war Fly-by-Wire, das Primary Guidance, Navigation, and Control System, das als PGNCS bezeichnet wurde, ausgesprochen „Pings“.

Später testete die NASA das Fly-by-Wire-System in einem F-8-Flugzeug, von dem unten ein Schema gezeigt wird. Beachten Sie, dass es den Apollo-Flugcomputer verwendet.

Bild von Computers Take Flight – Eine Geschichte des bahnbrechenden Fly-by-Wire-Projekts der NASA

In der Zivilluftfahrt führten Concorde und A320 (die über ein digitales Fly-by-Wire-System verfügten) Fly-by-Wire-Systeme ein, während es im Militär die F-16 war. Derzeit verwenden fast alle Kampfflugzeuge und großen Verkehrsflugzeuge Fly-by-Wire-Systeme.

Als Erweiterung wird das System Fly-by-Light (oder Fly-by-Optics) genannt, bei dem die Signale über optische Kabel übertragen werden. Wenn die Kabel komplett eliminiert werden, spricht man von Fly-by-Wireless .

Fly-by-Wire bedeutet, dass die Steuerbefehle per Kabel zu den Steuerflächen gelangen. Dort übernehmen entweder Elektromotoren oder hydraulische Aktuatoren die physikalische Arbeit, die Oberflächen zu bewegen. Der Pilot hat entweder eine herkömmliche Steuersäule oder einen Seitenknüppel mit Wandlern, die die Befehle des Piloten in elektrische Signale codieren. Optional kann ein Computer verwendet werden, um die Signale so zu modifizieren, dass Überlastbedingungen oder gefährliche Manöver vermieden werden.

Andere Steuersysteme können als mechanisch zusammengefasst werden: Einige Gestänge oder Stahlkabel verlaufen über die gesamte Länge bis zur Steuerfläche. Um den Piloten von der mechanischen Arbeit zu entlasten, können diese Schubstangen hydraulisch verstärkt werden, sodass die mechanische Bewegung der Steuersäule oder des Steuerknüppels zu einem Befehl für den hydraulischen Aktuator wird, ähnlich wie die elektrischen Signale in einem Fly-by-Wire-System. Frühe Systeme verwendeten eine Vielzahl aerodynamischer Mittel , um die Steuerkräfte zu verringern, und kleine Flugzeuge haben ausreichend niedrige Steuerkräfte, um mit einer direkten, unverstärkten mechanischen Verbindung geflogen zu werden. In manchen Fällen ist es sogar notwendig, die Steuerkräfte künstlich zu erhöhen, um dem Piloten genügend Feedback zu geben.

Russische Kampfflugzeuge ziehen es vor, Stahlkabelpaare gegenüber Schubstangen zu verwenden, da sie widerstandsfähiger sind, wenn sie von einer Kugel getroffen werden. Außerdem verwendeten die meisten frühen Flugzeuge aus Gewichtsgründen Kabel. Heute werden Stößelstangen bevorzugt, weil sie eine steifere Anlenkung und weniger Reibung ermöglichen.

Zur Geschichte von Fly-by-Wire könnte ich einfach den Wikipedia-Eintrag kopieren, verlinke ihn aber lieber hier .

Die Ironie ist, dass Flugzeuge, die nicht Fly-by-Wire sind, Fly-by-Wire sind ... Stahlkabel, das ist.

Frühere Flugzeuge (und viele kleinere GA-Flugzeuge bis heute) verwenden normalerweise Steuerkabel aus Stahl, die die Steuerflächen direkt mit dem Witz oder Steuerknüppel verbinden. Wie man sehen kann, wie man zum Heckabschnitt dieses Flugzeugs läuft

( Quelle )

Dies ist keineswegs auf kleine Flugzeuge beschränkt, viele größere Flugzeuge verwenden auch Steuerkabel. Sie können auch Steuerstangen verwenden, die bei Mooney-Flugzeugen üblich sind. Diese gehen jedoch im Allgemeinen auf Kosten des Gewichts, bieten jedoch möglicherweise ein taktileres Gefühl.

Fly-By-Wire bedeutet im Allgemeinen, dass die Steuereingaben über elektronische Kabel an einen Satz hydraulischer Aktuatoren übertragen werden, um die Steuerfläche zu bewegen. Um dies zu erweitern, entscheiden FBW-Systeme auch, welche Bewegungen die Steuerflächen ausführen, und lassen häufig nicht zu, dass sich die Flächen so bewegen, dass das Flugzeug in eine gefährliche Lage gebracht wird. Eine einfache elektrische Signalsteuerung von Aktuatoren ist nicht unbedingt FBW, und selbst so einfache Flugzeuge wie die Cessna 172 haben elektronisch gesteuerte Klappen, die nicht als FBW gelten.

Fly-by-Wire (FBW) ist ein System, das die herkömmliche manuelle Flugsteuerung eines Flugzeugs durch eine elektronische Schnittstelle ersetzt. Die Bewegungen der Flugsteuerungen werden in elektronische Signale umgewandelt, die über Kabel übertragen werden (daher der Begriff Fly-by-Wire), und Flugsteuerungscomputer bestimmen, wie die Aktuatoren an jeder Steuerfläche bewegt werden, um die geordnete Reaktion bereitzustellen. Das Fly-by-Wire-System ermöglicht auch automatische Signale, die von den Computern des Flugzeugs gesendet werden, um Funktionen ohne die Eingabe des Piloten auszuführen, wie in Systemen, die automatisch helfen, das Flugzeug zu stabilisieren oder einen unsicheren Betrieb des Flugzeugs außerhalb seines Leistungsbereichs zu verhindern.

Referenz: Wikipedia

Leichtflugzeuge verwenden eine direkte mechanische Verbindung unter Verwendung von Kabeln und/oder Schubstangen. Größere Flugzeuge und Flugzeuge, die vor der Einführung von FBW hergestellt wurden, verwenden hydraulische Aktuatoren, die direkt an die Steuerungen im Cockpit angeschlossen sind.

Die Grundidee hinter Fly-by-Wire ist, dass die Reaktion der Flugzeugsteuerung vorhersehbar, wünschenswert und sicher ist.

Moderne Verkehrsflugzeugkonstruktionen haben herkömmliche Schubstangen und Kabel zugunsten der Fly-by-Wire-Architektur (FBW) zunehmend aufgegeben, einfach aus Wettbewerbsnotwendigkeit, die von Leistungs- und Sicherheitsmerkmalen angetrieben wird. Direkte mechanische Verbindungen zu den Flugsteuerungen sind einfach und zuverlässig für kleine/leichte Flugzeuge, haben aber Probleme bei größeren Flugzeugen mit höheren Leistungsfähigkeiten. Mechanische Flugsteuerungssysteme haben zunehmend unerwünschte Eigenschaften bei höheren Bruttogewichten und Geschwindigkeiten, da ihnen sowohl Manövrierfähigkeit als auch Reiseeffizienz fehlen.

Größere Flugzeuge haben viel größere Trägheitseffekte und benötigen daher größere Flugsteuerflächen, die auch weiter von den Cockpitsteuerungen entfernt angeordnet sein müssen. Diese gestreckte Anordnung über lange Strecken verursacht eine erhöhte Reibung in den Seilzügen und auch hohe Steuerkräfte bei erhöhter Geschwindigkeit. Ein Langsamflug eines großen Flugzeugs erfordert gleich große Steuerausschläge, die durch übertriebene Steuerbewegungen des Piloten angetrieben werden. Die präzise Steuerung wird beeinträchtigt, da jede mechanische Verbindung im Steuerpfad von der Hand des Piloten zum Höhenruder wackeln kann, auch wenn es nur ein kleines bisschen ist. Das freie Spiel oder die leicht lockeren Verbindungen entlang der Länge des Steuerwegs summieren sich, um die „Totzone“ der Steuerung für die Steuerung des Piloten um den neutralen, zentrierten Punkt herum zu erhöhen.

Die einfachste Implementierung eines Fly-by-Wire-Systems benötigt die folgenden Komponenten:

• eine Pilotschnittstelle zum Erfassen von Steuereingaben (der Einfachheit halber als „Stick“ bezeichnet)
• ein Flugsteuerungscomputer, um Piloteneingaben zu übersetzen, um Oberflächenbewegungen zu steuern
• Servos zur Positionierung der Flugsteuerflächen
• elektrische Energie für die elektronischen Komponenten
• ein Hochleistungssystem für die Flugsteuerungsservos

Diese Vereinfachung eines Fly-by-Wire-Systems ist funktional, aber für ein solches vereinfachtes System ist seine Nützlichkeit wahrscheinlich auf ein funkgesteuertes Modellflugzeug beschränkt. Jede Komponente arbeitet ohne Backup, was bedeutet, dass jeder einzelne Ausfall zu einem Verlust der gesamten Systemfähigkeit führt. Wenn ein Sensor in der Pilotenschnittstelle ausfällt, stürzt das Flugzeug ab. Wenn der Flugsteuerungscomputer Strom verliert oder einfriert, stürzt das Flugzeug ab. Diese Vereinfachung eines FBW-Systems ist einfach, aber zerbrechlich. Es gibt keine Rückmeldung an den Piloten, daher kann die korrekte Funktion jeder Komponente nur angenommen werden, und etwaige Fehler werden nicht zur Korrektur identifiziert. Ohne einige Redundanzen und andere Raffinessen werden ihm einige Fähigkeiten fehlen, die für ein sicheres und zuverlässiges Flugzeug in voller Größe erforderlich sind.

Einiges davon ist aus meinem Buch „Einführung in Fly-by-Wire-Flugsteuerungssysteme: Der Leitfaden für professionelle Piloten zum Verständnis moderner Flugzeugsteuerungen“ entnommen.