Wie funktioniert die Rückmeldung des hydraulischen Stellglied-Servoventils?

Der Aktuator im ersten Bild ist ein Positionsfolgersystem und arbeitet nur dann wie vorgesehen, wenn das Servoventil infolge der resultierenden Kolbenverschiebung geschlossen ist. Das System im Bild funktioniert, wenn das Zylinderende mit der Flugsteuerfläche (die linke Öse mit dem Kreuz darin) und das Kolbenende mit dem Strukturrahmen verbunden ist. Der Schlüssel zum Verständnis ist die Verschiebung des Rotationszentrums:

• Bei senkrecht stehendem Summierbalken ist das Servoventil geschlossen.
• Zunächst steht der Zylinder still und der Pilot lenkt den Steuerknüppel ab, dreht den Summierstab um das untere Gelenk und öffnet das Servoventil. (Schwarz gepunktete Linie).
• Während der Pilot den Steuerknüppel stationär hält , bewegt sich der Zylinder als Reaktion auf das Öffnen des Servoventils. Wenn die anfängliche Auslenkung nach rechts war, bewegt sich der Kolben nach rechts. Das Drehzentrum ist jetzt das obere Scharnier (mechanischer Eingang).
• Wenn der Summierbalken an der Stelle, an der der Pilot jetzt den Steuerknüppel hält , wieder senkrecht wird , schließt das Servoventil. (Rot gepunktete Linie).

Das zweite Diagramm zeigt nicht, wie der Zylinder befestigt ist und wo der mechanische Eingang unten angeschlossen ist. Es könnte sich um ein Positionsfolgesystem oder einen einfachen Geschwindigkeitsausgang handeln, bei dem der Eingang das Servoventil auslenkt, Öl zu fließen beginnt, solange der Eingang offen ist, und sich das Ausgangsende mit einer Geschwindigkeit bewegt, die proportional zur Eingangsauslenkung ist. Wenn die untere „erste mechanische Verbindung“ an der beweglichen Oberfläche befestigt ist und der Zylinder frei beweglich ist, erhalten wir wieder einen mechanischen Positionsfolger.

Die mechanische Rückkopplung durch das Summierglied war die Funktionsweise der ersten Generationen hydraulisch betriebener Systeme. Heutzutage sind Steuerungen elektronisch, nicht mechanisch: Ein Positionsgeber misst den Zylinderausgang und passt den Servoventileingang als Reaktion auf die in der Steuerung programmierten Steuergesetze an.

"Ich nehme an, das ist ein Befehl für den Zylinder, sich nach rechts zu bewegen." Wenn Sie davon ausgehen, dass dies ein Befehl für den Zylinder ist, sich nach links zu bewegen, ist die Rückkopplung negativ und der Mechanismus homöostatisch. Es ist ein schlechtes Design, weil das Summierglied an den Extremen seiner Bewegung in unangenehme Winkel gedrückt wird, und es ist ein schlechtes Lehrbeispiel, weil die mechanische Signalisierung in die entgegengesetzte Richtung zur angetriebenen Aktion erfolgt.

Im zweiten Diagramm bewegt sich die Rückkopplungsbewegung in die richtige Richtung, vorausgesetzt, Sie verstehen, dass sich das Ventilgehäuse (grau) frei bewegen kann. Allerdings ist das Ventil so nachlässig gezogen, dass es nicht funktioniert. Wenn sich die Steuerwelle weit genug nach rechts bewegt, um unter Druck stehendes Öl in den Arbeitskolben bei P1 einzulassen, blockiert sie P2 vollständig und es passiert nichts, und es gibt überhaupt keinen Platz dafür, sich nach links zu bewegen.

So etwas ist sehr schwer vollständig richtig zu machen. Hydraulik kann schwierig sein und Feedback ist normalerweise verwirrend; Setzen Sie sie zusammen und Sie navigieren durch eine Landschaft, die mit peinlichen und teuren Überraschungen übersät ist. Nur die dienstältesten Ingenieure trauen sich, tatsächlich hydraulische Verstärker für Flugzeugsteuerungen zu bauen, und sie schlafen nachts nicht gut.

Daher sollte es keine Überraschung sein, dass die Diagramme in einigen Lehrbüchern unklar, nicht hilfreich oder einfach falsch sind.

Hinweis: Homöostase, von einem System gesagt, bedeutet, dass es einen bevorzugten Zustand hat und dazu neigt, in diesen Zustand zurückzukehren, wenn es gestört wird.

In diesem Fall ist der bevorzugte Zustand dort, wo [SV] zentriert ist und keinen Druck zu beiden Seiten des HPA ausübt. Wenn Sie diesen Mechanismus in Aktion beobachten würden, würden Sie sehen, dass er nur aufhört, sich zu bewegen, wenn sich der mittlere Drehpunkt des Summierglieds in einer bestimmten Position befindet. Man könnte sagen, dass der bevorzugte Zustand des Geräts jeder ist, in dem dieser zentrale Drehpunkt zu Hause ist, oder man könnte sagen, dass es dieser zentrale Drehpunkt ist, der wirklich homöostatisch ist.