Welche Flugzeugklassen benötigen hydraulische Flugsteuerungen?

Hydraulische Flugsteuerungen sind für eine bestimmte Klasse nicht obligatorisch, aber ab einer bestimmten Größe und Geschwindigkeit wird es schwierig, alle Zertifizierungsanforderungen zu erfüllen, ohne zumindest etwas hydraulischen Schub hinzuzufügen.

In der Vergangenheit verwendeten Flugzeuge manuelle Steuerungen. Mit zunehmender Größe und Geschwindigkeit stiegen die Kräfte und es wurden immer raffiniertere Kraftreduzierungssysteme erfunden , um die Stockkräfte in Grenzen zu halten .

• Beim Erstflug des Segelflugzeugs Messerschmitt Me-321 stellte sich heraus, dass die Steuerkräfte insbesondere beim Rollen viel zu hoch waren, sodass ein zweiter Pilot mit einem zweiten Steuerknüppel installiert wurde.
• Die Dornier Do-335 oder die Republic P-47 verwendeten einen Teleskopstab: Bei niedriger Geschwindigkeit war der Stab kurz und konnte sich durch den gesamten Bereich der Querruderausschläge bewegen, während er bei hoher Geschwindigkeit teleskopisch ausgefahren werden konnte. Dies begrenzte den Bewegungsbereich, verbesserte jedoch die Hebelwirkung des Piloten.
• Die English Electric Canberra verwendete interne Balancen für die Querruder und eine Feder in den Querrudersteuerungen, um die Steuerknüppelkräfte zu begrenzen. Bei Höchstgeschwindigkeit konnte das Ruderhorn noch seinen vollen Ausschlag ausschlagen, aber die erreichbaren Querruderausschläge betrugen nur wenige Grad – immer noch ausreichend für ausreichende Rollagilität.

Querruder haben Masse. Es gibt eine Quelle. Etwas, das sich bewegt. Jeder Ingenieur sollte als nächstes überlegen: Was ist mit Flattern? Mit komplexeren Kraftreduzierungen wuchs die Wahrscheinlichkeit, dass etwas Unerwartetes passiert, und die Ausfallarten vervielfachten sich. Letztendlich hat die Einführung der Hydraulik so viele Probleme gelöst, dass de facto oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeits- und Größenkombination keine andere Option mehr Sinn macht.

Ich habe mit Rockwell (ehemals Nordamerikaner) an einem zweisitzigen Jet-Trainer gearbeitet; eine Kombination aus Größe und Geschwindigkeit, die vor 60 Jahren manuelle Steuerungen gehabt hätte. Ich schlug vor, die gleichen Kraftreduzierungsmechanismen zu verwenden, die beim F-86 verwendet wurden, aber am Ende wurde ein hydraulischer Schub gewählt. Warum?

• Niemand hatte mehr Erfahrung mit manuellen Steuerungen. Nach so vielen Jahren waren alle Ingenieure der F-86-Ära längst im Ruhestand oder verstorben.
• Die nordamerikanischen Archive waren vor Jahren weggeworfen worden, sodass keine Dokumentation darüber zurückblieb, wie man ein manuelles Steuerungssystem für diesen Geschwindigkeitsbereich richtig konstruiert.
• Das hydraulische Verstärkungssystem war einfach zu installieren, verwendete Standardkomponenten und war billiger zu konstruieren, weil jeder mit der Technologie vertraut war.

Wie ich bereits sagte : Lassen Sie mich nicht damit anfangen, wie genau Sie die Rollstabkräfte anpassen können - dies wird ein Beitrag, der viel länger sein wird als alles, was ich hier zuvor geschrieben habe.

Soweit ich weiß, gibt es keine feste Vorschrift, die an einem bestimmten Punkt Hydraulik erfordert. Einerseits muss das Flugzeug tatsächlich steuerbar sein. Wenn dies bei Betriebsgeschwindigkeiten nicht erreichbar wäre, wäre Hydraulik erforderlich.

Im Brief der FAA zu Flugsteuerungen

Als die Luftfahrt reifer wurde und Flugzeugkonstrukteure mehr über Aerodynamik lernten, produzierte die Industrie größere und schnellere Flugzeuge. Daher stiegen die auf die Steuerflächen wirkenden aerodynamischen Kräfte exponentiell an. Um die von Piloten benötigte Steuerkraft handhabbar zu machen, entwarfen Flugzeugingenieure komplexere Systeme. Zunächst wurden hydromechanische Konstruktionen, bestehend aus einem mechanischen Kreislauf und einem hydraulischen Kreislauf, verwendet, um die Komplexität, das Gewicht und die Einschränkungen mechanischer Flugsteuerungssysteme zu reduzieren.

Die FARs listen die Grenzen der Kraft auf einen Steuereingang in FAA FAR 23.397 auf

(a) Im Steuerflächen-Flugbelastungszustand müssen die Luftlasten auf beweglichen Flächen und die entsprechenden Auslenkungen diejenigen nicht überschreiten, die sich im Flug aus der Anwendung einer Kraft des Piloten innerhalb der in Absatz (b) dieses Abschnitts angegebenen Bereiche ergeben würden. Bei der Anwendung dieses Kriteriums müssen die Wirkungen von Verstärkungs- und Servomechanismen des Steuersystems und die Wirkungen von Vorsprüngen berücksichtigt werden. Die Anstrengung des automatischen Piloten muss für das Design verwendet werden, wenn er allein höhere Steuerflächenlasten erzeugen kann als der menschliche Pilot.

Denken Sie daran, dass dies nicht unbedingt Hydraulik erfordert, aber wenn Sie kein Kabel-/Trimmklappensystem bauen können, das innerhalb dieser Kraftgrenzen liegt, müssen Sie eine Art von Unterstützung hinzufügen.

Es gibt keine bestimmte Gewichts- oder Größenklasse für die Anforderung einer hydraulischen Flugsteuerung. Die Anforderungen an die Kontrollkräfte sind innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, was im Allgemeinen mit zunehmender Größe und Geschwindigkeit der Flugzeuge schwieriger wird.

Das manuelle Beibehalten des Steuersystems hat den Vorteil, dass die Luftkräfte an den Piloten zurückgemeldet werden und dass sich die Steuerungen mit zunehmender Fluggeschwindigkeit versteifen, wodurch es schwieriger wird, große Auslenkungen vorzunehmen, die der Flugzeugzelle hohe Beschleunigungen auferlegen würden. Größere/schnellere Flugzeuge erfordern jedoch größere Steuerflächen mit den damit verbundenen größeren Steuerkräften. Die Kontrollkräfte müssen jedoch innerhalb der Grenzen der menschlichen Kraftfähigkeit bleiben.

Viele der älteren hydraulisch betätigten Flugzeuge haben irgendeine Form von Rückkopplung der Flugzeuggeschwindigkeit. Die 737 hat Q-Feeling im Pitch-Kanal: Ein künstliches Feeling-System versteift die Flugsteuerung als Funktion des dynamischen Drucks, wie er vom Pitot-Rohr erfasst wird. Das haben auch die DC-10 und die L-1011.

In einem früheren Leben habe ich Verträge für die Simulatormodellierung von Flugsteuerungssystemen für Starrflügel- und Hubschrauberflugsteuerungen abgeschlossen, und die Beech 1900 ist einer der Typen, an denen ich gearbeitet habe. Es hat ein vollständig manuelles Steuersystem, alle Aerokräfte werden an den Piloten zurückgemeldet. Der Pitchkanal hat eine Abwärtsfederung von etwa 40 lbf, was aus Bodenmessungen hervorgeht. Ich habe Kommentare darüber gehört, dass die Nickkräfte während der Landung hoch sind und dass insbesondere weibliche Piloten Probleme haben können, diese Kräfte während der Landung auszuüben. Die hydraulische Betätigung kann das Fliegen des Flugzeugs erleichtern und die erforderlichen Kräfte anpassen. Es gibt größere und schnellere Flugzeuge, die für manuelle Steuerung zertifiziert sind, die F100 ist eine: Pitch hat manuelle Sicherung.