Eine übermäßige Phasenverzögerung trägt direkt zur pilotinduzierten Oszillation (PIO) Typ I bei. Die Phasenverzögerung ergibt sich aus:

• Starrkörperdynamik des Flugzeugs (z. B. Verzögerung zwischen Aufzugsoberfläche und Nickgeschwindigkeitsreaktion)
• Aktuatoren (endliche Beschleunigungszeit zwischen Eingabe und gewünschtem Oberflächenwinkel )
• Strukturkonformität (z. B. Kabelreibung)
• Transportverzögerung in Signalen
• Endliche Rechenbandbreite (z. B. Schleifenschlussbandbreite)

Aus NASA-Bericht 4683 kann die PIO-Anfälligkeit ausgedrückt werden, vorausgesetzt, der Pilot ist kompensatorisch ; Das heißt, der Piloteingang und die Flugzeugantwort wären bis auf eine konstante Zeitverzögerung (über Frequenzen hinweg) genau in Phase. Dieses Modell wird ausgedrückt als:

$$ G (s) = \ frac {K} {s} e ^ {- \ tau_e s} $$ span>

wobei $ \ tau_e $ span> die effektive Zeitverzögerung oder äquivalent die Phasenrate als Funktion der Frequenz

Aus seinen Untersuchungen ging hervor, dass eine effektive Zeitverzögerung von mehr als 0,3 Sekunden zu PIO-Problemen führt. Bei einer typischen Zeitverzögerung des Piloten von 0,2 Sekunden würde dies eine effektive Zeitverzögerung der oberen Grenze des Flugzeugs von 0,1 Sekunden bei einer höheren Frequenz (etwa 5 rad / s) von Ende zu Ende bedeuten

Dies ist ein klassisches Problem in der Kontrollsystemtheorie . Die Bedingung, die um jeden Preis vermieden werden muss, ist der Fall, in dem die Steueraktionen des Piloten mit den Bewegungen des Flugzeugs außer Phase geraten, so dass die Sidestick-Aktion die Schwingungen verschlimmert, anstatt sie zu dämpfen.

Die zwei Möglichkeiten, die auftreten können, sind 1) wenn das mit dem Sidestick verbundene Steuerungssystem erhebliche Verarbeitungszeitverzögerungen aufweist und 2) wenn die Reaktionen des Piloten erheblich verzögert sind.

Wie oben ausgeführt, sind die Zeitverzögerungen des Steuerungssystems im Vergleich zu den Zeitkonstanten der Reaktionen des Flugzeugs auf Querruderbewegungen usw. und der signifikanten Zeitverzögerung im Gesamtsystem, das aus Flugzeug + Pilot + Computer besteht, winzig Das Steuerungssystem befindet sich im PILOT, nicht im Steuerungssystem.

Dies führt zu einer sogenannten PIO- oder pilotinduzierten Schwingung , bei der die Reaktionszeitverzögerung des Piloten das gesamte System in eine divergierende Schwingung versetzt - wie zum Beispiel im Fall von Ein Pilot tümmelt ein Flugzeug die Landebahn hinunter, nachdem er bei seiner ersten Landung von der Landebahn abprallt.

Ich weiß nicht, ob computergesteuerte Flugsteuerungssysteme Unterprogramme enthalten, die PIO verhindern, aber vielleicht weiß Peter Kaempf es!

Es gibt einige Erfahrungen mit Level-D-Simulatoren, deren computergenerierte Antworten innerhalb enger Toleranzen mit denen des Originalflugzeugs übereinstimmen müssen.

Vor einigen Jahrzehnten war der Goldstandard für Unix-Echtzeit-Host-Computer waren 30 Hz. So wurde 30 Mal pro Sekunde alles Folgende berechnet:

• Oberflächenauslenkung durch Stick-Eingabe, einschließlich Kabeldehnung, Ölflusssimulation usw.
• Aerodynamische Scharniermomente am Oberfläche.
• Von den Aktuatoren ausgeübte hydraulische Scharniermomente.
• Aerodynamische Kräfte und Momente auf das Flugzeug.
• Trägheitsverhalten des Flugzeugs.

Mit einer Aktualisierungsrate von 30 Hz wird die Der Standard wurde für das Null-Flugzeit-Training der Stufe D als akzeptabel angesehen, was eine Zeitverzögerung von 1 Frame = 0,0333 Sekunden impliziert. Wir wissen also, dass dies schnell genug ist: Frequenzrate 30 Hz, Zeitverzögerung 0,0333 Sekunden.

Abgesehen davon ist diese Iterationsrate für heutige Computer ein Lächeln, der Code, der bei 30 Hz lief Auf einem Macbook Pro läuft jetzt ein hochmoderner Echtzeit-Unix-Computer mit 3000 Hz.

Gibt es eine maximale Verzögerung zwischen der Eingabe des Piloten und der Durchbiegung der Flugsteuerfläche, um ein Flugzeug zu zertifizieren?

Im wahrsten Sinne des Wortes nein. Die einzigen Aussagen der FAA zur Latenz betreffen ADS-B.

Um zu messen, wonach Sie fragen, ist eine zeitliche Verzögerung zu einfach. Sie benötigen so etwas wie die bandbegrenzte Impulsantwort des Systems oder das zeitliche Äquivalent einer Modulationsübertragungsfunktion. Und das nicht nur von der Knüppelauslenkung bis zur Oberflächenauslenkung, sondern bis zur Änderungsrate der (sagen wir) Rollrate. Die FAA versucht nicht einmal, Zahlen für die Ausgabe dieses Prozesses durchzusetzen, unabhängig von den Komplikationen, die dazu führen.

Wenn die Kontrolllatenz eines Flugzeugs in gewisser Hinsicht gefährlich hoch war, waren die Testpiloten (oder die Flugsimulatoren!) würden es gut bemerken, bevor Zertifizierungsformulare an die FAA gesendet wurden.

Für die zivile Zertifizierung gibt es keine spezifischen Anforderungen für die Zertifizierung im FAA-Teil 23/25 oder im EASA CS 23/25. Offensichtlich müssen Flugzeuge jedoch nicht für PIOs anfällig sein, obwohl es keinen speziellen Abschnitt gibt, der sich mit dem Problem befasst. Wie oben von @Jimmy erwähnt, sind Zeitverzögerungen im Steuerungssystem der Hauptgrund für PIOs vom Typ I. Das Ziel der Designer sollte es daher sein, diese Zeitverzögerungen so gering wie möglich zu halten.

Andererseits werden die militärischen Anforderungen in Bezug auf die Zertifizierungsanforderungen etwas detaillierter. Flugzeuge werden basierend auf den Zeitverzögerungen von 0,1, 0,2 und 0,25 Sekunden im Steuerungssystem als Stufe 1, 2 und 3 eingestuft. Offensichtlich ist Level 1 das Beste.

Im selben Handbuch (Flugqualitäten von pilotierten Flugzeugen) ist es auch erforderlich, die Zeitverzögerung in Bezug auf die Phasenverzögerung zu definieren. Und es klassifiziert es nach Flugphasen wie Start und Landung, Kreuzfahrt usw. Es beginnt bei 15 Grad und geht bis zu 60 Grad Phasenverzögerung für die Anforderungen der Stufen 1, 2 und 3.

Der verwendete technische Begriff ist Latenz, d. h. die Ausbreitungs- (oder Transport-) Verzögerung zwischen dem Eingang (Pilotsteuerung) und dem Ausgang (Steuerflächenbewegung). Der Flugzeugkonstrukteur (oder Erstausrüster) bestimmt die akzeptable Latenz.

Die akzeptable Latenz hängt vom Flugzeugtyp ab, dh Fluglinien-, General Aviation- oder Hobby-Flugzeugen, der Flugsteuerungsdynamik des jeweiligen Flugzeugs und den Systemen, über die das resultierende Signal erzeugt wird (Pilot Control Sensors -> Flight) Steuercomputer / mechanische Verbindungen -> Betätigungseinheit -> Oberflächenbewegung) und die kritische Signalübertragung (z. B. Steuerflächenbetätigung).

Für Fluggesellschaften wie Airbus (A330) oder Boeing (B787). Die Latenz zwischen den Steuereingängen des Piloten und der Betätigung der Flugsteuerfläche liegt normalerweise zwischen 50 und 100 ms.