Hubschrauberhersteller scheinen Fly-by-Wire-Systeme nur langsam eingeführt zu haben. Ich habe in der General Dynamics-Gruppe gearbeitet, die das Fly-by-Wire-System für die F-16 entwickelt hat. Dies war das erste Serienflugzeug mit Fly-by-Wire-Funktion (ohne mechanische Backup-Systeme). Als ich dort anfing zu arbeiten, aktualisierten sie gerade das System, um einen digitalen Flugsteuerungscomputer einzubauen. Die Produktion erforderte eine umfassende Koordination zwischen mehreren Disziplinen. Als Elektrotechniker habe ich regelmäßig mit Software-Ingenieuren, Konstrukteuren von Kontrollgesetzen, Testingenieuren und "Mechanisierungs" -Ingenieuren zusammengearbeitet. Es hat viele Jahre gedauert, bis das Unternehmen eine solche Kultur entwickelt hat, in der sich jedes Mitglied um die Effizienz und Sicherheit des Flugzeugs kümmert. Ich spekuliere, dass die Hubschrauberhersteller einige Jahrzehnte lang nicht aufgeholt haben, weil die Finanzierung begrenzt war.

Hier ist ein Artikel, der die Erfahrung der Armee beschreibt: Armee langsam, um Fly-by-Wire-Steuerungen anzupassen für Hubschrauber

Abgesehen von der Finanzierung sind Hubschrauber ideale Kandidaten für Fly-by-Wire-Systeme. Das offensichtliche Ziel ist es, ein marginal kontrollierbares Flugzeug zu nehmen und es sowohl stabil als auch wendig zu machen. Dies würde die Arbeitsbelastung der Piloten drastisch reduzieren. Die meisten Fly-by-Wire-Systeme für Hubschrauber ermöglichen freihändige Schwebeflug- und entkoppelte Steuereingaben (dh Seitwärtsflug ohne Rudereingaben).

Der erste Hubschrauber, der ein großartiges Fly-by-Wire-System demonstrierte, war der Sikorsky RAH-66. Es erreichte sogar einen Seitenflug mit 60 Knoten und einen Rückflug mit 25 Knoten, wobei nur zyklische Stick-Eingaben verwendet wurden. Leider wurde dieses Programm im Jahr 2004 eingestellt. Der erste militärische Militär-Fly-by-Wire-Hubschrauber ist der NHIndustries NH90, der 2002 als erster Hubschrauber ohne mechanische Backup-Steuerung geflogen ist und in Dienst gestellt wurde 2007. Der erste zivile Fly-by-Wire-Hubschrauber, der Bell 525, befindet sich derzeit in der Entwicklung.

Es gibt zwei Extreme:

• Keine erweiterten Kontrollen, d. h. die meisten normalen Flugzeuge. Der Pilot steuert Steuerflächen und Motoren direkt.
• Stark erweiterte Steuerungen (links, rechts, oben und unten schalten genau so) wie Quadcopter. Der Pilot gibt den Befehl, wie sich das Flugzeug bewegen soll, was durch einen Algorithmus in Steuerflächen- und Triebwerkseingaben übersetzt wird.

Bei beiden Extremen ist das Zeug recht gut verstanden. Wenn Sie dazwischen gehen, wird es problematisch.

Erweiterte Steuerelemente

Es gibt immer einen Konflikt zwischen einer vorteilhaften Änderung, die dem Piloten das Fliegen erleichtert und ein höheres Maß an Abstraktion von den Flugsteuerungen. Ein Ort, an dem dies besonders häufig vorkommt, sind Airbus-Flugzeuge, bei denen Missverständnisse zwischen Pilot, Schnittstelle, Steuerung und Flugzeug zu mehreren Unfällen geführt haben.

Simons Punkt hier - was möchten Sie, dass Sie Oberflächen steuern? do- ist sehr relevant.

Dynamisches System

Hubschrauber sind unglaublich dynamisch. Zum Beispiel drückt eine seitliche Böe den Hubschrauber zur Seite, aber dies würde auch zu einer unverhältnismäßigen Drehung der gesamten Flugzeugzelle führen, die durch die Oberfläche der Heckrotorflosse verursacht wird. Die reine Seitwärtskraft (nicht die Momentkraft) durch Erhöhen der Heckrotorleistung wird jedoch nicht kompensiert und würde eine erneute Einstellung des Hauptrotors erfordern, um in Position zu bleiben. Jede Reaktion und Eingabe des Piloten müsste angemessen gehandhabt werden, um eine vom Piloten induzierte Schwingung zu verhindern.

Stabilitätserweiterung wird beispielsweise beim EC135 verwendet:

Das Auto Flight System ist hierarchisch aufgebaut und umfasst auf G-IWRC ein dreiachsiges Stability Augmentation System (SAS) und einen Autopiloten. Die SAS bestand aus einer Pitch and Roll SAS (P&R SAS) und einer Gier-SAS. Der Hubschrauber war auch mit einem Pitchdämpfer ausgestattet. Diese Systeme werden zur Stabilisierung der Fluglage des Hubschraubers um die Längs-, Quer- und Gierachse verwendet, indem Eingaben mit begrenzten Berechtigungen auf die Hauptsteuerungen angewendet werden.

Das SAS-System ist für den praktischen Betrieb ausgelegt bedeutet, dass der Pilot Steuereingaben über die zyklische Steuerung und die Gierpedale bereitstellen muss, um die Fluglage des Hubschraubers zu steuern. Die SAS wird während des Startvorgangs automatisch aktiviert und kann durch Drücken eines der SAS-DCPL-Schalter oben auf jedem zyklischen Steuerknüppel deaktiviert werden. Das Wiedereinschalten des SAS erfolgt über einen Vierwegeschalter am zyklischen Griff mit der Bezeichnung P&R / P - P / y RST. Eurcopter EC135-Unfallbericht

Pilotrolle und regulatorische Aspekte

Ich habe an UAV-Systemen gearbeitet, die funktionieren "Der ganze Weg" zur Steuerungsautomatisierung. Ich denke, ein Teil des Problems ist die konservative Meinung zur Rolle des Piloten. Airbus wurde wegen seiner Designentscheidungen, die dem Piloten das Fliegen erleichtern sollen, heftig kritisiert. Die Erweiterung der Flugsteuerung ist ein riskantes Geschäft.

Änderungen sind im Luftverkehrssektor schwer umzusetzen und teuer zu testen. Wir könnten letztendlich den Piloten entfernen und wer auch immer an Bord ist (Arzt, Krankenschwester), könnte einfach einen Punkt auf einer Karte als Landeplatz auswählen. Wir haben die vollautomatische Flugsteuerung erstellt, indem wir die von Ihnen vorgeschlagene Steuerung nach oben / unten / links / rechts ... durchgeführt haben. Es ist (vollständig) technisch machbar, da dies der Autopilot tut. Das Ändern der Interpretation aktiver Steuereingaben unter dem Gesichtspunkt der Verwendung, Lizenzierung, Schulung und Ausführung ist eine ganz andere Geschichte.

Ja, Fly-by-Wire-Steuerungen werden in Hubschraubern angewendet. Es gibt jedoch eine einfachere und viel ältere Lösung für den mehrdimensionalen Flugsteuerungstanz in Hubschraubern: den mechanischen Mischer.

Betrachten Sie einen Hubschrauber in einem stabilen Schwebeflug. Es sind nur kleine Bewegungen um den neutralen Punkt der Flugsteuerung erforderlich, um kleine Schwankungen des Luftstroms auszugleichen. Ziehen Sie nun am Kollektiv, um an Höhe zu gewinnen, und der Neutralpunkt sowohl der Pedale als auch des seitlichen Steuerknüppels ändert sich: Der Rotor liefert mehr Auftrieb, aber auch mehr Drehmoment. Kompensieren Sie dies mit erhöhtem Heckrotorschub, kompensieren Sie das erhöhte Schwanken mit dem seitlichen Steuerknüppel.

Der mechanische Mischer macht genau das automatisch. Es befindet sich in großen Hubschraubern wie CH-53, UH-60 usw. und befindet sich hinter den Flugsteuerungen, jedoch vor den Taumelscheibenaktuatoren. Es handelt sich lediglich um einen Satz mechanischer Arme und Beine, die das Kollektiv mit der Pedalverbindung usw. verbinden / p>

Beachten Sie, dass der mechanische Mischer nur den Trimmpunkt der Flugsteuerung ändert, nicht jedoch die statische Stabilität des Hubschraubers oder die Kreuzkopplungseffekte der Rotorträgheit usw. Dafür benötigen Sie F-16-like Fly-by-Wire mit redundanten Computern & all.

Die Hauptfolge unabhängiger Steuerungen in einem Hubschrauber ist, dass dieselbe Steuerungsbewegung abhängig von der Bewegung anderer Steuerungen unterschiedliche Ergebnisse hat.

Betrachten Sie beispielsweise den kollektiven Schwebeflug und variieren Sie die Kollektiv führt zu einer Änderung der Höhe, während im Vorwärtsflug dasselbe entweder zu einer Änderung der Höhe oder der Geschwindigkeit führt, je nachdem, wie der Zykliker bewegt wird. Der Betrieb von Cyclic hat ähnliche Ergebnisse, basierend auf dem Betrieb anderer Steuerungen.

Dies ist das Problem bei Pseudo- oder gekoppelten Steuerungen. Die Hubschrauberantwort kann von der beabsichtigten abweichen. Auf der anderen Seite ist der FBW-Computer ziemlich einfach - Sie geben die Steuerelemente ein, die über den Computer an die Aktuatoren gesendet werden. Der Computer muss nicht raten, was Sie hier tun möchten.

Ich denke, es gibt einige Hubschrauber, bei denen bewegliches Kollektiv das Drehmoment automatisch anpasst, obwohl dies der einzige Fall ist, in dem ich denke, dass das Steuerungen sind gekoppelt.

Das Konzept fortschrittlicher Steuerungen für Drehflügelfahrzeuge gibt es schon seit langer Zeit. Ich habe in den 80er Jahren für McDonnell Aircraft in ihrer Simulationsgruppe gearbeitet, als sie um das LHX-Programm (Light Helicopter eXperimental) konkurrierten. Obwohl ich nicht sagen kann, dass dies die früheste Implementierung solcher Steuerungen ist, muss es eine der frühesten sein.

Die Flugsteuerungen haben im Grunde genommen die zyklische und kollektive entfernt und durch eine Vierwege-Seitenwaffensteuerung ersetzt - Grundsätzlich ein 3D-Joystick mit Drehung. Jede horizontale Bewegung innerhalb der Flugebene wurde gesteuert, indem der Controller in die Richtung gedrückt wurde, in die sich das Fahrzeug bewegen soll, vorwärts, rückwärts oder seitwärts. Der vertikale Flug wurde durch Auf- oder Abwärtsdruck auf die Steuerung gesteuert. Das Plattformgieren wurde durch Drehen des Controllers durchgeführt. - Referenz

Obwohl ich Flugzeuge seit vielen Jahren liebe und (noch) nicht meine PPL bekommen habe, habe ich die Starrflügelsimulatoren geflogen und Spaß gehabt . Da ich noch nie einen traditionell gesteuerten Hubschrauber geflogen war, fand ich das Fliegen mit dem LHX sehr intuitiv.

Kurze Antwort: Wir haben bereits Fly-By-Wire-Rotorboote von Bell / Sikorsky, Airbus und wahrscheinlich anderen. Verweisen Sie auf die Bell 525, Sikorsky V22, Airbus / Eurocopter NH90

Lange Antwort: Es ist sehr teuer und zeitaufwändig, ein neues Flugzeug oder System zu zertifizieren. Selbst einfache Änderungen an zertifizierten Flugzeugen oder Systemen können aus Sicht der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften sehr teuer und zeitaufwändig sein. Dazu müssen die Flugzeuge und Systeme während des Entwicklungszyklus getestet und jedes kleine Detail dokumentiert werden.

Menschen sind generell resistent gegen Veränderungen - Änderungen an etwas, das sie kennen, lieben, respektieren und manchmal fürchten, bringen das Schlimmste in ihnen hervor. Piloten sind nur Menschen mit Gefühlen, Wünschen und Meinungen wie alle anderen auch.

Zum Zeitpunkt dieses Schreibens Ende 2018 sind Fly-By-Wire-Systeme nicht nur technisch machbar, sondern auch ausgereift. Die Elektronik und die Servos sind so kostengünstig, dass Dreifachredundanz nur geringfügige zusätzliche Kosten verursacht. Alle unsere heute komplexesten kommerziellen und militärischen Flugzeuge (2018) verfügen über Fly-By-Wire-Systeme, einschließlich Rotor- und Raumfahrtsysteme.