Varför inte förenklade kontroller med helikopterstyrning?

Helikoptertillverkare verkar ha varit långsamma för att anta system för fly-by-wire. Jag brukade arbeta i General Dynamics-gruppen som designade F-16-systemet. Det var det första produktionsflygplanet som hade full-authority fly-by-wire (utan mekaniska backup-system). När jag började jobba där, var de på väg att uppdatera systemet för att införliva en digital flygkontrolldator. Produktionen krävde omfattande samordning mellan flera discipliner. Som elektrikertekniker har jag regelbundet interagerat med mjukvaruutstruktörer, kontrolllagsdesigners, testingenjörer och mekaniseringstekniker. Det tog många år för företaget att utveckla en sådan kultur, där varje medlem är oroad över flygplanets effektivitet och säkerhet. Jag spekulerar helikopterns tillverkare gick inte in i några decennier eftersom finansieringen var begränsad.

Här är en artikel som beskriver arméns erfarenhet: Armén långsammare att anpassa flyg -by-Wire Controls för helikoptrar

Finansiering åt sidan, helikoptrar är idealiska kandidater för fly-by-wire-system. Det uppenbara målet är att ta ett marginalt styrbart flygplan och göra det både stabilt och manövrerbart. Det skulle dramatiskt minska pilotens arbetsbelastning. De flesta helikopters fly-by-wire-system uppnår handsfree-svängare och avkopplade styringångar (dvs. sidledning utan att behöva roderingångar).

Den första helikoptern som visade sig vara ett bra fly-by-wire system var Sikorsky RAH-66. Det uppnådde även sidledning vid 60 knop och bakåtgående flygning med 25 knop, med endast cykliska stickingångar. Tyvärr blev det programmet avbrutet 2004. Den första produktionen militära fly-by-wire-helikoptern är Airbus NH90, som gick in i service 2007. Snart kommer det att bli produktion av den första civila fly-by-wire-helikoptern också: Bell 525 .

Det finns två ytterligheter:

• Inga förstärkta kontroller, dvs mest normala flygplan. Pilot kontrollerar kontrollytor och motorer direkt.
• Kraftigt ökade kontroller (vänster, höger, uppåt ändras precis som det), som quadcopters. Pilot ger kommandot hur flygplanet ska flytta som översätts av algoritmen till kontrollytan och motorns ingångar.

Vid någon av de två ytterligheterna är saker ordentligt väl förstådda. Det är när du går in mellan det börjar bli problematisk.

Augmented Controls

Det finns alltid en konflikt mellan en fördelaktig förändring som gör flygningen lättare för piloten och en högre grad av abstraktion från flygkontrollerna. En plats där detta är särskilt vanligt förekommer på Airbus-flygplan, där missförstånd mellan pilot, gränssnitt, kontroll och flygplan har lett till flera olyckor.

Simons punkt här - vad vill du att du kontrollerar ytor att göra - är väldigt relevant.

Dynamiskt system

Helikoptrar är otroligt dynamiska. Till exempel kommer en sidoväggen att trycka helikoptern till sidan, men det skulle också resultera i en oproportionerlig rotation på hela flygplanet som orsakas av svansrotorfins yta. Ändå är den rena, sidledda (icke-moment) kraften från att öka svängrotorns effekt kompenserad och skulle kräva att huvudrotorjusteringen återigen hålls i läge. Eventuella pilotresponser och ingångar måste hanteras på lämpligt sätt för att förhindra pilotinducerad oscillation.

Stabilitetsförstärkning används, till exempel på EC135:

The Auto Flight System is hierarchical in concept and on G-IWRC comprised a three axis Stability Augmentation System (SAS) and an autopilot. The SAS consisted of a Pitch and Roll SAS (P&R SAS) and yaw SAS. The helicopter was also equipped with a pitch damper. These systems are used for stabilising the attitude of the helicopter about the longitudinal, lateral and yaw axes by applying limited authority inputs to the main controls.

The SAS system is designed for ‘hands-on’ operation, which means that the pilot must provide control inputs through the cyclic control and yaw pedals in order to control the attitude of the helicopter. The SAS is automatically activated during the start procedures and can be disengaged by pressing either of the SAS DCPL switches located on top of each cyclic stick grip. Re-engagement of the SAS is through a four-way switch on the cyclic grip, labelled P&R/P – P/y RST. Eurcopter EC135 Accident Report

Pilot Roll och Regulatory Aspects

Jag har arbetat med UAV-system som går "hela vägen" på kontrollautomation. Jag tror att en del av problemet är den konservativa opinionen om pilotens roll. Airbus har blivit starkt kritiserad för sina designval som ska göra det lättare för piloten att flyga. Ökad flygkontroll är riskabelt företag.

Förändringar är svåra att genomföra och testa dyrt inom flygbranschen. Vi kunde i slutändan ta bort piloten och den som ombord (läkare, sjuksköterska) kunde bara välja en plats på en karta som landningsplats. Genom att gå till scenen med att trycka upp / ner / vänster / höger ... styr som du föreslår, har vi skapat helautomatiska flygkontroller. Det är (helt) tekniskt genomförbart, eftersom det är vad autopiloten gör. Att ändra hur aktiva kontrollinmatningar tolkas från en användning, licens, träning och utförande är en helt annan historia.

Begreppet avancerade kontroller för roterande vingsfartyg har funnits länge. Jag arbetade för McDonnell Aircraft i sin simuleringsgrupp under 80-talet när de tävlade om LHX-programmet (Light Helicopter eXperimental). Medan jag inte kan säga detta är det tidigaste genomförandet av sådana kontroller, måste det vara ett av de tidigaste.

Flygkontrollerna tog i grunden bort cykliska och kollektiva och ersatte den med en fyrvägs sidearm-kontroller - i princip en 3D-joystick med rotation. Varje horisontell rörelse inom flygplanet styrdes genom att trycka regulatorn i den riktning som du ville att båten skulle röra sig framåt, bakåt eller sidled. Vertikal flygning styrdes genom att trycka uppåt eller nedåt tryck på styrenheten. Plattformen gjordes genom att vrida styrenheten. - Referens

Även om jag har älskat flygplan i många år, och jag har inte (ännu) fått min PPL, brukade jag flyga de fasta vingsimulatorerna och hade kul. Men jag har aldrig flugit en traditionellt kontrollerad helikopter, men jag hittade att flyga LHX mycket intuitivt.

Kort svar: Vi har redan Fly-By-Wire rotor-båtar från Bell / Sikorsky, Airbus och förmodligen andra. Hänvisning till Bell 525, Sikorsky V22, Airbus / Eurocopter NH90

Långt svar: Det är enormt dyrt och tidskrävande att få ett nytt flygplan eller systemcertifierat. Även enkla ändringar av ett certifierat flygplan eller system kan vara enormt dyra och tidskrävande från en tillsynsmyndighet som uppfyller kraven, vilket måste innefatta testning av nämnda flygplan och system under utvecklingscykeln samtidigt som alla små detaljer dokumenteras.

Människor är resistenta mot förändring i allmänhet - gör förändringar i någonting de vet, kärlek, respekt, och ibland rädsla kommer att få ut det värsta i dem. Piloter är bara människor med känslor, önskningar och åsikter precis som alla andra.

Vid skrivandet i slutet av 2018 är Fly-By-Wire-systemen inte bara tekniskt genomförbara, de är mogna. Elektronik och servo är så billiga att triple-redundans är en trivial extra kostnad. Alla våra mest komplexa kommersiella och militära flygplan idag (2018) har Fly-By-Wire-system inklusive rotor-hantverk och rymdsystem.