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ⓘ Fly-by-wire




Fly-by-wire
                                     

ⓘ Fly-by-wire

Il sistema di controllo Fly-by-Wire, a volte chiamato Digital-Fly-by-Wire o abbreviato in FBW, letteralmente volare tramite cavo, è un sistema che sostituisce i tradizionali comandi di volo diretti con un sistema di comando elettronico digitale. Le connessioni meccaniche tra barra di comando e superfici alari sono così sostituite da una catena di trasduttori e sensori che dalla cloche inviano il comando, tramite segnali elettrici, insieme ad una opportuna serie di dati, a uno o più computer che, dopo opportune elaborazioni, trasmettono dei segnali ad appositi attuatori i quali a loro volta muovono le superfici aerodinamiche attraverso il sistema idraulico o attraverso attuatori elettromeccanici.

Similmente, anche le manette non sono meccanicamente connesse ai motori, ma inviano segnali elettrici al FADEC Full Authority Digital Engine Control.

                                     

1. Sviluppo

In virtù della connessione di tipo fisico e meccanico tra organo di comando la barra e superfici di governo aerodinamico, il sistema di controllo diretto è reversibile perché, esercitando manualmente unadeguata forza sulle superfici aerodinamiche, si ottiene un corrispondente movimento della barra di controllo.

Nel passato tale sistema era installato su tutti gli apparecchi, mentre oggi si trova generalmente solo sui velivoli più semplici.

I sistemi di controllo reversibili sono stati validi finché gli aerei non hanno superato dimensioni e velocità di volo tali da far diventare lo sforzo sulla barra troppo elevato, rendendo impossibile il governo dellaeromobile anche con luso di sistemi di compensazione aerodinamici ad esempio opportune alette di compensazione.

Esistono anche sistemi di controllo irreversibili: lo sforzo esercitato dal pilota si traduce opportunamente, attraverso cavi e pulegge, in un comando a delle servovalvole, le quali azionano gli organi di potenza che sono in genere costituiti da attuatori idraulici; in tale caso, ad esempio, muovendo manualmente lequilibratore non si osserva una conseguente rotazione della barra di controllo. Il sistema certamente non guadagna in semplicità, poiché ha bisogno di un circuito idraulico in pressione e di un organo di sensibilità artificiale: bisogna tener presente infatti che il pilota percepisce lazione che sta effettuando sul velivolo solo attraverso gli sforzi che si trova a dover esercitare sugli organi di comando e non ha modo di avvertire leffettivo movimento delle superfici ad alte velocità di volo le rotazioni sono minime, dellordine di qualche grado o addirittura di frazioni di grado; interrompendo la connessione meccanica fra organi di comando e superficie di governo, è necessario avere sistemi che ricostruiscano per il pilota gli sforzi che deriverebbero dalle superfici aerodinamiche.

Un altro motivo che ha portato allutilizzo di questi sistemi di controllo è che il numero di Mach in regime transonico modifica tutti i coefficienti aerodinamici del velivolo.

Di fronte a questo tipo di problemi, garantire il corretto andamento degli sforzi di barra in funzione della velocità di volo con sistemi di comando reversibili sarebbe diventato di fatto impossibile.

Dai sistemi di controllo reversibili si è passati in tempi più recenti ai sistemi detti fly-by-wire nei quali il collegamento fra barra di comando ed attuatore non è più realizzato mediante un meccanismo fisico, ma mediante una connessione di tipo informatico.

                                     

2. Storia

Il primo velivolo di sempre ad adottare questo sistema fu laereo da combattimento General Dynamics F-16 Fighting Falcon. Lapplicazione successiva è quella dei sistemi detti fly-by-light che dal punto di vista concettuale differiscono da quelli precedenti in quanto il collegamento mediante segnali elettrici è sostituito da un collegamento a fibre ottiche. In questo tipo di sistemi i segnali elettrici provenienti dai trasduttori vengono convertiti in segnali ottici che viaggiano allinterno di fibre ottiche e poi in prossimità della servovalvola vengono riconvertiti in segnali elettrici. I motivi per i quali si utilizzano questi sistemi sono diversi: il peso ridotto, la quantità di informazioni trasmesse, ma il più importante è la minor sensibilità di questi sistemi alle interferenze elettromagnetiche.

LF-16 è stato il primo velivolo ad avere un sistema di controllo fly-by-wire: questo velivolo è pilotato non con una barra di comando classica, ma con una barra detta sidestick barra laterale la quale, nella versione originale, non rispondeva con un ritorno di forza. Con questo sistema non si guadagna in peso o in semplicità perché bisogna garantire il funzionamento anche in caso di certe avarie e quindi è richiesta una triplice o quadrupla ridondanza, ma linnegabile vantaggio è che questo si interfaccia molto bene con tutto ciò che a bordo proviene dal calcolatore. Rispetto ad un sistema meccanico o parzialmente meccanico, il sistema installato sullF-16 permette di interfacciare i comandi che provengono dal pilota con quelli che provengono dai calcolatori di bordo nel modo più efficiente, in quanto tutto il sistema p di tipo elettrico, almeno fino ad arrivare ai sottosistemi di potenza posti in prossimità delle superfici aerodinamiche. Il motivo per cui nellF-16 una parte consistente di sicurezza del volo era gestita dai calcolatori elettronici è che questo è stato il primo velivolo realizzato con stabilità statica rilassata, cioè senza stabilità statica positiva nelle condizioni di volo al di sotto di Mach 1, quindi è un velivolo che richiede un sistema di aumento di stabilità, che ha in uscita dei segnali elettrici che si interfacciano perfettamente con il sistema fly-by-wire. Questo velivolo fu realizzato volutamente con stabilità statica longitudinale negativa: prescindendo da momenti vari, in una configurazione convenzionale il baricentro si trova davanti al centro aerodinamico o punto neutro del profilo alare supponiamo per semplicità di confondere il centro aerodinamico dellala con quello del velivolo completo e in questa condizione la coda è deportante.

In una configurazione di stabilità statica rilassata, il baricentro si colloca a valle del centro aerodinamico: in questo caso la coda ha portanza positiva e quindi contribuisce alla portanza totale del velivolo. In regime subsonico lF-16 è stabilizzato longitudinalmente mediante opportuni sistemi di aumento di stabilità.

Il 25 maggio 1972 Gary Krier decollò dalla base aerea di Edwards, in California, a bordo di un Vought F-8 Crusader sul quale spiccava sulla coda la scritta "NASA 802". Krier fu il primo uomo a sperimentare il volo mediante un sistema di controllo fly-by-wire: qualsiasi comando impartito mediante un joystick veniva elaborato da un calcolatore prima di essere inviato ad un sistema idraulico che controllava alettoni, equilibratori, timone, spinta e così via.

                                     

3. Applicazioni

  • Nel 1984, lAirbus A320 è diventato il primo aereo di linea equipaggiato con un sistema di comandi di volo fly-by-wire completamente digitale.
  • Nel 2005, il Dassault Falcon 7X è diventato il primo aereo daffari con comandi fly-by-wire.
  • Lo Space Shuttle aveva un sistema di comandi di volo completamente digitale e fly-by-wire. Il sistema venne utilizzato per la prima volta come unico sistema di pilotaggio della navetta, durante i voli planati "Approach and Landing Tests" effettuati allinizio del programma con lo Space Shuttle Enterprise nel 1977.
                                     

4. Airbus

I velivoli Airbus hanno un sistema di controllo computerizzato che permette di rimanere allinterno dellinviluppo di volo consentito dal progetto del velivolo; questo sistema mantiene sempre il controllo dellaereo e, tranne in casi eccezionali e critici, non permette ai piloti di volare eccedendo i limiti di prestazioni stabiliti dai progettisti. Il sistema computerizzato Airbus può funzionare in cinque diverse modalità operative, dette leggi law:

  • Abnormal alternate law. Attivata quando il velivolo ha unattitudine inusuale. Questa legge consente al pilota di correggere lattitudine e riportarla entro parametri più accettabili. Anche in questa modalità lunica protezione è quella sul carico del velivolo.
  • Normal law. È il normale modo di funzionamento, con controllo sui tre assi e protezione inviluppo di volo; la Normal Law resta attiva anche se uno solo dei sistemi computerizzati non funziona. In questa modalità il pilota non può stallare mandare in stallo il velivolo.
  • Alternate law. Entra in funzione automaticamente nel momento in cui due apparati computerizzati vanno in avaria. LECAM Electronic Centralized Aircraft Monitor mostra il messaggio ALTN LAW: PROT LOST. Tutte le protezioni sono disabilitate, tranne quella che impedisce al pilota di stressare eccessivamente la struttura del velivolo. In questa modalità il pilota può stallare il velivolo.
  • Direct law. È il livello più basso del fly by wire. I comandi sono inviati direttamente alle superfici di controllo. Se i controlli si trovano in Alternate Law e il pilota automatico non è attivo, se viene abbassato il carrello il sistema passa in Direct Law. La Direct Law si attiva automaticamente anche quando si guastano almeno tre apparati computerizzati. Questa modalità non offre alcuna protezione in assoluto.
  • Mechanical backup. Trasmissione meccanica dei comandi attiva nel caso in cui tutti i sistemi di controllo computerizzato non siano operativi. LA320 ha un sistema meccanico di riserva per la regolazione sullasse di beccheggio pitch trim e per il controllo del timone e lA340-600 ha un sistema di controllo di riserva elettrico non elettronico del timone, mentre sullAirbus A380 tutti i sistemi di controllo del volo hanno un sistema di riserva di tipo puramente elettrico che fa uso di un sistema denominato "three-axis Backup Control Module" BCM


                                     

5. Boeing

A partire dal Boeing 777, nei progetti Boeing i piloti possono escludere completamente il sistema computerizzato di controllo del volo e possono superare le delimitazioni dellinviluppo di volo teorico durante le emergenze.

                                     
  • nel 1988. L Airbus A320 fu il primo aeroplano civile con pilotaggio fly - by - wire esclusivamente digitale. Fino ad oggi i membri della famiglia degli A320
  • BM KJ - 8605, sostituzione dell altimetro Type 265A con il Type 271, comandi fly by wire ed in aggiunta il radar di bordo Type 232H venne sostituito dal radar
  • per due piloti che hanno a disposizione un sistema di comando di tipo fly - by - wire e i più moderni sistemi di avionica e sedili per 13 passeggeri. Di dimensioni
  • attraverso l uso di ali sottili ad alto allungamento. L uso di controlli fly - by - wire dei bordi d attacco e d uscita, permette di deformare l ala sfruttando
  • impiega un quadruplo ridondante, digitale, sistemi di controlli di volo fly - by - wire per aiutare a stabilizzare l aereo sulla sua asse longitudinale e direzionale
  • un design a fusoliera stretta, motori turboventola PW1000G, comandi fly - by - wire nuova avionica e una cabina aggiornata. Nel 2010, proponendo un nuovo
  • Electric CF34. L avionica è stata affidata alla Honeywell per il sistema Fly - by - wire ed alla Rockwell Collins per i rimanenti sistemi della cabina. ARJ21 - 700
  • doppia ruota. Il sistema di controllo del volo è un sistema dual duplex fly - by - wire composto da due parti: FCS - A e FCS - B, ognuna delle quali è responsabile
  • usato un turboventola COTS, e controlli manuali idraulici invece che fly - by - wire questo abbreviò il tempo di sviluppo e ridusse significatamene i costi

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