Sistem komandi leta aviona

Ilustracija principa rada komandi leta.

Ose koordinatnog sistema aviona.

Sistem komandi leta aviona podrazumeva međusobno integrisane podsisteme, koji su u funkciji upravljanja i preko kojih se menja i održava željeni režim kretanja (leta) letelice. Preko njih pilot saopštava svoju želju o promeni režima leta, a avion odgovara sa svojim karakteristikama i izvršava zadatu komandu. Odstupanje odgovora aviona, od željenog, pilot uočava i koriguje, sa dopunskom komandom. Zajedno, pilot, komande leta i avion sačinjavaju zatvorenu dinamičku celinu, koja se međusobno usklađuje, u realizaciju željenog režima leta. Sa razvojem vazduhoplovstva, to usklađivanje je sve savršenije i sve je bliže jedinstvenom „organizmu“, kao kod ptica, čemu čovek teži od davnina. Na tome putu razvoja, sistem komandi leta aviona je imao velike transformacije, saglasno razvoju svih grana tehnike i sa osvajanjem novih tehnologija.

Izgled pilotske palice na avionu MiG-29.

Pilot na svome radnom mestu, u sedištu borbenog aviona.

Korišćene fizičke veličine

• Osnovne

$\ t$	[s]	vreme
$\ l$	[m]	dužina
$\ m$	[kg]	masa

• Izvedene

$\ R$	[m]	radijus zaokreta
${\ddot {x}}$	[m/s²]	ubrzanje, duž „X“ ose
${\ddot {z}}$	[m/s²]	ubrzanje, duž „Z“ ose
${\ddot {y}}$	[m/s²]	ubrzanje, duž „y“ ose
${\dot {\theta }}$	[rad/s]	ugaona brzina, oko „y“ ose
${\dot {\psi }}$	[rad/s]	ugaona brzina, oko „Z“ ose
${\dot {\phi }}$	[rad/s]	ugaona brzina, oko „X“ ose
$\mathbf {v}$	[m/s]	brzina
$\ a$	[m/s²]	ubrzanje
$\ g$	[m/s²]	gravitacija
$\ p$	[kg/ms²]	statički pritisak
$\ q$	[kg/ms²]	dinamički pritisak
$\ F$	[kgm/s²]	sila
$\ F_{p}$	[kgm/s²]	sila na palici/pedalama
$\ c$	[kg/s²]	krutost opruge
$\ G$	[kgm/s²]	težina
$\ R_{z}$	[kgm/s²]	sila uzgona
$\ n={\frac {R_{z}}{G}}$	[—]	faktor aerodinamičkog opterećenja

Opis i princip

Pilot upravlja sa svima sistemima na avionu, a konačno i sa samim avionom, odnosno određuje putanju i ostale parametre njegovog leta. To zahteva posebnu psiho–fizičku sposobnost, uvežbanost i znanje. Gledano kroz istoriju razvoja vazduhoplovstva, to je na početku bilo višestruko jednostavnije, u odnosu na savremene avione sa velikim brojem sistema, radnji i sa veliki razlikama između minimalnih i maksimalnih brzina leta. Jedino je ostalo isto to što pilot donosi konačne odluke. Na savremenim avionima su integrisani mnogi sistemi koji pilotu olakšavaju upravljanje avionom i rasterećuju ga od suvišnih radnji, koje ni fizički ne može obaviti, u zahtevanom kratkom vremenskom periodu. Pilotu se olakšava upravljanje avionom, sa integracijom sistema na bazi dostignuća tehnološkog razvoja u domenu, računarstva, automatike, veštačke intelegencije, robotike, ekspertnih sistema itd. Razvoj tih sistema i njihova integracija u funkcionalni lanac pilot–sistem i pilot–avion, u stvari je razvojni put sistema komandi leta aviona, od prvih jednostavnih do pametnih i veoma složenih.

Pilot je smešten u kabinu aviona, na svoje radno mesto, a kod borbenih aviona, vezan je sa posebnim pojasevima u pilotsko sedište. Svoje želje, odnosno odluke može preneti na avion i njegove sisteme sa mehničkim radnjama ruku i nogu, pokretom glave i sa izgovorenim prepoznatljivim rečima. U poslednje vreme se mnogo istražuje i upravljanje sa pokretom očiju. Na prvim avionima, na početku razvoja vazduhoplovstva, bilo je upravljanje samo sa mehaničkim radnjama ruku i nogu. Ta činjenica je i odredila koncepciju i tehnička rešenja za komande leta. To je zadržano i na današnjim avionima, a ostala usavršavanja su samo dodavana. Komandni pokreti ruku i nogu pilota, prenošeni su na sisteme, takođe mehanički, preko sajli, koturača i poluga, kasnije je uvođen prenos preko električnih signala, prvo preko analognih elektronskih, kasnije digitalnih i sada se stiglo preko prenosa sa svetlosnim signalima. Svaki avionski sistem je specifičan i po načinu upravljanja, a ti ostali upravljački sistemi, svi zajedno se svrstavaju, u tako zvane „sekundarne komande“, a primarne su komande leta sa aerodinamičkim pokretnim površinama, u funkciji kontinualnog podešavanja aerodinamičkih sila i momenata u cilju održanja željenog režima leta aviona na zadatoj putanji.

Svi ulazni komandni signali, koji potiču od pilota, iniciraju se u kabini i prenose prema izvršnim podsistemima. Pilot saopštava ulazne signale preko specifičnih komandnih elemenata integrisanih u kabini.

Primarne komande

Glavni članci: Aerodinamika i Krilo

Primarne komande leta služe za upravljanje sa izmenom aerodinamičkih sila i momenata aviona, u cilju realizacije leta po željenoj putanji sa željenim parametrima. Na izmenu aerodinamike se utiče sa pomeranjem delova krila i repnih površina. Na krilu su pomerljivi delovi površine, blizi kraja njegovog razmaha i izlazne ivice. Na horizontalnom i vertikalnom repu su klasična rešenja sa krmilom, a novija su sa obrtnom celom površinom.

Pogled na pilotsku palicu i pedale u kabini F-14 tomketa.

Mala palica, postavljena bočno, od pilota. Kabina aviona Erbas A380.

Sve ove pokretne površine se otklanjaju (obrću) oko svojih „šarnirnih“ osa. Na avionu su obrtne komandne površine:

• krilca, na prvoj slici, obeležena su sa „A“,
• krmilo horizontalnog repa, obeleženo sa „C“ i
• krmilo vertikalnog repa, obeleženo sa „D“.

Elementi u kabini, preko kojih pilot inicira pomeranje navedenih obrtnih površna, obeleženo sa „B“, su:

• palica i
• pedale.

Krilca su pokretni delovi krila, na gornjoj prvoj slici. Diferencijalno se otklanjaju, u funkciji stvaranja razlike uzgona na levom i desnom polu–krilu, rezultat čega je moment valjanja aviona, oko njegove uzdužne ose. Horizontalni rep/krmilo je uzgonska površina, postavljena na završnom delu trupa aviona. Služi za uzdužnu stabilizaciju i za uzdužno upravljanje avionom. Vertikalni rep/krmilo je ugrađeno na završnom delu trupa aviona, u ravni simetrije, ako je udvojen onda paralelno sa njom. Služi za bočnu stabilizaciju i za upravljanje avionom u skretanju.

Palica je povezana sa krilcima i sa horizontalnim repom/krmilom. Bočno otklanjanje palice se prenosi na diferencijalno otklanjanje krilaca. Kada pilot otkloni palicu nadesno, krilce na desnom polu–krilu, ide nagore, a na levom nadole. Uzdužno otklanjanje palice (u ravni simetrije), prenosi se na otklanjanje horizontalnog repa/krmila. Kada pilot otklanja palicu prema sebi horizontalni rep/krmilo se otklanja tako što mu izlazna ivica ide nagore (-) i obrnuto (+).

Kod klasičnih borbenih aviona, sa izbacivim sedištem sa normalnim nagibom, pilotska palica je ugrađena u ravni simetrije aviona. Kod savremenijih aviona, sa električnim prenosom komandnog signala i sa zavaljenim sedištem, palica je smanjena i postavljena bočno, desno od pilota, kao džojstik (engl. Joystick). Kod pojedinih putničkih, turističkih i poslovnih aviona je umesto palice ugrađen upravljač nalik na automobilski.

Pedale su ugrađene u produžetku nogu pilota, po sličnom principu kao i kod automobila. One su povezane sa vertikalnim repom/krmilom pravca. Kada se desna pedala gura napred, krmilo se otklanja tako što mu se izlazna ivica kreće udesno (+) i obrnuto (-). Ovaj princip i rešenje su praktično isti, za sve vrste aviona i za sve nivoe njihovog razvoja i savremenosti.

Sekundarne komande

Sekundarne komande su sve ostale, koje nisu vezane za pomeranje pilotske palice i pedala. Njima pripadaju i komande sa prekidačima, ugrađenim u rukohvat palice. To su elementi preko kojih pilot upravlja sa pojedinim ključnim sistemima u toku leta i kada ne skida ruku sa palice. Sekundarnim komandama pripadaju i one komande koje su vezane za promenu aerodinamike krila, pri poletanju i sletanju aviona, to jest komande sa pretkrilcima i zakrilcima.

Komandne ručice, pedale i drugi pribori za upravljanje, u kabini aviona Pajper seneka (engl. Throttle piper seneca).

Sekundarnim komandama, pored ovih za izvlačenja pretkrilaca i zakrilaca, pripadaju i za:

• pogon (motora),
• navigaciju,
• autopilot,
• naoružanje,
• stajne organe,
• aerodinamičke kočnice,
• radio i druge sisteme veze,
• odbacivanje spoljnih tereta,
• aktivnu i pasivnu elektronsku zaštitu,
• elektro i elektronsku opremu,
• poziv informacija i podataka na pokazivački sistem,
• katapultiranje pilotskog sedišta itd.

Prenos pokreta nogu pilota na krmilo pravca, preko sajli, na avionu iz prvih decenija istorije vazduhoplovstva. Tada su još sajle prolazile izvan konture trupa, od kabine prema krmilu.

Tehnologije komandi leta

Mehaničke

Mehaničke komande leta su prva tehnološka rešenja, koja su se koristila na prvim avionima u toku vazduhoplovne istorije. Zadržana su kao najjednostavnija rešenja na ultra-lakim avionima, gde su se zadržale male sile, potrebne za pomeranje palice i pedala. Kod ovih komandi, sve su komponente mehaničke:

• palica/pedale/ručice,
• sajle,
• koturače,
• poluge.

Hidro–mehaničke

Sa razvojem vazduhoplovstva rasle su brzine leta, prešle su u krozvučne i nadzvučne oblasti, sa čime su rasli i šarnirni momenti komandnih površina. Sa druge strane, aerodinamika je na tim brzinama u funkciji izmene gustine vazduha i aerodinamički centar (centar potiska) komandne površine se naglo pomera preko 50% njene tetive, zbog čega se prešlo na celoobrtne. U tim uslovima mehaničke komande leta, praktično nisu primenljive, zbog:

• velikih sila na palici i pedalama i
• zbog prelaska centra potiska na drugu stranu šarnirne ose, što menja smer šarnirnog momenta pa i sili na palici i onemogućava upravljanje.

Ova ograničenja su postala prepreka za dalji razvoj aviona. Rešenje je nađeno sa uvođenjem hidrauličkog pokretača komandne površine, sa nepovratnim dejstvom. Pri tome se šarnirni moment uravnotežava sa silom hidropokretača, a na palici se oseća beznačajan otpor trenja u čvorovima mehaničkog prenosa i u razvodniku hidro ulja. Ovde se javljaju novi problemi, pilot gubi osećaj o učinjenoj radnji, preko informacije porasta sile reakcije na palici i pedalama, pri njegovoj komandi. Taj se osećaj mora veštački simulirati, što je prikazano u poglavlju „Simulacija osećaja sile na palici“. Drugi je problem je osetljivost razvodnika hidropokretača i na najmanji neželjeni ulaz, što izaziva i neželjeni otklon krmila. Zbog dužine mehaničkog kola komandi leta, od palice do razvodnika, taj uslov je teško ispuniti zbog zazora u čvorovima i zbog elastičnosti celog komandnog kola. Kompromisno rešenje se nalazi u povećanju preklapanja klipova razvodnika i prolaznih otvora. Na taj način se povećava tolerancija na neželjeni ulaz u razvodnik, ali se povećava nelinearnost sistema hidropokretača.

Animacija principa rada hidrauličkog pokretača.

Hidraulički pokretači

Hidropokretači krmila, koncepciski su dvokomorni (redno integrisana dva cilindra i dva klipa, na zajedničkoj klipnjači). Razvodnici su takođe redno integrisani, sa klipovima na zajedničkoj klipnjači i sa zajedničkim ulazom. Na ovaj način je obezbeđena potrebna snaga, sa relativno malim prečnikom klipova i napajanje oba cilindra sa nezavisnim sistemima hidroinstalacije. To povećava pouzdanost rada, sa aspekta njihovog napajanja, sa hidrouljem pod potrebnim pritiskom. Dopunski je obezbeđen i rezervni hidro sistem, koji napaja jednu od komora, za nužno upravljanje avionom pri otkazu oba osnovna.

Povratna sprega je mehanička, sa sistemom poluga (na slici naznačeno sa plavom bojom), koja obezbeđuje precizno poziciono upravljanje sa krmilom. Prenosni odnos, definisan je sa kinematikom povratne sprege, definiše se kao pojačanje iste. Blok šema, na gornjoj slici, algoritamski definiše princip rada hidrauličkog pokretača. Sa „A“ je označen cilindar sa dvostrukim klipom, „B“ je struktura povratne sprege i „S“ je upoređivač, koji napravi razliku između željenog i stvarnog pomaka klipnjače (krmila). Uočena razlika je dopunski (korektivni) ulaz na razvodnik i takav se odvija proces, sve dok se greška (razlika) između željenog i postignutog otklona krmila ne izjednači sa nulom. Hidraulički pokretač, boljih performansi, to brže ostvari.

Hidraulički pokretač je veoma pouzdan uređaj. Pouzdanost njegovog rada jedino može da ugrozi otkaz napajanja i nečistoće u hidroulju. Preklapanje klipova ventila mora postojati zbog nesavršenosti mehaničkog kinamatskog kola od palice do ulaza u ventil. Sa druge strane bi ventili bez ikakvog preklapanja imali određeno unutrašnje curenje hidroulja, što bi izazivalo korektivno pomeranje ulaza na njima, pa i nestabilnost rada. U stvarnoj primeni hidropokretača na avionima viših performansi postoje i autopiloti i prigušivači, čiji izlazi (komande) isto pristižu u hidropokretač. To su elektronski ulazi, sa ograničenim autoritetom i oni se saopštavaju hidropokretaču preko servoventila. Kod električnih komandi leta su svi ulazi elektronski signali, ali potpunog autoriteta (u punim granicama između dva krajnja otklona krmila).

Šematski prikaz hidrauličkog pokretača, sa principijelnom šemom, gde su: A-hidropokretač, B-povratna sprega i S- upoređivač.

Električne

Glavni članak: Električne komande leta

Mehanički i hidro–mehanički sistemi komandi leta, pored toga što su jednostavni, imaju dosta negativnosti. Ovi sistemi uvećavaju masu celog aviona, pošto poluge, sajle i koturače imaju značajnu masu, ali i sa svojim zahtevima o krutosti strukture koja prihvata naslone njenih čvorova, indirektno izaziva povećavanje njenih dimenzija, pa i mase aviona. Strogi uslovi proizvodnje čvorova komandnih kola ispred hidropokretača, poskupljuje proizvodnju. Avioni sa mehaničkim i hidro–mehaničkim sistemima moraju ispuniti uslove obezbeđenja značajne statičke rezerve stabilnosti aviona, što ima za posledicu veću masu njegove strukture, a i direktno degradira performanse leta.

Uvođenjem elektronske veze između pilotske palice/pedala i hidropokretača, dobijaju se značajna poboljšanja, a uklanjaju se svi problemi sa polugama, sajlama, koturačama, krutošću i trenjem. Dobija se sistem brzog odziva (male vremenske konstante). Pogotovo se ostvaruju velike koristi, kada se taj elektronski signal usput modelira u računaru, prema potrebama i zahtevima visokih performansi upravljanja. Mehaničko delovanje pilota na palicu/pedale, pretvara se u elektronski signal, koji se preko računara modelira i sprovodi u servoventil hidropokretača. Servoventil je potpunog autoriteta, što znači da se sa primljenim elektronskim signalom može ostvariti pun hod hidropokretača, odnosno pun otklon krmila. Preko elektronskog prenosa signala, pojednostavljena je i integracija prigušivača i autopilota. Sve te elektronske signale, od palice/pedala, prigušivača i autopilota prihvata i integriše računar, obrađuje i modelira po izabranim/optimiziranim zakonima upravljanja i šalje rezultujući, u servo ventil odnosno hidropokretač. Svakako je najveća korist od ovog sistema komandi leta što ispunjava uslove bezbednog leta aviona i sa negativnom rezervom statičke stabilnosti (statički nestabilan). Sa konfiguracijom statički nestabilnog aviona, dobijaju se daleko bolje performanse, posebno u manevru. Ovo je moguće i prisutno je već kao standardardna tehnologija u mnogi serijskim avionima. Računarske tehnologije i metode optimizacije zakona upravljanja su toliko napredovale, da se mogu ostvariti zahtevi bez ograničenja. Bez obzira što je to sistem sa maksimalnom upotrebom računara i tehnologija optimizacije u upravljanju, nazvan je engl. fly-by-wire control systems, a u srpskom školstvu i vazduhoplovnoj struci električne komande leta. Ova tehnologija je dugo i oprezno razvijana, u stacionarnim i u letećim laboratorijama, sve dok nije postala dovoljno pouzdana. Prošla je kro faze razvoja na bazi analogne, pa digitalne tehnologije elektronike i kroz više faza rešavanja koncepcija rezervacije pouzdanosti.

Šema primenjenog principa električnih komandi leta za Novi avion.

Šema principa električnih komandi leta.

Globalni doprinos električnih komandi leta, sagledava se u doprinosu:

• Optimizaciji aerodinamičkih konfiguracija za povoljan odnos uzgona i otpora u nadzvučnom letu.
• Realizaciji zadate (željene) statičke i dinamičke stabilnosti, u celoj anvelopi leta aviona, što omogućava i let sa težištem iza neutralne tačke (nedopustiva statička nestabilnost u klasičnoj aerodinamici aviona), što poboljšava performanse aviona.
• Optimalnom modeliranju odgovora aviona na pilotovu komandu (izraženu želju sa pomeranjem palice/pedala).
• Integraciji autopilota, širokog spektra funkcija.
• Realizaciji lake, pouzdane i blagovremene razmene podataka sa sistemom za navigaciju.
• Razvoju sistema komandi leta, pošto se lako i u ranoj fazi uključuje pilot u taj proces, preko simulatora leta, koji počinje da funkcioniše od samog početka razvoja aviona.

Upravljanje sa potiskom motora preko električnih signala

Digitalni signali za upravljanje sa režimom rada motora omogućuju potpunu integraciju te funkcije u sistem komandi leta. Na savremenim borbenih avionima, to je posebno značajno, pošto je obično jedan pilot u avionu, koji je obavezan da sam izvršava veliki broj radnji i još da vodi borbu. Sa integracijom svih podsistema, kao što su autostabilizacija, navigacija, radar, upravljanje sa naoružanjem itd. i sa uvedenom automatizacijom, rasterećuje se pilot od suvišnih radnji. Na taj način, pilot se u borbi može usredsrediti i koncentristi samo na taj svoj primarni zadatak. Sa savremenim integrisanim softverom, postiže se optimalno usklađivanje potrebnog potiska motora za određeni režim leta aviona, u saglasnosti sa ostalim sistemima i sa vrstom zadatka. Pilot nije ni zauzet niti opterećen brigom o različitim i mnogobrojnim ograničenjima. Kod komercijalnih aviona, dobitak je u racionalnosti i ekonomičnosti smanjenja potrošnje goriva. Ako je ekonomičnija potrošnja goriva, avion nosi manju njegovu rezervu (manji je mrtav teret), pa će i indirektno manje trošiti na režimu krstarenja, zbog manje ukupne mase, celog aviona.

Sistem HOTAS

Kod primene električnih komandi leta i integracije svih sistema upravljanja na avionu, stvoreni su uslovi i za integraciju saopštavanja želje pilota, preko leve i desne ruke, prema avionskim sistemima. U toj funkciji pilot stalno u toku leta, drži ruke na malim palicama, postavljenim levo i desno od njegovog sedišta. Sa leve strane je mala palica za upravljanje sa motorom, sa desne strane je mala palica za pomeranje krilaca i krmila horizontalnog repa. Male komandne ručice (palice) imaju ergonomski podešene rukohvate, za šake ruku, a pilotove podlaktice imaju odgovarajuće naslone na bočnim stranama sedišta. Na rukohvatima palica su raspoređeni komandni prekidači, za upravljanje sa sistemima opreme i naoružanja, u realnom vremenu. Pilot, tokom leta i tokom vođenja borbe, drži obe ruke na palicama i upravlja avionom, sa njegovim sistemima opreme i sa oružjem. Riječ je o takozvanom sistemu HOTAS (engl. hands on throtle and stick). Pilot se potpuno sjedinjuje sa borbenim avionom, u jedinstven dinamički sistem, preko svojih odluka, vizuelnog praćenja cilja i istovremenog upravljanja sa obema palicama i prekidačima na njima, pri borbi sa neprijateljem.

Transformacija komandnog signala

U početnom stepenu razvoja avijacije, bilo je dovoljno odrediti prenosni odnosi zmeđu dužine uzdužne putanje rukohvata pilotske palice i ukupnog ugla otklona krmila horizontalnog repa i bočne putanje palice i ukupnog ugla otklona krilaca, kao i otklona pedala i otklona krmila vertikalnog repa. To su za avione, na početnom stepenu razvoja, bile konstante, pošto je bio mali raspon njihovih brzina leta, od minimalne do maksimalne. Sa daljim razvojem avijacije taj raspon je naglo rastao, čak se stiglo do maksimalnih brzina saglasnih Mahovom broju od M=2,5, gde se i zaustavilo, zbog povećanog zagrevanja dodirnih površina aviona sa vazdušnom strujom. U okviru tako velikog raspona brzina, uslovi upravljanja i ponašanje aviona, drastično su izmenjeni, što nije moguće pokriti sa jednostavnim polužnim ili elastičnim prenosom, konstantnog prenosnog odnosa komandnog sistema, bez dopunskih uređaja–uskladnika. Aerodinamički moment komandne površine, oko obrtne ose (zove se šarnirni moment), drastično se uvećava, ravnotežni uglovi otklona (za isti manevar) su znatno smanjeni i raspored masa u odnosu na ose aviona znatno je izmenjen. Ovo začajno menja uslove upravljanja, upoređujući npr. avione Polikarpov Po-2 i F-22 raptor. Konstruktori su bili pred zadatkom da obezbede pilotu sličan osećaj kada upravljaju sa bilo kojim od ova dva granična aviona i svih ostalih konfiguracija u tome rasponu. Analogno, kao što se sa istom vozačkom dozvolom i sa istim znanjem može voziti Trabant i vrhunska luksuzna limuzina.

Promena prenosnog odnosa

Nelinearna kriva prenosa palica–krmilo.

Kod početnog razvoja aviona, već pri pomaku maksimalnih brzina aviona preko 300 km/h, uočena je značajna promena u uslovima i u osećaju pilota pri upravljanju avionom. Sila na palici/pedalama je mnogo uvećana zbog porasta šarnirnih momenata sa porastom brzine. Takođe je avion postao preosetljiv i na veoma male pomake palice/pedala, zbog smanjenih potrebnih ravnotežnih otklona krmila, sa porastom brzine. Taj problem je kod mehaničkih komandnih sistema razrešen sa „nelinearnim mehanizmom“. Ugradnjom ovoga mehanizma, postiže se izmena gradijenta hoda rukohvata palice po uglu otklona krmila $\left({\frac {d{x_{p}}}{d\phi _{h}}}\right)$, sa izmenom položaja (otklona) palice, po zakonitosti prikazanoj na skici, datoj na slici desno. Ovom tehnikom, mogao se kompromisno rešavati ovaj problem samo u malom rasponu brzina. Sa daljim porastom toga raspona i pri upotrebi hidro–pokretača prešlo se na mehanizovani sistem automatske adaptacije kinematskog prenosnog odnosa palica/pedale–pokretač a i ujedno i prema opružnom mehanizmu za veštačku simulaciju sile na palici/pedalama. Na avionima J-22 Orao i MiG-21, primenjen je mehanizam ARU-3V, a na Migu-29 ARU-29-2.

Simulacija osećaja sile na palici

Pilot pri upravljanju avionom mora imati informaciju šta radi, a to mu saopštava prirast sile na palici pri njenom pomeranju, kao reakcija, na dejstvo ruke na nju, pri izražavanju želje o realizaciji manevra. Gradijent sile na palici po faktoru aerodinamičkog opterećenja, dF_x /dn je ključni parametar upravljivosti aviona. Pilot takođe mora imati informaciju o tome, šta je uradio. O tome ima povratnu informaciju preko odgovora aviona, što uočava vizuelno i preko osećaja opterećenja usled izazvanog ubrzanja. Ako ne postoji ova zatvorena veza pilot–avion, onda taj uvezani sistem nije upravljiv. Iz tih razloga, u slučajevima kada je narušen poželjan opseg vrednosti gradijenta sile na palici po faktoru aerodinamičkog opterećenja, pristupa se ugradnji uskladnika u sistem komandi leta. Sa nelinearnim mehanizmom se donekle očuvaju poželjne vrednosti gradijenta sila na palici po faktoru opterećenja. Sa porastom raspona brzina i sa uvođenjem hidrauličkog pokretača, neophodna su druga dodatna i složenija rešenja. Ugrađeni su, u kolo komandi leta, uređaji za simulaciju sile i za promenu prenosnog odnosa, sa adaptacijom po dinamičkom i statičkom pritisku, na principu automatskog upravljanja. Ilustrovani su principi razvoja i primene tih uređaja sa jednostavnim šemama, na donjoj slici.

Načelni principi veštačkog podešavanja gradijenta sile, po pomaku palice/pedala.

Prigušivači oscilacija aviona

Sa razvojem aviona, istima se povećavao raspon brzine leta. Uvećala se i ukupna masa, a i promenio im se odnos u veličini trupa i krila. Trup se povećao, a razmah krila se smanjio. Ta transformacija, izazvala je kod aviona problem pojave dinamičke nestabilnosti, u vidu slabo prigušenih oscilacija, pri kratkoperiodičnom uzdužnom i poprečno–smernom kretanju. Pošto takvo ponašanje aviona nije moguće tolerisati, preduzimaju se veštačke mere njihovog lečenja. Uvedeni su, u sistem komandi leta, uređaji (prigušivači), sa kojima se te oscilacije prigušuju. Dinamičko ponašanje aviona se podešava, sa veštačkim modeliranjem, sa funkcijom prigušivača. Prigušivač se sastoji od logičko računarskog bloka i od izvršnog mehanizma. U logičkom bloku, sa određenim softverom, obrade se pridošli signali sa žiroskopa $\left({\dot {\theta }},{\dot {\psi }},{\dot {\phi }}\right)$, saglasno sa dinamičkim karakteristikama objekta, čije se oscilatorno kretanje prigušuje. Oformljeni upravljački signali, u računarskom bloku su ulaz (naredba) za izvršni mehanizam prigušivača. Na različitim nivoima razvoja vazduhoplovstva, različite su bile koncepcije ugradnje izvršnog mehanizma u lanac komandnog kola. Kod mehaničkih komandnih sistema, izvršni mehanizam je bio elektro ili hidraulički brzi pokretač, integrisan u lanac komandi kao na prikazanoj šemi na donjoj slici. Na osnovu primljenog signala, iz logičkog kola, izvršni mehanizam realizuje ograničen pomak, sa kojim se otklanja krmilo bez uticaja pilota u obliku harmoniske funkcije, sa amplitudom od nekoliko stepeni (u granicama od -5 do +5 stepeni). To se naziva ograničeni autoritet. Na osnovu softverske podešenosti, sa metodama automatskog upravljanja, faze i učestanosti kretanja krmila, u odnosu na neželjeno oscilovanje aviona, isto se prigušuje. Kod aviona sa hidrauličkim pokretačima, izvršni mehanizam se ugrađuje kao predpokretač ispred ulaza u razvodnik. U kasnijoj fazi razvoja, pojavili su se servoventili sa dve vrste ulaza, mehanički i elektro. U toj koncepciji je olakšana integracija prigušivača. Jednostavno se u servoventil uvodi elektronski ulaz iz logičkog bloka prigušivača. Kod sistema električnih komandi leta, posebno je olakšana integracija ove funkcije prigušivača u softver modeliranja dinamičkog ponašanja aviona. Funkcija prigušivača se ovde i gubi, kao zasebna kategorija.

Prigušivači, oko sve tri ose, na avionu J-22 Orao, integrisani su u okviru računarskog bloka UPSU, a na MiG-29 u okviru SAU-451-04. Na ovim avionima se direktno vode elektronski signali u servoventile hidropokretača.

Animacija prigušenja u skretanju i u propinjanju aviona.

Autopilot

Pod pojmom avionskog autopilota, podrazumeva se uređaj za automatsko održavanje zadatih nominalnih parametara leta, kao što su visina, pravac, brzina i tako dalje. Autopilot je integrisan u sistem komandi leta aviona. Za načine integracije važi sve što je rečeno za prigušivače, oni se zajedno integralno i rešavaju. Funkcija autopilota je da održava nominalno stanje parametara leta, a funkcija prigušivača je da obezbedi stabilno to stanje i kvalitetan prelazni proces, pri zadatom prelasku sa jednog na drugo nominalno stanje. Specifikacije autopilota putničkih aviona, veoma su zahtevne, dok za borbene su dosta jednostavne. Za borbene avione je najvažnija funkcija da ga vrati u pravilan položaj, kada pilot trenutno izgubi orijentaciju, u akrobacijama i u toku borbe. Kod borbenih aviona, autopilot održava poslednje zadate parametre, koje je komandovao pilot. Na putničkim, linijskim avionima, autopilot je integrisan sa sistemom za navigaciju i uređajima za navođenje sa zemlje. Principske šeme, ova dva prilaza, ilustrovana su na donjoj slici.

Autopilot je ograničenog autoriteta, u odnosu na ceo raspon otklanjanja krmila. Kod savremenih aviona, funkcije prigušivača i autopilota integrisana su u jedinstven računarsko automatičarski blok. Kod aviona J-22 Orao je to UPSU, kod MiG-29 je SAU-451-04.

Blok šeme uobičajenih uloga autopilota, za borbene i putničke avione.

Perspektiva daljeg razvoja

Dalji razvoj sistema komandi leta je usmeren na povećanje pouzdanosti, smanjenje mase i na smanjenje troškova proizvodnje i održavanja. Pouzdanost je značajno povezana za elektromagnetno ometanje elektronskog signala, skrivenih grešaka u softveru računara i gubitka hidronapajanja. Rešenja umnoženih hidrosistema, sa cevima ukupne velike dužine i velikom zapreminom hidroulja značajno povećava masu i cenu aviona.

Istražuju se metode prepoznavanja promene karakteristika aviona u vanrednim slučajevima otkaza i oštećenja i adaptacije komandi leta na te nove uslove, u cilju očuvanja upravljivosti i spašavanja letelice. Na osnovu dobijenih rezultata, biće nadograđeni softveri komandi leta.

Prenos signala preko optičkih kablova

Klasični kablovi za prenos elektronskih signala, zamenjuju se sa optičkim. Dobija se prenos signala sa većom brzinom, zaštićen je uticaj elektromagnetnih talasa. U pitanju je samo zamena kablova i principa prenosa signala, ostali principi električnih komandi leta ostaju isti.

Alternativa za hidrosistem

Posle eliminacije dugačkih poluga mehaničkog sistema komandi leta, sa prenosom električnog signala od pilota, čine se napori da se po analogiji eliminišu i hidro cevi sa uljem. Razmatra se vraćanje primene elektro energije, za pokretanje krmila, umesto sadašnje hidrauličke. U uslovima električnih komandi leta izmenjeni su uslovi i dobija prednost električna energija za napajanje pokretača, sa kojima bi se lako upravljalo sa novim principima. Očekuju se prednosti u smanjenju mase, povećanju pouzdanosti upravljanja avionom i povoljniji uslovi za integraciju ostalih sistema. Odsustvo hidraulike u velikoj meri će smanjiti i troškove održavanja. Takav novi sistem je primenjen na avionu F-35, a i rezervni je na Airbus A380.

Vidi još

• Električne komande leta
• Ultralaki avion
• Krilo

Literatura

• Rosenblueth, Arturo; Wiener, Norbert; Bigelow, Julian (1943). „Behavior, Purpose and Teleology”. Philosophy of Science. 10 (1): 18—24. JSTOR 184878. S2CID 16179485. doi:10.1086/286788. 

Spoljašnje veze

• Softver Fly-by-Wire Sistema
• Fly-by-Wire na Airbusu
• Upravljanje avionom
• Slobodni patenti
• Airbus A380 cockpit.
• Touchdown: the Development of Propulsion Controlled Aircraft at NASA-Dryden by Tom Tucker