Question:
Quelle est la motivation derrière la conception d'un manche de contrôle qui ne bouge pas?
kevin
2019-08-30 14:18:01 UTC
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Selon Wikipédia (et diverses autres sources en ligne), la manette de contrôle du F-16 ne bouge pas. Les valeurs d'entrée sont déterminées par la quantité de force agissant sur le manche, plutôt que par l'angle / la distance de déviation par rapport à sa position neutre comme la majorité des manches et des jougs. Après que les pilotes aient signalé que la conception était "non naturelle", le manche a été modifié pour qu'il bouge un peu.

De toute évidence, les concepteurs ont dû penser qu'il était avantageux d'avoir un manche de commande très rigide. Pourquoi?

Et je pensais que les manches latérales d'Airbus étaient mauvaises. Je ne peux pas imaginer une pire façon de contrôler un avion.
@Bianfable, attend qu'ils proposent un joystick virtuel sur un écran tactile ...;)
@bogl Nous sommes arrivés assez avancés dans l'ingénierie des matériaux et nous n'avons pas à nous soucier de l'usure d'un mécanisme de contrôle. Les volants des voitures ne tombent pas à tout moment!
Ne sous-estimez jamais les exigences d'un mécanisme à l'intérieur du cockpit d'un avion de chasse. Cependant, c'était un commentaire, pas une tentative de réponse. Je ne sais pas pourquoi vous comparez avec un volant dans une voiture, mais n'hésitez pas à jeter un œil à https://www.motor1.com/news/185032/nhtsa-investigating-ford-steering-wheels/. ;)
@kevin J'ai entendu une histoire au sujet d'un volant de voiture qui se détache quand le propriétaire est amoureux d'un motel. Sa femme n'est pas contente de cela.
La réponse courte est que les avions sont conçus par des ingénieurs et non par des pilotes. Les ingénieurs ne pensent pas toujours comme des gens ordinaires! ;)
C'est plus ou moins comme conduire une moto, que le mouvement du guidon n'a pas d'importance (personne n'y prête attention, et il se déplace de manière contre-intuitive) et c'est plus la force qui donne le retour du pilote.
Quatre réponses:
#1
+70
Koyovis
2019-08-30 15:37:05 UTC
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Le manche n'a pas besoin de bouger pour que les pilotes détectent leurs entrées!

Les humains ont des capteurs de force très précis dans leurs doigts, et aucun capteur de position direct. Sans regarder, nous n'avons qu'une idée très vague de l'endroit où notre main est due à la détection du tonus musculaire, mais nous n'avons pas besoin de regarder notre main pour savoir exactement à quel point elle pousse un objet. Pour l'humain, la force est le facteur de retour de commande imminent.

Le F-16 peut faire du 9G en manœuvres, et le pilote est incliné vers l'arrière avec son bras sur un accoudoir. Si ce bras a besoin de bouger un bâton, il change de position et pendant une manœuvre peut être saisi par le facteur de charge - un contrôle précis est beaucoup plus facile si la main, le poignet et le bras peuvent rester dans la même position.

A le pilote qui a piloté à la fois le F-16 et le manche central F-18 a ceci à dire à ce sujet:

Le pilotage d'une commande latérale prend un certain temps s'y habituer, mais une fois que vous le faites, c'est une joie. La forme du bâton conforme est très naturelle (elle tient dans la main comme une barre chocolatée fondue) et permet un accès facile à neuf des 16 commandes hotAS. Deux appuis avant-bras entièrement réglables sur la cloison droite du cockpit stabilisent et isolent le bras et le poignet du pilote, donc en cas de cliquetis autour du cockpit pendant les turbulences ou après le méchant, le bras du pilote ne bougera pas accidentellement et n'initiera pas les commandes indésirables.

Au départ, le bâton était complètement réparé et les pilotes se familiarisaient assez rapidement avec le nouveau concept de mouvement sans bâton. Mais il y avait deux problèmes:

  1. Couplage croisé. L'entrée de commande doit être séparée sur deux axes, le tangage et le roulis, et il est difficile de la séparer si la rétroaction provient uniquement de la force. Pour faciliter cela, un petit mouvement a été introduit avec une force d'arrachement au centre: lors du relâchement, le bâton revient au neutre et nécessite un peu de force pour être dévié à partir de là. De l'article lié ci-dessus:

    Cependant, après les premiers tests en vol du F-16, un mouvement de manche de ¼ de pouce a été incorporé pour donner une petite bande morte et une force de rupture nominale pour donner une meilleure "sensation" d'un manche neutre car sinon il était complètement trop sensible. L'harmonie de contrôle est assez bonne (les pressions requises pour le pitch and roll se mélangent bien), mais sans la capacité de positionner physiquement le manche, il est facile de contaminer les entrées de roulis avec des entrées de pitch indésirables, et vice versa

  2. Les F16 n'arrêtaient pas de revenir avec des bâtons pliés. Pendant qu'ils chassaient un autre avion et tiraient, tirant sur le bâton, ils tiraient excessivement fort alors que le fly-by-wire générait déjà la déflexion pour un facteur de charge maximal. Le manche bougeant un peu, le pilote peut sentir que la limite est atteinte lorsqu'il atteint la butée de course à 25 livres. À cette force, l'accélération est de 9G et tirer plus fort n'a aucun effet supplémentaire.

Compte tenu de votre dernière phrase, je ne peux pas imaginer le niveau d'adrénaline pendant le combat aérien: facteur de charge maximum et le pilote tire fort pour dépasser cette valeur.
@ManuH 25 livres ne pèse que 11 kg. Ce n'est pas peu, mais c'est très réalisable. Je transporte régulièrement six packs d'eau minérale (6x2 kg), donc frapper l'arrêt de voyage ne devrait pas être un problème pour tout pilote décent. Je ne sais pas à quel point il y a de tolérance supplémentaire, mais il ne devrait pas être si difficile de plier le bâton.
@JohnDvorak Je pense que vous avez mal compris. Je voulais dire que le pilote subit déjà un facteur de charge de 9g et tire toujours pour tourner plus serré.
"Les humains ont des capteurs de force très précis dans leurs doigts et aucun capteur de position direct." - Pas tout à fait vrai. Nous avons le sens de la [proprioception] (https://en.wikipedia.org/wiki/Proprioception). Les méthodes par lesquelles le corps détecte / signale la proprioception ne sont pas différentes de la façon dont il détecte / signale le contact direct, alors j'hésiterais à rejeter l'information comme "très vague" (ou même comme moins précieuse / claire que le retour tactile / forcé ). Je peux certainement fermer les yeux et je n'ai aucune difficulté à déterminer comment mes bras, mes poignets et mes mains sont actuellement positionnés sur toute leur amplitude de mouvement.
#2
+13
Dan Hulme
2019-08-30 15:07:03 UTC
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Avec un manche à détection de déviation (conventionnel), il faut un certain temps pour déplacer le manche. Si vous essayez de faire des manœuvres rapides allant de (disons) une déviation complète à cabrer à une déviation complète à piquer, cette fraction de seconde peut être un retard important, en particulier dans un avion fly-by-wire avec un puissant, rapide- actionneurs agissant. Avec un bâton de détection de force, ce délai est supprimé. Les bâtons à détection de force causent également moins de fatigue des bras.

D'autres ont souligné que les bâtons à détection de force sont également plus simples mécaniquement, en raison du manque de pièces mobiles. Cela semble être une petite préoccupation, mais pour les aéronefs militaires, qui font l'objet d'inspections plus fréquentes et ont une chaîne d'approvisionnement très étendue, éliminer tout besoin d'une pièce de rechange peut être un grand avantage. C'est le genre de critère de conception où, même si ce n'est pas vraiment un facteur énorme sur cet avion, un ingénieur qui a été brûlé par un problème de pièces de rechange ou d'inspection sur une conception précédente pourrait considérer cela comme un gros risque pour le projet.

La simplicité mécanique peut également rendre les boutons supplémentaires, etc. sur le bâton plus fiables, car il n'est pas nécessaire de faire un câblage à travers un joint rotatif, qui pourrait se coincer ou porter l'isolation. Et le fait que vous n'ayez pas besoin d'espace pour déplacer le bâton peut faciliter la conception d'autres composants autour du bâton.

Comme ce projet l'a découvert, le principal inconvénient est que les bâtons à détection de force ne sont pas familiers avec la plupart des pilotes, et il faut beaucoup de temps pour s'y habituer. Ils rendent également l'entraînement plus difficile: avec un bâton de détection de déviation, il est facile de montrer à un élève-pilote la position du bâton appropriée pour une manœuvre particulière (par exemple pour montrer le recul progressif dans l'arrondi). C'est beaucoup plus difficile avec un bâton de détection de force. Évidemment, les pilotes ne suivront pas leur formation initiale sur cet avion, mais ils doivent quand même démontrer les caractéristiques de maniement, etc. lorsqu'ils se familiariseront avec le type.

#3
+6
Camille Goudeseune
2019-08-31 01:02:11 UTC
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La motivation est la même, bien que pour des raisons plus fortes, que celle du bouton de frein ou du frein champignon de la Citroën DS des années 1960, qui répondait à la pression du pied plutôt qu'au déplacement du pied . À savoir, réponse plus rapide , pour profiter de l'hydraulique de 2500 psi dans cette voiture peu orthodoxe et assez rapide. Déplacer votre orteil d'un demi-pouce au lieu de votre jambe d'un demi-pied (ahem) peut considérablement raccourcir votre distance de freinage.

TOUS les freins réagissent à la pression plutôt qu'à la course. La seule différence était un trajet plus court, ce qui peut effectivement conduire à une réponse plus rapide. Mais la motivation pour les avions est plus profonde que cela.
Bien sûr. Même les freins de vélo appliquent plus de force avec plus de pression, conformément à la loi de Hooke. Pour l'aviation, de quelle motivation profonde parlez-vous?
La dynamique et la cinématique des commandes de vol sont plus complexes. (Pour les freins, l'effet dépend simplement de la _pression_ des plaquettes). Traditionnellement (mécaniquement), l'actionnement se fait par position, mais l'effet dépend fortement de la vitesse anémométrique. En commande réversible (avions légers), la raideur change en conséquence, ce qui donne un effet de contrôle de la force. Mais avec un contrôle irréversible, cet effet est perdu et il faut concevoir des solutions de contournement telles que le raidisseur de contrôle variable ou le ratio. Au lieu de cela, pourquoi ne pas simplement sentir la force? (Pourquoi la force et non la position est couverte dans la réponse de Koyovis; nous, les humains, sommes simplement meilleurs pour le sentir).
#4
  0
Guy Inchbald
2020-02-25 22:59:39 UTC
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Le F-16 a été l'un des premiers avions «fly-by-wire» de série sans liaison mécanique directe entre les commandes du cockpit et les commandes aérodynamiques. Le développement de capteurs de pression à sortie électrique a permis de faire les choses différemment.

Pourquoi le poids, la complexité mécanique, le coût et la maintenance des charnières et autres choses sont-ils nécessaires alors que vous n'en avez pas besoin? / p>

Il s'est avéré qu'un certain mouvement est nécessaire pour fournir des commentaires au pilote, mais le principe demeure.

En aucun cas le F-16 [le premier FBW] (https://en.wikipedia.org/wiki/Fly-by-wire#History). De plus, son FBW (ainsi que ses capteurs de pression) étaient à l'origine analogiques. Enfin, le FBW peut être fait de la détection de position avec juste le même poids et les mêmes économies mécaniques (par exemple Concorde - qui est également antérieur au F-16), et la question était de savoir pourquoi même essayer de faire de la détection de force.
Merci, bien repéré. Maintenant ajouté / corrigé. Mais Concorde est une mauvaise comparaison et les économies sur les mécanismes de pivotement du manche et du gouvernail demeurent.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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