Question:
Pourquoi n'y a-t-il pas de commandes simplifiées pour hélicoptères fly-by-wire?
Todd Wilcox
2015-12-28 21:29:30 UTC
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J'ai discuté du contrôle de l'hélicoptère avec des parents pendant les vacances, en particulier en ce qui concerne la difficulté d'en piloter un et la façon dont le changement de contrôle nécessite d'ajuster les deux autres commandes principales. Une de mes relations m'a demandé si des hélicoptères avaient un système de contrôle informatique qui compense automatiquement, permettant des contrôles simplifiés que presque tout le monde pouvait piloter.

J'ai répondu que je n'avais pas entendu parler d'une telle chose et que je ne pouvais que deviner pourquoi :

  1. Problèmes de fiabilité et peut-être des problèmes de formation des pilotes (c'est-à-dire que vous devez savoir comment vraiment voler en cas de panne d'ordinateur de toute façon, alors pourquoi même avoir l'ordinateur?)
  2. Les complexités subtiles des interactions de contrôle ne se prêtant pas à une automatisation informatique raisonnable.

N'y a-t-il pas réellement de systèmes comme celui-ci? Pourquoi pas? Mes suppositions étaient-elles bonnes?

En ce qui concerne le doublon possible, j'ai vu cette question et cela semble indiquer que des contrôles simplifiés automatiques seraient possibles, mais cela ne semble pas totalement répondre à la question de savoir pourquoi ne pas avoir un pilote automatique psuedo qui permet à un pilote de simplement pousser en avant sur le cyclique pour avancer (par exemple) sans avoir à régler constamment le collectif et le gouvernail en même temps.

Copie possible de [Les giravions comme les hélicoptères ont-ils des pilotes automatiques?] (Http://aviation.stackexchange.com/questions/15462/do-rotorcrafts-like-helicopters-have-autopilots)
Je dirais que c'est absolument possible - regardez les hélicoptères à petite échelle (RC) et les multi-rotors qui font exactement cela. Quant à savoir pourquoi il n'est pas utilisé, vous mentionnez quelques bonnes raisons (sécurité, formation), et je suis curieux de savoir ce que les experts ici disent :)
Je n'ai jamais entendu parler d'un tel système, le problème étant qu'il est beaucoup plus complexe que cela. Comment un tel système saurait-il que pousser le cyclique en avant signifie que je veux aller de l'avant? Pousser le cyclique vers l'avant peut entraîner de nombreux changements de régime de vol, en fonction de ce que je fais également avec la puissance et les pédales. Par exemple, si je pousse le cyclique en avant dans la croisière, quel résultat est-ce que je veux? Accélérer? Grimper à vitesse constante? Descendre à vitesse constante? Grimper et accélérer? Entrer dans un virage à gauche accéléré? etc. Un pilote automatique est simple. Manipuler les autres contrôles ne l'est pas.
@Steve La conversation originale qui a acheté cette question a commencé sur le sujet des drones quadricoptères, qui, si je comprends bien, sont plus faciles à contrôler en particulier en raison de leur configuration quadricoptère (ce qui serait probablement peu pratique pour un hélicoptère à grande échelle et je pense que cette question a été demandé et répondu ici).
@Simon Votre commentaire me semble être une bonne réponse.
Six réponses:
#1
+33
auxpowerunit
2015-12-29 13:03:06 UTC
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Les fabricants d'hélicoptères semblent avoir tardé à adopter les systèmes de vol électrique. J'ai travaillé dans le groupe General Dynamics qui a conçu le système fly-by-wire pour le F-16. C'était le premier avion de série à disposer d'un système de pilotage automatique (sans système de sauvegarde mécanique). Au moment où j'ai commencé à travailler là-bas, ils étaient en train de mettre à jour le système pour y intégrer un ordinateur de contrôle de vol numérique. La production a nécessité une coordination approfondie entre plusieurs disciplines. En tant qu'ingénieur électricien, j'interagis régulièrement avec des ingénieurs logiciels, des concepteurs de lois de contrôle, des ingénieurs d'essais et des ingénieurs «mécanisation». Il a fallu de nombreuses années à l'entreprise pour développer une telle culture, où chaque membre se préoccupe de l'efficacité et de la sécurité de l'avion. Je suppose que les fabricants d’hélicoptères n’ont pas rattrapé leur retard pendant deux décennies car le financement était limité.

Voici un article qui décrit l’expérience de l’armée: Army Slow To Adapt Fly-by-Wire Controls pour les hélicoptères

Outre le financement, les hélicoptères sont des candidats idéaux pour les systèmes de vol électrique. L'objectif évident est de prendre un avion contrôlable marginalement et de le rendre à la fois stable et maniable. Cela réduirait considérablement la charge de travail du pilote. La plupart des systèmes de survol d'hélicoptère effectuent des commandes de vol stationnaire et découplées mains libres (c'est-à-dire un vol latéral sans avoir besoin d'entrées de gouvernail de direction).

Le premier hélicoptère à avoir fait la démonstration d'un excellent système de vol par câble était le Sikorsky RAH-66. Il a même réalisé un vol latéral à 60 nœuds et un vol arrière à 25 nœuds, en utilisant uniquement des entrées cycliques de manche. Malheureusement, ce programme a été annulé en 2004. Le premier hélicoptère volant militaire de production est le NHIndustries NH90, qui a été le premier hélicoptère à voler sans commandes mécaniques de secours, en 2002, et est entré en service en 2007. Le premier hélicoptère civil fly-by-wire, le Bell 525, est actuellement en cours de développement.

A-ha! Donc la réponse à la question, "pourquoi personne ne fait ça?" Il s'avère que "certaines personnes ** sont **!"
Oui. Je suis enthousiasmé par les possibilités. Si nous considérons le tiltrotor Boeing V-22 Osprey comme un exemple - l'avion est trop instable pour voler sans fly-by-wire. Des concepts similaires ont été essayés dans les années 1950, et ils ont échoué parce que la technologie électronique n'était pas disponible à l'époque. Maintenant, ce genre d'avions est utilisable, grâce aux systèmes fly-by-wire. http://www.verticalmag.com/features/features_article/20112-flying-the-v-22.html
Le 525 avait une tête de rotor qui divergent. Je ferais attention de ne pas vanter ses vertus jusqu'à ce que les résultats de l'enquête du NTSB et de Bell soient terminés et que Bell continue là où elle s'était arrêtée lorsqu'elle s'est détruite en vol pendant un vol d'essai. Quant au fait que l'armée veille à s'adapter, il y a une bonne raison à cela. Ne réparez pas ce qui n'est pas cassé tant que ce qui suit n'est pas prouvé mieux. Avec plus de 2000 Blackhawks dans la flotte, le «besoin» de se précipiter vers FBW n'est PAS démontré. Pour autant que je sache, le Valor (V-280), le Raider (S-97) et le Defiant sont tous des FBW. Comanche était mais il est mort lors de l'acquisition.
Candidats idéaux? À peine. Le couplage de commande à voilure fixe est beaucoup moins complexe que dans la voilure tournante. Cela dit, il existe des suites Rotary Wing FBW. Comme je l'ai noté ci-dessus, et comme vous l'avez noté, Comanche (RAH-66) était FBW et se déroulait bien jusqu'à ce que le programme se détériore au début des années 2000. En ce qui concerne le vol stationnaire mains libres, je pourrais le faire dans un SH-60B en 1989 sans FBW. L'AFCS et le SAS étaient suffisamment robustes pour le faire en mode d'approche couplée. (OK, techniquement, le coup horizontal était un FBW brut dans le Seahawk ...)
#2
+9
Thunderstrike
2015-12-28 23:57:56 UTC
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Il y a deux extrêmes:

  • Pas de commandes augmentées, c'est-à-dire la plupart des avions normaux. Le pilote contrôle les surfaces de contrôle et les moteurs directement.
  • Des commandes fortement augmentées (gauche, droite, montée et descente exactement comme ça), comme les quadricoptères. Le pilote donne un ordre de déplacement de l'avion qui est traduit par un algorithme en surface de contrôle et en entrées moteur.

À l'un ou l'autre des deux extrêmes, les choses sont bien comprises. C'est quand vous passez entre les deux que cela commence à devenir problématique.

Contrôles augmentés

Il y a toujours un conflit entre un changement bénéfique facilitant le pilotage pour le pilote et un plus grand niveau d'abstraction des commandes de vol. Un endroit où cela est particulièrement répandu est sur les avions Airbus, où les malentendus entre le pilote, l'interface, le contrôle et l'avion ont conduit à de multiples accidents.

Le point de Simon ici - que voulez-vous que les surfaces de contrôle do- est très pertinent.

Système dynamique

Les hélicoptères sont incroyablement dynamiques. Par exemple, une rafale latérale poussera l'hélicoptère sur le côté, mais cela entraînerait également une rotation disproportionnée sur l'ensemble de la cellule causée par la surface de l'aileron du rotor de queue. Pourtant, la force latérale pure (pas le moment) de l'augmentation de la puissance du rotor de queue n'est pas compensée et nécessiterait à nouveau un réglage du rotor principal pour rester en position. Toute réponse et entrée du pilote devrait être gérée de manière appropriée pour empêcher l'oscillation induite par le pilote.

L'augmentation de stabilité est utilisée, par exemple sur l'EC135:

Le système de vol automatique est de conception hiérarchique et sur le G-IWRC, il comprend un système d'augmentation de la stabilité (SAS) à trois axes et un pilote automatique. Le SAS se composait d'un Pitch and Roll SAS (P&R SAS) et d'un yaw SAS. L'hélicoptère était également équipé d'un amortisseur de tangage. Ces systèmes sont utilisés pour stabiliser l’attitude de l’hélicoptère autour des axes longitudinal, latéral et de lacet en appliquant des entrées d’autorité limitée aux commandes principales.

Le système SAS est conçu pour un fonctionnement «pratique», qui signifie que le pilote doit fournir des commandes par l'intermédiaire des pédales de commande cyclique et de lacet afin de contrôler l'assiette de l'hélicoptère. Le SAS est automatiquement activé pendant les procédures de démarrage et peut être désengagé en appuyant sur l'un des interrupteurs SAS DCPL situés au-dessus de chaque poignée cyclique. Le réengagement du SAS se fait via un interrupteur à quatre voies sur la poignée cyclique, étiqueté P&R / P - P / y RST. Rapport d'accident Eurcopter EC135

Rôle du pilote et aspects réglementaires

J'ai travaillé sur des systèmes de drones «tout le chemin» sur l'automatisation du contrôle. Je pense qu'une partie du problème est l'opinion conservatrice sur le rôle du pilote. Airbus a été fortement critiqué pour ses choix de conception censés faciliter le vol du pilote. L'augmentation des commandes de vol est une entreprise risquée.

Les changements sont difficiles à mettre en œuvre et les tests coûteux dans le secteur de l'aviation. Nous pourrions finalement retirer le pilote et quiconque à bord (médecin, infirmière) pourrait simplement sélectionner un endroit sur une carte comme site d'atterrissage. En passant à l'étape de faire des commandes push haut / bas / gauche / droite ... comme vous le suggérez, nous avons créé des commandes de vol entièrement automatiques. C'est (entièrement) techniquement réalisable, puisque c'est ce que fait le pilote automatique. Changer la façon dont les entrées de contrôle actives sont interprétées du point de vue de l'utilisation, des licences, de la formation et de l'exécution est une toute autre histoire.

Je ne suis pas sûr de comprendre toute cette réponse. Les systèmes de drones sur lesquels vous avez travaillé sont des hélicoptères ou des voilures fixes?
Artisanat à rotor @ToddWilcox
Juste une supposition, mais avez-vous travaillé le Kmax sans pilote?
#3
+2
Koyovis
2017-04-27 08:26:06 UTC
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Oui, les commandes de vol électrique sont appliquées aux hélicoptères. Mais il existe une solution plus simple et beaucoup plus ancienne à la danse multidimensionnelle des commandes de vol dans les hélicoptères: le mélangeur mécanique.

Prenons un hélicoptère en vol stationnaire stable. Seuls de petits mouvements autour du point neutre des commandes de vol sont nécessaires pour compenser les petites variations du débit d'air. Tirez maintenant sur le collectif pour gagner de la hauteur, et le point neutre des pédales et du manche latéral change: le rotor fournit plus de portance mais aussi plus de couple, compensez cela avec une poussée accrue du rotor de queue, compensez un balancement accru avec le manche latéral.

Le mélangeur mécanique fait exactement cela, automatiquement. Il se trouve dans les grands hélicoptères comme CH-53, UH-60, etc., et est situé derrière les commandes de vol mais avant les actionneurs du plateau oscillant, et ce n'est qu'un ensemble de bras et de jambes mécaniques qui interconnectent le collectif avec la tringlerie des pédales, etc.

Notez que le mélangeur mécanique ne change que le point d'assiette des commandes de vol, mais pas la stabilité statique de l'hélicoptère ou les effets de couplage croisé de l'inertie du rotor, etc. Pour cela, vous auriez besoin de F-16-like fly-by-wire avec des ordinateurs redondants & tous.

Pour être honnête, l'UH-60 dispose d'un certain nombre d'entrées de couplage roulis à lacet vers l'AFCS (les signaux de l'IIRC proviennent des accéléromètres latéraux dans le compartiment du nez) qui ne sont pas un mélange strictement mécanique, non? ;-)
Oui en effet, le pilote automatique est un autre moyen de rendre le pilotage d'un hélicoptère un peu plus simple :)
#4
+1
aeroalias
2015-12-29 02:39:05 UTC
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La principale conséquence d'avoir des commandes indépendantes dans un hélicoptère est que le même mouvement de commande aura un résultat différent selon le mouvement des autres commandes.

Par exemple, considérons le collectif en vol stationnaire, en faisant varier le Le collectif entraînera un changement d'altitude, tandis qu'en vol vers l'avant, la même chose entraînera soit un changement d'altitude, soit de vitesse en fonction du déplacement du cyclique. Le fonctionnement du cyclique a des résultats similaires basés sur le fonctionnement d'autres commandes.

C'est le problème d'avoir des commandes pseudo ou couplées - la réponse de l'hélicoptère peut différer de celle prévue. D'un autre côté, l'ordinateur FBW est assez simple: vous entrez les commandes, qui sont envoyées aux actionneurs via l'ordinateur. L'ordinateur n'a pas besoin de deviner ce que vous voulez faire ici.

Je pense qu'il y a des hélicoptères où le collectif en mouvement ajuste automatiquement le couple, bien que ce soit le seul cas où je pense que le les contrôles sont couplés.

Voulez-vous dire que le régulateur de carburant règle automatiquement la puissance du moteur lors du déplacement du collectif?
#5
+1
PeterT
2017-04-27 18:45:44 UTC
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Le concept de commandes avancées pour les bateaux à voilure tournante existe depuis longtemps. J'ai travaillé pour McDonnell Aircraft dans leur groupe de simulation dans les années 80 alors qu'ils concouraient pour le programme LHX (Light Helicopter eXperimental). Bien que je ne puisse pas dire que ce soit la première implémentation de ces commandes, elle doit être l'une des plus anciennes.

Les commandes de vol ont essentiellement supprimé le cyclique et le collectif et les ont remplacés par un contrôleur d'arme de poing à quatre voies - essentiellement un joystick 3D avec rotation. Tout mouvement horizontal dans le plan de vol était contrôlé en poussant le contrôleur dans la direction dans laquelle vous vouliez que l'engin se déplace, en avant, en arrière ou sur le côté. Le vol vertical était contrôlé en appliquant une pression vers le haut ou vers le bas sur le contrôleur. Le lacet de la plate-forme a été effectué en tournant le contrôleur. - Référence

Bien que j'adore les avions depuis de nombreuses années et que je n'ai pas (encore) eu ma PPL, j'avais l'habitude de piloter les simulateurs à voilure fixe et je me suis amusé . Mais n'ayant jamais piloté d'hélicoptère traditionnellement contrôlé, j'ai trouvé le pilotage du LHX très intuitif.

Je suis désolé, mais bien que cela ajoute des informations historiques intéressantes, je ne vois actuellement pas comment cela répond à la partie "pourquoi n'est pas commun" de la question
#6
  0
Brandon Shoemake
2018-12-08 03:32:48 UTC
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Réponse courte: nous avons déjà des hélicoptères Fly-By-Wire de Bell / Sikorsky, Airbus et probablement d'autres. Référencez le Bell 525, le Sikorsky V22, l'Airbus / Eurocopter NH90

Réponse longue: il est extrêmement coûteux et chronophage de faire certifier un nouvel avion ou un système. Même de simples changements apportés à un avion ou à des systèmes certifiés peuvent être extrêmement coûteux et prendre du temps du point de vue de la conformité réglementaire, ce qui doit inclure le test desdits aéronefs et systèmes pendant le cycle de développement tout en documentant chaque petit détail.

Les gens résistent au changement en général - apporter des changements à quelque chose qu'ils connaissent, aiment, respectent et parfois la peur fera ressortir le pire en eux. Les pilotes sont juste des gens avec des sentiments, des désirs et des opinions comme tout le monde.

Au moment d'écrire ces lignes, fin 2018, les systèmes Fly-By-Wire ne sont pas seulement techniquement réalisables, ils sont matures. L'électronique et les servos sont si bon marché que la triple redondance est un coût supplémentaire insignifiant. Tous nos avions commerciaux et militaires les plus complexes aujourd'hui (2018) sont équipés de systèmes Fly-By-Wire, y compris des systèmes à rotor et spatiaux.



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 3.0 sous laquelle il est distribué.
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