Hệ thống điều khiển trên A320

Giới thiệu tổng quan về Hệ thống điều khiển trên A320

Chơng 1. Giới Thiệu Tổng Quan Về Hệ Thống Điều Khiển Trên A320 Máy bay A320 là loại máy bay dân dụng cỡ nhỏ, ứng dụng công nghệ điểu khiển điện - điện tử tiên tiến. Điều đó thể hiện qua tính năng kỹ thuật và hệ thống điều khiển của A320 : 1.1. Tính năng kỹ thuật. Chiều dài tàu bay : 37.57 m Chiều cao tàu bay : 11.76 m Đờng kính thân máy bay : 3.96 m Sải cánh : 34.1 m Diên tích cánh : 123 m 2 Số động cơ chính : 2 Số động cơ phụ : 1 Trọng tải tối đa khi cất cánh : 73.5 tấn Trọng tải thơng mại : 15 ữ 20 tấn Số hành khách quy định : 150 hành khách. Số hành khách tối đa : 180 hành khách. Khả năng chứa nhiên liệu lớn nhất : 23860 lít tơng đơng 18,728 tấn Vận tốc bay đờng dài : 750 ữ 800 km/h Tầm bay xa từ 2000 ữ 4000 km. 1 Hình: Các kích thớc chính của máy bay A320 1.2. Hệ thống điều khiển máy bay 1.2.1. Giới thiệu chung. Là hệ thống điều khiển fly by wire . Với hệ thống điều khiển dạng này, khả năng ứng dụng công nghệ tin học-điện tử khai thác và sử dụng là rất cao. Điều đó làm cho máy bay giảm đợc một khối lợng kết cấu rất đáng kể về quá trình điều khiển lại đơn giản an toàn, độ chính xác cao do có sự trợ giúp của máy tính. Điều khiển bay trên máy bay A320 đợc thực hiện trong hai chế độ: +Chế độ bán tự động: chế độ có sự trợ giúp của ngời phi công trong quá trình điều khiển (flight control). +Chế độ tự động lái (auto pilot) : tự động hoàn toàn, tất cả quá trình điều khiển bay đều do máy tính điều khiển. Quá trình điều khiển diễn ra theo: tín hiệu điều khiển đợc chuyển thành tín hiệu điện rồi qua máy tính trung tâm tới cơ cấu chấp hành ở dạng tín hiệu điện đóng 2 mở van điện từ để điều khiển cơ cấu chấp hành ( cơ cấu chấp hành ở đây là các phần tử thuỷ lực) và hệ thống hiển thị ở A320 là các màn hình tinh thể lỏng. 1.2.2. Nguyên tắc điều khiển. Điều khiển bay là điều khiển dựa trên sự cân bằng và ổn định của máy bay theo các trục toạ độ. Việc điều khiển đợc thực hiện nhờ các mặt phẳng điều khiển thông thờng. Các mặt phẳng đó bao gồm: cánh tà trớc, cánh tà sau, cánh lái liệng, cánh lái hớng, cánh lái độ cao cùng với các cánh và các tấm phá dòng phục vụ cho quá trình điều khiển máy bay đợc rễ ràng. Điều khiển góc nghiêng cánh (góc liệng ) và góc chúc ngóc (roll and pitch control ) là loại điều khiển bằng điện, sử dụng hai máy tính số ELAC (elevator aileron computer) và SEC ( spoiler elevator computer). Mỗi máy tính này đều có khả năng điều khiển máy bay theo hai trục ox và oy. Điều khiển góc lái hớng và thăng bằng ngang do hệ thống thủy cơ đảm nhiệm. Đặc điểm của hệ thống này là chỉ dùng thuỷ lực và cơ khí, do đó ngay cả khi mất điện hoàn toàn thì hệ thống này vẫn hoạt động đợc. Tuy nhiên trong điều kiện bình thờng, một vài chức năng của điều khiển cánh lái hớng nh cân băng khí động, giảm lắc ngang do máy tính tăng độ ổn định bay FAC (Flight Augmentation Computer ) đảm nhận. 3 Hình 2: Các Mặt phẳng điều khiển chính của máy bay A320 Các máy tính ELAC, SEC, các bộ tập trung giữ liệu điều khiển bay FCDC ( Flight Control Data Concentator ) và các đồng hồ đo gia tốc thẳng đứng tạo thành hệ thống điều khiển bay bằng điện EFCS (Electrical Flight Control System ). Hệ thống EFCS đợc xây dung dựa trên nguyên tắc: + Dự phòng d thừa và không đồng dạng. + EFCS co 2 bộ ELAC, 3 bộ SEC, 2 bộ FCDC và 4 gia tốc kế. Các máy tính ELAC, SEC đều có khả năng điều khiển góc nghiêng cánh và góc trúc ngóc của máy bay A320. Hai kiểu máy tính khác biệt nhau về cấu trúc bên trong, phần mềm và bộ vi xử lí. Giảm sát, việc giám sát mối máy tính ( ELAC và SEC ) đợc thực hiện nh sau : 4 + Kênh giám sát: mối máy tính gồm hai kênh cách li về điện cũng nh về vật lí. Một kênh có chức năng điều khiển còn kênh kia thì có chức năng giám sát chức năng đó. Kênh giám sát thờng xuyên so sánh kết quả các máy tính này và không cho phát tín hiệu chấp hành khi xảy ra sự sai lệch giữa các kết quả đó. + Khả năng tự giám sát: Mối kênh đều có khả năng phát hiện sự cố từ các tín hiệu đột biến mà nó thu hay phát, cung nh phát hiện các h hỏng bên trong bằng cách kiểm tra bộ vi xử lí và giám sát mức điện áp các bộ nguồn bên trong của nó. + Kiểm tra chéo: Mỗi kênh điều khiển và giám sát hợp bộ với nó th- ờng xuyên trao đổi thông tin qua các thanh dẫn số, qua đó thống nhất và khẳng định thông tin nhận đợc từ các bộ truyền cảm thông tin khác nhau. + Tự động kiểm tra độ an toàn khi bật nguồn điện và nguồn áp suất đợc thực hiện không cần di chuyển các tấm điều khiển. Việc lắp đặt các tấm điều khiển phải tuân theo các quy tắc riêng của nó. Cách đi dây theo các chức năng, kiểu tín hiệu cho mỗi đờng và đảm bảo chống sét đánh cho các dây nổi ra ngoài. 1.2.3. Điều khiển bánh lái liệng (Aileron). Điều khiển nghiêng cánh của máy bay đợc thực hiện bởi cánh lái liệng ở đầu cánh và đợc trợ giúp bởi 4 tấm phá dòng hay còn gọi là tấm bù khí động. Các bánh lái liệng đợc điều khiển bằng tay từ cần điều khiển bên (side stick controller ) hoặc tự động bởi bộ tự động lái (auto pilot ) hay chức năng giảm tải lực khí động (load elleviation function ). Mối cánh lái liệng đợc truyền động bởi hai bộ điều khiển secvo nhận tín hiệu từ hai máy tính điều khiển cánh lái liệng và cánh lái độ cao (ELAC) sử dụng các hệ thống thuỷ lực khác nhau. Các secvor khác với các cơ cấu chấp hành khác là thờng có các cảm biến vị trí cho phép có thể dngf xylanh ở vị trí bất kỳ nào. 5 Trong chế độ bay bình thờng thì chức năng nghiêng cánh của bánh lái liệng do ELAC1 và điều khiển secvor liên quan đảm nhận, còn ELAC2 thì ở chế độ dự phòng, trong khi secvor của nó làm việc trong chế độ giảm chấn (damping mode ). Chức năng giảm lực tải của cánh lái liệng đợc thực hiện bởi cả hai ELAC cùng với các secvor. Khi xảy ra sự cố các bánh lái liệng đợc tự động chuyển sang điều khiển bởi ELAC2 ( chức năng nghiêng cánh, giảm lực tải ), điều khiển secvor hợp bộ với nó cũng chuyển sang chế độ hoạt động, các secvor khác thì lại chuyển sang làm việc ở chế độ giảm chấn (dao động). Nếu có sự cố liên tiếp các secvor của một cánh lái liệng không điều khiển đợc thì chúng chuyển sang chế độ giảm chấn. Chế độ này cũng đợc tự động kích hoạt khi xảy ra mất áp trong hệ thống tuỷ lực. Hai cần điều khiển bên (side stick controller ) đợc đặt trong khoang lái. Chúng có cảm biến giá trị góc liệng và góc trúc ngóc cùng với cơ cấu tảo giả (hay cảm giác tay lái feel mechanism) và có chốt hãm dùng cuộn lõi động (solenoid operate detend ) để đa cần về vị trí trung gian khi tự động lái đợc kích hoạt. 6 Nguồn thuỷ lực: Hình: Các nguồn thủy lực chính của máy bay A320 Các hệ thống điều khiển bay đợc cung cấp bởi 3 nguồn thuỷ lực độc lập, với sự dự phòng d thừa sao cho với hai hệ thống thuỷ lực bị hỏng, hệ thống còn lại vẫn cho 7 phép máy bay hoạt động trong khoảng thời gian cho phép của giới hạn thông số bay. + Việc phân phối và kiểm tra sự hoạt động của hệ thống thuỷ lực đợc thực hiện bởi các van: * Các van u tiên:các van u tiện đợc lắp đặt ở đầu vào của các bộ phận sau đây cho phép chúng kích hoạt trớc: - Hệ thống Blue: motor của bộ điều khiển nguồn CPU cánh tà sau - Hệ thống Green: Các motor của bộ điều khiển nguồn cánh tà trớc và cánh tà sau. - Hệ thống Yellow: motor của bộ điều khiển nguồn cánh tà sau. - Để áp suất cung cấp cho bộ phận điều chỉnh bay không bị sụt quá 130 bar (1885 psi). khi nhiều hệ thống thuỷ lực khác nhau đợc sử dụng đồng thời. * Van đo dòng rò: Các khối van cách li khi bảo dỡng mặt đất đợc lắp đặt trong các đờng nguồn thuỷ lực của hệ thống điều khiển bay cho phép đo đợc các dòng rò bên trong các bộ phận điều khiển đặt sau ( phía hạ lu ). Các van nay cũng nh thực hiện các kiểm tra phát hiện kẹt van. * Van an toàn: Để bảo vệ hệ thống Green trong trờng hợp cháy động cơ, ngời ta đặt một van an toàn ở phía trớc xylanh càng trớc. Qua các đặc điểm các hệ thống của máy bay A320 ta nhận thấy A320 là một máy bay tầm trung rất phù hợp với điều kiện khai thác của Việt Nam: với u điểm của hệ thống điều khiển đó là việc sử dụng các máy tính với các cơ cấu chấp hành là các phần tử thiết bị thuỷ lực đã làm giảm đáng kể kết cấu của máy bay A320 và đặc biệt là các thiết bị thuỷ lực này đã tạo lên một hệ thống thuỷ lực theo dõi giúp cho quá trình tự động hoá trong điều khiển đợc thực hiện dễ dàng, chính xác và an toàn. Với việc sử dụng nguyên tắc điều khiển dự phòng, d thừa và theo dõi giám sát đã nâng cao hơn độ an toàn tin cậy và chính xác trong quá trình điều khiển đối 8 với A320. Đó cũng chính là các đặc điểm nổi bật của máy bay A320 so với các loại máy bay khác và thực tế quá trình khai thác bảo dỡng cũng đã chững minh đ- ợc điều đó là đúng. Chơng 2 Lý thuyết điều khiển và hệ thống điều khiển cánh lái liệng máy bay A320. Để hiểu đợc lý thuyết điều khiển máy bay ta cần biết. Sự cân bằng. Sự bền vững (sự ổn định). Sự điều khiển. 2.1. Sự cân bằng và bền vững. 2.1.1. Sự cân bằng. Cân bằng là trạng thái của một vật khi có lực và momen tác động lên nó mà vật vẫn giữ nguyên đợc trạng thái ban đầu. Riêng đối với máy bay ta sẽ phải xác định đợc vị trí cân bằng của nó Trục dọc OX là trục xuyên suốt dọc thân và hớng về phía mũi máy bay. Trục OY là trục thẳng đứng vuông góc với trục OX và nằm trong mặt phẳng đối xứng của máy bay. Trục OZ nằm trong mặt phẳng vuông góc với OX và OY. Các momen làm cho máy bay quay xung quanh trục OX gọi là momen lực vòng. Các momen làm cho máy bay quay xung quanh trục OY là momen hớng. Các momen làm cho máy bay quay xung quanh trục OZ là momen lắc dọc. 2.1.2. Sự bền vững. Các trạnh thái cân bằng có thể là trạng thái cân bằng bền vững hoặc là trạng thái cân bằng không bền vững. 9 Cân bằng bền vững là cân bằng tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu mà không cần sự tác động của phi công sau khi ngừng các lực tác động lên nó. Cân bằng không bền vững là cân bằng mà bm không tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu. Thực tế tất cả các máy bay đều cân bằng bền vững,nếu máy bay bền vững ở chế độ bay bằng thì nó bền vững ở chế độ bay khác. 2.2. Sự điều khiển máy bay. 2.2.1. Định nghĩa. Sự điều khiển của máy bay đợc hiểu là khả năng bay theo ý muốn của phi công thông qua các phơng tiện điều khiển nh vô lăng, cần lái, bàn đạp, tự động lái. Để điều khiển máy bay đợc dễ dàng thì các thiết bị lái phải đợc thiết kế sao cho ngời lái cảm nhận đợc tác động của hành động điều khiển. Nếu nh máy bay quá nhạy cảm thì sự điều khiển máy bay sẽ trở nên khó khăn. 2.2.2. Cân bằng ngang, bền vững điều khiển. 2.2.2.1 Cân bằng ngang. Để đạt đợc trạng thái cân bằng ngang của máy bay thì tổng momen các lực trên trục X về phía phải bằng tổng momen các lực trên trục X về phía trái.Để đạt đợc sự cân bằng này máy bay đợc thiết kế sao cho nó cân xứng so với mặt phẳng OXZ. Máy bay đợc cân bằng không những vè trọng lợng mà còn đợc cân bằng về tính khí động của nó. Tính chất khí động xác định bằng sự tơng ứng hình dạng, trọng lơng, kích thớc. 2.2.2.2 Bền vững. Sự cân bằng ngang bị phá vỡ khi có sự dịch chuyển của cánh lái liệng khi có dòng khí thổi ở một bên cánh. Sự ảnh hởng lớn nhất đối với cân bằng ngang thờng phát sinh do hai lực đẩy của hai động cơ không đều nhau. 2.2.2.3 Điều khiển. 10 [...]... khiển bằng cơ khí Đây là hệ thống mà các thế hệ máy bay cũ thờng dùng, ở hệ thống này các tín hiệu đầu vào là tín hiệu cơ đợc đa vào thông qua cơ cấu bàn đạp, tín hiệu đợc truyền đi qua hệ thống dây cáp hoặc thanh truyền sau đó đa đến bộ khuyếch đại cơ khí sau đó tác động đến bánh lái Trong hệ thống này mọi hoạt động của hệ thống do phi công điều khiển Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bằng cơ khí: * Ưu... độ của hệ thống là ngắn nhất * Ưu điểm: + Có thể dùng cho những loại có trọng lợng lớn + Sai số điều khiển nhỏ vì điều khiển có phản hồi để hiệu chỉnh vào * Nhợc điểm: + Kết cấu hệ thống tơng đối phức tạp + Các phần tử đòi hỏi độ chính xác cao d Hệ thống điều khiển bằng cơ thuỷ điện Đây là hệ thống đang đợc dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đặc biệt là trong hàng không Trong các hệ thống này... luật điều khiển Các qui luật điều khiển máy bay đợc sử dụng trong tong giai đoạn trong chuyến bay, chúng đợc cài đặt trong phần mềm máy tính Các qui luật điều khiển khác nhau và các phơng thức bảo vệ liên quan dùng trong điều khiển A320 gồm có: + Qui luật điều khiển thông thờng góc chúc ngóc (bay dài, hạ cánh, điều khiển THS, bảo vệ góc tấn) + Điều khiển chuyển động sang bên (giảm dao động lắc ngang, hệ. .. khiển của máy bay A320 Việc điều khiển thực hiện nhờ các mặt phẳng điều khiển Điều khiển góc nghiêng cánh ( Góc liệng), và góc chúc ngóc là loạ điều khiển bằng điện, sử dụng hai máy tính số ELAC ( Elevaton Aileron Computer ) và SEC ( Spoiler Elevater 21 Computer ) Mỗi máy tính đều có khả năng điều khiển máy bay theo hai trục ox và oy Việc điều khiển góc đổi hớng và thăng bằng ngang do hệ thống thuỷ cơ... vận hành dễ dàng + Hệ thống an toàn tơng đối cao * Nhợc điểm: + Hệ thống điều khiển cồng kềnh có khối lợng lớn + Thời gian trong quá trình điều khiển dài + Hệ thống thanh truyền và dây cáp bố trí dọc thân máy bay nên không thuận tiện cho việc bảo dỡng và sửa chữa trong quá trình khai thác +Lực tác động vào đối tợng là nhỏ nên chỉ thích hợp cho máy bay vừa và nhỏ b Hệ thống điều khiển cơ điện Tín hiệu... để điều khiển máy bay Các phần tử chính của hệ thống: + động cơ điện + Nguồn điện + Cơ cấu chuyển động * Ưu điểm: + Hệ thống tơng đối gọn nhẹ + Lực tác động vào cánh lái lớn tuỳ thuộc vào loại động cơ điện đợc dùng * Nhợc điểm: + Có mặt các phần tử điện làm cho cơ cấu phức tạp hơn + Độ chính xác trong quá trình điều khiển phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm điều khiển của phi công c Hệ thống điều khiển. .. đối tợng điều khiển đợc tác động trực tiếp của con ngời để đạt đợc mục đích của ngời điều khiển Điều khiển tự động là quá trình không cần sự tham gia trực tiếp của con ngời mà vẫn đạt đợc mục đích Điều khiển bán tự động là quá trình điều khiển mà con ngời thông qua một phơng tiện khác để tác động vào đối tợng điều khiển nhằm đạt đợc mục đích của mình Trong kỹ thuật hàng không đối tợng điều khiển là... nguyên lý của hệ thống điều khiển 14 Trong quá trình phát triển của Khoa Học Kỹ thuật các loại máy bay ngày càng đợc trang bị các thiết bị hiện đại hơn, nhất là hệ thống điều khiển Nhng dù có cải tiến đến đâu và hệ thống có hiện đại nh thế nào thì sơ đồ khối của hệ thống vẫn đợc mô tả nh sau: Trong đó: + x(t) là tín hiệu đầu vào, đối với máy bay tín hiệu này là tín hiệu cơ (từ bảng điều khiển hoặc cần... đổi hệ phơng trình vi phân mới với các biến là vector không tốc V, các góc , , Vế phải của phơng trình này sẽ là các lực, momen tác động vào máy bay chiếu trên ba trục 2.3.2.Nguyên lý chung và phân loại 2.3.2.1 Nguyên lý chung 13 a Định nghĩa Tác Động điều khiển (con người) Đối tượng điều khiển Mục đích của điều khiển Do đặc điểm hoạt động của tong hệ thống điều khiển ta có các định nghĩa sau: Điều khiển. .. hiệu điều khiển + Do máy tính đảm nhiệm mọi việc sử lý thông tin và đa thông tin ra do đó các phần tử của hệ thống dễ dàng đợc kiểm tra khi bảo dỡng và sửa chữa * Nhợc điểm: + Hệ thống phải đợc thiết kế có độ chính xác cao về cơ khí thuỷ lực và tin học + Công nghệ chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, phải có sự kết hợp của nhiều ngành Sơ đồ khối của hệ thống thuỷ lực đợc biểu diễn: 2.3.3 Hệ Thống điều khiển