항공기 비행 제어 시스템

Aircraft flight control system
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일반적인 항공기의 주요 비행 제어 장치

기존의 고정익 항공기 비행 제어 시스템은 비행 제어 표면, 각 조종석 제어 장치, 연결 링크 및 비행 중인 항공기의 방향을 제어하기 위해 필요한 작동 메커니즘으로 구성됩니다.항공기 엔진 제어는 또한 속도 변화에 따라 비행 제어로 간주됩니다.

항공기 제어의 기본은 비행 역학에서 설명된다.이 기사에서는 비행 제어 장치의 작동 메커니즘을 중심으로 설명합니다.항공기에 사용되는 기본 시스템은 1908년 4월 루이 블레리오의 개척자 시대의 단발기 [1]설계에 따라 쉽게 알아볼 수 있는 형태로 처음 등장했다.

조종석 컨트롤

프라이머리 컨트롤

Cessna 182D Skylane의 조종석 제어 및 계기판

일반적으로 주요 조종석 비행 제어 장치는 다음과 같이 배치됩니다.[2]

  • 컨트롤 요크(컨트롤 칼럼이라고도 함), 센터 스틱 또는 사이드 스틱(후자 2개는 컨트롤 또는 조이스틱이라고도 함)은 좌우로 회전하거나 꺾일 때 애일러론을 움직여 항공기의 롤링과 피치를 제어하며(또는 일부 초기 항공기 설계에서 날개 뒤틀림을 활성화함), 후방으로 이동할 때 엘리베이터를 이동시킨다.ards 또는 forwards
  • 방향타 페달 또는 이전의 사전 조정 "방향타 바"는 방향타를 움직이는 요를 제어합니다. 예를 들어 왼쪽 발이 방향타를 왼쪽으로 이동합니다.
  • 엔진 속도 또는 동력 항공기의 추력을 제어하는 스로틀 제어 장치.

조종 요크는 항공기마다 크게 다르다.요크를 시계/반시계 방향으로 회전시켜 롤을 제어하고 제어 칼럼을 파일럿 쪽으로 또는 파일럿에서 멀리 이동시켜 피치를 제어하는 요크가 있지만, 다른 요크는 계기판에서 요크를 밀어서 제어한다(예: 152 및 172).롤은 전체 요크를 좌우로 슬라이드시켜 제어합니다(Cessna 162 등).센터 스틱은 항공기마다 다릅니다.일부는 [3]케이블을 사용하여 제어면에 직접 연결되고, 다른 일부는 컴퓨터가 그 사이에 전기 액추에이터를 제어합니다.

Issy-le-Moulineau의 Blériot VIII는 조종사를 위한 현대적 비행 제어의 초기 형태를 가진 최초의 비행 가능한 항공기 설계입니다.

조종사의 혼란을 피하기 위해 항공기가 V-테일 방향타기, 편대 또는 승강기와 같은 변형 비행 제어 표면을 사용하는 경우에도 항공기의 비행 제어 시스템은 스틱이나 요크가 [2]요를 위한 방향타 페달과 같이 피치 앤 롤을 전통적으로 제어하도록 설계됩니다.현대 비행 제어의 기본 패턴은 프랑스 항공계의 거물인 Robert Esnault-Pelterie에 의해 개척되었고, 1908년 4월 동료 비행사 Louis Blériot이 Louis's Blériot VII 단발비행기에서 처음 Esnault-Pelterie의 제어 형식을 대중화하였고 1909년 7월 채널 횡단 Blotrie XI에서 형식을 표준화하였다.비행 제어는 1944년 작품 스틱과 루더와 같은 ab initio 지침서에서 대중화된 것처럼 수십 년 동안 그러한 방식으로 가르쳐져 왔다.

일부 항공기에서는 제어 표면이 링크로 조작되지 않는다.예를 들어 초경량 항공기와 전동 행글라이더에는 메커니즘이 전혀 없습니다.대신 조종사는 리프팅 표면을 손으로 잡고(아래쪽에 매달린 단단한 프레임을 사용하여)[citation needed] 이동합니다.

세컨더리 컨트롤

주요 기사:트림 탭, 플랩(항공기), 에어 브레이크(항공기), 스포일러(항공기), 전단 슬랫 및 가변 스위프 윙

롤링, 피치, 요에 대한 1차 비행 제어 외에 조종사가 비행을 보다 세밀하게 제어하거나 작업 부하를 완화하기 위한 2차 비행 제어가 종종 있습니다.가장 일반적으로 이용 가능한 제어장치는 엘리베이터 트림을 제어하는 바퀴 또는 기타 장치이므로 조종사는 특정[4] 피치 자세를 유지하기 위해 일정한 후방 또는 전방 압력을 유지할 필요가 없다(키와 보조기 같은 다른 유형의 트림은 대형 항공기에서 흔히 볼 수 있지만 소형 항공기에서도 나타날 수 있다).많은 항공기는 스위치나 기계 레버에 의해 제어되는 날개 플랩을 갖추고 있거나 일부 경우에는 컴퓨터 제어에 의해 날개 모양이 완전히 자동화되어 있어 이착륙에 사용되는 느린 속도에서 날개 모양을 개선한다.다른 보조 비행 제어 시스템에는 슬랫, 스포일러, 에어 브레이크 및 가변 스위프 날개가 포함될 수 있다.

비행 제어 시스템

기계

de Havilland Tiger Moth 엘리베이터 및 방향타 케이블

기계식 또는 수동으로 작동하는 비행 제어 시스템은 항공기를 제어하는 가장 기본적인 방법입니다.그것들은 초기 항공기에 사용되었고 현재 공기역학적 힘이 과도하지 않은 소형 항공기에 사용되고 있다.라이트 플라이어 I, 블레리오트 XI, 포커 아인데커와 같은 매우 초기의 항공기는 날개 뒤틀림 시스템을 사용했는데, 이 시스템은 라이트 플라이어 I과 1909년형 에트리히 타우베와 같은 피치 제어에도 사용되지 않았다.o 뒤틀림 작동식 피치 앤 롤 제어.[5]수동 비행 제어 시스템은 푸시로드, 텐션 케이블, 풀리, 균형추, 그리고 때로는 체인과 같은 기계 부품의 집합을 사용하여 조종석 제어에 가해지는 힘을 제어면에 직접 전달합니다.턴버클은 제어 케이블 장력을 조정하는 데 자주 사용됩니다.세스나 스카이호크는 이런 종류의 시스템을 사용하는 항공기의 전형적인 예이다.돌풍 잠금 장치는 제어 표면과 연결을 바람으로부터 보호하기 위해 기계 시스템을 갖춘 주차된 항공기에 종종 사용됩니다.일부 항공기는 제어 [6]시스템의 일부로 돌풍 잠금 장치가 장착되어 있습니다.

제어 표면적이 증가하고 더 빠른 항공기가 필요로 하는 높은 공기 속도가 비행 제어 시스템에 더 높은 공기역학적 부하를 초래했다.그 결과, 이동에 필요한 힘도 상당히 커집니다.결과적으로, [7]조종사에게 요구되는 힘을 줄이기 위해 기계적 이점을 최대한 끌어내기 위해 복잡한 기계 기어 장치가 개발되었습니다.이러한 배치는 포커 50과 같은 더 크거나 더 높은 성능의 프로펠러 항공기에서 찾을 수 있습니다.

일부 기계식 비행 제어 시스템은 공기역학적 지원을 제공하는 서보 탭을 사용합니다.서보 탭은 제어면에 힌지로 연결된 작은 표면입니다.비행 제어 메커니즘은 이러한 탭을 이동하거나 공기역학적 힘을 차례로 이동하거나 제어면의 움직임을 보조하여 필요한 기계적 힘의 양을 줄입니다.이 배치는 초기 피스톤 작동 수송 항공기와 초기 제트 [8]운송에 사용되었다.Boeing 737은 시스템을 내장하고 있으며, 드물게 유압 시스템이 완전히 고장났을 경우 자동으로 원활하게 서보 탭을 통해 제어됩니다.

수력 기계

기계적 비행 제어 시스템의 복잡성과 무게는 항공기의 크기와 성능에 따라 상당히 증가한다.유압식으로 구동되는 제어 표면은 이러한 한계를 극복하는 데 도움이 됩니다.유압 비행 제어 시스템의 경우, 조종사의 근력보다는 경제성에 의해 항공기의 크기와 성능이 제한된다.처음에는 조종사가 제어 표면(피드백)[7]에서 공기역학적 하중의 일부를 여전히 느낄 수 있는 부분 승압 시스템만 사용되었습니다.

유압 기계식 비행 제어 시스템은 다음 두 부분으로 구성됩니다.

  • 조종석 컨트롤과 유압 회로를 연결하는 기계 회로입니다.기계식 비행 제어 시스템처럼, 그것은 막대, 케이블, 풀리, 그리고 때로는 체인으로 구성되어 있다.
  • 유압 회로: 유압 펌프, 탱크, 필터, 파이프, 밸브 및 액추에이터가 있습니다.액추에이터는 유압 회로의 펌프에서 발생하는 유압에 의해 구동됩니다.액추에이터는 유압을 제어 표면 운동으로 변환합니다.전기 유압 서보 밸브는 액추에이터의 움직임을 제어합니다.

조종사가 컨트롤을 움직이면 기계 회로가 유압 회로에서 해당하는 서보 밸브를 엽니다.유압 회로는 액추에이터에 전원을 공급하고 액추에이터는 제어 표면을 움직입니다.액추에이터가 움직이면 제어면의 움직임을 원하는 위치에서 정지시키는 기계적 피드백 링크에 의해 서보 밸브가 닫힙니다.

이러한 배치는 구형 제트 수송기와 일부 고성능 항공기에서 발견되었다.예를 들어 Antonov An-225와 Lockheed SR-71이 있습니다.

인공 필 장치

순수 기계식 비행 제어 시스템을 사용하면 제어 표면의 공기역학적 힘이 메커니즘을 통해 전달되고 조종사가 직접 느껴져 공기 속도의 촉각적 피드백을 가능하게 합니다.유체역학적 비행 제어 시스템의 경우 표면에 가해지는 하중을 느낄 수 없으며 과도한 제어 표면 이동을 통해 항공기에 과도한 응력을 가할 위험이 있다.이 문제를 극복하기 위해 인공 촉각 시스템을 사용할 수 있습니다.예를 들어, RAF의 Avro Vulcan 제트 폭격기와 RCAF의 Avro Canada CF-105 Arrow 초음속 요격기(둘 다 1950년대 설계)의 제어에 필요한 힘의 피드백이 스프링 [9]장치에 의해 달성되었다.이 장치의 지점은 (엘리베이터의) 공기 속도의 제곱에 비례하여 이동되어 고속에서 저항을 증가시켰다.American Vought F-8 Crusader와 LTV A-7 Corsair II 전투기의 조종을 위해, 조종봉의 피치 축에 '밥 웨이트'가 사용되어 비행기의 정상 [citation needed]가속도에 비례하는 힘의 피드백을 주었다.

스틱 셰이커

주요 기사:스틱 셰이커

스틱 셰이커는 일부 유압 항공기에서 컨트롤 칼럼에 부착되는 장치입니다.항공기가 정지 상태에 가까워지면 제어 컬럼이 흔들립니다.McDonnell Douglas DC-10과 같은 일부 항공기는 유압 [10]장애 시 스틱 셰이커를 작동시킬 수 있는 백업 전원 공급 장치를 갖추고 있습니다.

Power-by-Wire

대부분의 현재 시스템에서는 고압 유압 시스템을 통해 컨트롤 액추에이터에 전원이 공급됩니다.플라이 바이 와이어 시스템에서는 이러한 시스템을 제어하는 밸브가 전기 신호에 의해 활성화됩니다.Power-by-Wire 시스템에서는 유압 피스톤을 위해 전기 액추에이터가 사용됩니다.동력은 전기 케이블을 통해 액추에이터로 전달됩니다.유압 파이프보다 가볍고 설치 및 유지보수가 용이하며 신뢰성이 높습니다.F-35 비행 제어 시스템의 요소들은 전력-배선 [11][12][13]방식입니다.이러한 정전기 작동(EHA) 시스템의 액추에이터는 자급식 유압 장치, 소형 폐쇄 회로 유압 시스템입니다.전체적인 목표는 더 많은 전기 항공기 또는 모든 전기 항공기를 지향하는 것이며, 접근법의 초기 예는 Avro Vulcan이었다.Airbus A380에 [14]대한 접근 방식을 사용하는 것에 대해 진지하게 고려되었다.

플라이 바이 와이어 제어 시스템

주요 기사:플라이 바이 와이어

플라이 바이 와이어(FBW) 시스템은 항공기의 수동 비행 제어를 전자 인터페이스로 대체합니다.비행 제어기의 이동은 와이어에 의해 전송되는 전자 신호로 변환되며(따라서 플라이 바이 와이어라는 용어), 비행 제어 컴퓨터는 예상되는 반응을 제공하기 위해 각 제어 표면에서 액추에이터를 이동하는 방법을 결정합니다.조종사가 모르는 사이에 컴퓨터로부터의 명령도 입력되어 항공기를 안정시키고 다른 작업을 수행합니다.항공기 비행 제어 시스템을 위한 전자장치는 항전학으로 알려진 분야의 일부이다.

플라이 바이 라이트라고도 불리는 플라이 바이 광섬유는 광케이블을 사용한 새로운 발전입니다.

조사.

에어로다이내믹 목적을 수행하기 위해 보조기, 엘리베이터, 승강기, 플랩, 플랩론 등의 비행 제어 시스템의 기능을 날개에 통합하기 위한 여러 기술 연구 및 개발 노력이 존재한다: 질량, 비용, 드래그, 관성(빠르고 강력한 제어 응답을 위한), 복잡성(기계적으로 단순함, fe)r 이동 부품 또는 표면, 유지 보수 감소) 및 레이더 단면(스텔링용).이것들은 많은 무인항공기(UAV)와 6세대 전투기에 사용될 수 있다.두 가지 유망한 접근법은 유연한 날개와 유체 공학입니다.

유연한 날개

주요 기사:유연한 날개

"모핑 에어로포일"이라고도 알려진 유연한 날개에서는 날개 표면의 많은 부분 또는 전부가 비행 중에 모양을 바꿔 조류처럼 공기의 흐름을 비껴갈 수 있습니다.적응형 준거 윙은 군사적이고 상업적인 [15][16][17]노력입니다.X-53 Active Aeroelastic Wing은 미국 공군, NASA 및 보잉의 노력이었다.FlexSys는 또한 걸프 스트림 [18]III 항공기에 개조된 유연한 에어로포일을 사용하여 비행 테스트를 수행했다.

액티브 흐름 제어

능동형 유량 제어 시스템에서 차량의 힘은 순환 제어를 통해 발생합니다. 순환 제어에서는 크고 복잡한 기계 부품이 더 작고 단순한 유체 시스템(공기 흐름을 방출하는 슬롯)으로 대체되며, 유체 내의 더 큰 힘이 더 작은 제트 또는 유체의 흐름에 의해 간헐적으로 전환되어 [19][20]차량의 방향을 전환합니다.이 사용에서는, 액티브한 플로우 제어에 의해서, 심플함과 질량, 코스트(최대 반감), 관성 및 응답 시간이 실현됩니다.이는 2010년 [21]9월 영국에서 처음으로 비행한 데몬 무인기(Demon UAV)에서 입증됐다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

메모들

  1. ^ Crouch, Tom (1982). Blériot XI, The Story of a Classic Aircraft. Smithsonian Institution Press. pp. 21 & 22. ISBN 978-0-87474-345-6.
  2. ^ a b 랑게비에슈, 볼프강스틱 및 방향타: 비행기술의 설명(McGrow-Hill Professional, 1990), ISBN 0-07-036240-8, ISBN 978-07-036240-6.
  3. ^ "Control surfaces directly controlled using cables". Archived from the original on 2017-02-02. Retrieved 2017-01-25.
  4. ^ 톰, 1988 페이지 87
  5. ^ 테일러, 1990년 페이지 116
  6. ^ 톰, 1988 페이지 153
  7. ^ a b 테일러, 1990년 페이지 118
  8. ^ 톰, 1988 페이지 86
  9. ^ 화살촉, 57-58페이지, 83-85(CF-105 Arrow 한정)
  10. ^ Daniels, Taumi. "Regarding Pilot Usage of Display Technologies for Improving Awareness of Aircraft System States" (PDF). NASA Langley Research Center.
  11. ^ "Power-By-Wire - Avionics". May 2001. Archived from the original on 2017-06-27. Retrieved 2018-08-09.
  12. ^ Maré, Jean-Charles; Fu, Jian (2017). "Review on signal-by-wire and power-by-wire actuation for more electric aircraft". Chinese Journal of Aeronautics. 30 (3): 857–870. doi:10.1016/j.cja.2017.03.013.
  13. ^ "C-141 and C-130 power-by-wire flight control systems - IEEE Conference Publication". May 1991: 535–539 vol.2. doi:10.1109/NAECON.1991.165802. S2CID 109026952. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  14. ^ "A380: 'More Electric' Aircraft - Avionics". October 2001. Archived from the original on 2018-08-12. Retrieved 2018-08-12.
  15. ^ Scott, William B. (27 November 2006), "Morphing Wings", Aviation Week & Space Technology, archived from the original on 2011-04-26, retrieved 2011-04-26
  16. ^ "FlexSys Inc.: Aerospace". Archived from the original on 16 June 2011. Retrieved 26 April 2011.
  17. ^ Kota, Sridhar; Osborn, Russell; Ervin, Gregory; Maric, Dragan; Flick, Peter; Paul, Donald. "Mission Adaptive Compliant Wing – Design, Fabrication and Flight Test" (PDF). Ann Arbor, MI; Dayton, OH, U.S.A.: FlexSys Inc., Air Force Research Laboratory. Archived from the original (PDF) on 22 March 2012. Retrieved 26 April 2011.
  18. ^ "FlexFoil". FlexSys. Retrieved 2022-01-22.
  19. ^ P John (2010). "The flapless air vehicle integrated industrial research (FLAVIIR) programme in aeronautical engineering". Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. London: Mechanical Engineering Publications. 224 (4): 355–363. doi:10.1243/09544100JAERO580. hdl:1826/5579. ISSN 0954-4100. S2CID 56205932. Archived from the original on 2018-05-17.
  20. ^ "Showcase UAV Demonstrates Flapless Flight". BAE Systems. 2010. Archived from the original on 2011-07-07. Retrieved 2010-12-22.
  21. ^ "Demon UAV jets into history by flying without flaps". Metro.co.uk. London: Associated Newspapers Limited. 28 September 2010. Archived from the original on 2011-08-23. Retrieved 29 September 2010.

참고 문헌

  • 스피처, 캐리 R항전 핸드북, CRC 프레스, ISBN 0-8493-8348-X
  • 테일러, 존 W.R.비행의 전설, 런던:유니버설 북스, 1990년ISBN 0-9509620-1-5.
  • 애로우헤드(리처드 오르간, 론 페이지, 돈 왓슨, 레스 윌킨슨).Avro Arrow: Avro Arrow의 진화에서 멸종까지의 이야기, 캐나다 온타리오주 에린:Boston Mills Press 1980 (개정판 2004)ISBN 1-55046-047-1.
  • 톰, 트레버'항공 조종사 매뉴얼 4' '항공기 기술'1988년, 영국 슈루즈베리, 슈롭셔 주에어라이프 출판사ISBN 1-85310-017-X
  • USAF 및 NATO 보고서 RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1(2001)

외부 링크

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