Fonte: Contato Radar (Por: Eng. Rodrigo Bertoli Rocha)
O piloto automático é hoje em dia o principal automatismo presente em aeronaves comerciais. Desde as formas mais simples até as formas atuais, mais elaboradas, o P.A. (também assim denominado) reduz consideravelmente a carga de trabalho do piloto, possibilitando ao mesmo se concentrar em outros ítens igualmente importantes do vôo. *** clique em MAIS INFORMAÇÕES para continuar lendo***
Um sistema de PA moderno normalmente possui um computador central, onde estão contidas as leis de controle que determinam o movimento da aeronave que iremos controlar. Este computador, através de sensores de posição e/ou movimento, determina a posição atual da aeronave, e, de acordo com os dados informados pelo piloto, ou por um computador de navegação , efetua a correção necessária através de servomotores e atuadores (hidráulicos, elétricos, pneumáticos).
Cada fabricante de aeronave entretanto, preferiu adotar uma arquitetura diferenciada de interfaces entre piloto aotomático e controles de vôo.
Descreveremos superficialmente aqui três arquiteturas diferentes, adotadas pela Airbus, Boeing e Embraer respectivamente.
Arquitetura Airbus
A Airbus optou por separar os computadores responsáves pelas leis de controle dos movimentos da aeronave. Neste caso temos os ELACs (ELevator Aileron Computer) SECs (Spoiler Elevator Computer) e FAC (Flight Argumentation Computer). No caso do A320 os ELAC são dispostos em pares e controlam o profundor e os ailerons e o estabilizador em modo normal. Já os SEC são três e controlam os spoilers e o estabilizador no modo stand-by. os FACs operam em pares também e controlam o leme , o sistema de Yaw Damper , o trim do leme e também realizam calculos para os displays.
Entre cada superficie e os computadores de controle (ELAC SEC FAC) há dois canais: COM e MON. CON é o canal que efetivamente controla a superfície, enquanto o MON, certifica-se de que o canal de controle opera normalmente. A titulo de curiosidade, são utilizados microprocessadores 6800 de, 8 bits, da Motorola para os ELAC e o80186, de 16 bits , da Intel para o SEC.
A arquitetura de controle é mostrada na figura abaixo:
figura1.: Arquitetura Airbus
Uma característica marcante na arquitetura Airbus , é o fato dos comandos efetuados pelo piloto automático não mover o manche (Não existe o backdrive). Na verdade a Airbus foi além: retirou o manche da posição tradicional entre as pernas do piloto e instalou-o lateralmente sob a forma de um joystick , chamando-o apropriadamente de sidestick. Outra peculiaridade desta arquitetura, reside no fato do sidestick comandar razão de rolamento e não atuar diretamente na superfície. desta forma , quando retornamos o stick à posição neutra, a aeronave permanece na atitude comandada, diferentemente das aeronaves com manche tradicional , onde, ao retornarmos a coluna à posição neutra, a aeronave tende a retornar à atitude anterior. A vantagem imediata de se usar o sidestick ao invés do manche com coluna central e backdrive é a redução do peso e da complexidade.
Em caso de falha dos sistemas eletrônicos há um backup mecanico através do leme e estabilizador horizontal.
Figura2.: Piloto Automático - Arquitetura Airbus
Arquitetura Boeing:
A Boeing optou por uma abordagem mais tradicional na sua interface homem/máquina. O seu piloto automático atua sobre a superfície de comando e move a coluna do manche em correspondência ao comando efetuado. Esta abordagem de comandos com backdrive vem sendo adotada desde seus primeiros modelos. Vamos olhar agora, como a Boeing implementou esta filosofia no seu avião mais moderno, o Boeing 777 que é dotado de controles de vôo fly-by-wire.
Para o modelo 777, por exemplo, o computador que recebe inicialmente os comandos do PA é o AFDC – Autopilot Flight Director Computer.
Além dos comandos de PA, o AFDC é dotado de sensores que informam:
a) Posição dos transdutores;
b) Dados inerciais;
c) Informações sobre a atmosfera;
d) Dados do solo;
e) Acelerações da aeronave;
f) Velocidades e altitudes.
A partir dos dados de entrada, o AFDC pode processar:
- Comandos do Flight Director:
No próprio AFDC, temos as leis de controle que governam os movimentos da aeronave (arfagem, rolamento e guinada), proporcionando que os comandos de direção sejam calculados e, em seguida, enviados para um computador de controle de vôo primário.
- Comandos do PA:
Através de sensores na superfície de controle, se tem uma realimentação com a finalidade de fornecer informações para que neste computador central se processe os comandos do PA.
- Comandos para o Backdrive:
A principal característica que diferencia a Boeing das demais é o fato de apresentar o backdrive , que se trata de um comando que movimenta o manche indicando qual foi o comando dado para a superfície de controle pelo Piloto Automático e transmitindo ao piloto uma indicação de como se está atuando nas superfícies de controle.
O AFDC possui três processadores (A, B e C). Os processadores A e B recebem comandos de backdrive de outro computador, o PFC – Primary Flight Computer, convertendo os sinais de backdrive digitais que recebe para analógicos. O Processador C processa as leis de controle do PA e do flight directo r, trabalhando também na detecção de falhas no sistema.
Na malha de controle do sistema de piloto automático do Boeing 777, o AFDC, e envia sinais para o ACE e retorna ao AFDC comandos relacionados ao backdrive .
O AFDC central não está conectado a nenhum atuador de backdrive , porém, os AFDC´s (esquerdo e direito) estão conectados a três atuadores de backdrive responsáveis pelo:
a) controle da coluna (movimento de arfagem)
b) controle lateral (movimento de rolamento)
c) controle do pedal (movimento de guinada)
Tacômetros alimentam o feedback do motor para os processadores no AFDC.
O AFDC controla a corrente do motor para cada atuador do backdrive , o que limita a força que este aplica nas colunas, manche os pedais do leme, porém esta força é suficiente para que o atuador supere o atrito no sistema.
Como característica de manejo da aeronave, ela utiliza o tradicional manche, permitindo assim o funcionamento do backdrive , já que o side stick possui a característica de trabalhar com demanda. Outros pontos favoráveis a adoção da coluna são; possibilidade de introduzir sensores de força, de posição; permite adição de feel system.Os aumentos da complexidade e do peso são desvantagens ao se adotar esse modo.
Figura3.:Piloto Automático - Arquitetura Boeing
Arquitetura Embraer:
A Embraer optou pela configuração do manche tradicional, entretanto seu sistema de backdrive opera de maneira diferente da arquitetura utilizada pela Boeing. Neste caso, o PA atua através de servomotores diretamente na coluna de controle proporcionando assim atuação nos comandos primários da aeronave, conforme a figura abaixo:
Figura4.:Piloto Automático - Arquitetura EMBRAER
Nesta arquitetura existe uma grande unidade para controle eletrônico denominada MAU – Modular Avionics Unit, que calcula os comandos do PA, através do módulo AFCS – Automatic Flight Control System, responsável por processar as ordens do PA e enviar comandos para o servomotor que aciona a coluna e através do ADS – Air Data System, que processa sinais provenientes de sensores da aeronave. Além disso, há um barramento no MAU que comunica os sinais destas unidades.
O diagrama da figura 5 indica o funcionamento do sistema de controle de uma superfície, de acordo com a arquitetura de controle adotada pela Embraer.
Figura5.: Arquitetura EMBRAER
omo aspectos de redundância do AFCS, tem-se a presença de dois canais, sendo que em cada um há dois processadores. Assim, um processador envia comandos para o servo, enquanto o outro monitora os comandos enviados pelo processador e analisa a presença de falhas.
Além dos AFCS, existe uma unidade denominada FCM – Flight Control Module, que está relacionada com uma linha digital para controle do ACE.
Na Embraer, a presença do FCM está relacionada a mudança de ganhos na linha digital. Tais ganhos devem ser menores com o aumento da velocidade, pois a altas velocidades, as deflexões nas superfícies devem ser menores, de modo a evitar maiores danos à aeronave. No caso de falha no FCM, não haverá influência nos comandos do ACE, sendo estes todos analógicos, ou seja, independentes do FCM.
A comunicação entre FCM e ACE é feita através do CAN – Computer Area Network.
Na configuração Embraer, ainda temos o NIC – Network Interface Computer. O NIC é responsável pela comunicação entre os módulos de modo que sejam levados em consideração aspectos da integridade durante o funcionamento.
O AFCS envia um comando para o NIC, que deixa disponível os dados em uma “rede” para poderem ser utilizados pelos componentes do MAU.
Para os ERJ-135 / 140 / 145 são utilizados comandos hidromecânicos para leme de direção e aileron , enquanto que no profundor, ainda temos a presença de cabos e polias. No projeto do Embraer 170 / 175 / 190 / 195, foram utilizados sistemas fly-by-wire para os sistemas de controle de profundor e leme, enquanto que os do aileronsão convencionais (hidromecânicos).
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