BR102012029663A2

BR102012029663A2 - Método de controlar a frenagem de uma aeronave para limitar sua arfagem.

Info

Publication number: BR102012029663A2
Application number: BR102012029663-2A
Authority: BR
Inventors: Michael Benmoussa
Original assignee: Messier Bugatti Dowty
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2015-01-06
Also published as: EP2597002B1; CA2796129A1; JP2013107635A; CA2796129C; JP5600157B2; US20130297167A1; CN103129736B; BR102012029663B1; FR2982822A1; FR2982822B1; US8880315B2; CN103129736A; EP2597002A1

Abstract

MÉTODO DE CONTROLAR A FRENAGEM DE UMA AERONAVE PARA LIMITAR SUA ARFAGEM. A invenção refere-se a um método de controlar a frenagem de uma aeronave 1 apresentando pelo menos um freio controlável 9 para a frenagem de aeronave 1 quando a aeronave 1 se encontra sobre o solo e como uma função de um ponto de ajuste de frenagem C, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que inclui corrigir o ponto de ajuste de frenagem como uma função do ângulo de arfagem 0 da aeronave 1 durante a frenagem.

Description

“MÉTODO DE CONTROLAR A FRENAGEM DE UMA AERONAVE PARA LIMITAR SUA ARFAGEM” A invenção refere-se a um método de controlar a frenagem de uma aeronave de modo a limitar sua arfagem.

Fundamentos da invenção A maior parte das aeronaves possui trem de pouso com uma pluralidade de rodas apresentando as funções essenciais de, primeiramente, absorver uma grande parte da energia cinética devida ao componente vertical da velocidade da aeronave ao pousar, e, em segundo lugar, de permitir que a aeronave trafegue sobre o solo, em particular durante o estágio de frenagem a que a presente invenção se refere.

Faz-se geralmente uma distinção entre o assim-chamado trem de pouso "principal" que suporta a maior parte do peso da aeronave, e o assim-chamado trem de pouso "auxiliar" que serve para balancear a aeronave sobre o solo e torná-la mais manobrável. Na maior parte das aeronaves modernas, o trem de pouso principal encontra-se situado próximo ao centro de gravidade do avião sob a asa ou sob a fuselagem, enquanto que o trem de pouso auxiliar encontra-se situado sob o nariz da aeronave.

Trem de pouso geralmente inclui amortecedores para absorver energia quando o avião impacta o solo e para assegurar o conforto dos passageiros enquanto corre sobre o solo, juntamente com pelo menos uma roda e elementos de frenagem, sendo que elementos de frenagem são montados usualmente apenas no trem de pouso "principal".

Sistemas de frenagem de aeronaves incluem atuadores de frenagem (que podem ser hidráulicos ou eletromecânicos) que são controlados para aplicar torque de frenagem às rodas da aeronave, tendendo a desacelerá-la. A maior parte dos controles de frenagem conhecidos na aviação usam um ponto de ajuste geral [set poit] para torque, força, ou posição, sendo que isto é traduzido em uma pressão para freios hidráulicos, ou em uma força que deve ser aplicada ou em um movimento de uma alavanca de acionamento [pusher] para freios apresentando atuadores eletromecânicos.

No início da frenagem, a desaceleração criada pela força de frenagem induz uma força inercial sobre as rodas, o que causa que a aeronave se incline para a frente em torno de um eixo de "arfagem" da aeronave. Esta inclinação tem a consequência de comprimir o amortecedor do trem de pouso auxiliar.

Ao fim da frenagem, quando a aeronave para finalmente, o amortecedor do trem de pouso auxiliar relaxa e, com isto, ocasiona que a aeronave se incline uma vez mias, desta vez para trás em torno do eixo de arfagem.

Estes movimentos de inclinação são fenômenos particularmente desconfortáveis para os passageiros do avião.

Obieto da invenção Um objeto da invenção é o de proporcionar um método de controlar a frenagem de uma aeronave que serve para melhorar o conforto dos passageiros da aeronave.

Breve descrição da invenção Para alcanãr este objeto, a invenção proporciona um método de controlar a frenagem de uma aeronave que inclui pelo menos um freio controlável para a frenagem da aeronave quando a aeronave se encontra sobre o solo e como uma função de um pontos de ajuste de frenagem. De acordo com a invenção, o método de controlar frenagem inclui corrigir o ponto de ajuste de frenagem como uma função de um ângulo de arfagem da aeronave durante a frenagem.

Assim, através da redução do ponto de ajuste de frenagem quando se detecta que a aeronave está arfando, qualquer inclinação da aeronave da frente para trás ou de trás para a frente é limitada, melhorando com isso o conforto dos passageiros.

Breve descrição dos desenhos A invenção pode ser melhor compreendida à luz da descrição realizada a seguir com referência às figuras dos desenhos anexos, em que: ? A Figura 1 é uma vista lateral diagramática de uma aeronave enquanto freia após o pouso, sendo que o perfil de linha contínua corresponde à aeronave sem frenagem, e os perfis de linha tracejada correspondem à aeronave no início e no fima da frenagem; ? A Figura 2 é um diagrama de blocos mostrando uma implementação particular do método da invenção para controlar a frenagem; e • As Figuras 3, 4, e 5 são gráficos mostrando o desempenho de redução da arfagem obtido por meio da aplicação do método de controle de frenagem da invenção.

Descrição detalhada da invenção Com referência à Figura 1, uma aeronave 1 inclui trem de pouso principal 2 apresentando um conjunto de rodas 3 e um amortecedor 4, e também trem de pouso auxiliar 5 apresentando um conjunto de rodas 6 e um amortecedor 7. Apenas as rodas 3 do trem de pouso principal 2 são dotadas de freios.

Um eixo X é definido, comumente referido como a referência longitudinal da aeronave. Quando a aeronave 1 se encontra estacionária sobre o solo, a referência longitudinal encontra-se substancialmente paralela ao solo.

No início da frenagem, a aeronave 1 inclina-se uma primeira vez até um ângulo ?-|, com o nariz da aeronave movendo-se para baixo.

Ao fim da frenagem, a aeronave 1 inclina-se uma segunda vez até um ângulo ?2 na direção oposta. O método de controle de frenagem da invenção mostrado diagramaticamente na Figura 2 é particulamente adaptada para processar o segundo movimento de inclinação da aeronave até um ângulo ?2, referido aqui como a inclinação de retorno.

Como mencionado acima, esta inclinação de retorno ?2 ocorre no fim da frenagem quando a velocidade sobre o solo V da aeronave 1 é relativamente baixa. O método de controle de frenagem da invenção provisiona ativar uma função de correção de frenagem unicamente quando a velocidade sobre o solo V da aeronave 1 é inferior à velocidade limiar Vth [threshold!. A função de correção da frenagem é realizada, por exemplo, em um computador de frenagem da aeronave. Ela busca corrigir um ponto de ajuste de frenagem, neste exemplo um ponto de ajuste de torque C, via a estimativa de um torque de correção AC para o ponto de ajuste de torque de frenagem C como uma função do ângulo de arfagem ?, com o objetivo de reduzir 0 ângulo de inclinação de retorno ?2 e também de reduzir a taxa em que o mesmo varia (referida abaixo como a "taxa de arfagem de retorno").

Isto é explicado abaixo com maior detalhe com referência à Figura 2.

Os freios 9 das rodas 3 do trem de pouso principal 2 são controlados por um controlador 8 na aplicação de um ponto de ajuste de frenagem de modo a desacelerar a aeronave 1 de tal forma que sua velocidade sobre o solo V se torne substancialmente zero no fim da frenagem. A maneira com que o ponto de ajuste de torque C é gerado é bem conhecida e não faz parte da invenção. A título de exemplo, o controlador 8 é um controlador de atuador eletromecânico (EMAC, electromechanical actuator controller) se os freios forem do tipo eletromecânico, ou uma unidade hidráulica dotada de uma servo-válvula se os freios forem do tipo hidráulico. Os valores de vários parâmetros representativos do estado da aeronave 1 são medidos por meio de sensores 10 e adquiridos via meios de aquisição 11, sendo que referidos sensores 10 e meios de aquisição 11 possivelmente são integrados em um sistema que inclui em particular uma unidade inercial. Estes parâmetros incluem geralmente a velocidade sobre o solo V da aeronave e suas acelerações e ângulos ? em rolamento [roll], em rotação em torno do eixo vertical da aeronave [yaw], e em arfagem. A função de correção da frenagem neste exemplo é representada por uma pluralidade de blocos funcionais, incluindo: ? um comparador de velocidade 12; • uma primeira chave comutadora 13 apresentando duas entradas E1 e E2 e uma saída S, e uma segunda chave comutadora 14 apresentando duas entradas ?? e E'2 e one output S'; ? um limitador de rampa 15; • um subtrator 16; e • um corretor 17.

Todos estes blocos funcionais são incorporados em um bloco funcional referido abaixo como o "bloco de correção de frenagem" 18. O bloco de correção de frenagem 18 tem como entradas a velocidade sobre o solo V da aeronave 1 e o valor medido de seu ângulo de arfagem ?.

Dentro do bloco de correção de frenagem 18, o comparador de velocidade 12 adquire a velocidade sobre o solo V da aeronave 1 e controla as chaves comutadoras 13 e 14 como uma função do valor desta velocidade V relativamente ao valor constante Vth.

Para realizar o método de controle de frenagem aqui descrito, o valor selecionado para Vth é de 3 metros por segundo (m/s).

Os blocos 12, 13, 14, 15, 17, e o subtrator 16 são arranjados dentro do bloco de correção de frenagem 18 como a seguir: • a entrada E1 da primeira chave comutadora 13 tem um valor representando um ângulo de 0o; • a entrada E2 da primeira chave comutadora 13 tem um valor representando o ângulo de arfagem ?; ? a saída S da primeira chave comutadora é conectada à entrada E1 se a velocidade V for inferior a Vth, e à saida E2 se a velocidade V for superior ou igual a V,h; ? a entrada do limitador de rampa 15 é conectada à saída S da primeira chave comutadora 13; ? a saída do limitador de rampa é conectada à entrada ?? da segunda chave comutadora 14; ? o valor na entrada E'2 da segunda chave comutadora 14 é representativo do ângulo de arfagem ?; • o valor na saída S' da segunda chave comutadora 14 é conectado a sua entrada ?? se a velocidade sobre o solo V for inferior a Vth, e [conectado] a sua entrada E'2 se a velocidade sobre o solo V for superior ou igual a Vth; ? o subtrator 16 subtrai o valor do ângulo de arfagem ? do valor na saida S' da segunda chave comutadora 14 e remete o valor que obtém ao corretor 17; e ? o corretor 17 gera então o valor de torque de correção AC que deve ser subtraído do ponto de ajuste de torque de frenagem C.

Assim, quando a velocidade sobre o solo V da aeronave é superior ou igual a Vth, o subtrator 16 subtrai o valor do ângulo fixo ? de si mesmo, de modo que o corretor 17 recebe um valor que representa um ângulo de 0o e, portanto, gera um valor de torque de correção AC de zero.

Quando a velocidade V cai abaixo do limiar Vth, o valor na saída S da primeira chave comutadora 13 torna-se igual a 0o e a saída S' da segunda chave comutadora 14 capta o valor na saída do limitador de rampa 15; assim, como uma função do ângulo de arfagem ? e da velocidade V, o controlador gera um valor de torque de correção AC que não é zero. O torque de correção AC é então subtraído por um subtrator 20 do ponto de ajuste de torque de frenagem C de modo que a magnitude da frenagem é reduzida um pouco e progressivamente até que a aeronave venha a parar completamente. O limitador de rampa 15 evita a correção 17 gerando um valor de torque de correção AC que poderia tender a ocasionar que o ângulo de arfagem ? se altere subitamente de seu valor para 0o, o que poderia dar origem a uma variação no ponto de ajuste de frenagem C que é rápida demais. Assim, partindo do valor do ângulo de arfagem ? quando a velocidade V se torna igual a Vth, o limitador de rampa 15 gera uma rampa que lhe torna possível partir do ângulo de arfagem ? a 0o em um período de tempo que é razoável, permitindo com isso reduzir a frenagem progressivamente de modo a reduzir progressivamente o ângulo de arfagem ?.

As curvas das Figuras 3 e 4 mostram os resultados de simular frenagem, e tornam possível avaliar o desempenho do método de controle de frenagem da invenção. A aeronave da simulação foi um avião de tipo comercial de asa simples. Uma aeronave que corre sobre o solo sem frenagem a uma velocidade de 15 m/s foi submetida inicialmente a simulação durante os primeiros 5 segundos (s). Em seguida, aplicou-se um comando de frenagem para criar desaceleração constante de cerca de 2 metros por segundo ao quadrado (m/s2) até que a aeronave venha a parar. A Figura 3 mostra a variação no valor do ângulo de arfagem ? (o eixo das ordenadas é graduado em graus) como uma função do tempo (o eixo das abscissas é graduado em segundos).

Na Figura 3: • a curva C1 representa o valor na saída S da primeira chave comutadora 13; ? a curva C2 representa a saída do limitador de rampa 15; • a curva C3 representa o valor do ângulo de arfagem da aeronave 1 sem aplicar o método de controle de frenagem da invenção; e ? a curva C4 representa o valor do ângulo de arfagem da aeronave 1 quando se aplica o método de controle de frenagem da invenção. A curva C2 representa assim a variação do ângulo de arfagem ? que o método de controle de frenagem busca alcançar; esta rampa tende a ocasionar que o ângulo de arfagem vá de cerca de 0,25° a cerca de 0o em cerca de 2 s, e isto representa uma alteração que é menos súbita do que aquela representada pela curva C1. A maneira pela qual a arfagem ? simulada da aeronave 1 varia como uma função de aplicar o método de controle de frenagem é representada pela curva C4. Esta variação é muito próxima daquela da curva C2, e, primeiramente, é menos súbita do que a variação do ângulo de arfagem ? representada pela curva C3, e, em segundo lugar, isto estende-se a uma inclinação de retomo ?2 com amplitude que é muito menor do que aquela da curva C4 (« 0,025° em lugar de * 0,25°). A Figura 4 mostra a variação da taxa de arfagem (o eixo das ordenadas é graduado em graus por segundo) como uma função do tempo (o eixo das abscissas é graduado em segundos). A taxa de arfagem representa uma taxa de variação do ângulo de arfagem ?, i.e. a velocidade de inclinação: quanto maior este valor, tanto maior o desconforto para os passageiros. A curva C5 mostra como a taxa de arfagem varia quando se aplica o método de controle de frenagem da invenção, enquanto que a curva C6 mostra como a taxa de arfagem varia quando o método de controle de frenagem da invenção não é aplicado. Pode-se observar que, ao término da frenagem, a taxa de arfagem é cerca de cinco vezes maior quando o método de controle de frenagem não é aplicado. A Figura 5 mostra como a aceleração longitudinal da aeronave ao longo do eixo X varia (sendo que o eixo das ordenadas é graduado em metros por segundo ao quadrado) como uma função do tempo (0 eixo das abscissas é graduado em segundos). A curva C7 mostra como a aceleração da aeronave varia quando se aplica o método de controle de frenagem da invenção, enquanto que a curva C8 mostra como a aceleração da aeronave varia quando 0 método de controle de frenagem da invenção não é aplicado. Ao fim da frenagem, a aceleração torna-se ligeiramente positiva quando o método de controle de frenagem não é aplicado, o que corresponde à inclinação da aeronave da frente para trás. Quando se aplica o método, a aceleração permanece negativa até que a aeronave pare, e não ocorre inclinação. É interessante observar que o aumento da distância de frenagem que resulta do uso do método de controle de frenagem da invenção é relativamente curto (menos de 1 metro nesta simulação). A invenção não é limitada à implementação particular descrita acima, mas, ao contrário, cobre qualquer variante compreendida pelo âmbito da invenção como definida pelas reivindicações.

Pode-se observar, nas Figuras 3 e 4, que o ângulo de arfagem e a taxa de arfagem permanece inalterados no início da frenagem. Na implementação da invenção descrita aqui, o ângulo de arfagem é processado apenas a baixa velocidade (V < Vth), o que não reduz a inclinação de frente para trás que é sentida no início da frenagem. Naturalmente é possível aplicar o processamento de ângulo de arfagem independentemente da velocidade sobre o solo da aeronave.

Todos os valores numéricos dados no texto da descrição ou nas figuras são dados a título de exemplo, e a invenção pode ser implementada com outros valores, em particular no que se refere ao valor de Vth e ao valor da rampa proporcionada pelo limitador de rampa.

Como uma substituição, ou adicionalmente ao limitador de rampa do ângulo de arfagem, é possível usar um limitador da correção do torque a ser subtraído do ponto de ajuste de frenagem, sendo que o objetivo é o de restringir qualquer variação na correção do ponto de ajuste.

Naturalmente, a invenção aplica-se aos métodos de controle de frenagem em que os atuadores dos freios são controlados não em termos de torque, mas de força, ou de posição, ou de aplicação de qualquer outro parâmetro físico.

Claims

1. Método de controlar a frenagem de uma aeronave (1) apresentando pelo menos um freio controlável (9) para a frenagem da aeronave (1) quando a aeronave (1) se encontra no solo e como uma função de um ponto de ajuste de frenagem (C), sendo que o método inclui corrigir o ponto de ajuste de frenagem como uma função de um ângulo de arfagem (?) da aeronave (1) durante a frenagem, e caracterizado pelo fato de que referida correção é realizada subtraindo-se um valor de correção do ponto de ajuste de frenagem, sendo que referido valor de correção é: calculado como uma função do ângulo de arfagem (?) se a aeronave (1) estiver correndo a uma velocidade sobre o solo (V) inferior a uma velocidade limiar (Vth); e ajustado em zero se a velocidade sobre o solo (V) for superior ou igual à velocidade limiar (Vth).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a correção do ponto de ajuste de frenagem inclui uma etapa (15) de limitar qualquer variação na correção do ponto de ajuste.