ES2949956T3

ES2949956T3 - Sistemas de control de aeronaves

Info

Publication number: ES2949956T3
Application number: ES18811338T
Authority: ES
Inventors: Adam Taylor; Jonathan David Draper
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2023-10-04
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: EP3728026B1; WO2019122807A1; JP2021507846A; JP7005770B2; CN111556841A; EP3728026A1; US11174005B2; MA51273A; US20200339246A1; KR20200095497A; KR102650037B1; CA3085054A1

Abstract

Sistemas de control de aeronaves para permitir controles de entrada compartidos. Un único iniciador puede proporcionar salidas para controlar tanto los controles de aeronaves terrestres como los controles de aeronaves aéreas para reducir el número de iniciadores necesarios. En un ejemplo, una palanca lateral proporciona control tanto del cabeceo como de la dirección de la rueda de morro del avión. Se puede utilizar tecnología de iniciador activo para proporcionar información al operador sobre el estado del sistema de control. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas de control de aeronaves

Esta descripción se refiere a sistemas de control para aeronaves, y en particular a sistemas de control con funcionalidad dinámica.

Las aeronaves tienen una amplia gama de sistemas de control utilizados para transportar instrucciones de operador a sistemas de control de aeronaves. Los controles de vuelo son un conjunto de tales sistemas de control que le permiten al operador controlar aspectos de la aeronave durante el movimiento (en el aire o en tierra). Ejemplos particulares de sistemas de control de vuelo son aquellos para controlar el cabeceo, el balanceo y la guiñada de la aeronave mientras están en el aire o en tierra.

En una aeronave típica el cabeceo y el balanceo se controlan mediante una palanca o yugo sostenido por el operador. Los controles de aeronaves se conocen comúnmente como inceptores. Un ejemplo particular de un inceptor es una palanca lateral posicionada al lado del operador que tiene 2 dimensiones de movimiento (hacia delante/hacia atrás y hacia la izquierda/derecha), una para cada uno del cabeceo y el balanceo. La guiñada de una aeronave mientras está en el aire (y mientras se mueve a velocidad en tierra) es mediante el control del timón que se controla típicamente por los pedales de timón controlados por los pies del usuario. Alerones, elevadores y el timón son ejemplos de superficies de control aerodinámico que controlan la aeronave mediante la interacción con el flujo de aire sobre la aeronave. En la aeronave en tierra se controlan usando la dirección de la rueda delantera y los frenos de ruedas. La dirección de la rueda delantera se controla típicamente utilizando un control de caña, y los frenos son controlados ya sea por diferentes pedales, o presionando regiones de los frenos del pedal del timón.

En un sistema convencional, cada aspecto de control tiene un control de entrada individual, a pesar de que solo se utilizan subconjuntos de los controles en un momento dado. Tales sistemas múltiples aumentan el coste y la complejidad, pero las características y los requisitos de cada sistema son muy diferentes.

El documento US-2009187292 se refiere a un inceptor integrado de cabeceo, balanceo y guiñada.

El documento GB2471213A se refiere a un procedimiento para controlar ruedas delanteras de aeronaves.

Por lo tanto, existe una necesidad de sistemas de control de aeronaves que reduzcan la complejidad y el coste. Resumen

Este resumen se proporciona para introducir una selección de conceptos de una forma simplificada que se describen adicionalmente a continuación en la Descripción Detallada. Este Resumen no pretende identificar características clave o características esenciales de la materia reivindicada, ni pretende ser utilizado como una ayuda para determinar el alcance de la materia reivindicada.

Se proporciona un sistema de control según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 10. Los aspectos preferidos de dicho sistema de control y dicho procedimiento se definen en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán realizaciones de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos, en los que: La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema de control de aeronave; y

Las Figuras 2 y 3 muestran estados de control.

Descripción detallada

A continuación se describirán más detalles, aspectos y realizaciones de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos. Los elementos de las Figuras se han ilustrado a efectos de simplicidad y claridad y no se han dibujado a escala necesariamente. Para facilitar la comprensión, se han incluido números de referencia idénticos en los dibujos respectivos.

La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema de control de aeronave, que muestra solo partes relevantes del sistema. Los controles de entrada 10a-10d representan entradas usadas por el operador, por ejemplo, ejes de palanca lateral, acelerador, pedales de timón, caña, etc., que pueden ser conocidos generalmente como inceptores. Las salidas 11 a-11 d representan los dispositivos de control de aeronave, por ejemplo alerones, elevadores, motores, timón, dirección de la rueda delantera y frenos. El sistema de procesamiento 12 recibe señales desde los controles de entrada 10a-10d, procesa las señales, y emite señales de control a las salidas 11 a-11 d. El sistema de procesamiento 12 puede ser un sistema informático conectado a todos los componentes relevantes y con programación para realizar las funciones requeridas. El número de entradas y salidas se muestra solo como ejemplo.

El sistema de procesamiento 12 recibe entradas de los controles 10a-10d y activa las salidas 11 a-11 d de acuerdo con la configuración del sistema de procesamiento. Por ejemplo, el sistema de procesamiento puede configurarse para activar los elevadores de una aeronave en respuesta a las entradas del eje hacia delante/hacia atrás (a menudo conocido como eje de cabeceo) de una palanca lateral. La relación de la entrada de control a la salida está predefinida y puede ser estática o dinámica. El sistema de procesamiento 12 puede configurarse para variar la relación de entrada a salida basándose en la configuración de usuario 13 o en los sensores 14 desde los cuales se reciben entradas.

El sistema de procesamiento 12 define una relación o engranaje entre las entradas y salidas. Esa relación define cuánto movimiento o cambio en una salida se proporciona por un movimiento o cambio dado en la entrada.

Por ejemplo, la relación de entrada a salida para los elevadores puede variarse dependiendo de la velocidad de la aeronave (típicamente los elevadores se moverán menos a medida que aumenta la velocidad para un movimiento de entrada de control dado). El sistema de procesamiento 12 también puede recibir una indicación del estado de la aeronave, por ejemplo, si la aeronave está volando o en contacto con tierra. Dicha indicación puede derivarse de una variedad de sensores asociados con la aeronave (por ejemplo, peso sobre las ruedas), o una entrada de un operador, dichos sensores y entradas se representan colectivamente como 15.

En una configuración particular, el estado de la aeronave puede utilizarse para cambiar las salidas controladas por una entrada particular. Es decir, se cambia la función de una entrada. Por ejemplo, durante el vuelo, el eje de palanca lateral izquierda/derecha (a menudo conocido como eje de balanceo) puede controlar los alerones y, por lo tanto, el balanceo de la aeronave, y cuando la aeronave está en tierra ese eje de palanca lateral puede controlar la dirección de la rueda delantera de la aeronave. Un sistema de este tipo reconoce que ciertas salidas solo se usan en ciertos estados de la aeronave. En este ejemplo, la dirección de la rueda delantera solo se utiliza mientras la aeronave está en tierra, y los alerones solo se usan cuando la aeronave está en el aire. Estas salidas mutuamente excluyentes pueden ser mapeadas por lo tanto a una única entrada de control, ya que no se requerirán al mismo tiempo.

La modificación de la función de una entrada también puede implementarse cuando las salidas no son mutuamente excluyentes, pero la salida deseada varía de manera predecible. Por ejemplo, la transición del uso de los alerones a la dirección de la rueda delantera durante el aterrizaje puede ser una transición más gradual, como se muestra en la Figura 2. En la etapa 20, durante el vuelo y a altas velocidades en tierra, solo los alerones son controlados por la palanca lateral. Cuando la aeronave está en tierra y la velocidad en tierra cae por debajo de un primer umbral en la etapa 21, como se indica por los sensores 15, el sistema de procesamiento 12 modifica los sistemas de control para controlar tanto los alerones como la dirección de la rueda delantera. A medida que la velocidad en tierra cae más, por debajo de un segundo umbral, en la etapa 22, el sistema de procesamiento 12 controla solo la dirección de la rueda delantera.

El ejemplo de la Figura 2 muestra dos umbrales, pero puede proporcionarse cualquier número de tales umbrales, o puede haber un único umbral de transición. Además, las transiciones entre fases pueden ser continuas sin umbrales definidos. Por ejemplo, a medida que la velocidad en tierra disminuye, la relación de control de la dirección de la rueda delantera puede aumentar. Es decir, la cantidad de movimiento de la rueda delantera proporcionada por un movimiento de la palanca lateral dado aumenta a medida que disminuye la velocidad en tierra. De manera similar, la relación de control de los alerones puede disminuir a medida que disminuye la velocidad en tierra. Las transiciones entre los modos de uso de la entrada también pueden tener un umbral discreto de banda inactiva entre ellos de manera que el control no afecte a ninguna salida. Por ejemplo, a medida que la velocidad en tierra disminuye, la entrada puede desconectar el control de los alerones y, a continuación, cuando se produce una disminución de la velocidad en tierra, la entrada puede cambiar el control para la rueda delantera con una discreta banda inactiva entre las dos velocidades en tierra.

En los sistemas de control convencional de aeronaves, la dirección de la rueda delantera se controla mediante un control de caña. Sin embargo, basándose en el ejemplo anterior en el que tanto los alerones como la dirección de la rueda delantera son controlados por la palanca lateral, el control de la caña no es necesario, reduciendo así los sistemas de control de entrada requeridos.

La Figura 3 muestra un ejemplo de una entrada de control compartida para el control de cabeceo mientras está en vuelo, y los frenos de rueda cuando está en tierra. En la etapa 30, durante el vuelo, el eje delantero/trasero de una palanca lateral controla los elevadores de la aeronave y, por lo tanto, el cabeceo de la aeronave. En la etapa 31, el sistema de procesamiento 12 detecta que la aeronave está en tierra, y modifica los sistemas de control para controlar tanto los frenos de las ruedas y los elevadores. En la etapa 32, a medida que la velocidad en tierra cae por debajo de un umbral predefinido, solo los frenos de las ruedas son controlados. Como se ha expuesto anteriormente en los sistemas de control convencionales, los frenos de las ruedas son controlados por pedales de freno que pueden ser regiones de los pedales de control del timón. Sin embargo, en este ejemplo de sistemas de control compartidos, las entradas de control ya no son necesarias.

En los ejemplos anteriores, la transición entre las salidas de control puede producirse durante períodos relativamente largos en el contexto de la operación de la aeronave. Por ejemplo, durante un aterrizaje, la transición del control alerón al control de la rueda delantera puede producirse sustancialmente a lo largo de la duración completa del aterrizaje a lo largo de la pista. Aunque esto solo puede ser del orden de segundos, no es rápido con respecto a las acciones que se realizan por el operador. Por lo tanto, el operador puede comprender intuitivamente el cambio de los sistemas de control y modificar sus entradas de control apropiadamente. También se pueden proporcionar indicadores para indicarle al operador de qué modo el sistema de control le va a proporcionar información adicional al operador.

Se puede usar tecnología de palanca activa para mejorar la experiencia del usuario cuando las salidas del sistema de control para un control de palanca lateral varían. Una palanca activa es una entrada de palanca de control en la que la resistencia al movimiento puede variarse dinámicamente. Es decir, la fuerza requerida para mover la palanca puede controlarse para proporcionar diferentes sensaciones al usuario. En un ejemplo simple, la resistencia a lo largo del intervalo de movimiento de la palanca puede establecerse en diferentes niveles. Por ejemplo, pueden proporcionarse tres modos con diferentes resistencias al movimiento. En los ejemplos de las Figuras 2 y 3 se puede utilizar un modo para cada fase del sistema de control, proporcionando así una entrada táctil al operador en cuanto a cuáles salidas de control están siendo controladas.

La resistencia de una palanca activa también puede variar a lo largo de su intervalo de movimiento para proporcionar retroalimentación táctil al usuario a medida que mueve la palanca. Por ejemplo, es posible definir “topes” dentro del intervalo de movimiento que son regiones de mayor resistencia a través de las cuales es más difícil mover la palanca. La resistencia puede aumentar rápidamente en relación con la posición de manera que el usuario siente como si la palanca está contra un límite de movimiento. La magnitud de la resistencia puede variarse para definir cuán difícil se mueve la palanca a través de la región de tope. Los topes se pueden usar junto con relaciones de control variables para mejorar la retroalimentación táctil y la retroalimentación del sistema de control al usuario.

En un primer ejemplo, una palanca lateral activa está configurada para controlar tanto el balanceo de la aeronave mientras está en el aire, como la dirección de la rueda delantera cuando está en tierra. El control mientras está en el aire está de acuerdo con los sistemas de control estándar, con el cambio de control a la rueda delantera una vez en tierra de acuerdo con uno de los procesos mencionados anteriormente. Por ejemplo, el control puede cambiar entre controles en el aire y en tierra, o puede transitar gradualmente como se describió anteriormente.

En una primera configuración para la dirección de la rueda delantera, se utiliza un tope y/o una resistencia variable para marcar un cambio entre las relaciones de control. Para pequeños movimientos de palanca de ± x° se puede proporcionar una primera relación de control y una primera resistencia al movimiento. Se puede proporcionar un tope a x° del movimiento de la palanca para indicar que se ha alcanzado el extremo de la primera relación. La magnitud del tope puede ser tal que la palanca se pueda mover sin esfuerzo significativo, pero suficiente para ser perceptible por el operador. Por encima de x° del movimiento de la palanca, la resistencia al movimiento puede cambiarse (por ejemplo, aumentada o disminuida en comparación con la primera resistencia al movimiento, pero en cualquier caso disminuye en comparación con la resistencia del tope) para mayores movimientos de la palanca. Por encima de x°, la relación de control cambia a una segunda relación de control. El tope y/o cambio de la primera a la segunda resistencia al movimiento le indica al operador que el sistema de control ha cambiado. En un ejemplo x puede ser 10°. Para los movimientos de la palanca de menos de diez grados, la primera relación de control puede ser 1:1, de modo que 10° del movimiento de la palanca suministra 10° de dirección de la rueda delantera. Por encima de 10° del movimiento de la palanca, la segunda relación de control puede ser mayor que 10° (movimiento máximo de la palanca - por ejemplo 20 o) de movimiento de la palanca proporciona 10-(ángulo de dirección máximo - por ejemplo 78o) de dirección de la rueda delantera. Por lo tanto, la relación aumenta para una mayor desviación de la palanca.

En una segunda configuración ± x° del movimiento de la palanca (por ejemplo, 10°) proporciona una primera relación de dirección de la rueda delantera (por ejemplo, 1:1) y tiene una primera resistencia al movimiento, de manera que a x° de movimiento de la palanca el ángulo de dirección es inicialmente y°. Se puede proporcionar un tope a x° del movimiento de la palanca. Mover la palanca más de x° aumenta el ángulo de dirección, y mantener la palanca a x°, entonces, mantiene el ángulo de dirección actual (incluyendo si es mayor que y°). Mover la palanca a menos de x° reduce el ángulo de dirección si ese ángulo es mayor que y°. Una vez a y°, el control vuelve a la primera relación para movimientos menores que x°, de manera que el ángulo de dirección es proporcional a la posición de la palanca. Es decir, una vez que se alcanza un ángulo de dirección de y°, la palanca lateral puede proporcionar una respuesta no proporcional mediante la cual los movimientos de la palanca indican un cambio en la salida en lugar de una salida particular solicitada. En este ejemplo, en lugar de un tope a x°, se puede proporcionar un valor nulo, de manera que la palanca permanezca en ese lugar cuando se retira la presión de manera que la palanca se sienta centrada en esa ubicación. Esto proporciona retroalimentación táctil al usuario para comprender la configuración actual.

En una tercera configuración, la resistencia al movimiento puede establecerse dependiendo del ángulo de dirección de la rueda delantera. Por ejemplo, una resistencia de ± z Ibf puede establecerse por grado de dirección de la rueda delantera. Además, la relación puede ser no lineal para permitir movimientos de la dirección de la rueda delantera más grandes que los movimientos de la palanca. Por ejemplo, un conjunto de coordenadas puede definirse como ((Ibf), (movimiento de la palanca)) como (0,0), (5,10), (10,15), (40,20).

En una cuarta configuración, la posición nula de la palanca puede moverse en la dirección opuesta al movimiento de la palanca. Cuando se suelta, la palanca vuelve a la posición nula (que ya no se encuentra en el centro geométrico del movimiento de la palanca) y la dirección permanece en la posición establecida. Por ejemplo, 10lbf de fuerza a la derecha pueden mover la dirección 20° a la derecha. Al soltar, la posición nula se ha movido a la izquierda del centro geométrico.

Se pueden usar configuraciones comparables para otros sistemas de control, por ejemplo, el control de los frenos de la rueda mediante una palanca lateral activa. Se pueden utilizar gradientes no lineales para el control del freno, de manera que la relación de control aumente con el movimiento de la palanca. Dichas relaciones variables pueden permitir un frenado más confiable, controlado finamente, en pistas largas y un frenado más agresivo en pistas más cortas.

El sistema de procesamiento 12 puede recibir entradas de otros sistemas de la aeronave que se usan para definir el comportamiento de la palanca activa. Por ejemplo, el comportamiento de la palanca puede modificarse para ayudar a seguir las rutas previstas en tierra (por ejemplo, seguir las pistas de rodaje). Por ejemplo, la resistencia de la palanca puede aumentar (por ejemplo, puede definirse un tope) si el operador instruiría a un movimiento que movería la aeronave fuera de una ruta de desplazamiento definida para indicarle al operador que su entrada puede estar incorrecta. Sin embargo, es posible un movimiento de la palanca lateral a través del tope de manera que el operador pueda anular la sugerencia del sistema de control. Un ejemplo adicional puede ser un comportamiento de frenado modificado a medida que la aeronave se acerca a un punto de giro o de parada para sugerir entradas de control al piloto.

La descripción anterior se ha dado principalmente en relación con un control de palanca lateral, pero como se apreciará, los principios analizados se aplican a cualquier tipo o configuración de inceptor. En particular, la funcionalidad de una palanca lateral y yugo pueden ser comparables y las referencias a una palanca lateral deben interpretarse como referencias a una entrada de control de ese tipo, independientemente de su posición en relación con un operador o cómo se agarra.

Aunque la presente invención se ha descrito en relación con algunas realizaciones, no se pretende que esté limitada a la forma específica expuesta en la presente memoria. Más bien, el ámbito de la presente invención está limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la expresión “que comprende” no excluye la presencia de otros elementos o etapas.

Además, el orden de las características en las reivindicaciones no implica ningún orden específico en el que deben realizarse las características y, en particular, el orden de etapas individuales en una reivindicación de procedimiento no implica que las etapas deban realizarse en este orden. Más bien, las etapas pueden realizarse en cualquier orden adecuado. Además, las referencias en singular no excluyen una pluralidad. Por lo tanto, las referencias a “uno” , “una” , “ primero” , “ segundo” , etc. no excluyen una pluralidad. En las reivindicaciones, la expresión “que comprende” o “que incluye” no excluye la presencia de otros elementos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control para controlar una aeronave, que comprende

un inceptor activo; y

un sistema de procesamiento (12) que tiene una primera entrada configurada para recibir entradas (10a-10d) indicativas del movimiento del inceptor en un primer eje y configurada para controlar la resistencia del movimiento del inceptor activo, y al menos primera y segunda salidas, siendo cada salida para controlar diferentes aspectos de una aeronave;

en donde, en un primer estado, el sistema de procesamiento (12) está configurado para controlar solo la primera salida basándose en la primera entrada, en un segundo estado el sistema de procesamiento (12) está configurado para controlar solo la segunda salida basándose en la primera entrada;

la primera salida controla los alerones de la aeronave para controlar el balanceo de la aeronave, y la segunda salida controla la dirección de la rueda delantera de la aeronave; y la resistencia al movimiento depende de al menos el estado del sistema de procesamiento (12).

2. Un sistema de control según la reivindicación 1, en donde la resistencia al movimiento proporciona retroalimentación al operario para permitir seguir una ruta.

3. Un sistema de control según cualquier reivindicación anterior, en donde en un tercer estado, el sistema de procesamiento (12) está configurado para controlar tanto la primera salida como la segunda salida basándose en la primera entrada.

4. Un sistema de control según cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema de procesamiento (12) está configurado para conmutar entre estados basados en entradas (10a-10d) que indican la velocidad en tierra de la aeronave en relación con al menos un valor predefinido.

5. Un sistema de control según la reivindicación 1, en donde en el segundo estado la resistencia al movimiento incluye un tope para indicar un ángulo predefinido de dirección de la rueda delantera.

6. Un sistema de control según cualquier reivindicación anterior, en donde una característica de movimiento del inceptor proporciona retroalimentación táctil al operador de la aeronave que indica el estado del sistema de procesamiento (12).

7. Un sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una relación de control proporcionada por el sistema de procesamiento (12) varía dependiendo de: al menos uno de la velocidad en tierra de la aeronave y la posición del inceptor; y opcionalmente en donde la resistencia al movimiento depende de la relación de control.

8. Un sistema de control según la reivindicación 7, en donde se proporcionan topes de movimiento entre regiones que tienen diferentes relaciones de control.

9. Un sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde en una primera región de movimiento del inceptor una salida es proporcional a la posición del inceptor, y en una segunda región de movimiento, la salida varía dependiendo de la posición del inceptor en relación con una posición del inceptor predeterminada, pero en donde la salida no es proporcional a la posición.

10. Un procedimiento para controlar una aeronave, comprendiendo el procedimiento las etapas de

en un sistema de procesamiento (12), recibir primeras señales de entrada indicativas del movimiento de un inceptor activo en un primer eje;

el sistema de procesamiento (12) procesa las primeras señales de entrada, el sistema de procesamiento (12) configurado para controlar la resistencia del movimiento del inceptor; mientras está en un primer estado, emite primeras señales de salida desde el sistema de procesamiento (12) para controlar solo una primera salida basada en las primeras señales de entrada, y mientras está en un segundo estado, emite segundas señales de salida desde el sistema de procesamiento (12) para controlar solo una segunda salida en base a las primeras señales de entrada; y

en donde la primera salida controla los alerones de la aeronave para controlar el balanceo de la aeronave, y la segunda salida controla la dirección de la rueda delantera de la aeronave; y la resistencia al movimiento depende de al menos el estado del sistema de procesamiento (12).

11. Un procedimiento según la reivindicación 10, en donde la resistencia al movimiento proporciona retroalimentación al operador para permitir seguir una ruta.

12. Un procedimiento según la reivindicación 10, en donde, mientras se encuentra en un tercer estado, se emiten señales de control desde el sistema de procesamiento (12) para controlar la primera salida y la segunda salida en función de la primera entrada.

13. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende además variar el estado dependiente de al menos uno de:

la velocidad en tierra en relación con al menos un valor predefinido; o

una entrada desde el operador.

14. Un procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además la etapa de emitir instrucciones desde el sistema de procesamiento (12) al inceptor activo para definir un tope dentro del intervalo de movimiento del inceptor activo

15. Un procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además la etapa de variar la relación de control del sistema de procesamiento (12) y la resistencia al movimiento del inceptor activo, y opcionalmente en donde la relación de control varía dependiendo de la posición del inceptor activo.