airplane

کنترل مانور زمینی هواپیما (قسمت اول)

در دهه اخیر با توجه به توسعه سریع مدلسازی و طراحی هواپیماهای مدرن، توجه زیادی به پژوهش در مورد مانورهای زمینی هواپیما در طول فاز طراحی شده است. ویژگی های مانور زمینی هواپیما همان قدر مهم و مورد توجه قرار گرفته که ویژگی های پرواز بی نقص و با کیفیت یک هواپیما مورد توجه است. در حال حاضر، ویژگی های مانورهای زمینی مناسب هواپیما با استانداردهای طراحی و مقررات airworthiness که شامل استاندارد های یکپارچه برای هواپیما هاست تعیین می شوند. این استاندارد ها شامل ویژگی های زیر سیستم ساختار بدنه، شوک، سیستم راهبری، سیستم ترمز، دستگاه های محوری، ویژگی های سطح جاده، ویژگی های آیرودینامیکی و غیره می باشد.
در حال حاضر روش های کنترل کننده مانور زمینی را می توان با توجه به متغیرها به چهار مدل زیر تقسیم کرد:
سیستم سوئیچینگ ترمز ضد لغزش، سیستم کنترل تناسبی سرعت بوسیله فشار تنظیم مدوله ( Pressure Bias Modulated ) سیستم کنترل سرعت لغزش بوسیله فشار سنجی مدوله و سیستم کنترل تناسبی لغزش.

در مقاله این شماره نشریه به ذکر طریقه مدلسازی هواپیما و شبیه سازی مانور زمینی آن می پردازیم و همچنین از بین عوامل کنترل کننده مانور زمینی، سیستم کنترلی ترمز ضد لغزش را توضیح می دهیم. در شماره بعدی نشریه سیستم کنترلی تنظیم جهت چرخ دماغه و همچنین نتایج بدست آمده از مدلسازی ها و شبیه سازی ها را ذکر می کنیم.

برای بدست آوردن اطلاعات و انجام تست های طراحی آزمایش بر روی نمونه واقعی یک هواپیما بسیار گران قیمت و همچنین بسیار خطرناک است. و آزمایش بر روی ماکت ها نیز تنها اطلاعات محدودی از وقایع قابل اتفاق افتادن را می دهد. اما با استفاده از روش شبیه سازی چند جزئی(Multibody) می توان به صورت مناسبی نحوه مانور زمینی هواپیما را شبیه سازی کرد. قابلیت های این تکنیک شبیه سازی در طراحی و آنالیز  به صورت تجربی نیز اثبات شده است. روش شبیه سازی چند جزئی شامل توانایی شبیه سازی مدل هایست که دارای تعداد زیادی درجه آزادی هستند و اکثر آنها نیز حرکت غیر خطی دارند و همچنین قوانین نیرویی آنها نیز غیر­خطی می باشد. اما با این وجود برای اجرای این مدل زمان زیادی لازم نیست و قطعات مورد نیاز را می­توان از کتابخانه های ذخیره نرم افزار ها و یا قطعات استاندارد نظام مهندسی تهیه کرد.

نمونه اولیه مجازی هواپیما همراه با چرخ دنده های فرود، چرخ ها  و ترمز ها در نرم افزار ADAMS/Aircraft شبیه سازی می شود. این نرم افزار قابلیت شبیه سازی فرود هواپیما و حرکت مستقیم در باند فرودگاه و  همچنین ترمز کردن آن را دارد. همچنین در ادامه نمونه اولیه مجازی از یک کنترلر ضد لغزشی PID به همراه PBM در Simulink استفاده می کنیم. و برای مدل سازی سیستم تنظیم کننده جهت چرخ دماغه که به  صورت هیدرومکانیکی کار می کند از نرم افزار EASY5  استفاده می شود. سپس مدل های ساخته شده در نرم افزارهای ADAMS و MATLAB/Simulink و EASY5، با هم مرتبط می شوند، و مدل به صورت یکپارچه و متحد درآورده می شود.

­­­شکل فوق طرحی از یک هواپیمای مجازی به عنوان یک سیستم چند جزئی شده (Multibody) را نشان می دهد.که دقیقا مشابه یک هواپیمای واقعی عمل می کند. این هواپیمای دیجیتالی از مونتاژ بسیاری از زیر سیستم های منحصر به فرد تشکیل شده است. نرم افزار ADAMS/Aircraft توانایی دارد زیر سیستم ها و قطعات با سطوح مختلف را به صورت کاربر پسندی مدل کند. ابتدا اجزاء مختلف مثل کمک فنر ها و تایر ها به صورت یک عضو تنها در تست های مختلف تایید می شوند و سپس این اجزاء در زیر سیستم ها استفاده شده و بعد از  قرار گرفتن اتصالات دوباره توسط نرم افزار تست و تحلیل می شوند. بعد از تایید اعتبار این تست ها، هواپیما به صورت کامل مونتاژ شده و با تکنینک های شبیه سازی هواپیما را در تمامی شرایطی که می تواند در آن دچار چالش شود به صورت مجازی قرار داده و آن را مورد آزمایش قرار می دهند. این روند در شکل زیر نمایش داده شده است.

airplane1

سیستم ضد لغزش مورد استفاده در این شبیه سازی با قانون PID کنترل و به صورت جند ورودی کار می کند و از بین چهار مدل ارائه شده از مدل سوم و یا همان کنترل سرعت لغزش استفاده می شود (PBM)، PID کنترل به همراه PBM، یک مدل از PID کنترل های چند آستانه ای است که دارای مدول های انتگرالی متفاوت است و این مدول های متفاوت می تواند برای مدول های انتگرالی مورد نیاز معمول، پاسخگو باشد. به مدول انتگرالی ای که بتواند هم مقادیر را افزایش و هم آنها را کاهش دهد PBM گفته می شود. استفاده از این مدل کنترلر باعث می شود که سیستم ترمز به صورت چشمگیری بهتر از حالتی کار کند که از یک کنترلر PID خاص در آن استفاده شود. شکل زیر کل دیاگرام جعبه ای سیستم کنترلی و در قسمت مشخص شده PID کنترلر به همراه  PBMنشان داده شده است.

airplane2

به صورت کلی می توان گفت سیستم کنترل لغزش ترمز به این صورت کار می کند که سیگنال اختلاف سرعت از مقایسه سرعت چرخ با سرعت مبنا بدست می آید. ورودی های کنترلر ضد لغزش سیگنال اختلاف سرعت و خروجی های آن میزان لغزش جاری است که این سیگنال خروجی به سروو شیر فشاری می رود تا از طریق این عملگر فشار ترمز خروجی کنترل شود.

airplane3

زمانی که فشار ترمز به ابزار ترمز کننده برسد، از طریق پیستون هیدرولیکی یک گشتاور بر روی دیسک تولید می شود تا عمل ترمز را انجام دهد. گشتاور وارد شده ترمزی و گشتاور ناشی از عکس العمل تایر و باند فرود با هم بر کنترل میزان گردش چرخ تاثیر دارند و با توجه به روند ذکر شده یک لوپ همراه با بازخورد منفی، بر مبنای سرعت چرخ تشکیل می شود. باید توجه کرد که اندازه گیری سرعت لحظه به لحظه در زمان واقعی و بدون تاخیر هواپیما بسیار مشکل است. برای همین در یک سیستم واقعی از یک تغییرات سرعت مرجع که بر پایه قوانین محکم قرار دارد جایگزین سرعت لحظه ای می شود. سرعت مرجع باید قادر باشد که مشخصات اصلی سرعت هواپیما را نشان دهد که از جمله آنها می توان به تغییرات لغزشی اشاره کرد. در زمانی که سرعت چرخ بیشتر از سرعت مرجع باشد از سرعت چرخ به جای سرعت مرجع استفاده می شود و زمانی که سرعت چرخ کوچکتر از سرعت مرجع باشد، سرعت مرجع تا رسیدن به نسبت پایین تر کاهش می یابد.

نویسنده: حسین سعید

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *