L’applicazione delle fibre ottiche nei sistemi di controllo degli aerei

Gli indiscutibili ed ormai consolidati vantaggi dell’applicazione della tecnologia delle fibre ottiche incentivano sempre più l’incremento di settori di impiego di questi formidabili e moderni mezzi di collegamento rispetto alla convenzionale tecnologia. L’industria aerospaziale è stata la prima ad implementare l’adozione dei cavi in fibra ottica nei sistemi di controllo del volo. Sebbene la già rivoluzionaria tecnologia “Fly-By-Wire” (FBW), letteralmente “Volare per mezzo di Cavi”, abbia consentito di pilotare aerei senza la diretta attuazione di meccanismi idraulici di manovra, ossia, indirettamente attraverso collegamenti elettrici per l’azionamento di attuatori che a loro volta comandano i meccanismi di controllo del volo, la tecnologia delle fibre ottiche si è inserita come evoluzione, o upgrade, della Fly-By-Wire convertita nella definizione “Fly-By-Light” o “FBL”. La FBL, pur ponendosi come tecnologia di nuova generazione nei sistemi di controllo del volo per le importanti caratteristiche di compattezza delle dimensioni, minor peso ed elevata larghezza di banda, fattori rilevanti in aviazione, non trova molto impiego nelle applicazioni aeronautiche. Al fine di incentivare l’estensone dell’adozione della tecnologia FBL, da varie agenzie dell’industria aerospaziale è stato lanciato il programma “Fly-By-Light Systems Hardware” (FLASH).

Introduzione

Questo articolo intende fare un confronto architetturale della tecnologia dei sistemi di controllo del volo tra la convenzionale Fly-By-Wire e la Fly-By-Light. Della Fly-By-Light si analizzeranno i vantaggi rispetto agli attuali sistemi utilizzati. In origine, i sistemi di controllo del volo degli aerei erano basati sui convenzionali sistemi meccanici ed Indro meccanici. L’attuale generazione di aerei utilizza la tecnologia Fly-By-Wire. I mezzi di collegamento Fly-By-Wire prevedono l’impiego di cavi elettrici per l’invio dei segnali di controllo agli attuatori, ma, data la loro limitata larghezza di banda, rilevante rispetto ai segnali digitali, limitano la velocità di trasmissione dati. Per sopperire a questa importante limitazione, le fibre ottiche sono un’alternativa di fondamentale importanza in quanto hanno la capacità di portare molte più informazioni rispetto al convenzionale rame, inoltre, non meno rilevante è la caratteristica di essere immuni alle interferenze elettromagnetiche. L’impiego dei collegamenti in fibra ottica, oltre alle già citate caratteristiche di leggerezza e compattezza delle interfacce, necessita di poca manutenzione.

Vediamo ora di fare un’analisi semplificata di un sistema di controllo di un aereo. Le superfici di un aereo interessate al controllo del volo sono classificate in due categorie di cui i principali elementi sono: il timone, l’elevatore e l’alettone costituenti le superfici primarie di controllo; flap, slats e spoiler le superfici secondarie. La Figura 1 schematizza un aereo con indicate le superfici di controllo.

Figura 1: superfici di controllo di un aereo

Un computer di bordo misura i parametri di movimento dell’aereo, quindi condiziona i segnali, li amplifica e li invia agli attuatori, realizzando così il comando del sistema retroazioato a loop chiuso per l’azionamento delle superfici mobili che gestiscono la missione di volo dell’aereo. La Figura 2 riporta lo schema a blocchi semplificato di un sistema di controllo reazionato di un elevatore. Questo schema di principio è approssimativamente valido anche per l’alettone ed il timone.

Figura 2: sistema di controllo di un elevatore

In questo punto della trattazione, per una migliore comprensione di quanto in seguito verrà detto, credo possa essere utile ed interessante inserire una breve descrizione dei principali assi di movimento di un aereo, tratta da Wikipedia.

Principali assi di movimento

Un aeromobile è libero di ruotare attorno a tre assi perpendicolari tra loro che si intersecano al centro di gravità. Per controllare la posizione e la direzione, il pilota deve essere in grado di controllare la rotazione di ciascuno di essi.

Asse verticale (yaw)

Il moto prodotto dall'imbardata di un aeromobile.

L'asse di imbardata verticale (yaw) è definito come l'asse perpendicolare alle ali ed alla linea normale di volo, con origine nel baricentro e diretto verso il basso del velivolo.

Figura 3: Il moto prodotto dall'imbardata (yaw) di un aeromobile

Asse longitudinale (roll)

Il moto prodotto dal rollio di un aeromobile.

Il rollio (pron. rollìo) è un termine utilizzato in campo aeronautico che indica l'oscillazione di un velivolo intorno al proprio asse longitudinale (anche detto, in questo caso asse di rollio, il quale passa per i "centri di rollio").

Figura 4: Il moto prodotto dal rollìo di un aeromobile

Asse laterale (pitch)

Il moto prodotto dal beccheggio di un aeromobile.

Il beccheggio è un termine utilizzato in campo aeronautico che indica l'oscillazione di un velivolo intorno al proprio asse trasversale (anche detto, in questo caso, asse di beccheggio).

Figura 5: Il moto prodotto dal beccheggio di un aeromobile

Lo sviluppo dei sistemi di controllo del volo

Nei primi aerei, le superfici di controllo venivano manovrate meccanicamente mediante l’azione fisica diretta del pilota sulla barra di comando. Con il trascorrere degli anni, per superare la limitazione fisica del pilota, per rispondere inoltre ai requisiti di modernità di aerei sempre più evoluti e veloci, l’evoluzione dei sistemi di controllo ha comportato l’introduzione di sistemi basati su dispositivi meccanici con attuazione idraulica che hanno consentito una maggiore efficienza e rapidità di comando delle superfici di controllo del volo. Il culmine dell’evoluzione dei sistemi di controllo delle superfici è stato raggiunto con l’adozione della tecnologia Fly-By-Wire che ha rimpiazzato i convenzionali sistemi di controllo del volo degli aerei mediante l’impiego di interfacce elettroniche. I comandi di controllo del volo sono convertiti in segnali elettronici trasmessi mediante cavi elettrici ai dispositivi attuatori, i quali ricevono dal computer di controllo del volo i corretti comandi per la manovra di ogni superficie. L’adozione della tecnologia FBW ha consentito  l’introduzione del sistema automatico di controllo del volo permettendo di stabilizzare l’aereo anche senza l’intervento del pilota. La Figura 6 mostra schematicamente il sistema di controllo Fly-By-Wire all’interno di un aereo. [...]

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2 Commenti

  1. Mariangela.Mone Mariangela.Mone 8 Aprile 2020
  2. santelectronic santelectronic 8 Aprile 2020

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