Simulators for pilot assisting module of advanced light aircraft concept

• Autorzy: Chudy P. , Rzucidło P.

Warianty tytułu

PL

Symulatory do badań modułu asystenta pilota zaawansowanego samolotu lekkiego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of Pilot Assisting Module research performed on two light aircraft flight simulators developed in parallel at Brno University of Technology, Czech Republic, and Rzeszow University of Technology, Poland. The first simulator was designed as an open platform for the verification and validation of the advanced pilot/aircraft interface systems and inherited its appearance from the cockpit section of the Evektor SportStar. The second flight simulator, the XM-15, has been built around the cockpit of a unique agriculture jet Belfegor. It introduced a system architecture that supports scientific simulations of various aircraft types and configurations, making it suitable for conceptual testing of Pilot Assisting Module. The XM-15 was initially designed to support research on advanced flight control systems, but due to its continuing modernization it evolved into a hardware-in-the-loop test-bed for electromechanical actuators and autopilot CAN based controller blocks. Pilot-in-the-loop experiments of proposed Pilot Assisting Module revealed favorable operational scenarios, under which the proposed system reduces the cockpit workload during single pilot operations.

PL

W ostatnich latach małe samoloty ogólnego przeznaczenia zyskują na coraz większej popularności jako środki transportu osobowego. Szybki postęp w dziedzinie lekkich i ultralekkich konstrukcji lotniczych prowadzi m.in. do redukcji kosztów ich wytwarzania oraz eksploatacji. Czynniki te, w połączeniu z dynamicznym rozwojem sieci lokalnych portów lotniczych i lądowisk sprawiają, że małe lotnictwo staje się dostępne nie tylko dla wąskiej grupy entuzjastów, lecz również dla osób pragnących wykorzystać je jako środek transportu alternatywny dla kolei, czy też pojazdów samochodowych. Niestety, małe samoloty o napędzie tłokowym postrzegane są z reguły jako niezbyt wygodny środek lokomocji, szczególnie w stosunku do samolotów liniowych lub odrzutowych samolotów dyspozycyjnych. Główny problem związany jest jednak z wykonywaniem operacji lotniczych w załodze jednoosobowej, w dodatku przez pilotów amatorów. Zastosowanie pośredniego układu sterowania samolotem (ang. fly-by-wire) może w znacznej mierze ułatwić proces pilotowania i zredukować niektóre błędy powodowane czynnikiem ludzkim. Wprowadzenie złożonych systemów sterowania do prostej konstrukcji lotniczej prowadzi jednak do wielu problemów, zarówno natury technicznej (problem niezawodności złożonego systemu elektromechanicznego) jak i ekonomicznej. Mając na uwadze zalety oraz wady układów sterowania, zarówno klasycznych jak i klasy fly-by-X, autorzy pracy zdecydowali się na realizację systemu sterowania, który z jednej strony ułatwi pracę pilota, a z drugiej strony nie będzie wymagał rezygnacji z mechanicznego połączenia sterownicy/orczyków i płaszczyzn sterowych. Proponowane rozwiązanie bazuje na zmodyfikowanym układzie autopilota, który aktywnie wspiera pilota m.in. w sytuacjach stresowych związanych z utratą orientacji, zagubieniem i niektórymi usterkami urządzeń pokładowych. Zastosowana koncepcja algorytmów sterowania bazująca na metodzie Total-X umożliwia również redukcję emisji hałasu i zużycia paliwa. Bezpośrednie przejście z etapu testów laboratoryjnych do prób w locie jest ryzykowne i kosztowne. Z tego też względu autorzy pracy postanowili wykonać testy na symulatorze lotu, włączając pilota w pętlę sterowania. Modyfikacja dostępnego, profesjonalnego symulatora lotu nie była możliwa ze względów formalnych (wyłączenie urządzenia z procesu szkolenia i czasowa utrata certyfikacji). Możliwym i znacznie korzystniejszym rozwiązaniem okazała się budowa eksperymentalnych symulatorów lotu, zorientowanych na klasę samolotów lekkich i ultralekkich. W pracy przedstawiono dwa eksperymentalne symulatory lotu, które powstały w Politechnice Rzeszowskiej i Politechnice Brneńskiej. Symulatory powstały w kooperacji, aczkolwiek różnią się od siebie zasadniczo. Pierwsze z urządzeń (zaprojektowane i zbudowane w Politechnice Brneńskiej, Wydział Technologii Informacyjnych) bazuje na kokpicie popularnego samolotu lekkiego Evektor SportStar. Symulator zaprojektowany i wykonany w Politechnice Rzeszowskiej na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa wykorzystuje kabinę samolotu M-15. Symulatory posiadają modułową konstrukcję i umożliwiają testowanie m.in. elektromechanicznych układów wykonawczych, paneli kontrolnych i sterownic wyposażonych w standardowe interfejsy komunikacyjne.

Słowa kluczowe

EN

light aircraft; flight simulator; user interface; advanced flight control; primary control display; hardware-in-the-loop; electromechanical actuator; control laws

PL

samolot lekki; symulator lotu; interfejs użytkownika; złożone systemy sterowania; wyświetlacz PFD; pętla sprzętowa; aktuator elektromechaniczny; prawa sterowania

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. LVIII, nr 3
• Strony: 275--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Chudy P.

autor

Rzucidło P.

• Brno University of Technology, Bozetechova 2, 612 66 Brno, Czech Republic,

Bibliografia

• [1] CAN Specification Version 2.0, Robert Bosch GmbH, 1991.
• [2] Stock M.: CAN Aerospace Interface specification for airborne CAN applications V 1.7, Revision 1.7, 2008, 58 ps.
• [3] Chudy P., Pieniazek J., Rzucidlo P.: Flight Control System for Environmentally Friendly Light Aircraft, Polish Journal of Environmental Studies, Vol. 18, No. 4B, Olsztyn, 2009, pp. 21-25.
• [4] Chudy P., Rzucidlo P., Tomczyk A.: Safety enhanced digital flight control system, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, Volume 81 Issue 5, Emerald Group Publishing Limited, 2009, pp. 416-423.
• [5] Rzucidlo P., Tomczyk A.:, Prediction of Susceptibility of Small Aircraft to Pilot-Induced Oscillations, SAE 2007 Transactions Journal of Aerospace, Warrendale, Pensylwania, 2008, pp. 819-827.
• [6] Tomczyk A.:, Facilitated Airplane - Project and Preliminary In-Flight Experiments, Aerospace Science and Technology, Elsevier, Vol. 8, No 6, 2004, pp. 469-477.
• [7] Chudy P., Rzucidlo P.: Controller Design for a Digital Flight Control System DFCS, The 2nd International Multi-Conference on Engineering and Technological Innovation: IMETI 2009, Orlando, Florida, 2009, 6 ps.
• [8] Ciecinski P., Pieniazek J.: Aircraft Model for Purposes of Control Systems Synthesis, Mechanics in Aviation IX Conference, Warsaw, 2004.
• [9] Kopecki G., Rzucidlo P.: Problems of Monitoring in the Fly-by-Wire System for Small Aircraft, AIAA-2006-6340 Paper, AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, Keystone, Colorado, 2006, 8 ps.
• [10] Lambregts A. A.: Fundamentals of Fly-By-Wire Augmented Manual Control, SAE 2005-01-3419, SAE 2005 AeroTech Congress & Exhibition, Forth Worth, Texas, 2005.
• [11] Lambregts A. A.: Integrated System Design for Flight and Propulsion Controlusing Total Energy Principles, AIAA-83-2561, AIAA Aircraft Design, Systeme and Technology Meeting, Fort Worth, TX, 1983.
• [12] Rzucidlo P.: Laboratory and Preliminary In-Flight Tests of Electromechanical Actuators, SAE Paper 2006-01-2414, General Aviation Technology Conference & Exhibition, Wichita, Kansas, 2006, 10 ps.