Đề cương giữa kỳ môn các hệ thống trên máy bay

Tài sản của 3 đứa con gái k56

I.                  Hệ thống điều khiển:

0. Chuyển động Dutch roll là chuyển động như thế nào, do đâu sinh ra và người ta đã khắc phục chuyển động này bằng cơ cấu (hệ thống) nào ?

Dutch roll là chế độ bay nhào lộn, chuyển động của tàu bay bao gồm bay lắc, đảo và lượn vòng. Do sự phức tạp khác của việc tăng tốc liên quan hiệu ứng khí động học.

Khắc phục chuyển động Dutch roll:

Việc thực hiện các bộ giảm chấn yaw và hệ thống ổn định sử dụng điện tử vào điều khiển bay. Autopilots (tự động lái) sử dụng cả định hướng điện và không khí, có nghĩa là cung cấp một khả năng tự động bay do đó giảm khối lượng công việc  phi hành đoàn. Các thiết bị điện tử được sử dụng để thực hiện việc điều khiển các chức năng bao gồm cảm biến tương tự và các thiết bị truyền động có khả năng thực hiện các điều khiển phức tạp và thực hiện nhiệm vụ điều khiển.

1. Nguyên lý điều khiển bay (Principle of Flight control).
Quá trình di chuyển (motion) của máy bay được định nghĩa bằng những chuyển động nào?

-         Nguyên lý điều khiển bay: tất cả các máy bay, từ loại đơn giản nhất đến máy bay chiến đấu tinh vi nhất đều có chung nguyên tắc điều khiển bay: hệ thống kiểm soát dựa vào các thiết bị truyền động đến đuôi và cánh máy bay

-         Quá trình di chuyển(motion) của máy bay được định nghĩa bằng chuyển động tịnh tiến và chuyện động quay xung quanh 1 trục cố định. Chuyển động tịnh tiến là đi từ điểm này đến điểm khác trong không gian. Chuyển động của máy bay quanh ba trục ( Ox, Oy, Oz) xác định các chuyển động chúc ngóc, liệng

2. Trên máy bay thương mại (commercial aircraft) Điều khiển bay sơ cấp (primary flight control) gồm có những chuyển động nào được điều khiển 

-Trên máy bay thương mại, điều khiển sơ cấp gồm 3 chuyển động:

+ Yaw :sự lắc ngang của MB quanh trục đứng. Điều khiển bằng Rudder trên đuôi đứng giúp thay đổi hướng máy bay.

+ Roll :chuyển động xoắn/liệng quanh trục dọc. Điều khiển bằng Aileron trên cánh máy bay giúp máy bay liệng

+ Pitching: chuyển động chúc ngóc quanh trục ngang. Điều khiển bằng Elevator trên đuôi giúp máy bay ngóc đầu lên hoặc chúc đầu xuống

3. Điều khiển thứ cấp (Secondary flight control) gồm những điều khiển nào?

Việc Điều khiển cánh tà được thực hiện bởi một số phần cánh nằm ở phía trong của cánh. Trong quá trình cất cánh hoặc hạ cánh, cánh tà mở rộng về phía sau và hướng xuống dưới để tăng diện tích và độ vồng của cánh, qua đó gia tăng lực nâng để tăng tốc.Số lượng cánh tà có thể thay đổi tùy theo từng loại,với kích cỡ thông thường máy bay sẽ có khoảng 5 cánh tà ở mỗi bên cánh.

  Cánh tà phía trước được Điều khiển bởi một số thanh mỏng ở mép,kéo dài về phía trước và ra phía ngoài mép cánh.Cách mô tả cánh tà ở trên có ảnh hưởng đến việc tăng diện tích và độ vồng của cánh,qua đó gia tăng lực nâng tổng thể. Một chiếc máy bay điển hình có thể có năm cánh tà ở phía trước của mỗi bên cánh.

  Việc giảm tốc được thực hiện bằng cách mở tất cả các tấm cản trên cánh để giảm lực nâng và tăng lực cản. Việc này có hiệu quả tương tự như phanh khí động của máy bay chiến đấu,phi công có thể Điều khiển tốc độ bay một cách nhanh chóng, hầu hết phanh đều nằm ở phần than phía sau của máy bay.

 Giữa các máy bay chiến đấu và máy bay thương mại có rất nhiều tính năng giống hệt nhau nhưng cũng có nhiều điểm khác biệt.Bề mặt Điều khiển có mối quan hệ với kích thước tổng thể của máy bay tạo nên sự khác biệt lớn nhất về kích thước. Bề mặt Điều khiển của máy bay chiến đấu lớn hơn nhiều so với bề mặt Điều khiển tương ứng trên một máy bay chở khách. Điều này đã phản ánh đến khả năng hoạt động và hiệu suất. Máy bay thương mại có yêu cầu Điều khiển thấp hơn,nó dành phần lớn thời gian bay ở chế độ hành trình để tiết kiệm nhiên liệu.Trong quá trình Điều khiển ,việc tạo nên sự thoải mái và an toàn cho hành khách là điều không được áp dụng cho máy bay quân sự.

4. Hệ thống điều khiển bằng liên kết cơ khí (Flight Control Linkage Systems) điều khiển các chuyển động (sơ cấp) bằng phương thức nào? Qua đó sự tác động đến thay đổi độ cao, hướng, liệng tương ứng ra sao?

-                     Hệ thống điều khiển bằng liên kết cơ khí (Flight Control Linkage Systems) điều khiển các chuyển động sơ cấp bằng cơ khí như thanh truyền hoặc cáp được nối trực tiếp với phi công.

-                     Sự tác động đến các chế độ bay:

·             Điều khiển góc chúc ngóc của máy bay bằng cách di chuyển cột điều khiển buồng lái theo chiều dọc thân máy bay, đẩy cột điều khiển về phía trước sẽ làm máy bay chúc xuống và kéo cột điều khiển về phía đuôi máy bay sẽ giúp nó bay lên cao.

·             Điều khiển để máy bay có thể liệng bằng cách di chuyển cột điều khiển từ bên này sang bên khác hoặc là xoay bộ điều khiển trục đòn gánh, đẩy cần điều khiển về bên phải để nghiêng cánh lái liệng phải và ngược lại.

·             Quay trái phải của máy bay được điều khiển bằng bàn đạp lái hướng, nhấn bàn đạp trái làm máy bay bay sang bên trái và nhấn bàn đạp phải sẽ cho kết quả còn lại

5. Tinh chỉnh (trim) 
Tại sao lại phải tinh chỉnh theo phương dọc (pitch trim) của máy bay trong quá trình bay? Các tác nhân nào gây ra ảnh hưởng đến quá trình cân bằng theo phương dọc?

- Cần phải tinh chỉnh theo phương dọc vì khi bay vị trí tương đối của trọng tâm máy bay (CG) và tâm áp luôn đổi, điều này sẽ khiến cho máy bay thay đổi moment chúc ngóc liên tục, không ổn định vì thế cần có cơ cấu tinh chỉnh theo phương dọc để ổn định khoảng cách tương đối này giúp máy bay có thể bay ổn định và phi công dễ dàng kiểm soát khi có nhiễu động.

- Các tác nhân ảnh hưởng tới quá trình cân bằng:

+ Sự thay đổi trọng tâm của máy bay do:

·       Sự tiêu thụ nhiên liệu của máy bay. ( lý do chủ yếu)

·       Sự xê dịch hàng hóa.

·       Sự dịch chuyển của hành khách trên máy bay.

+ Sự thay đổi tâm khí động

·       Do sử dụng cánh tà, tấm cản lưng.

·       Bay vào vùng khí làm thay đổi góc tấn(gió chếch).

+ Ngoài ra do sự thay đổi tốc độ bay cũng sẽ làm thay đổi moment chúc ngóc.

+ Thay đổi lực đầy động cơ.

6. Tải giả (feel). Tại sao lại phải tạo tải giả trong hệ thống điều khiển ?

Các máy bay ngày nay đều sử dụng hệ thống thủy lực để điều khiển các bộ phận điều khiển mà không dùng trực tiwwps lực cơ học từ phi công vì thế cần có hệ thống tạo tải giả để tạo cảm giác cảm nhận cho phi công khi điều khiển  máy bay. Điều này làm tăng khả năng điều khiển của phi công giúp điều khiển thực hơn, đồng thời tránh việc phi công làm hư hại các cơ cấu do điều khiển quá tải.

7. Vẽ và Miêu tả sơ bộ quá trình làm việc của cơ cấu chấp hành tuyến tính truyền thống (Conventional Linear Actuator)?

8. Hệ thống fly-by-wire của A320 (A320 FBW System)
Có bao nhiêu máy tính (computer) tham gia trong hệ thống này này ?

Miêu tả hệ thống fly-by-wire của A320

-         Có 7 máy tính tham gia trong quá trình điều khiển hệ thống FBW. Trong đó có 5 bộ máy tính bên trái để điều khiển pitching và rolling, 2 bộ máy tính bên phải để đk Rudder.

-         Các quá trình điều khiển này được mô tả bằng các cánh điều khiển được sử dụng cho các chế độ khác nhau tạo nên các chức năng khác nhau: Ground spoiler (hạ cánh khẩn cấp), Speed brakes(phanh khí động), Roll spoiler(liệng).

-         Có 3 hệ thống điện thủy lực trên MB: Green, Yellow, Blue. Các hệ thống thủy lực này được hoạt động độc lập để cung cấp năng lượng thủy lực cho các thiết  bị truyền động điều khiển bay. Các hệ thống thủy lực này cũng được điều khiển bằng những máy tính riêng biệt, tương ứng

-         Nhóm các hệ thống điều khiển cánh lái đuôi sau:

+ Cánh lái độ cao: mỗi cánh lái độ cao đều được chia làm 2 phần, mỗi phần được điều khiển bằng một hệ thống thủy lực và được điều khiển bằng các máy tính khác nhau.

Thiết bị truyền động đuôi ngang THS: cũng được đk bằng 2 hệ thống thủy lực khác nhau

Yaw damper: cũng vậy

Đuôi đứng (bên phải): cũng có 3 tấm do 3 hệ thống thủy lực khác nhau cung cấp năng lượng

-         Chế độ M: điều khiển cơ khí (mechanical): bằng tay (trong trường hợp mất tất cả các nguồn năng lượng điều khiển, máy tính hỏng hết) lúc này: THS và Rudder được duy trì điều khiển bằng tay cho phép pitch và lateral control: chúc ngóc và hướng. Tính năng đk này được trình bày chi tiết trong quá trình cấp chứng chỉ cho MB.

-         (Nhấn mạnh) Trong hệ thống đk bằng điện: Roll spoiler cần 8 tấm spoiler (nằm ngoài), Speed brake dùng 6 tấm spoiler (nằm trong) và Lift dumper (ground spoiler) dùng toàn bộ các tấm cản (trên mặt đất khi hủy bỏ cất cánh).

-         Trong trường hợp rất hiếm khi tất cả các máy tính đều hỏng: thì mb vẫn có thể hạ cánh thông qua đuôi đứng và ổn định ngang được điều khiển bằng cơ cấu cơ khí-Hiển thị bằng chữ M (2 vị trí: THS và Rudder) trên hình. Cái này cho phép điều khiển sang ngang (lateral) và chúc ngóc được duy trì.

Cũ:

-         Hệ thống điều khiển bằng thủy lực

 Cánh lái hướng

 Tinh chỉnh đuôi nganh (reversionary mode)

Máy bay có 3 hệ thống điện thủy lực độc lập: màu xanh (B), màu xanh lá cây (G), màu vàng (Y). Hình 1.26 miêu tả vị trí các hệ thống này và sự vận hành thiết bị truyền động và thủy lực.

       Tổng cộng có 7 máy tính thực hiện các nhiệm vụ điều khiển bay như sau:

• Two Elevator/Aileron Computers (ELACs). ELACs kiểm soát các thiết bị truyền động cánh lái liệng

• Three Spoiler/Elevator Computers (SECs). SECs kiểm soát tất cả các tấm cản lưng và ngoài ra kiểm soát thứ cấp thiết bị truyền động thang máy.  Các phần cánh cản khác nhau có chức năng:

-         Chế độ mặt đất: dung tất cả các tấm cản trong quá trình hạ cánh

-         Chế độ phanh khí động: phía trong 3 phần cánh cản

-         Chế độ giảm tải: phía ngoài 2 phần cánh cản (kết hợp với cánh liệng); chắc năng này đã cũ và gần như ko còn đc ứng dụng trong các mô hình gần đây.

-         Tăng chuyển động liệng: phía ngoài 4 phần spoiler

• Two Flight Augmentation Computers (FACs). Kết hợp vs các thiết bị truyền động giảm chấn chống lắc ngang.

   Ba hệ thống thủy lực, xanh dương, xanh lá cây và vàng, cung cấp năng lượng thủy lực để các thiết  bị truyền động điều khiển bay theo các kí hiệu hiển thị trên bản đồ.

   Trong một số trường hợp hiếm gặp là các máy tính đều gặp sự cố thì máy bay vẫn có thể bay và hạ cánh an toàn – điều này đã đc chứng minh trong quá trình cấp giấy chứng nhận xuất xưởng. Trong trường hợp này, thiết bị truyền động đuôi ngang (THS) và bộ phận bánh lái được điều khiển trực tiếp bởi các đầu vào cơ khí, đc hiển thị như M trong biểu đồ cho phép góc trúc góc và phương tàu bay đc duy trì.

   Một số tính năng đáng chú ý của hệ thống FBW Airbus là họ không sử dụng quy ước cao độ thong thường và roll pitch. Người phi công điều khiển đầu vào pitch and roll bằng bộ điều khiển phụ trợ, và điều này đc chấp nhận rộng rãi trong hang không quốc tế.

9. (tiếp FBW). Từ 5 tấm cản (spoiler), hệ thống FBW tạo ra bao nhiêu chế độ điều khiển và dùng nó khi nào? (Tại sao lại chỉ dùng trong các trường hợp đó)

Các tấm cản (spoiler) được điều khiển logic để hoạt động tùy theo từng trường hợp.Từ 5 tấm cản (spoiler), hệ thống FBW tạo ra 3 chế độ điều khiển. Đó là:

+Roll spoiler: 4 tấm cản ngoài được sử dụng để cho mục đích liệng tại vì nó xa gốc cánh, tạo mô men lớn.

+ Speed brake/airbrake :Phanh khí động phải dùng các tấm bên trong tại vì lực lớn, gần gốc cánh kết cấu mới đủ cứng vững.

+ Ground spoiler: trong trường hợp hạ cánh khẩn cấp (hủy bỏ cất cánh khi đang cất cánh): do cần lực cản lớn để hãm lại đà của máy bay càng nhanh càng tốt nên cần lực cản lớn nhất có thể , vì thế cả 5 tấm cản được sử dụng.

10. Trong tiến trình phát triển của FBW của Airbus (Airbus Fly-By-Wire Evolution), phương thức sử dụng các bề mặt điều khiển được thay đổi như thế nào ?

 

Hệ thống FBW của Airbus đầu tiên là A320 được cấp c.chỉ năm 1988. Sau đó được nhân rộng ra: A318-19-21-30-40-80; Dòng 380 đưa vào khai thác tháng 10/2007.

Như vậy tiến trình phát triển của hệ thống FBW được đánh giá bằng tiến trình gia tăng của các actuators được điều khiển. (số spoiler/aileron tăng dần)

Hình thứ 2:

Dòng  A320 có tất cả 13 máy tính điều khiển, tuy nhiên điều khiển FBW chỉ bao gồm điều khiển cơ bản (3 kênh chính với 7 máy tính – như đã biết, chế độ autopilot (thực hiện bằng máy tính FMC hay FMGS trong tài liệu bảo dưỡng) và không bao gồm hệ thống Hi-lift (đk bởi SFCC-)

Đến thế hệ A330-40-80 thì cả hệ thống Hi-lift này đã được bổ sung và số máy tính tăng lên. Và tên máy tính cũng được thay đổi.

 
II. Hệ thống nhiên liệu:

1. Bơm truyền nhiên liệu (Fuel Transfer Pumps) làm nhiệm vụ gì ? Yêu cầu kỹ thuật đối với bơm truyền là những gì ?

- Bơm truyền nhiên liệu là bơm nối các thùng nhiên liệu hoặc bơm từ thùng chứa sang tiêu hao, gom nhiên liệu trước khi đưa vào động cơ. Ngoài ra, việc chuyển nhiên liệu được dùng để tinh chỉnh chúc ngóc, tinh chỉnh ngang hoặc duy trì trọng tâm máy bay.

- Yêu cầu kỹ thuật đối với bơm truyền:

+ Làm việc an toàn trong điều kiện hết nhiên liệu.

+ Có bảo vệ nhiệt.

+ Bôi trơn/làm mát bằng chính nhiên liệu.

+ Lưu lượng lớn ( Q= 400lb/min), áp suất thấp ( p =10psi ~ ~0,6bar)

2. Bơm tiêu hao nhiên liệu (Fuel booster Pumps) làm nhiệm vụ gì ? Yêu cầu kỹ thuật đối với bơm tiêu hao là những gì ?

- Bơm tiêu hao nhiên liệu có nhiệm vụ :Tăng áp nhiên liệu từ thùng tiêu hao đến động cơ và tránh quá trình sục khí (lẫn khí trong NL) gây xâm thực ở độ cao lớn, nhiệt độ nhiên liệu cao

- Yêu cầu:

+ Áp suất cấp cho NL >5psi so với áp suất hơi thực(~10-15psi <=> 0.6-0.9bar).

+ Cung cấp NL không dừng.

+ Nguồn năng lượng bằng điện (AC/DC), thủy lực (hoặc RAT).

+ Làm mát & bôi trơn bằng NL.

+ Làm việc an toàn trong đk hết nhiên liệu.

3. Van truyền nhiên liệu (Fuel Transfer Valves) cơ bản gồm những van nào và nêu vắn tắt chức năng kèm theo từng van.

-         Van ngắt (shut-off valves):dùng để ngắt NL khi cần thiết

-         Van nạp/xả (Refuel/defuel valves): nạp NL vào thùng chứa/xả NL để bảo dưỡng

-         Van truyền chéo (Cross-feed valves): cấp NL đảo bên

-         Van xả dầu (Fuel dump valve): xả NL khẩn cấp trên không.

-         Van thông khí (Fuel vent valves): dùng khi nạp liệu (trên mặt đất/trên không). Yêu cầu: Vận hành bằng motor điện hoặc cuộn điện từ (solenoid)

-         Van một chiều (Non-return Valves)(check valve): đảm bảo chiều vận

chuyển của NL

4. Tại sao phải tăng áp (Pressurisation) cho nhiên liệu, áp năng thường được lấy từ đâu ?

Lý do tăng áp cho nhiên liệu:

- Đơn giản là: Nếu thùng NL kín, khi bơm nhiên liệu vào sẽ làm thể tích khí giảm đi (vùng khí bị thu hẹp, trong khi áp suất của nó tăng lên). Sự tăng áp khi do bị bịt kín sẽ cản trở quá trình nạp nhiên liệu. Khi áp suất khí trong bình cân bằng với áp suất nhiên liệu bơm vào thì nhiên liệu không thể bơm vào được nữa. Nếu cưỡng bức tăng áp suất nạp: hậu quả có thể gây ra là nổ thùng.

- Tiêu hao nl do tự chảy đựa trên sự chênh lệch áp suất (do chênh lêch nhiên liệu) giữa các thùng, nếu không có thông hơi => tạo áp suất chân không trong bình nl, không chảy được.

- Khi bay ở độ cao lớn, áp suát khi quyển giảm mạnh, nhiệt độ sôi của nhiên liệu cũng hạ thấp, do đó nhiên liệu bị bay hơi nhiều hơn. Áp suất khi quyển giảm cũng gây ra hiện tượng tăng bọt khí do gần với áp suất hơi bão hòa.

- Việc tăng áp còn đóng vai trò cân bằng áp suất để bảo vệ kết cấu thùng, khi bay ở vận tốc lớn, áp suất động tác động bên ngoài thùng là lớn, nếu không cân bằng được áp suất bên trọng: thùng có thể bị bẹp.

Còn đơn giản hơn nữa là: Cần tăng áp cho nhiên liệu vì ở trên cao, áp suất giảm, nhiệt độ sôi giảm => dễ cháy nhiên liệu => gây cháy nổ

Xảy ra hiện tượng xâm thực: trong chất lỏng lẫn khí, các bọt khí bám vào cánh bơm có thể gây lỗ chỗ hoặc nổ cánh bơm.

Khả năng bị hỏi câu này là rất cao

Áp năng thường được lấy ở:

- Miệng lấy khí bên ngoài: gọi là tăng áp hở (tận dụng áp suất thủy động của MB bay ở vận tốc lớn)

- Tăng áp bằng máy nén, thiết bị: tăng áp kín

=> Thực tế là có cả sơ đồ tăng áp “nửa kín, nửa hở”.

6. Hệ thống truyền nhiên liệu từ phía trong cánh và phía ngoài cánh (Inboard and Outboard Fuel Transfers): Lý do ứng dụng hệ thống này ? Cách điều tiết truyền nhiên liệu trên máy bay được thực hiện như thế nào từ khi chuẩn bị bay đến khi tiêu hao nhiên liệu.

Do nó ảnh hưởng đến kết cấu.Hệ thống đó để luôn duy trì cái thùng bên ngoài cánh luôn đầy nhiên liệu.Nó chỉ được tiêu hao khi các thùng bên trong lượng nhiên liệu còn tương đối thấp.Hệ thống này áp dụng trong các máy bay thương mại từ A318-A320.Rõ hơn ảnh hưởng đến kết cấu theo mình là vì nó ở xa nên cánh tay đòn lớn,vì vậy chỉ cần 1 lực nâng nhỏ ở đó thôi thì tạo ra 1 momen rất lớn=>tạo lực cắt rất lớn ở gốc cánh.Chính vì thế mà nó giữ nhiên liệu lại để triệt tiêu bớt lực nâng ở bên ngoài cánh=>giảm lực cắt ở gốc cánh.

5. Tại sao và khi nào phải sử dụng hệ thống xả nhiên liệu khẩn cấp (Fuel Jettison) ?

 Thường khi máy bay mới cất cánh và gặp sự cố hoặc trong khi đang bay thì cháy động cơ. Tại sao vậy?

Trường hợp thứ 1 là do khi mới cất cánh, máy bay còn gần như nguyên lượng nhiên liệu và lượng nhiên liệu này chiếm phần rất lớn tổng trọng lượng của máy bay. Xả nhiên liệu khẩn cấp giúp giảm tải trọng nhanh và hiệu quả để đạt tải trọng chỉ tiêu lúc hạ cánh. Tốc độ hạ cánh lớn và khối lượng càng lớn gây nguy hiểm với máy bay vì khiến nó ma sát lớn với mặt đường băng dễ gây cháy đồng thời gây áp lực lên lốp.

Trường hợp thứ 2 là khi động cơ cháy một bên, nhiên liệu cần được xả khỏi bình gần động cơ đó qua van của bên còn lại để tránh cháy máy bay nhanh hơn và giảm khối lượng để hạ cánh khẩn cấp.

Ngoài ra hệ thống này vẫn được dùng cho máy bay hạ cánh khẩn cấp khi hết hành trình bay mà gặp sự cố và vẫn còn dư nhiên liệu.

Việc làm này có thể kèm việc vứt bình nhiên liệu trong máy bay quân sự.

 Có thể giới thiệu thêm: Van xả có dạng là một cái nắp được điều khiển bằng van điện từ. Bình thường nắp này được đóng kín. Khi có tín hiệu xả khẩn cấp,van điện từ sẽ tác động để mở nắp này và nhiên liệu được xả qua ống xả.Thời gian xả phụ thuộc vào thể tích thùng chứa,đặc tính thủy lực của van,đặc tính thủy lực của ống tăng áp,và đặc tính hạ cánh của máy bay.Thời gian này khoảng từ 30 giây đến 3 phút.