Sisteme de Comanda Si Control al Zborului

Sisteme de Comanda Si Control al Zborului

Byadmin ianuarie 1, 2024

INTRODUCERE

STADIUL ACTUAL PRIVIND SISTEMELE DE COMANDĂ ȘI CONTROL A ZBORULUI UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚIA ELICOPTERELOR MILITARE

Repere evolutive a lanțurilor de comenzi/Istoria și evoluția lanțurilor de comenzi

Năzuința milenară a omului spre înălțimi s-a materializat secole de-a rândul în elaborarea de către inventatori a unor aparate prin care această dorință să-și găsească împlinirea. Desprinderea de pământ și zborul în oceanul aerian au reprezentat țelurile permanente ale acestor strădanii, conceptual ele fiind abordate încă din antichitate și evul mediu. A fost, însă, doar la începutul secolului nostru când dezvoltarea tehnologică a civilizației a atins un nivel suficient de ridicat pentru a face realizabilă în practică premiza de bază a zborului uman : desprinderea de la pământ cu mijloace proprii și continuarea zborului în control complet asupra sa.

Timp de multe secole, oamenii au încercat să zboare la fel ca păsările și au studiat zborul păsărilor. Au construit aripi din pene sau cu lemn ușor și le-au atașat brațelor pentru a testa capacitatea lor de a zbura. Rezultatele au fost dezastruoase deoarece mușchii brațelor omului nu sunt ca ale păsărilor și nu se pot deplasa cu puterea acestora.

Mitologia Greacă și Romană au exemple de zei care au fost înzestrați cu darul de a zbura. Totuși Daedalus și Icarus au fost primii care au cucerit cerul după spusele legendelor din mitologia Greacă.

Încă din antichitatea chineză, copiii „cerescului imperiu” se amuzau cu jucăria tradițională cunoscută în Europa drept „titirezul chinezesc”. Nu este de fapt vorba decât de o elice bi-pală în miniatură pusă în mișcare prin intermediul unui ax răsucit între cele două mâini, mișcarea de rotație astfel imprimată fiindu-i suficientă pentru a desprinde, ridica pe verticală și plana în timp ce se rotește până ce „aterizează” în apropiere.

Băștinașii aborigeni din Australia au folosit încă din cele mai vechi timpuri o unealtă-armă deosebit de ingenioasă – bumerangul – care de fapt nu este altceva decât un rotor asimetric în formă de L. Aruncat cu dibăcie, bumerangul capătă o mișcare de rotație în jurul centrului de greutate combinată cu o translație în planul propriu, din care rezultă evoluții spectaculoase, pe traiectorii curbe care în cazul neatingerii țintei, se sfârșesc exact în dreptul aceluia care l-a aruncat.

Se poate considera că primul lanț de comandă era forța umană, și anume puterea cu care se acționa asupra aparatului; de exemplu, cu cât se arunca mai tare bumerangul cu atât mai tare și departe zbura acesta, sau cu cât mai tare se imprima forța de rotație a titirezului, cu atât mai tare și mai sus naviga.

Deși inventatorul spiralei, Arhimede, a conceput-o inițial pentru propulsarea lichidelor, geniul renașterii – Leonardo da Vinci – a avut inspirația de a o monta vertical și a realiza astfel o „înșurubare” în aer care să permită deplasarea pe verticală a unei mașini construite de mâna omului (vezi fig. 1.1.). Remarcând că singura problemă rămasă de rezolvat este cea a unei surse de putere suficient de ușoară și compactă pentru propulsia elicei. Savanții epocii moderne au propus diferite soluții : M. V. Lomonosov prezintă (1739) în fața Academiei Ruse un model de elicopter acționat de un mecanism de ceasornic cu greutăți (vezi fig. 1.2.); Sir George Cayley din Anglia a construit (1796) o serie de modele de elicoptere acționate de resoarte; W. H. Philips (Anglia, 1842) și Enrico Forlanini (Italia, 1878), au construit modele acționate de forța aburului, iar Thomas Edison (SUA, 1880) a experimentat modele acționate electric [2, 3].

Fig. 1.1. – Spirala lui Da Vinci [4] Fig. 1.2. – Model de elicopter acționat de un mecanism de ceasornic cu greutăți, prezentat de M. V. Lomonosov (1739) [5]

Așadar, de la “titirezul chinezesc” și bumerangul unde mișcarea de rotație era transmisă datorită forței umane, prin rotire, lansare, împingere, la Leonardo da Vinci și după, s-a studiat cum să se mărească și să se mențină acea putere constantă. Astfel s-a ajuns la concluzia că este nevoie de un alt lanț de comandă care transmite mișcarea de rotație la pale sau a corpurilor care permit sustentația sau levitația aparatului. De asemenea lanțul de comandă a evoluat de la forța umană la o forță mecanică, și anume: trecerea de la un mecanism de ceasornic cu greutăți, la resoarte, la forța aburului ajungându-se la acțiunea electrică.

Așadar cea mai mare descoperire a venit la sfârșitul secolului al XIX-lea. Motorul cu combustie internă a făcut posibil ca pionierii să dezvolte modele de dimensiuni diferite, cu o sursă de alimentare adecvată. Atunci au descoperit prima dintre numeroasele probleme mari : cuplul, efectul produs de rotor pentru care forța fuzelajul să se rotească în sens invers a rotorului. O altă problemă cu care sa-u confruntat primii pioneri a fost, disimetria de ridicare, tendința primelor elicoptere de a se răsturna, până la inventarea platoului ciclic.

În 1907, la câțiva ani de la zborul primului avion, se ridică în Franța primul elicopter pilotat de românul Paul Cornu, echipat cu un motor cu ardere internă de 24 CP (vezi fig.1.3.); comenzile erau realizate prin suprafețe mobile plasate în curentul antrenat de rotoare și nu prea au fost eficace. Totuși, primele încercări dovedesc că simplitatea generală a conceptului zborului vertical este de fapt umbrită de o serie de probleme tehnice, printre care cea a sursei de putere, care nu era nici singura și nici cea mai importantă. Alte probleme tehnice erau: menținerea aparatului sub control și combaterea tendințelor continue de răsturnare, împreună cu starea generală de smucituri și vibrații a aparatului odată desprins de la pământ, care i-au îngrijorat mult pe primii constructori. Au urmat ani de frământări asidue, de cercetări și experimentări pasionate.

Fig. 1.3. – Primul elicopter echipat cu motor cu ardere internă de 24 CP (1907) [8]

În 1921, românul George de Botezat, a experimentat în S.U.A. primul elicopter complet controlabil care avea un zbor stabil (vezi fig. 1.4.). Acest elicopter a avut o comandă bună utilizând un pas colectiv diferit pe cele patru rotoare. Din păcate, construcția complicată, cu patru rotoare care se mișcau simultan au făcut ca proiectul să nu fie preluat pentru producția de serie. Etienne Oemichen (Franța, 1924) a construit o aeronavă cu patru rotoare de câte două pale, pentru a produce portanța, cinci elice orizontale pentru comanda atitudinii, două elice pentru propulsie și o elice în față, pentru comanda de girație, toate antrenate de un singur motor de 120 CP (vezi fig. 1.5.).

Fig. 1.4. – Elicopterul inventat de Botezat Fig. 1.5. – Elicopterul creat de Oemichen

(1921) [10] (1924) [11]

Marchizul Raul P. Pescara (Spania, 1924) a construit un elicopter cu două rotoare coaxiale, fiecare cu patru pale biplane. Pentru comandă, el a răsucit palele spre a le schimba unghiul de pas. Pescara a fost primul care a demonstrat un sistem efectiv de comandă al pasului ciclic pentru comanda rotoarelor principale, introducând platoul ciclic, deși a fost propus de Boris N. Iurev în 1911. Totuși elicopterul lui Pescara a avut probleme cu stabilitatea. În aceeași perioadă, în USA, Emile și Henry Berliner au construit un elicopter cu două rotoare plasate la capătul unei aripi biplane, respectiv stânga-dreapta, folosind pale rigide din lemn, pentru rotoare, astfel obținând comanda prin înclinarea întregului rotor.

Totuși mai exista problema cuplului de reacție, la care s-a găsit o soluție, introducând rotorul anticuplu. Primul a fost A.G. von Baumhaver (Olanda, 1924-1929), construind un elicopter cu un singur rotor principal și un rotor vertical de coadă, fiind antrenat de un motor separat. Palele rotorului principal erau libere să bată, dar erau legate prin cabluri, astfel formând un rotor balansoar. Comanda era asigurată prin pasul ciclic al rotorului principal, produs de un platou ciclic. Aparatul nu a zburat mai mult de 1 metru altitudine și au existat dificultăți cu comanda de direcție, din cauza existenței a două motoare separate, pentru antrenarea celor două rotoare.

Corradinio d’Ascanio (Italia, 1930) a construit un elicopter cu două rotoare coaxiale, fiecare cu câte două pale care aveau articulații de bătaie și articulații libere de pas. Comanda de pas se făcea prin servoeleroane pe pale, pentru a realiza atâta pasul colectiv cât și cel ciclic. Totuși caracteristicile de comandă și stabilitate erau la limită.

O contribuție remarcabilă a adus-o spaniolul Juan de la Cierva care, pentru a echilibra forțele care se nasc pe cele două jumătăți ale rotorului – cea care se deplasează în direcția zborului (pala avansată) și cea care se deplasează în direcția contrară (pala reculantă) – a legat palele la butuc prin articulații, anulând astfel momentul transmis acestuia. Autogirurile construite pe acest principiu s-au bucurat de un deosebit succes.

Anii '30 au cunoscut o efervescență în construcția de elicoptere experimentale, rezultate remarcabile fiind obținute de R. Breguet și R. Dorand din Franța, construind un elicopter cu rotoare coaxiale de câte două pale, cu butuc articulat (comanda era prin pasul ciclic pentru mișcările de tangaj și de ruliu, iar pentru mișcarea de girație s-a folosit diferența de cuplu transmisă la rotoare) și A. Flettner în Germania, proiectând sincropter-ul. Dar imaginea elicopterului așa cum îl cunoaștem astăzi – cu un rotor principal în centru și un rotor anticuplu în coadă – se datorează lui Igor Sikorsky (S.U.A.), care în 1941 a reușit să zboare cu un prototip absolut stabil, complet manevrabil și de o simplitate mecanică deosebită (vezi fig. 1.5.). Comenzile pilotului erau asemănătoare cu cele actuale (manșă pentru pasul ciclic, paloniere pentru direcție și manșă pentru pas general, având pe ea și comanda turației motorului). În această configurație, elicopterul a cunoscut o dezvoltare tehnică vertiginoasă și o mare răspândire în utilizare.

Fig. 1.5. – VS-300, primul elicopter complet manevrabil, realizat de I. Sikorsky (1941) [15]

În 1943 Sikorsky a dezvoltat R-5, care, deși era doar un elicopter cu două locuri, a fost mult mai mare, mai puternic, și mai capabil decât R-4, construit anterior, care a devenit larg utilizat pentru instrucție. R-5 a fost produs în număr substanțial, și în același timp a avut o sarcină utilă limitată, la fel și capacitatea vitezei de deplasare. R-5 a fost folosit în serviciul militar în Pacific în timpul celui de-al doilea Război Mondial.

Fig 1.6. – Primul elicopter folosit in război (R-5)

În curând Sikorsky S-55 și S-58 au fost modelele care au făcut mari progrese în structura elicopterelor. Aceste aeronave aveau o cabină mare sub rotor, și pentru a da un centru de gravitate larg, motorul a fost plasat în nas. Iar în anii 1960 au văzut dezvoltarea Sikorsky S-61 Sea King, S-64 Sky Crane și modelele CH-53. Mai târziu, S-70 (UH-60) Blackhawk urma să devină temelia companiei Sikorsky, iar aparatul încă este în producție și în secolul XXI. În anii 1970, Sikorsky și Boeing au făcut echipă pentru a construi RAH-66 Comanche, care este un elicopter de cercetare/de atac pentru noul mileniu.

În anul 1944, compania Cierva-Weir, determinată de succesul al lui Sikorsky, a produs o mașină destul de mare cu un singur rotor numit W-9 (vezi fig. 1.7.). Această mașină a fost destul de unică în utilizarea jetului cu presiune ca și cuplu reactiv la rotorul anticuplu. Cu toate acestea, aeronava nu avea comanda de schimbare a unghiului de incidență a rotorului portant, și anume comanda pasului general. Pentru a mări forța de tracțiune a rotorului portant a fost necesară schimbarea vitezei la rotor. În timpul unui zbor de test în 1946, elicopterul W-9 s-a prăbușit, iar proiectul a fost ulterior abandonat. Ulterior, companiile Weir și Cierva au mers pe proiectarea mașinăriei W-11, denumită Air-Horse, care a fost un elicopter neortodox, echipat cu trei rotoare cu o capacitate considerabilă de ridicare; în special conceput pentru pulverizarea recoltelor. Aparatul s-a prăbușit în timpul unui zbor de test și orice lucrare mai departe a fost reziliată. Elicopterul final Cierva de la linia Weir a fost Skeeter (W-14), utilizat de către forțele armate britanice. Acest elicopter de formare, cu două locuri, proiectat în 1948, a văzut doar un ciclu de producție, limitat prin 1960.

Fig. 1.7. – Cierva W-9 [16] Fig. 1.8. – W-11 Air Horse Fig. 1.9. – W-14 Skeeter

Alți tineri pionieri, în construcția elicopterelor, au fost în Statele Unite, în timpul anilor 1940. Aceștia au fost : Arthur Young, Frank Piasecki, Stanley Hiller, și Charles Kaman.

La sfârșitul anilor 1930, Arthur Young a început o serie de experimente cu modele de elicoptere care au condus în cele din urmă la proiectarea linei de renume Bell Helicopters. Bell Helicopter a dezvoltat UH-1 Huey, echipate cu două motoare, care au fost livrate începând din 1959. De asemenea, modelul Huey-Cobra s-a dezvoltat păstrând aceleași componente ale rotorului, dar având un fuzelaj mai raționalizat, respectiv cu echipajul așezat în tandem. Tipul este încă în producție în 1999 ca AH-1W Super-Cobra, care folosește un rotor din materiale compozite. De asemenea, Bell a cucerit piața civilă, cu modelele 206 Jet Ranger și variante care au zburat pentru prima dată în 1966 și au devenit unele dintre elicopterele cele mai utilizate pe scară largă.

În 1943, Frank Piasecki a conceput și a zburat cu un mic elicopter monoloc, care a fost numit PV-2 (vezi fig. 1.10.). Acesta a fost al doilea elicopter prototip de succes care a zburat în Statele Unite, primul fiind Sikorsky VS-300. Compania Piasecki a mers pe configurația rotor tandem, un concept patentat de Gish Javanovitch. În 1945, Corporația Piasecki a construit un elicopter cu rotor tandem numit PV-3 „Dogship”. Această aeronavă a fost numită popular "Banana Flying", din cauza formei fuzelajului care semăna cu o banană. În ciuda poreclei sale, cu toate acestea, aeronava a scos un succes foarte mare întrucât, începând cu anul 1952, s-au construit versiuni mai puternice și mai mari, și anume, modelele H-16 și H-21 „Workhorse”. În 1956 Corporația Piasecki a devenit Societatea Vertol, care a continuat să dezvolte două modele de mare succes, elicopterele militare CH-46 și CH-47, cu rotorul în tandem. Compania a devenit în cele din urmă Boeing elicoptere. La sfârșitul anilor 1980, compania Boeing a produs un demonstrator de o tehnologie avansată a elicopterelor cu rotor tandem numit modelul 360, care a fost făcut aproape în întregime din materiale compozite. Producția și remanufacturare Boeing CH-47 continuă și astăzi, iar în 1998 Boeing a anunțat lansarea CH-47F și CH-47SD "Super-D" Chinook.

Fig. 1.10. – PV-3 „Dogship” [17]

În Statele Unite, Charles Kaman a adoptat sincropterele lui Antoine Flettner. Una dintre inovațiile Kaman a fost utilizarea palelor torsionate conforme „solide rotor molid Spar” cu servo-flapsuri. Servo-flapsurile au fost montate la trei-sferturi razei rotorului, la o oarecare distanță în spatele axei elastice a palei – un sistem folosit prima dată de d’Ascanio. Când aceste flapsuri au fost deviate ciclic, momentele aerodinamice au cauzat răsucirea palelor, schimbarea unghiului lor de atac și introducând astfel o mai bună capacitate de control a comenzi pasului ciclic la rotorul portant. Primul elicopter Kaman a fost K-125A care a efectuat primul zbor în 1947. Această versiune a fost îmbunătățită, dând origine la modelul K-225, care a devenit primul elicopter ce a zburat propulsat de un motor cu turbină cu gaze. În timp Kaman a revenit la modelul convențional de elicopter, și anume cu un singur rotor, iar în anul 1959 a produs modelul H-2 Seasprite. În 1991 Kaman a revenit la conceptul sincropter, astfel producând elicopterul K-Max.

Fig. 1.11. – Primul elicopter funcțional propulsat cu un motor cu gaze (K-225) [18]

Stanley Hiller este un alt pionier bine cunoscut, care a contribuit la dezvoltarea elicopterelor moderne. Hiller a construit mai multe prototipuri de elicoptere, inclusiv elicopterul coaxial XH-44, care a zburat cu succes în 1944. Deși Hiller era înnebunit după rotoarele coaxiale și de tip jet, mai târziu elicopterele sale foloseau un rotor și o coadă principală, adică o configurație convențională. Descoperirea sa principală a fost "Rotormatic", care se baza pe structura rotorului principal, în care comenzile pasului ciclic au fost conectate la un set de lame mici auxiliare stabilite la nouăzeci de grade la palele rotorului principal. Aceste lame auxiliare furnizau amortizare pasului, iar rola avea rolul de ajutor pentru a spori stabilitatea aeronavei în zbor. În timp ce astăzi acest lucru se poate face pe cale electronică printr-un sistem automat de control al zborului, conceptul "Hiller paddle" continuă să fie utilizat în zborul elicopterelor. Este important de remarcat faptul că atât Hiller cât și Young, de la început, au proiectat mecanisme de stabilitate pentru elicopterele lor, în timp ce mașinile Sikorsky nu au avut acestea și astfel au avut o reputație de a fi mai greu de pilotat.

Fig. 1.12. – Elicopterul coaxial XH-44 [19]

Din urmă Compania Kamov a construit o serie de elicoptere, cu rotor coaxial, de mare succes, respectiv modelele : Ka-15 și Ka-18 în 1956 și Ka-20 în 1961. Kamov a fost singura companie care a produs în masă elicoptere cu rotor coaxial. Una dintre cele mai recente modele Kamov este Ka-50 , care este un elicopter de atac ușor de performanță considerabil. O excepție de la linia coaxială Kamov, a fost Ka-22, și anume convertoplan, din 1961.

Un număr semnificativ de elicoptere au fost, de asemenea, construite și în fosta Uniune Sovietică. Mikhail Mil a adoptat configurația standard, rotor principal și rotor anticuplu, construind Mi-1 în 1950, Mi-2, o versiune cu motor cu turbină, Mi-3 și mai mari Mi-4. Mi-urile au căpătat un succes foarte mare în lume, astfel fiind produse în Polonia și în China. De asemenea Mil a fabricat și cel mai mare elicopter construit vreodată, Mi-6 (1957), având un diametru al rotorului de 35 de m (115-ft) și o greutate brută de peste 42500-kg (93,700 lb). Mi-10 din 1961 a fost un elicopter cu un tren de aterizare cu patru roți, înalt și larg. Cu toate acestea, meritul pentru cel mai mare și mai greu elicopter din lume merge la aeronava rusească, Mi-12. Configurația la rotor a acestei aeronave era side-by-side. Puterea era furnizată de patru turbine cu gaz, instalate ca perechi, la sfârșitul fiecărui stâlp aripă. Mi-24 elicopter de atac / de transport a fost conceput în 1972, și a fost produs în număr mare. Mi-26 a intrat în serviciu în 1982 și este cel mai mare elicopter care zboară în prezent.

Fig. 1.12. – Mi-10 Fig. 1.13. – Mi-6 Fig. 1.14. – Mi-12

În Europa cea care a avut succes în producerea elicopterelor a fost Aerospatiale. Alouette a fost unul dintre elicopterele europene cele mai de succes, iar in 1955 a fost una dintre primele mașini care urma să fie alimentată de o turbină cu gaze. Aerospatiale Super Frelon a fost o mașină mare de transport, având primul zbor în 1962. La începutul anilor 1970 Aerospatiale/Westland SA330 Puma a devenit cel mai bun elicopter de transport de vânzare din Europa. Aerospatiale/Westland Gazelle a fost un succesor de succes la Alouette (primul zbor în 1967), și a introdus rotorul anticuplu de tip fenestron. Fenestron este o structură a rotorului anticuplu, unde rotorul este intubat în grinda acestuia. Dauphin, cu primul zbor în 1972, a folosit rotorul spate de tip fenestron îmbunătățit și un butuc al rotorului principal din materiale compozite. Messerschmitt-Bolkow-Blohm (MBB) a introdus BO105 în 1967, cu un rotor de titan hingeless. În anii 1990, Aerospatiale si MBB au alăturat resursele pentru a forma Eurocopter , care produce un număr mare de modele de elicoptere civile și militare.

Fig. 1.15. – Rotorul anticuplu tip Fenestron [20]

Pentru a reduce dimensiunile și autonomia de zbor a elicopterelor, începând din anul 1960, s-au introdus primele elicopterele fără pilot, fiind pilotate de la sol, prin intermediul undelor radio. Primul zbor al unui elicopter fără pilot a fost efectuat de Marina Americană în augustul anilor 60 în statul Maryland. Gyrodine QH-50A (DASH), a fost destinat pentru a transporta torpile antisubmarin. Deși DASH a fost încercat în mai multe roluri, inclusiv recunoaștere tactică în Vietnam, nu a fost un succes. După aceasta, a urmat Dieter Schluter din Germania de Vest, care a produs primul elicopter dronă, suficient de manevrabil (1968). În 1980, cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei, a sistemului integrat, a sistemului mecanic și micro-electronic, a permis ca acestea să fie produse în masă și să fie disponibile peste tot în lume.

Fig. 1.16. – Primul Elicopter dronă (Gyrodine QH-50A, 1960) [21]

Deși cea mai mare parte de elicoptere produse sunt pentru militari, mai mulți producători produc elicoptere de formare sau elicoptere care vizează piața de aviație generală, inclusiv Robinson, Schweizer, și Enstrom. În Statele Unite, Robinson produce R-22 cu două locuri și R-44 cu patru locuri. Ambele sunt propulsate de motoare cu piston. Schweizer produce Hughes 300, o versiune actualizată cu două locuri pentru piața de formare, și un derivat mai mare, desemnat ca model-330, care are motor cu turbină cu gaze.

Recapitulând, după primul elicopter manevrabil și stabil, din 1941, care a dat origine la sistemul clasic de configurație, rotor principal și rotor anticuplu, s-au încercat mai multe configurații, și anume elicoptere cu rotor coaxial și cu rotoare în tandem, și perfecționarea sistemului clasic, adică îmbunătățirea cuplului reactiv, respectiv lanțului de comandă pentru girație, prin intubarea palelor rotorului anticuplu în grinda acestuia. Pionerii aviației nu s-au oprit doar în a schimba configurația la rotoare ci s-au și jucat cu înlocuirea motoarelor, de la motoare cu piston la motore cu turbină și viceversa, în funcție de performanțele dorite. Toate acestea nu au fost de ajuns ca să îi oprească, astfel spus, s-au creat și produs elicoptere dronă, elicoptere fără pilot, unde lanțul de comandă pe traiectorie este puțin diferit, deoarece toate comenzile sunt transmise via undelor radio prin intermediul unei stații, care este la sol, și mai nou sistemul Fly By Wireless.

Odată cu integrarea industriei aeronautice în programul amplu de dezvoltare a României moderne, s-au pus și bazele producției proprii de elicoptere. Primele exemplare au fost livrate în 1971, fiind construite sub licență: elicopterul ușor IAR-316 „Alouette”. În prezent Ministerul Apărării Naționale deține și elicopterul de capacitate medie IAR-330 „Puma” cu variantele interoperabile NATO: „Puma SOCAT”, „Puma Modernizat”, „Puma MEDEVAC” și „Puma Navalizat”, având utilizări multiple – sanitare, transport etc.

Rolul și definirea lanțurilor de comandă

Sunt numeroase explicații și definiții care enunță rolul și semnificatul unui lanț de comandă. În primul rând, pentru a restrânge câmpul de căutare, trebuie să ne axăm asupra domeniului care ne interesează. În cazul nostru, pentru a înțelege bine semnificatul, importanța și rolul lanțurilor de comandă, mai întâi trebuie să analizăm în detaliu, înțelesul fiecărui cuvânt :

lanț – șir de verigi, de plăci, de zale etc. metalice, unite între ele pentru a forma un lot, care servește spre a lega ceva, a transmite o mișcare etc. [25];

comandă – operație manuală, semiautomată sau automată, prin care se pune în funcțiune, se reglează sau se oprește un sistem tehnic [26].

Așadar un lanț de comandă reprezintă un ansamblu de mecanisme, pârghii, biele și bielete care au rolul de a transmite sub o anumită formă și unghi, o determinată mișcare la o componentă sau la un ansamblu.

De mai multe ori atunci când se spune lanț de comandă, de exemplu, în domeniul aeronavelor, primul gând sare la modul sau acțiunile care permit ca aceasta sa fie manevrabilă, și anume la comenzile aeronavei. Dar acestea nu sunt singurele care fac parte din categoria lanțurilor de comandă. De asemenea există mai multe lanțuri de comandă care permit acționarea sau mai bine spus funcționarea anumitor sisteme, cum ar fi : sistemul de iluminare a aeronavei, sistemul de încălzire, sistemul de alimentare, etc. Ca atare lanțurile de comandă nu sunt considerate doar acel ansamblu de mecanisme care pun în mișcare acea parte care ne este vizibilă, ci și acelea care nu ne sunt vizibile sau nu se simt.

Drept urmare, importanța acestora este foarte mare deoarece ele sunt acelea care permit ca o aeronavă să „plutească”, să fie manevrabilă, sau mai bine spus, să răspundă și să facă ceea ce vrea pilotul.

În mare se poate spune că părțile componente ale unui lanț de comandă sunt :

intrarea semnalului de comandă;

ansamblul mecanismelor sau părților care ghidează mișcarea;

elementele acționate.

Intrarea semnalului de comandă – reprezintă inițierea sau începutul unui lanț de comandă; de exemplu în cadrul comunicării, sinonimul acestui element, figurează ca fiind emițătorul care transmite informația.

Ansamblul mecanismelor sau părților care ghidează mișcarea– în situația noastră, constituie totalitatea pârghiilor, bielelor și bieletelor care ghidează acțiunile transmise de prima componentă; în cazul comunicării este mijlocul și canalul de comunicare.

Elementele acționate – desemnează suma primelor două noțiuni și anume rezultatul pentru care s-a inițiat acest proces, care poate fi sub formă de o mișcare, de iluminare, de o mărire a turației la rotorul portant sau la motor, schimbare de parametrii etc.; ținând cont de comparația precedentă, în comunicare este numit receptor.

Dacă studiem mai adânc conceptul „lanț de comandă”, ajungem la concluzia că acesta cum îl cunoaștem și știm nu este așa, deoarece un lanț de comandă este alcătuit la rândul lui de mai multe alte lanțuri de comandă mai mici. De exemplu, la elicoptere, pentru a executa zborul staționar sau de translație, sunt necesare mai multe lanțuri de comandă, cum ar fi puterea motorului, la rotorul portant trebuie să existe comanda pasului general și ciclic, la rotorul anticuplu este indispensabilă comanda la paloniere, etc.

În concluzie, tot ce se mișcă și nu, are la bază un lanț de comandă care îi permite sau nu să execute acea mișcare.

Fig. 1.7. – Schema unui lanț de comandă

Descrierea și clasificarea lanțurilor de comandă a elicopterelor

Pentru a studia mai în amănunt lanțurile de comandă pe traiectorie, a elicopterelor, trebuie făcută o clasificare, și anume ansamblul operațiunilor și metodelor logice prin care mecanismele și ansamblele acestora sunt distribuite în submulțimi sau categorii, în funcție de asemănările și deosebirile dintre ele. Compararea dispozitivelor se face dintr-un anumit punct de vedere, numit criteriu.

Lanțurile de comandă din punctul de vedere constructiv

Din punctul de vedere al naturii, al construcției și al componentelor unui lanț de comandă, în special din punctul de vedere constructiv, acestea pot fi :

Fig. – Lanțurile de comandă din punctul de vedere constructiv

Mecanice – reprezintă transmiterea fluxului de putere între unitatea de intrare și cea de ieșire printr-un element de legătură, rigid, flexibil sau mixt, care prin modificarea poziției față de aceste două elemente determină modificarea raportului de transmitere. Deci, lanțurile de comandă mecanice, la rândul lor, se pot împărți în :

rigide, sunt comune la rotorul principal; de exemplu poate fi o bieletă sau chiar o articulație. Aceste lanțuri rigide sunt avantajoase întrucât, la pornirea comenzii, acestea au un timp de răspundere mai mic în controlul aeronavei datorită rigidități elementului, unde momentul este transmis așa cum este dat la input. Din această categorie fac parte articulațiile lanțului de comandă la rotorul portant;

Fig. – Butucul rotorului portant cu toate articulațiile sale (IAR-316B)

flexibile, deoarece permit ca elementul să preia șocul și de a amortiza momentul, ulterior transmițând mișcarea. Caracteristica lor principală este că piesele flexibile pot fi supuse la eforturi mai mari și fără să se rupă; dezavantajul acestora este că la frecare, de exemplu, cu un mecanism rigid, se deteriorează. Un exemplu de lanț de comandă flexibil poate fi cablul care transmite mișcarea sub formă de translație la rotorul anticuplu;

mixte, sunt acele care fac uz de ambele, putând fi considerat butucul rotorului portant la elicopterul EC-120B, care utilizează și de un tip și de altul.

Electrice – reprezintă acele lanțuri de comenzi care fac uz de energia electrică. Mai nou, orice lanț se poate considera că face parte și din categoria „electrice”, deoarece, aproape orice comandă, care se dă, este de input electric, adică acționată electric. Pentru a automatiza, la elicopterele moderne, aproape toate sistemele conțin circuite electrice integrate care permit ca acel sistem să se efectueze fără probleme și rapid. Exemple de lanțuri de comenzi electrice sunt : sistemul de iluminare, sistemul de combustibil, sistemul de aprindere a motorului, etc.

Pneumatice – majoritatea lanțurilor de comenzi, au un sistem pneumatic care le gestionează. Acesta are ca scop ameliorarea, îmbunătățirea sau creșterea eficienței sistemului în cauză; de exemplu sistemul de combustibil al celulei, cel care are rolul de a iniția flacăra de ardere în camera de ardere a unui motor cu turbină, are pompe și supape care filtrează și controlează cantitatea de combustibil sau debitul sub o presiune anume, care poate fi mare sau mică. De asemenea, se poate spune că lanțurile de comandă pneumatice, se pot subclasifica astfel:

de înaltă presiune;

de joasă presiune.

Hidraulice – în general, acest tip de lanț de comandă, are rolul de a atenua și a reduce efortul pilotului, asupra părții care trebuie să execute mișcarea. Sunt caracterizate de : verine de servocomandă, pompă sau pompe hidraulice, rezervor lichid hidraulic, bloc filtre-supape, circuit de „aspirație”, circuit de „presiune”, circuit de „retur”, robinet sau robinete. Lanțurile de comandă hidraulice, la elicopterele actuale, sunt însoțite și de lanțurile de comandă electrice, care ajută la activarea sau pornirea unor părți ale acestuia. Ca și lanțurile de comandă pneumatice, și lanțurile de comandă hidraulice se mai pot descompune în lanțuri de comandă hidraulice :

de înaltă presiune;

de joasă presiune.

Fly-by-wire (FBW) – este un sistem care înlocuiește cablurile de control mecanice, grele, găsite în sistemele tradiționale de control al zborului mecanic, cu semnalele electrice generate de un calculator și apoi transmise prin fire de acționare a controlului final. De asemenea, sistemul fly-by-wire, adică sistemul electric de control al zborului, asigură o manipulare precisă și sigură a aeronavei în timpul reducerii greutății și costurilor de întreținere în raport cu sistemele de control al zborului tradițional. Așadar, caracteristicile acestui sistem sunt :

înlocuirea sistemului mecanic și greu cu fire electrice ușoare, prezentând avantajele prin costuri reduse de combustibil, capacitate crescută de pasageri, întreținere simplificată;

semnal de control electric, având ca beneficii reducerea timpului de răspuns la semnalul de control și manevrabilitate precisă a aeronavei;

Auto-stabilizatori, care ajută la reducerea oboselii pilotului și eficientizarea zborului.

Fig. – Lanț de comandă fly-by-wire [27]

Mixte – este categoria lanțurilor de comandă care face uz de combinația a două sau mai multe tipuri de lanțuri de comandă, enumerate mai sus. Cam majoritatea lanțurilor de comandă fac parte din categoria „mixte”, deoarece mișcarea unei anumite componente dintr-un lanț de comandă are nevoie de un impuls care face din altă categorie de lanțuri, și așa mai departe.

Lanțurile de comandă din punctul de vedere al rolului

În funcție de importanța și rolul pe care îl constituie, acestea pot fi clasificate astfel:

Fig. – Lanțurile de comandă din punctul de vedere al rolului

Principale – sunt acele comenzi care sunt indispensabile pentru a se putea executa un zbor stabil și complet manevrabil, sau mai bine spus reprezintă comenzile esențiale, fără de care o aeronavă nu poate să efectueze anumite manevre și să aibă forța sau energia necesară pentru a le efectua. Din aceasta rezultă două categorii de comenzi principale, și anume cele de zbor, care acționează asupra sistemului lanțurilor de comandă care permit ca aeronava să execute mișcările de picaj, cabraj, tangaj și ruliu, respectiv asupra rotorului portant și rotorului anticuplu, luând în considerare configurația clasică, și celălalt lanț de comandă principal fiind dat de maneta pas-gas care acționează asupra clapetei de demaraj, respectiv la turația motorului, permițând astfel să evolueze aeronava, la diferite regimuri de zbor.

Auxiliare sau secundare – reprezintă ansamblul lanțurilor de comandă care nu sunt esențiale pentru a efectua un zbor deoarece și în absența acestora, mai ușor sau mai greu, elicopterul poate să evolueze. Scopul acestora este de a facilita și de a ușura zborul. Printre acestea se pot enumera multe, printre care, lanțul de comandă a sistemului de iluminare care este util doar în cazul unui zbor nocturn, sau sistemul de încălzire, fiind indispensabil, deoarece și în absența acestuia elicopterul poate să funcționeze și să zboare.

Repere teoretice privind sisteme de comandă și control a zborului.

Noțiuni introductive

Disciplina care studiază Mecanismele este alcătuită din trei mari părți (figura 2.1.):

Fig. 2.1. – Părțile componente ale disciplinei Mecanisme

Fiecare parte este parcursă în două etape:

analiza, care studiază caracteristicile, performanțele mecanismelor date;

sinteza, în baza analizei, studiază modalitățile de obținere a mecanismelor care să realizeze aceste caracteristici și performanțe.

Structura mecanismelor studiază modul calitativ de alcătuire, compunere a mecanismelor. Interesează doar componenta în elemente și legături a mecanismelor. Se face abstracție de scara mecanismului, de mișcările și forțele (momentele) ce sunt dezvoltate. Modelul mecanismului este numit schema structurala, care nu este deci, la scara.

Cinematica mecanismelor studiază corelația dintre mișcările cunoscute introduse pe la anumite elemente și cele ale restului elementelor. Această corelație este numita lege de transmitere. Se face abstracție de forțele și momentele ce încarcă elementele. Modelul mecanismului este numit schema cinematica, care este la scara.

Dinamica mecanismelor studiază atât cinematica mecanismului ținând cont de forțe și momente (care modifică mișcările elementelor produse în absența forțelor și momentelor) precum și legătura dintre forțele și momentele utile și cele introduse în mecanism.

Structurala mecanismelor

Conform [29] mecanismul este considerat „un sistem de corpuri, destinat pentru transmiterea mișcărilor unuia sau câtorva corpuri și a forțelor ce acționează asupra lor, în mișcări necesare ale altora corpuri și în forțe ce acționează asupra lor”. De asemenea mecanismele sunt sisteme mecanice care pot transmite forțe sau mișcare în cadrul unor sisteme tehnice.

Mecanismele pot acționa fie independent, sau în cadrul unor mecanisme complexe numite mașini.

Elementul cinematic

Elementul cinematic este în general un corp rigid sau un ansamblu de corpuri rigide, fără mișcări relative între ele (figura 2.2.).

De asemenea, prin mecanism se înțelege un lanț cinematic care satisface următoarele condiții:

să fie închis;

să aibă un element de referință, considerat fix, în raport cu care se studiază mișcarea;

să aibă un număr de cuple conducătoare, stabilit astfel ca mișcarea tuturor elementelor sa fie diferita.

Fig. 2.2. – Exemple de elemente cinematice.

Elementele cinematice pot fi clasificate după principiile enumerate în figura 2.3.

Fig. 2.3. – Clasificarea elementelor cinematice

Cuple cinematice

Legăturile mobile dintre fiecare câte două elemente se numesc cuple. Deci cupla cinematică este legătura directă și mobilă dintre două elemente.

Un element liber în spațiu are șase posibilități simple de mișcare (3 translații + 3 rotații: x; y; z; x; y; z). Cupla anulează elementelor, ce le leagă, anumite posibilități de mișcare; numărul acestora este denumit clasa cuplei și se notează cu „c”. Complementul lui „c” în raport cu 6 este mobilitatea (f) a cuplei, și reprezintă numărul posibilităților independente de mișcări simple ale unui element în raport cu celălalt, considerat fixat (1).

f + c = 6, cu 1 c 5; f = 5…1 (1)

În cadrul mecanismului există mișcări simple pe care nu le execută nici un element. Numărul lor este denumit familia F a mecanismului. Complementul familiei în raport cu cele 6 mișcări simple în spațiul tridimensional, se numește dimensiunea spațiului mișcării „”, sau spațiul asociat (2).

+ F = 6, cu 0 F 4 (2)

Mobilitatea f a unei cuple se determina considerând elementele cuplei virtuale rupte din mecanism și considerând un element fixat. Se alege un sistem triaxial (nu neapărat și ortogonal) convenabil. Se enumeră mișcările simple ale elementului rămas mobil în raport cu cel fixat, determinându-se astfel f. Mișcările simple corespund unor coordonate independente, ce poziționează elementul mobil în raport cu cel fix, de care se consideră solidar sistemul triaxial. Mișcările anulate sunt implicate în general de construcția geometrica a cuplei, dezvoltându-se corespunzător reacțiuni statice de tipul forte (F) sau momente (M) – (figura 2.4.).

a.

b.

Fig. 2.4. – Cuple cinematice. Mobilitatea unei cuple cinematice.

Ca și elementele cinematice, și cuplele cinematice pot fi clasificate după următori criterii:

După criteriul cinematic, cuplele cinematice se împart în clase. Clasa unei cuple cinematice reprezintă nr. de mișcări anulate.

Cupla cinematică dintre flancurile a două roți dințate este o cuplă de clasa a 4-a.

După criteriul geometric (după natura zonelor de contact) cuplele cinematice pot fi:

Cuple superioare (contactul este liniar sau punctiform);

Cuple inferioare (contactul este după o suprafață).

Cuplele superioare sunt ireversibile, iar cele inferioare sunt reversibile.

OBS. Pentru stabilirea clasei unei cuple cinematice, unul dintre elementele care formează cupla se blochează și se studiază mișcările celuilalt element cinematic.

Clasificarea constructivă:

Cuple închise, la care contactul se realizează constructiv;

Cuple deschise, la care contactul se realizează datorită greutății proprii sau printr-o forță elastică, ex: camă-tachet;

Cuple cinematice simple (cupla se realizează între 2 elemente cinematice);

Cuplă cinematică multiplă (contactul se realizează între mai multe elemente cinematice).

OBS. Dacă într-o cuplă cinematică se întâlnesc „n” elemente cinematice, atunci acolo sunt suprapuse „n-1” cuple cinematice. Cuplele cinematice se notează cu litere mari de tipar.

După criteriul funcțional, cuplele cinematice pot fi:

Cuple active – în cazul lor variabile sunt coordonatele generalizate ale motorului de antrenare;

Cuple pasive – variabilele sunt funcție de variabilele cuplelor active.

Lanțul cinematic

Conform [29] un lanț cinematic este o reuniune specifică de elemente legate cu ajutorul cuplelor (figura 2.5.).

Fig. 2.5. – Exemple de lanțuri cinematice

Acestea pot fi clasificate după cum este prezentat în figura 2.6.:

Fig. 2.6. – Clasificarea lanțurilor de comandă

Gradul de mobilitate M al lanțului cinematic deschis este dat de numărul parametrilor (coordonatelor, mișcărilor) care, în raport cu un element inițial considerat fixat, poziționează succesiv elementele, până la cel final.

Un element fata de altul, alăturat, este poziționat prin „f” parametrii, implicați de mobilitatea cuplei ce unește elementele respective. Deci M este suma mobilităților tuturor cuplelor lanțului cinematic deschis.

(3)

Pe măsura îndepărtării de elementul inițial, elementele dobândesc tot mai multe posibilități de mișcare, datorită măririi numărului de cuple; de aceea se introduce noțiunea de dimensiune „k” a spațiului mișcării lanțului cinematic deschis, fiind numărul de posibilități de mișcare simple independente (echivalente unor coordonate independente), pe care le poate executa elementul final în raport cu cel inițial, considerat fixat.

Problemele de cinematica mecanismelor

Din aceasta rezultă că problema fundamentală a cinematici mecanismelor constă în determinarea dependențelor dintre vitezele, pozițiile și accelerațiile elementului sau elementelor conducătoare și a elementelor conduse, vezi figura 2.7.

Fig. 2.7. – Problemele de cinematica mecanismelor

În problemele de analiză cinematică parametrii geometrici ai schemei cinematice sunt cunoscuți și invariabili în contextul problemelor. Datele de intrare (ceea ce se cunoaște inițial) sunt:

schema cinematică (la scară) a mecanismului; ea dă absolut toate dimensiunile esențiale ale elementelor, amplasarea absoluta și cea relativă – doar pentru o singură poziție – a cuplelor în raport cu elementele;

poziția și starea de mișcare a elementelor conducătoare;

Datele de ieșire (ceea ce trebuie aflat) sunt:

poziția și starea de mișcare a elementelor conduse.

Poziția unui element în mișcare plană este determinat în următoarele situații :

se cunosc coordonatele a 2 puncte distincte ce aparțin elementului;

se cunosc coordonatele unui punct al elementului și unghiul, în raport cu una din axele fixe de coordonate;

Starea de viteze a unui element este determinată atunci când:

se cunosc vitezele liniare a 2 puncte distincte ce aparțin elementului;

se cunoaște viteza liniara a unui punct ce aparține elementului și viteza unghiulară () a elementului.

Starea de accelerații a unui element este determinată când:

se cunosc accelerațiile liniare a două puncte distincte ce aparțin elementului;

se cunoaște accelerația liniară a unui punct, viteza unghiulară și accelerația unghiulară a elementului.

Problemele care ne interesează în acest context sunt problemele de analiză pozițională și de analiza mișcării.

Probleme de analiză pozițională

Potrivit [30] aceste probleme constă în determinarea pozițiilor elementelor conduse în funcție de valorile parametrilor de poziție a valorilor de intrare și parametri geometrici ai schemei cinematice a mecanismului. Astfel spus, trebuie luat în considerare:

domeniul cinematic al mecanismului, și anume determinarea domeniilor posibile ale valorilor parametrilor cinematici ai elementelor conduse, ca funcții de parametrii cinematici de intrare;

traiectoria unui punct în care se determină pozițiile succesive ale unui punct aparținând unui element condus;

gabaritul cinetic al mecanismului, anume suprafața în interiorul căreia se pot înscrie traiectoriile tuturor punctelor elementelor mecanismului pe un ciclu de funcționare;

poziții critice și unghiuri caracteristice de funcționare care au drept scop determinarea situațiilor funcționale care oferă informații suplimentare despre modul de funcționare al mecanismelor.

Probleme de analiza mișcării

După următoarea referință [30] problemele de analiza mișcării urmăresc determinarea legilor de variație ale vitezei și accelerației pentru oricare dintre elementele conduse sau puncte ale acestora pe baza legilor de mișcare ale elementelor conducătoare și a parametrilor geometrici ai schemei cinematice a mecanismului.

Metodele cinematicii mecanismelor

Datorită varietății tipurilor de mecanisme existente, la care se pot aplica diferitele probleme enumerate mai sus, în condițiile lipsei unor reguli generale de rezolvare acestor probleme, au dus la elaborarea unui număr considerabil de metode de calcul. În funcție de procedeul de lucru și în raport cu importanța actuală a acestora, se pot grupa în următoarele grupe:

analitice;

grafo-analitice;

grafice.

Metodele analitice

Potrivit [31] metodele analitice au drept scop determinarea parametrilor de poziție și a legilor de variație ale vitezelor și accelerațiilor elementelor conduse, în funcție de parametrii geometrici ai mecanismului și parametrii lui cinematici de intrare, folosind procedee de calcul specifice algebrei și analizei matematice.

Metodele analitice sunt laborioase dar foarte precise. În cazul utilizării calculatoarelor, aceste metode sunt recomandate. Există mai multe metode: a contururilor independente, matricială, etc. Noi o să luăm ca exemplu metoda contururilor, care constă în scrierea unor ecuații de poziții și apoi în derivarea lor în raport cu timpul, pentru obținerea vitezei și accelerației.

Elementele mecanismului plan, inclusiv baza, formează – pe schema cinematica – unul sau mai multe poligoane plane (cu vârfurile în cuplele R și/sau T) deformabile, ce se vor numi contururi.

Ecuațiile de poziții pentru toate contururile independente ale unui mecanism formează un sistem compatibil determinat.

Exemplu de contur:

AB = l1

BC = l2

l3 = 0

CD = l4

DE = l5

EF = l6

FG = l7

GA = l8

Fig. 2.7. – Exmplu de contur

(4)

Se observa că 7 = 6 – .

Ecuatiile proiectiilor pe axe (5):

. (5)

Necunoscutele în raport cu timpul sunt de tip și/sau l.

După substituțiile și cu se observă că sistemul ecuașiilor de poziții este neliniar.

Pentru „v” și „a” unghiulare relative, se utilizeazș relațiile lui Euler (6):

(6)

Rezolvarea directă a sistemelor neliniare este grea, chiar în cazul mecanismelor simple. Cu ajutorul soft-urilor specializate rezolvările se simplifică foarte mult, deși este necesar un volum foarte mare de calcul. Cu ajutorul calculatorului, acest lucru nu mai este un impediment.

Un contur poate fi rezolvat independent dacă conține numai doi parametrii de poziție ( și/sau l) de tip scalar necunoscuți.

La un mecanism complex ce conține N contururi independente, printre care și contururi cu mai mult de doi parametrii de tip scalar necunoscuți, problema globală revine la a rezolva un sistem de 2N ecuații ce conțin 2N necunoscute de tip scalar. Pentru ușurința calculului se rezolvă mai întâi cele P conture cu câte două necunoscute scalare fiecare, și apoi se formează un sistem de 2(N-P) ecuații cu tot atâtea necunoscute. Se observă că rezolvarea conturelor – problema pozițiilor – este echivalentă cu problema determinării traiectoriilor.

Pentru obținerea mai ușoară a vitezei „v” și a accelerației „a”, nu se derivează soluțiile sistemului de ecuații de poziții, ci se derivează mai întâi sistemul de ecuații de poziții, după care se rezolvă noul sistem.

Metodele grafice

Conform [32] metodele grafice, au o folosire mai restrânsă deoarece sunt mai puțin precise și sunt depășite de metodele de calcul analitice care oferă o sumedenie de avantaje și facilități. Aceste metode, permit determinarea parametrilor cinematici, direct prin construcții grafice fără a se utiliza relații de calcul intre parametrii determinați.

Precizia la metodele grafice este mică și eroarea de estimare are valorile conform figurii 2.8.:

Fig. 2.8. – Eroarea de estimare la metodele grafice

Totuși, aceste precizii sunt suficiente pentru unele analize, care pot fi realizate numai pentru puncte cu mișcare absolută de rotație sau de translație.

Cu toate aceste dezavantaje, metodele grafice se mai utilizează oferind unele avantaje certe, cum ar fi:

determinarea vitezelor și a accelerațiilor care se realizează prin procedee asemănătoare, fără dificultăți;

nu necesita cunoștințe deosebite în domeniul mecanismelor și a metodelor complicate de calcul matematic;

dezvolta intuiția, fiind o metodă didactică foarte eficientă.

Potrivit acestei metode grafice, pot fi folosit următoarele procedee:

metoda diagramelor, cunoscută sub denumirea de metoda derivării grafice, și se bazează pe faptul că derivata unei funcții este egală cu tangenta trigonometrică a unghiului format de sensul pozitiv al axei abscizelor cu tangenta geomerică, dusă la curba funcției respective;

metoda centrului instantaneu de rotație (C.I.R.), reprezentând un punct din planul miscării caracterizat de o viteză instantanee nulă. Acesta se bucură de anumite proprietăți cum ar fi:

la un mecanism cu n elemente, exista un numar de C.I.R egal cu numarul combinarilor de n elemente luate cate doua;

cand elementul sau planul de referinta este fix, C.I.R este absolut;

locul geometric al C.I.R se numeste curba polara si este considerata baza daca C.I.R este absolut si ruleta cand C.I.R apartine unui plan mobil;

etc.

Metoda diagramelor

În analiza cinematica a unui mecanism se pornește de la diagrama spațiului unui punct de pe elementul de lucru. De regulă, se consideră derivata in funcție de poziția unghiulară a elementului conducător. In aceste condiții, prin derivarea spațiului rezultă viteza redusă (7) cu dimensiune liniară, respectiv accelerația redusă (8), conform relațiilor următoare:

(7)

(8)

Principiul metodei constă în determinarea, pe cale grafică, a unor corespondente între mărimile parametrilor cinematici și elementele mecanismului real, exprimate prin mărimile reprezentative de pe desen cu ajutorul scărilor:

scara lungimilor ;

scara spațiului unghiular ;

scara timpului ;

scara vitezelor ;

scara accelerațiilor .

Fig. 2.9. – Exemplu de referință

Din figura 2.9., dacă este executată la scară, se deduc relațiile de legătură menționate mai sus, prin corecția relațiilor (7) și (8) cu scările respective, după cum urmează:

(9)

Din triunghiul ADI rezultă , iar din triunghiul rezultă .

În aceste condiții, relația (9) capătă forma:

(10)

Elementul de legătură, în această situație, este scara vitezelor (11), exprimată sub forma:

(11)

Daca se împarte la relația (11) se obține scara vitezelor reduse din expresia (7).

În mod asemănător se poate deduce scara accelerațiilor dacă se consideră expresia din triunghiul și din diagrama vitezei, obținându-se relația (12):

(12)

În aceste condiții, accelerația în punctul I (13), se determină astfel:

(13)

Metodele grafo-analitice

Metodele grafo-analitice, au la bază scrierea analitică a formulelor lui Euler pentru viteze (1) și accelerații (2) care sunt valabile pentru orice poziție a mecanismului, și rezolvarea lor pe cale grafică care este diferita de la poziție la poziție.

(1)

(2)

Vectorii viteze și accelerații liniare sunt în mecanism, vectori legați, iar și sunt mărimi convenționale considerate vectori, nelegați, perpendiculari pe planul mișcării și aparținând elementului.

O ecuație vectorială este rezolvabilă când conține două necunoscute de tip scalar. Un sistem de două ecuații vectoriale este rezolvabil când conține patru necunoscute de tip scalar. Necunoscutele de tip scalar, ce caracterizează vectorii din ecuațiile vectoriale sunt: modulul și direcția (cosinusul director). Sensul vectorilor este dat de semnele dintre ei (+ și =) din ecuațiile vectoriale.

Pentru rezolvarea grafică se adoptă concentrarea originilor tuturor vectorilor absoluți într-un pol notat cu pv sau pa (pentru rezolvarea de viteze, respectiv accelerații).

Toate punctele permanent fixe, fiind de și nule, au în planul vitezelor și accelerațiilor, atât originea cât și vârful concentrate în pol. Vectorii , respectiv relative nenule, au originea și vârful neconfundate situate în planul din jurul polului.

Grafic, se practica sumarea vectorilor după regula poligonului.

În ecuațiile vectoriale, vectorii cunoscuți complet se subliniază cu două linii, iar cei având o singura necunoscută de tip scalar se subliniază cu o linie (sub ea indicându-se cunoscuta, iar cei complet necunoscuți nu se subliniază.

Instrumente CAD pentru proiectarea lanțurilor de comandă a elicopterelor militare

Noțiuni generale

Un prim pas în însușirea metodelor de proiectare asistată de calculator este învățarea procedurilor principale de desenare grafică la calculator. În acest domeniu sunt cunoscute diverse pachete de programe care includ și elemente de desenare: CATIA, Unigraphics, Pro/ENGINEER, I-DEAS, Solid Edge, SolidWorks, Mechanical Desktop etc. Este important că în majoritatea din softurile nominalizate desenarea grafică a elementelor geometrice se face în același mod sau în mod similar. Acest lucru permite de a ne opri asupra procedurilor de desenare grafică la calculator descrise destul de bine în SolidWorks.

Desenarea propriu-zisă la calculator urmează, în mare parte, aceleași metode și procedee tradiționale. Se selectează formatul pe care se pregătește desenul, se decide asupra unităților de măsură și a scării și apoi se începe crearea geometriei. Vor fi create linii, cercuri și segmente de „spline”, așa cum se face cu rigla, compasul și florarul, vor fi efectuate ștersături când vor apărea greșeli, așa cum se face manual cu radiera. Geometria creată poate fi oarecum editată: efectuarea racordărilor sau teșirea colțurilor, oglindirea componentelor simetrice etc. Posibilitățile ample de editare a desenelor reprezintă marele avantaj al sistemelor CAD, utilizatorul putând astfel să modifice geometria în diferite moduri.

Anexa1.1 – Momentele fundamentale care au influențat dezvoltarea lanțurilor de comandă a elicopterului

Referințe

http://www.nps.gov/nr/travel/aviation/ideaflight.htm (accesat 30 noiembrie 2013);

J. Seddon, S. Newman. (2011). Basic Helicopters Aerodynamics – Third Edition. Wiley;

W. Johnson. (New York, 1994). Helicopter Theory. Dover Publications INC.;

http://www.keyslawfirm.com/pics/etinfluence2.jpg (accesat 30 noiembrie 2013);

http://www.aviastar.org/foto/lomonosov.jpg (accesat 30 noiembrie 2013);

http://www.helis.com/introduction/prin.php (accesat 21 ianuarie 2014);

J. G. Leishman. (2000). Principles of Helicopter Aerodynamics. Cambridge University Press 2000;

http://terpconnect.umd.edu/~leishman/Aero/historyphotos/cornu.gif (accesat 3 decembrie 2013);

Oehmichen Etienne, Brevet US1828783 A, 27 OCT 1931, http://www.google.com/patents/US1828783?hl=ro (accesat 22 ianuarie 2014);

http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:De_Bothezat_Flying_Octopus.jpg (accesat 22 ianuarie 2014);

http://www.aviastar.org/foto/oemichen.gif (accesat 22 ianuarie 2014);

http://en.wikipedia.org/wiki/Swashplate_(helicopter) (accesat 22 ianuarie 2014);

J. G. Leishman. (2006). Principles of Helicopter Aerodynamics Second edition. Cambridge University Press;

A. Postelnicu, G. Deliu, R. Udroiu. (2001). Teoria, Performanțele și Construcția Elicopterelor. Editura Albastră;

http://www.sikorskyarchives.com/S-46%20_VS-300_%20VS-300A.php (accesat 24 ianuarie 2014);

http://www.aviastar.org/helicopters_eng/cierva_w9.php (accesat 25 ianuarie 2014);

http://1000aircraftphotos.com/Contributions/VanTilborg/8677.htm (accesat 25 ianuarie 2014) ;

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Kaman_K-225_at_CGAS_Elizabeth_City_1950s.jpeg (accesat 25 ianuarie 2014);

http://www.aviastar.org/helicopters_eng/hiller_xh-44.php (accesat 25 ianuarie 2014);

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fenestron.jpg (accesat 25 ianuarie 2014);

http://www.popularmechanics.com/technology/military/robots/the-rise-of-the-drone-helicopter#slide-1 (accesat 02 ianuarie 2014);

Guowei Cai, Ben M. Chen, Tong Heng Lee. (2011). Unmanned Rotorcraft Systems. Springer;

http://www.gyrodynehelicopters.com/dash_history.htm (accesat 2 ianuarie 2014);

Kimon P. Valavanis. (2007). Advances in Unmanned Aerial Vehicles – State of the Art and the Road to Autonomy. Springer.

http://www.dex.ro/lan%C8%9B (accesat 29 noiembrie 2013);

http://www.dex.ro/comand%C4%83 (accesat 29 noiembrie 2013);

http://www.armada.mde.es/ArmadaPortal/page/Portal/ArmadaesPannola/buques_unidades/prefLang_en/05_helicop_nh90–05_sist_control_vuelo_en (accesat 26 ianuarie 2014);

http://www.ausairpower.net/AADR-FBW-CCV.html (accesat 2 ianuarie 2014);

Terminology for the Theory of Machines and Mechanisms, În: Mechanism and Machine Theory, vol. 26, nr. 5/1991;

Bobancu Ș. (2009). Mecanisme – Curs Clasic. Universitatea “Transilvania” din Brașov;

http://www.creeaza.com/referate/fizica/ANALIZA-CINEMATICA375.php (accesat 08 martie 2014);