tren de aterrizaje de un a320 por medio de labview myrio
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Documento escolar.Reporte de la programación en Labview myRio, automatización.TRANSCRIPT
Tren de aterrizaje de un A320 por medio de Labview myRIO
Fernando Blanco
Estela Arreola
Emmanuel Esparza
A41V
Universidad Politécnica de Chihuahua
Av. Téofilo Borunda No. 13200 Col. Labor de Terrazas, Chihuahua, Chih. C.P. 31220.
México
RESUMEN.
El siguiente artículo muestra datos de análisis y resultados de programación, diseño y configuración de un tren de aterrizaje de un A320 a escala, en la programación hemos podido simular lo que el movimiento de un tren de aterrizaje retráctil por medio de un servo motor y un diseño a escala de un tren de aterrizaje ya mencionado. Se muestran los componentes del código de bajo nivel así como los componentes que conforman el tren de aterrizaje.
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Abstract
Los trenes de aterrizaje son uno de los subsistemas críticos de la aeronave. La necesidad de diseñar un tren de aterrizaje con mínimo peso, mínimo volumen, grandes mejoras, prolongación de vida útil y reducir los costos en los ciclos de reparación tiene grandes retos para los diseñadores y practicantes. Además es esencial simplificar el diseño de un tren de aterrizaje debido a las normas de seguridad y requerimientos en la manufactura. Muchas tecnologías se han desarrollado en el tren de aterrizaje. Estas tecnologías nos ayudan a afrontar los retos implicados en el desarrollo del tren de aterrizaje y cómo están evolucionando en un futuro.
Palabras Clave: - Sistema de tren de aterrizaje automático, (BSCU) unidad de control en los sistemas de freno y volante, código de bajo nivel, programación myRio.
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Figura 1. Tren de aterrizaje de A320
Introducción
El tren de aterrizaje es uno de los subsistemas críticos de una aeronave y, a menudo está configurado junto con la estructura de la aeronave porque es su influencia substancial sobre la propia configuración de la aeronave.
Detalles del diseño es tomado de forma temprana en el ciclo de diseño de las aeronaves debido a su tiempo de ciclo de desarrollo del producto.
La necesidad de diseñar un tren de aterrizaje con Peso mínimo, el volumen mínimo, reducción de coste del ciclo de vida y el tiempo cortó ciclo de desarrollo, plantea muchos
retos para los diseñadores y profesionales del tren de aterrizaje.
Formulación del problema.
1. Definición del problema y objetivos.
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El propósito del tren de aterrizaje de un avión es proporcionar un sistema de suspensión durante el rodaje, el despegue y el aterrizaje, que está diseñado para absorber y disipar la energía cinética del impacto de aterrizaje reduciendo así las cargas de impacto transmitidos a la estructura del avión. El tren de aterrizaje también facilita el frenado de la aeronave utilizando un sistema de frenado de la rueda y proporciona control direccional de la aeronave en el suelo utilizando un sistema de steerering rueda. A menudo se hace retráctil para minimizar la resistencia aerodinámica de la aeronave durante el vuelo.
El diseño del tren de aterrizaje tiene en cuenta diversos requisitos de resistencia, estabilidad, rigidez, distancia al suelo, el control y la amortiguación debajo de todo terreno posible
Actitudes de la aeronave. Estas regulaciones y requisitos están estipulados en el Reglamento de aeronavegabilidad para satisfacer las necesidades y la seguridad operacional. El tren de aterrizaje debe ocupar el volumen mínimo para reducir la necesidad de espacio de estiba en la aeronave. Además, el peso debe ser como mínimo, para aumentar el rendimiento de la aeronave. La vida de servicio de los trenes de aterrizaje debe ser igual a la de la aeronave.
Figura 2. Punto de contacto
El propósito de este documento es la retroalimentación del control que se pude tener de manera automática en una aeronave a través de un solo botón.Nota, este trabajo está enfocado en diseño avalado y expuesto en el AIRBUS TRAINING A320 “FLGHT CREW OPERATING MANUAL”. Se debe de conocer muy bien el entorno de cada aeropuerto pues se puede considerar información de entrada.Tres marcadores –La radiobaliza, -El marcador central y el marcador interno, desde el aeropuerto son usados precisamente para guiar la aeronave al aterrizaje por medio de instrumentos. Una ves la aeronave pase la marca, una señal de voz es escuchada. Esa señal de voz es empleada para comenzar con los sistemas automáticos del “Landing”. La radiobaliza indica la distancia al “Touchdown” aterrizar, definido como L,. La cual es cerca de 4-7 millas. En radiobaliza intermedia, la nave está a 15-20 segundos del PUNTO DE CONTACTO “TOUCHDOWN”. Una vez que la nace identifique el marcador interno, el piloto toma la decisión sobre la misión de aterrizaje. La decisión es basada en la visibilidad de la pista, velocidad del aire, ángulo de ataque, gust effect y la información acerca de la posición de la nave desde la torre de control, etc.
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2. Sistema automático de aterrizaje.
El diseño de los sistemas de control de aterrizaje comenzó mediante la definición de las variables del problema y, a continuación, el análisis de la variación de estas variables durante el aterrizaje descartando las derivadas de altura.
La teoría de control moderno se consideró para resolver el problema a través de un / sistema de multi-salida multi-entrada. La definición moderna teoría de control permite el cálculo de las diferentes variables de control al mismo tiempo, debido a que todos los bucles se cierran al mismo tiempo. Específicamente, la teoría de control óptimo se utilizó para diseñar el sistema de control, ya que este es capaz de resolver sistemas dinámicos.
3. Primeras Consideraciones.
Durante el impacto de aterrizaje de la nave. La primera carrera de suspensión de la aeronave durante el punto de contacto, la energía cinética vertical tiene que ser absorbida por el tren de aterrizaje y luego por la estructura de avión. Esta maniobra implica tanto la MLG y el NLG, con distribuciones de carga en función de las condiciones de aterrizaje, por ejemplo, características de velocidad, trayectoria,
4. DESCRIPCIÓN DEL MODELO.
La interacción entre el tren de aterrizaje y el suelo se caracteriza por no linealidades fuertes procedentes de las características geométricas y funcionales de los amortiguadores, neumáticos y la cinemática de los componentes estructurales.
AEROTECNICA MISSILI E SPAZIO VOL. 83 1/2004
7. Volante de nariz.
1- Los volantes de dirección, cada uno son interconectados, pueden girar la llanta hasta 75º en cualquier dirección.
Nota
1. El sistema de dirección centra la rueda automáticamente después del despegue.
2. Timón de pedal de disco, presionando ese botón el volante de dirección es removido cambiando a una configuración de pedales.
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3. Primeras Consideraciones.
Durante el impacto de aterrizaje de la nave. La primera carrera de suspensión de la aeronave durante el punto de contacto, la energía cinética vertical tiene que ser absorbida por el tren de aterrizaje y luego por la estructura de avión. Esta maniobra implica tanto la MLG y el NLG, con distribuciones de carga en función de las condiciones de aterrizaje, por ejemplo, características de velocidad, trayectoria,
4. DESCRIPCIÓN DEL MODELO.
La interacción entre el tren de aterrizaje y el suelo se caracteriza por no linealidades fuertes procedentes de las características geométricas y funcionales de los amortiguadores, neumáticos y la cinemática de los componentes estructurales.
AEROTECNICA MISSILI E SPAZIO VOL. 83 1/2004
5. Ajuste de Posición.
Hay muchas razones para instalar un codificador giratorio sólo en el eje principal del motor. En primer lugar, los controladores de motor (por lo general un conductor VVVF en un sistema moderno) necesitan para detectar la velocidad de rotación del motor como el bucle de control. El ajuste a medida de la posición por lo general se lleva a cabo cuando el coche está a muy baja velocidad (<0,5 m / s), un cambio de paso en la curva de regulación de la aceleración no causa demasiada vibración para el pasajero.
6. General “A320 Landing Gear”
El tren de aterrizaje consiste en:
-Dos engranes principales que retraen al interior.
-Un tren de morro que se retrae hacia delante.
Compuestas cubren el sistema de tren de aterrizaje. Tren de aterrizaje y compuertas son operadas eléctricamente controladas e hidráulicamente operadas. Cada tren de aterrizaje tiene un par de neumáticos y amortiguadores oleopneumaticos. Cada tren de aterrizaje posee un freno anti-deslizante.
Tren de aterrizaje de nariz.
Los dos neumáticos del tren de aterrizaje de la parte frontal debajo de la nariz del avión se encuentra una columna de amortiguadores y sistema de dirección de la rueda de nariz.
1- Este switch ON/OFF activa o desactiva el timón de nariz y el antideslizante.
8. Frenos y antideslizantes.
Los trenes de aterrizaje tienen discos múltiples que pueden ser usados o de igual manera solo usar dos discos independientes del sistema de freno.
El sistema común usa presión hidráulica (verde): el sistema auxiliar a este es respaldado por el acumulador hidráulico (Amarillo). El frenado automático y el antideslizante trabajan a través del sistema de frenado principal. Dos unidades monitorean la temperatura de los neumáticos. Todas las etapas de frenado (frenado normal y alternativo, frenado antideslizante, frenado automático, indicador de temperatura de freno) son controlados por dos controles llamados “BRAKE AND
ON:
Si el la presión hidráulica es correcta la luz será verde.
-El antideslizante funciona.
-El timón de nariz está en funcionamiento.
Si se pierde la presión hidráulica (sin luz verde).
-El indicador amarillo se enciende y toma el control otro sistema hidráulico para suplir los frenos.
-El antideslizante permanece disponible.
-El timón de nariz se pierde.
-El triple indicador muestra (amarillo) la presión del sistema de frenos.
OFF:
El sistema auxiliar (amarillo) suple la presión al sistema de frenos.
-El antideslizante es desactivado. El piloto tiene que observar los límites del triple indicador (presión límite en frenos) para evitar amarre de un neumático.
-El timón de nariz se pierde.
-La pantalla de triple indicador
Figura 5. Volante de dirección de A320
Figura 6. Tren de aterrizaje de A320
Figura 7. Switch de freno de A320
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1- Este switch ON/OFF activa o desactiva el timón de nariz y el antideslizante.
8. Frenos y antideslizantes.
Los trenes de aterrizaje tienen discos múltiples que pueden ser usados o de igual manera solo usar dos discos independientes del sistema de freno.
El sistema común usa presión hidráulica (verde): el sistema auxiliar a este es respaldado por el acumulador hidráulico (Amarillo). El frenado automático y el antideslizante trabajan a través del sistema de frenado principal. Dos unidades monitorean la temperatura de los neumáticos. Todas las etapas de frenado (frenado normal y alternativo, frenado antideslizante, frenado automático, indicador de temperatura de freno) son controlados por dos controles llamados “BRAKE AND
ON:
Si el la presión hidráulica es correcta la luz será verde.
-El antideslizante funciona.
-El timón de nariz está en funcionamiento.
Si se pierde la presión hidráulica (sin luz verde).
-El indicador amarillo se enciende y toma el control otro sistema hidráulico para suplir los frenos.
-El antideslizante permanece disponible.
-El timón de nariz se pierde.
-El triple indicador muestra (amarillo) la presión del sistema de frenos.
OFF:
El sistema auxiliar (amarillo) suple la presión al sistema de frenos.
-El antideslizante es desactivado. El piloto tiene que observar los límites del triple indicador (presión límite en frenos) para evitar amarre de un neumático.
-El timón de nariz se pierde.
-La pantalla de triple indicador
8.2 Frenos e indicador de prensa ACCU.
-Indica en amarillo la presión del acumulador.
-Indica la entrega de presión entregada a los frenos del lado izquierdo como al lado derecho.
8.3 Auto/Freno panel
Está integrado por el botones MAX, MED, LO se presiona (elige) el más apropiado para la desaceleración.
MAX.- Es normalmente usado para despegar. Si el piloto aborta el despegue, la máxima presión es dirigida a los frenos asique el sistema de automáticamente despliega los spoliers para reducir la presión en frenos.
MED ò LO.- Es normalmente usado para el aterrizaje. El modo LO envía presión progresivamente a los frenos cada 4s después de que los spoilers hayan sido desplegados, desacelerando la nave 1.7 m/s^2 (5.6 ft/s^2).
Modo MED envía presión progresivamente a los frenos cada 2s después de que los spoilers hayan sido desplegados, desacelerando la nave 3 m/s^2 (9.8 ft/s^2)
8.4 Freno (FAN)
ON: El freno por turbina se activa cuando los frenos han sido bloqueados.
OFF: El freno de turbina se detiene.
HOT It: La luz se enciende cuando los frenos se calientan. (Una señal de precaución aparece en el ECAM).
Figura 8. Indicador de presión de A320
Figura 9. Auto freno de A320
Figura 10. Freno con fan de A320
10. Código de bajo nivel.
Componentes del código de bajo nivel usados para la programación en Labview.
PWM canal a donde será emitida la información.
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9.1 Indicadores de lanzamiento.
Esas líneas verdes aparecen temporalmente después de que el tren de aterrizaje ha sido desplegado de forma correcta y está listo.
9.2 Antideslizante.
Esta etiqueta aparece en ámbar, seguida de una precaución de ECAM, en caso de que el BSCU falle ò si el BSCU detecta la falla en el antideslizante.
9.3 Freno automático.
La etiqueta aparece:
-En verde cuando el freno automático esta armado y listo.
-Parpadea 10 veces en verde después del despliegue del auto freno.
-En ámbar, seguido con una precaución de ECAM, indicando una falla en ese sistema.
Figura 11. Panel de indicadores de trenes A320
Abre referencias de a donde serán mandados los pulsos modulados.
La entrada del ángulo de forma análoga.
Figura visual de los datos introducidos en “position”.
Compuerta en la que se verifica que el dato es ingresado de manera correcta y se avance.
Suma los valores de entrada.
Operaciones básicas en suma, división y multiplicación de datos.
Muestra el valor de los datos ingresados en (position) que es la información de entrada análoga.
Velocidad a la que es transmitida la información a su destino.
Integración simplificada de un “Stop” que detenga la ejecución del programa.
11. Resultados
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Los resultados que obtuvimos fue lograr la simulación del movimiento de un tren de aterrizaje. También se obtuvo logros en el sentido de un gran aprendizaje respecto al diseño y detalles que se tienen que llevar a cabo para un tren de aterrizaje, además el análisis de varias formas de desarrollar este proyecto y las especificaciones que debe de cumplir.
12. Discusión
La forma se desarrolló primero fue en que se contaría con una interface integrada a un Arduino Uno y labview para ejemplificar el movimiento de un tren de aterrizaje pero después de algunos fracasos en el enlace se optó por una programación a través de Labview my RIO la cual resolvió el problema. En base a la información proporcionada por National Intrumenst en donde conseguimos que nos dieran un curso para lograr aprender la forma adecuada de estructurar una programación eficiente y poder llegar al resultado.
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Figura 12. Código de bajo nivel
Figura 13. Panel de interacción de usuario
Figura 14. Parte física de Figura 12 y 13
Conclusión:
El aprendizaje en la manipulación de programas de diseño así como de código de bajo nivel usado para la programación de movimiento en un servomotor es algo esencial de saber, además de las propiedades y detalles que se deben de tomar en cuenta durante el análisis y desarrollo de un tren de aterrizaje, cada uno es especialmente diseñado con un propósito y una misión que debe de cumplir dentro de la aeronave.
En el futuro el diseño de trenes de aterrizaje para aeronaves tendrá nuevos retos en la configuración del diseño, uso de materiales. Diseño y análisis metodológicos.
REFERENCIAS[1] J.I. Pritchard, “Overview of Landing Gear Dynamics”, Journal of Aircraft, Vol. 38, No. 1, pp. 130- 137, January-February 2001
[2] W. Krüger, I. Besselink, D. Cowling, D.B. Doan, W. Kortüm, W. Krabacher, “Aircraft Landing Gear Dynamics: Simulation and Control”, Vehicle System Dynamics, vol. 28, pp. 119-158, 1997
[3] R. Freymann, “Actively Damped Landing Gear System”, AGARD CP-484 Ref. 20, Proceedings of the 71st Meeting of the AGARD Structures and Materials Panel, Povoa de Varzim, Portugal, October 8-10, 1990
[4] W.E. Howell, J.R. McGehee, R.H. Daugherty, “F-106B Airplane Active Control Landing Gear Drop Test Performance”, AGARD CP-484 Ref. 19, Proceedings of the 71st Meeting of the AGARD Structures and Materials Panel, Povoa de Varzim, Portugal, October 8-10, 1990
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[5]http://www.researchgate.net/profile/Gian_Ghiringhelli/publication/241252326_EVALUATION_OF_A_LANDING_GEAR_SEMIACTIVE_CONTROL_SYSTEM_FOR_COMPLETE_AIRCRAFT_LANDING/links/00b4952d911b425e2b000000.pdf
[6] http://www.smartcockpit.com/docs/A320-Landing_Gear
[7] https://strandeng.com/aerospace/aircraft-structure/landing-gearundercarraige/
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