Por que os sistemas fly-by-wire demoraram tanto para serem implementados?

Uma resposta simples é que o sistema de controle da aeronave tem a responsabilidade final pela sobrevivência da aeronave. Se falhar completamente, você estará morto na maioria dos casos. Além da destruição em voo, quase nada pode ser pior.

Assim, a autoridade plena (ou seja, sem backup mecânico) FBW ganhou aceitação apenas quando a confiança em sua confiabilidade geral era suficientemente alta. Naturalmente, ela apareceu primeiro nos aviões militares, onde as exigências de confiabilidade podem ser menores (o piloto pode ejetar, afinal), enquanto as exigências para a sofisticação do sistema de controle são geralmente mais altas.

(Outros já comentaram que o A320 não foi o primeiro avião comercial com FBW; o Concorde tinha muito mais cedo. Quanto ao seu entendimento de FBW, é basicamente correto. Às vezes, os strain gages ao invés de potenciômetros são usados como sensores de controle : força como a entrada primária é geralmente melhor do que o deslocamento).

O design de aeronaves foi impiedosamente moldado pela seleção natural ao longo de seus 115 anos de história. Os primeiros projetos que não funcionavam frequentemente tinham consequências letais e os poucos que obtiveram sucesso rapidamente se tornaram padrões pelos quais todos os futuros veículos foram baseados e os fabricantes rapidamente aprenderam a não se afastar muito desses modelos de sucesso. Parte disso pode ser atribuído a um estado imaturo de aerodinâmica nos primeiros dias, mas muito disso é apenas o risco de implementar uma tecnologia imatura que não foi totalmente verificada e seus benefícios e desvantagens não podem ser totalmente antecipados.

Fly by wire é agora um sistema muito maduro graças a desbravadores como a Airbus e a General Dynamics, mas no início dos anos 80, quando o A320 foi projetado, não foi amplamente utilizado, salvo algumas aeronaves experimentais e militares; todos os quais passaram por caminhos de desenvolvimento bastante irregulares para aperfeiçoar. Projetar um lutador com um sistema de controle Fly-by-Wire? Certo. E se cair, apenas uma pessoa vai com ela. Como um pequeno avião de passageiros com um FBW tem uma falha de projeto que o OEM não antecipou, mais de 100 passageiros perecem e a reputação da empresa vai para zero. Felizmente a aposta valeu a pena pela Airbus.

Por dois motivos:

1. A principal prioridade de voar é permanecer no ar: a Fly By Wire primeiro teve que provar que era tão segura quanto voar, puxando uma vara.
2. Quando as aeronaves são mais lentas e as tarefas de controle são mais diretas, os humanos podem fazer um bom trabalho: não parece haver um problema para resolver.

Tecnicamente, Fly By Wire significa que não há conexão mecânica direta entre os controles de vôo e as superfícies de controle. Se houver, o ser humano na ansa determina a extensão da deflexão da superfície - a resposta da aeronave, conforme detectada pelos órgãos sensoriais humanos, determinará a ação adicional. Os humanos têm alguns sensores de feedback bastante úteis:

• Sensores de força muito precisos e rápidos nos dedos.
• Acelerômetros no ouvido interno, resposta rápida, mas precisão sustentada muito limitada.
• Sensores de velocidade no campo de visão periférica, resposta mais lenta, mas melhor precisão do que a orelha interna.
• Informações precisas e precisas sobre posição no campo da visão central.

Os pilotos podem usar seus sensores embutidos para pilotar a aeronave de acordo com seu comportamento de controle treinado - mas se cometerem um erro, podem arrancar as pontas das asas. Pilotos de caça querem puxar tantos g's quanto a fuselagem pode levar, e tiveram que aprender isso calibrando seus vagabundos. Penalidade por over-commanding o fator de carga foi um acidente não controlado, o inimigo ganha.

Portanto, faz sentido adicionar sensores mecânicos e limitar as deflexões da superfície de controle, de modo que os limites estruturais conhecidos não sejam excedidos: o F-16 não permite deflexões da superfície de controle que causariam um fator de carga > 9g, o A330 desvia spoilers quando percebe > 2,5 g. Em outras palavras, faz sentido adicionar inteligência artificial ao loop de controle. O ser humano no circuito pode então concentrar-se na tarefa de controle principal, sem ter que adicionar margens de segurança.

O vôo de alta tecnologia tinha a necessidade de uma solução de alta tecnologia do que apenas um humano: superar o inimigo ou exceder o limite de erro humano natural para tarefas repetitivas. Agora podemos adicionar inteligência aos sistemas enquanto melhoramos os números gerais de segurança, meio século atrás nós não conseguimos. E ainda podemos argumentar: sempre precisamos disso? O B737NG tem o mesmo excelente registro de segurança que o A320 tem ...

A linha de base do FBW é que os cabos de aço que ligam os controles do cockpit aos macacos hidráulicos são substituídos por fios de cobre que transportam (geralmente) uma voltagem que codifica para uma posição desejada na superfície de controle. Observe que não há computadores nesta definição de FBW.

Mas uma vez que você tenha um sistema de controle de vôo eletricamente sinalizado, então você pode introduzir computadores para interferir / reduzir / aumentar / modificar o sinal elétrico de acordo com algumas regras (conhecidas como "Leis") para conseguir algo. Esta inclusão de computadores é o que a maioria das pessoas entende por FBW.

Observe que você pode remover os computadores do sistema (por exemplo, por falhas) e ainda possuir um sistema de controle de vôo com sinalização eletrônica que seja totalmente pilotável (geralmente conhecido como "Direto").

Porque não havia sentido nisso até que um computador com desempenho significativo pudesse ser incluído no loop! E esses não estavam disponíveis, em quantidade e qualidade suficientes, antes.

As superfícies de controle de aeronaves grandes precisam ser operadas hidraulicamente, porque esse é o único tipo de atuador que fornece toda a precisão, força e tempo de resposta rápido necessário. Estes podem ser conectados diretamente à coluna de controle por meio de acionamento hidromecânico, que é relativamente simples e bem compreendido. E como os sistemas hidráulicos são pressurizados com bombas centrais, as linhas hidráulicas precisam correr ao redor do avião de qualquer maneira, então não há nada a ser salvo inserindo uma sinalização elétrica no meio.

A adição de transmissão elétrica só ganha algum benefício no ponto em que há um computador que pode modificar os comandos para fornecer funcionalidade adicional - proteção de envelope de voo e (no Airbus) ajuste automático.

Essas funções só poderiam ser implementadas no ponto em que os processadores se tornassem disponíveis com desempenho suficiente e fossem produzidos e usados em grandes quantidades para que sua confiabilidade fosse confirmada na prática. E nesse ponto, levou um tempo considerável para desenvolver o software de controle e testá-lo completamente. Esse tipo de aplicativo requer uma estimativa qualificada do tempo médio entre falhas totais de pelo menos 10⁹ horas, o que significa algumas soluções de backup e um lote de testes para cada nível.

O primeiro sistema FBW real foi provavelmente aquele colocado no F16 ... para aumentar a manobrabilidade, a aeronave foi projetada para ser instável em vôo, então o FBW era necessário para manter o avião voável. Nesse caso, havia uma razão convincente para desenvolver o FBW: um avião de combate mais manobrável. Além disso, esse sistema foi portado para o F117, que tinha uma aerodinâmica tão atroz que, assim como o F16, era essencialmente impraticável sem a assistência do computador.

Na aviação comercial, o caso é bem menos convincente. E não tem sido um caminho fácil. O primeiro A320 acabou pousando em uma floresta, quando o computador de vôo confundiu um voo lento em um show aéreo para um ciclo de pouso. Ops ... Ocorreram vários erros rastreáveis diretamente no FBW ou avarias no sensor ( vôo de aceitação XL Airways / Air NZ , AOA o sensor congelou) e Air Asia 8501 , um A320 que caiu devido a uma queda de altitude provocada por um mau funcionamento do sensor de posição do leme , para o mau funcionamento dos sensores combinados com diferentes layouts de controle de vôo, além de pilotos de aeronave totalmente automatizados para a complacência (AF447, tubos de pitot congelados, design de sidestick ruim, piloto inexperiente), a simples confusão no cockpit trabalhando com sistemas FBW ( Air Inter confusão que define a taxa de descida, voou para uma montanha).

Além de incidentes não fatais que poderiam facilmente se tornar fatais, como Qantas 72 , onde a unidade de referência inercial começou a enviar mensagens estranhas dados para o computador de vôo, enviando o avião para uma série de mergulhos e subidas não ordenados.

O FBW deveria tornar o vôo mais simples, quando na verdade ele apenas troca um conjunto de complexidades por outro.