Como funciona o feedback da válvula servo do atuador hidráulico?

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O livro Sistemas de Aeronave usa o seguinte diagrama para um atuador linear hidráulico controlado mecanicamente (para mover uma superfície de controle, por exemplo, um aileron):

A seguinte explicação é dada sobre o seu funcionamento:

As the pilot feeds a mechanical input to the flight control actuator, the summing link will rotate about the bottom pivot, thus applying an input to the servo valve. Hydraulic fluid will then flow into one side of the ram while exiting the opposite side resulting in movement of the ram in a direction dependent upon the direction of the pilot’s command. As the ram moves, the feedback link will rotate the summing link about the upper pivot returning the servo valve input to the null position as the commanded position is achieved.

No entanto, não consigo entender essa explicação dado o diagrama. Se o sinal mecânico estiver à direita, o link de soma será inclinado para a direita (isto é, /). Eu assumo que este é um comando para o cilindro se mover para a direita. Quando o cilindro se move para a direita, o elo de feedback faz com que o elo de soma retorne eventualmente para a posição vertical (isto é, |). Mas quando essa posição é alcançada, a entrada da Válvula Servo (SV) é agora mais extensa do que era antes (todo o link de soma está agora na vertical, mas com um deslocamento da rede para a direita). Como essa é a posição nula que faria com que o SV fechasse?

Em busca de uma resposta, me deparei com um diagrama melhor que faz sentido com uma manga deslizante do SV (mas este diagrama não é, na minha opinião, o que a primeira figura ilustra):

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A primeira figura é simplesmente uma explicação pobre e a segunda figura é mais representativa de como esses atuadores lineares hidráulicos funcionam?

    
por space_voyager 25.12.2017 / 15:17

2 respostas

O atuador na primeira imagem é um sistema seguidor de posição e funciona apenas como pretendido se a válvula servo for fechada como conseqüência do deslocamento resultante do pistão. O sistema na imagem funciona se a extremidade do cilindro estiver conectada à superfície de controle de vôo (o ilhó esquerdo com a cruz nela) e a extremidade do pistão estiver conectada à estrutura da estrutura. A chave para o entendimento é a mudança no centro de rotação:

  • A servo-válvula está fechada quando a barra de soma é vertical.
  • A princípio, o cilindro está parado e o piloto desvia o bastão, girando a barra de soma em torno da dobradiça inferior e abrindo a servo-válvula. (Linha pontilhada preta).
  • Enquanto o piloto mantém o bastão parado , o cilindro se move em resposta à abertura da servo-válvula. Se a deflexão inicial foi para a direita, o pistão se move para a direita. O centro de rotação é agora a dobradiça superior (entrada mecânica).
  • Quando a barra de soma se torna vertical novamente no ponto em que o piloto agora segura o stick , a válvula servo se fecha. (Linha pontilhada vermelha).

O segundo diagrama não mostra como o cilindro está conectado e onde a entrada mecânica está conectada no bottom. Poderia ser um sistema seguidor de posição ou uma saída de velocidade simples onde a entrada desvia a servo-válvula, o óleo começa a fluir enquanto a entrada estiver aberta e a extremidade da saída se move com uma velocidade proporcional à deflexão da entrada. Se a "Primeira conexão mecânica" inferior estiver fixada na superfície móvel e o cilindro estiver livre para se mover, obteremos uma posição mecânica novamente.

O feedback mecânico fornecido pelo link somatório foi como as primeiras gerações de sistemas operados hidraulicamente funcionaram. Hoje em dia os controladores são eletrônicos, não mecânicos: um transdutor de posição mede a saída do cilindro e ajusta a entrada da servo-válvula em resposta às leis de controle programadas no controlador.

    
25.12.2017 / 21:34

"Presumo que seja um comando para o cilindro se mover para a direita." Se você assumir que este é um comando para o cilindro se mover para a esquerda , então o feedback é negativo e o mecanismo é homeostático. É um projeto ruim porque o link de soma é empurrado para ângulos estranhos nos extremos de seu movimento, e é um exemplo de ensino ruim porque a sinalização mecânica está na direção oposta à ação acionada.

O segundo diagrama tem o movimento de feedback movendo-se na direção correta, supondo que você entenda que a carcaça da válvula (cinza) está livre para se mover. No entanto, a válvula é desenhada de maneira tão descuidada que não funcionará. Se o eixo de controle se mover para a direita o suficiente para admitir óleo pressurizado no pistão de potência em P1, ele bloqueia completamente o P2 e nada acontece, e não há espaço para ele se mover para a esquerda.

Esse tipo de coisa é muito difícil de ser completamente correto. A hidráulica pode ser difícil e o feedback geralmente é confuso; junte-os e você estará navegando em uma paisagem cheia de surpresas embaraçosas e caras. Somente os engenheiros mais experientes ousam realmente construir boosters hidráulicos para controles de aeronaves e eles não dormem bem à noite.

Portanto, não deve ser surpresa descobrir que os diagramas de alguns livros didáticos não são claros, não ajudam, ou simplesmente estão errados.

Nota: O homeostático, dito de um sistema, significa que ele tem um estado preferido e tende a retornar a esse estado quando perturbado.

Neste caso, o estado preferido é onde [SV] é centralizado e não admite pressão em nenhum dos lados do HPA. Se você observasse esse mecanismo em ação, veria que ele só pára de tentar se mover quando o pivô central do link de soma estiver em uma determinada posição. Você poderia dizer que o estado preferido do dispositivo é aquele em que este pivô central está em casa, ou você poderia dizer que é esse pivô central que é verdadeiramente homeostático.

    
25.12.2017 / 21:03

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