Sistema Fly-by-wire (FBW)

Tipo:Sistema Fly-by-Wire (Voo por Fio)
Aplicação: Aeronaves de asa fixa e rotativa
Voo de testes: Abril de 1972
Aeronave utilizada: F-8C Crusader da Nasa
Primeiro voo: 1958
Utilização em aeronaves de série: 1969

Fly-by-wire (FBW) é um sistema que substitui os controles manuais convencionais de voo de uma aeronave por uma interface eletrônica. Os movimentos de controle de voo são convertidos em sinais eletrônicos transmitidos por fios (daí o termo fly-by-wire - voo por fio), e os computadores de controle de voo determinam o movimento dos atuadores em cada superfície de controle para fornecer a resposta coordenada. O sistema fly-by-wire também permite que os sinais automáticos enviados pelos computadores da aeronave, executem as funções sem a intervenção do piloto, como no sistema que automaticamente ajuda a estabilizar a aeronave. 

   O desenvolvimento do sistema Fly-by-wire: Os sistemas de controle de voo mecânicos e hidráulicos são relativamente pesados ​​e exigem cuidado com os cabos de controle de voo da aeronave através de sistemas de polias, manivelas, cabos de tensão e tubulações hidráulicas. Ambos os sistemas muitas vezes exigem novos sistemas para lidar com falhas, o que aumenta o peso. Ambos têm uma capacidade limitada para compensar a mudança das condições aerodinâmicas. 

 O termo "fly-by-wire" implica em um sistema de controle puramente elétrico. Controlado por computadores, o sistema é instalado entre o operador e os atuadores de controle final ou de superfícies. Isso modifica o controle manual do piloto, de acordo com os parâmetros de controle. 

   O sistema Fly-by-wire é bastante complexo, mas o seu funcionamento pode ser explicada em termos simples. Quando um piloto move a coluna de controle (ou sidestick), é enviado um sinal para um computador, o sinal é enviado através de fios múltiplos (canais) para assegurar que o sinal alcance o computador. O computador recebe os sinais, executa um cálculo (adiciona as tensões de sinal e divide pelo número de sinais recebidos para encontrar a tensão média) e adiciona um outro canal. Estes sinais são então enviados para o atuador de superfície de controle e a superfície começa a mover-se.    Potenciômetros no atuador enviam um sinal para o computador (normalmente uma voltagem negativa) relatando a posição do atuador. Quando o atuador atinge a posição desejada, os dois sinais (entrada e saída) se anulam e o atuador pára de se mover (completando um ciclo de realimentação). 

   O sistema fly-by-wire permite que os computadores da aeronave realizem as tarefas sem a intervenção do piloto. Os sistemas de estabilidade automáticos operam desta forma. Giroscópios equipados com sensores são montados no avião para perceber as alterações de movimento. Qualquer movimento (de vo reto e nivelado por exemplo) resulta em sinais para o computador, o que move automaticamente os atuadores de controle para estabilizar a aeronave. Os sistemas das aeronaves podem ser quadruplex (quatro canais independentes) para evitar a perda de sinais no caso de falha de um ou mesmo de dois canais. 

   Cheques de pré-voo de segurança no sistema fly-by-wire são geralmente realizadas usando um equipamento chamado (BITE). Qualquer falha será indicado para as tripulações. 

As vantagens de controles Fly-by-wire foram inicialmente explorados pelos militares e, em seguida, no mercado de aviação comercial. A série de aviões da Airbus que utilizam o Fly-by-wire começou a série A320, embora algumas funções do Fly-by-wire limitados existia no A310). A Boeing seguiu com seu 777 e projetos posteriores.

   Os sistemas eletrônicos do fly-by-wire podem responder de forma flexível às mudanças nas condições aerodinâmicas, adequando os movimentos de voo da superfície de controle de modo que a resposta da aeronave para entradas de controle é adequado para condições de voo. O sistemas eletrônicos exigem menos manutenção, enquanto os sistemas mecânicos e hidráulicos necessitam ajustes de lubrificação, tensão, cheques de vazamento de fluido, mudanças, etc. Colocar circuitos entre piloto e a aeronave pode aumentar a segurança. Por exemplo, o sistema de controle pode tentar evitar um estol.

   A principal preocupação com o sistema fly-by-wire é a confiabilidade. Enquanto tradicionais sistemas de controle mecânico ou hidráulico geralmente falham de forma gradual, a perda de todos os computadores de controle de voo pode imediatamente tornar a aeronave incontrolável. Por este motivo, a maioria dos sistemas fly-by-wire incorporam computadores em sistemas (tripo, quadruplo, etc), algum tipo de apoio mecânico ou hidráulico ou uma combinação de ambos. Um sistema de controle "misto", como este último não é desejável e aeronaves Fly-by-wire modernas normalmente evitam este tipo de controle, reduzindo assim a possibilidade de falha geral.

   Sinalizações eletrônicas das superfícies de controle foram testadas pela primeira vez na década de 30, no Tupolev ANT-20. Substituído longas conexões mecânicas e hidráulicas pelas elétricas. Em 1958 um sistema de controle fly-by-wire foi usado no Avro Canada CF-105 Arrow, o uso deste sistema em uma aeronave de produção foi no Concorde em 1969. 

   A primeira aeronave fly-by-wire digital, sem um sistema mecânico a voar foi em 1972 utilizando um F-8 Crusader, na antiga União Soviética um Sukhoi T-4 também voou. Na época o Reino Unido usou uma variante do Hawker Hunter, com controles de voo convencionais por razões de segurança e com a capacidade para usar e desligar o sistema fly-by-wire, em abril de 1972.

  Todos os sistemas Fly-by-wire eliminam a complexidade, a fragilidade e o peso dos sistemas de controle hidromecânicos ou eletromecânicos de voo, e substituem os circuitos eletrônicos. 

  O Airbus A320, primeiro avião com sistema Fly-by-wire digital. O sistema fly-by-wire digital de controle de voo é semelhante ao analógico. No entanto, o processamento do sinal é feito por computadores digitais e, literalmente, o piloto pode "voar via computador". Isto também aumenta a flexibilidade do sistema de controlo de voo, uma vez que os computadores digitais pode receber uma entrada a partir de qualquer sensor da aeronave (tal como o altímetros e os tubos pitot. Isto também aumenta a estabilidade, porque o sistema é menos dependente dos valores dos componentes elétricos em um controle analógico. 

   Uma vez que os computadores de controle de voo sejam utilizados de forma contínua, a carga de trabalho do piloto pode ser reduzida. O principal benefício para aeronaves militares é mais manobrabilidade durante o combate e voos de treinamento, já que se houver manobras erradas os movimentos indesejados ​​são impedidos automaticamente pelos computadores. O sistemas de controle digital de voo permitir aviões de combate que são inerentemente instável, como o F-117 Nighthawk e B-2 Spirit possam voar de manerias úteis e seguras. 

  A espaçonave Space Shuttle Orbiter tem um sistema de controle fly-by-wire totalmente digital. Este sistema é o único sistema de controle de voo, "testes de aproximação e pouso" começou a ser usado na Enterprise Space Shuttle em 1977. Lançado em produção em 1984, o Airbus A320 tornou-se o primeiro avião a voar com um sistema de controle totalmente digital. Em 2005, o Dassault Falcon 7X tornou-se o jato executivo a usar o sistema fly-by-wire. 

   A principal preocupação com o sistema digital fly-by-wire é a confiabilidade, até mais do que para os analógicos. Isso ocorre porque os computadores e softwares são muitas vezes o único caminho de controle entre o piloto e o controle de voo da aeronave. Se o software do computador falhar, por qualquer razão, o piloto é incapaz de controlar a aeronave. 

   Se um dos computadores de controle de voo, é danificado em combate, ou sofre uma pane causada por pulsos eletromagnéticos, os outros ignoram a falha, e continuam a voar a aeronave com segurança, e eles podem desligar ou reinicializar os computadores defeituosos. Qualquer computador de controle de voo cujos resultados discordam com os outros pode estar com defeito, e imediatamente é ignorado ou reiniciado. 

  O sistema Fly-by-wire aumenta a segurança, são mais leves, e eliminam a necessidade de muitos sistemas mecânicos, Além disso, aviões mais modernos possuem sistemas informatizados que controlam os aceleradores dos motores dos jatos, entradas de ar, armazenamento de combustível e sistema de distribuição, de modo a minimizar o consumo de combustível. Assim, os sistemas de controle digital reduzem os custos dos voos. 

  O sistema Fly-by-óptica é usado às vezes em vez do fly-by-wire, porque pode transferir dados a velocidades mais elevadas, e é imune a interferências eletromagnéticas. Na maioria dos casos, os cabos são apenas alterados de elétricos para cabos de fibras ópticas. Às vezes é referido como "fly-by-light", devido à sua utilização de fibras ópticas. Os dados gerados pelo software e interpretado pelo controlador e permanecem os mesmos.

   Tendo eliminado os circuitos de transmissão mecânicas pelo sistema Fly-by-wire, o próximo passo é eliminar os circuitos hidráulicos volumosos e pesados.​​ O circuito hidráulico é substituído por um circuito de energia elétrica. Os circuitos de alimentação de energia elétrica e atuadores são controlados pelos computadores digitais de controle de voo. Todos os benefícios do sistema  fly-by-wire digital são mantidos.

   Os maiores benefícios são redução de peso e maior integração entre os sistemas de controle de voo das aeronaves e sistemas de aviônicos. A ausência de hidráulica reduz consideravelmente os custos de manutenção. Este sistema é usado na Lockheed Martin II F-35 Lightning e no Airbus A380. O Boeing 787 também irá incorporar alguns controles de voo elétricos ( como os spoilers e o estabilizador horizontal), que continuarão operacional com uma falha hidráulica total e / ou insuficiência do computador de controle de voo.

  Um novo sistema o Fly-by-wireless, já que as fiações dos sistemas antigos adicionam uma quantidade considerável de peso para uma aeronave e, portanto, os pesquisadores estão explorando a implementação do sistema fly-by-wireless. O sistema Fly-by-wireless é muito semelhante ao Fly-by-wire, no entanto, em vez de utilizar fios é utilizado ondas. 

Além de reduzir o peso, a implementação de uma solução sem fio tem o potencial para reduzir custos durante o ciclo de vida de um avião. 

   Um novo sistema de controle de voo, chamado Sistema de Controle Inteligente de Voo (IFCS), é uma extensão dos modernos sistemas digitais fly-by-wire de controle de voo. O objetivo é compensar danos da aeronave e falhas durante o voo, como automaticamente, usando a propulsão do motor e aviônicos para compensar falhas graves, como perda de hidráulica, perda do leme, a perda de ailerons, a perda de um motor, etc. Vários testes foram feitos em um simulador de voo em que uma aeronave Cessna aterrissou com sucesso, após ter sido danificada, com estudos para o uso em grandes aviões a jato. Este desenvolvimento está sendo liderado pela NASA.