¿Cómo funciona la retroalimentación de la servoválvula del actuador hidráulico?

El libro Aircraft Systems utiliza el siguiente diagrama para un actuador lineal hidráulico controlado mecánicamente (para mover una superficie de control, por ejemplo, un alerón):

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Se da la siguiente explicación sobre su funcionamiento:

A medida que el piloto alimenta una entrada mecánica al actuador de control de vuelo, el enlace de suma girará alrededor del pivote inferior, aplicando así una entrada a la servoválvula. Entonces, el fluido hidráulico fluirá hacia un lado del ariete mientras sale por el lado opuesto, lo que dará como resultado el movimiento del ariete en una dirección que depende de la dirección de la orden del piloto. A medida que el ariete se mueve, el enlace de retroalimentación girará el enlace de suma alrededor del pivote superior y devolverá la entrada de la válvula servo a la posición nula a medida que se alcance la posición comandada.

Sin embargo, no entiendo esta explicación dado el diagrama. Si la señal mecánica está hacia la derecha, el enlace de suma se inclinará hacia la derecha (es decir, /). Supongo que este es un comando para que el cilindro se mueva hacia la derecha. Cuando el cilindro se mueve hacia la derecha, el enlace de retroalimentación hace que el enlace de suma finalmente regrese a la posición vertical (es decir, |). Pero cuando se logra esta posición, la entrada de la servoválvula (SV) ahora está más extendida que antes (todo el enlace de suma ahora está en posición vertical pero con un desplazamiento neto hacia la derecha). ¿Cómo es esta la posición nula que haría que el SV se cerrara?

En busca de una respuesta, encontré un mejor diagrama que tiene sentido con una funda deslizante del SV (pero este diagrama, en mi opinión, no es lo que ilustra la primera figura):

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¿Es la primera figura simplemente una mala explicación y la segunda figura es más representativa de cómo funcionan estos actuadores lineales hidráulicos?

Respuestas (2)

El actuador de la primera imagen es un sistema seguidor de posición y solo funciona según lo previsto si la servoválvula está cerrada como consecuencia del desplazamiento del pistón resultante. El sistema de la imagen funciona si el extremo del cilindro está conectado a la superficie de control de vuelo (el ojal izquierdo con la cruz dentro) y el extremo del pistón está conectado al marco de la estructura. La clave para entender es el cambio en el centro de rotación:

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  • La servoválvula está cerrada cuando la barra sumadora está en posición vertical.
  • Al principio, el cilindro está estacionario y el piloto desvía la palanca, girando la barra sumadora alrededor de la bisagra inferior y abriendo la servoválvula. (Línea punteada negra).
  • Mientras el piloto mantiene la palanca estacionaria , el cilindro se mueve en respuesta a la apertura de la servoválvula. Si la deflexión inicial fue hacia la derecha, el pistón se mueve hacia la derecha. El centro de rotación es ahora la bisagra superior (entrada mecánica).
  • Cuando la barra sumadora vuelve a estar vertical en el punto donde el piloto sostiene ahora la palanca , la servoválvula se cierra. (Línea punteada roja).

El segundo diagrama no muestra cómo se conecta el cilindro y dónde se conecta la entrada mecánica en la parte inferior. Podría ser un sistema seguidor de posición o una salida de velocidad simple donde la entrada desvía la servoválvula, el aceite comienza a fluir siempre que la entrada esté abierta y el extremo de salida se mueve con una velocidad proporcional a la deflexión de entrada. Si la "Primera Conexión Mecánica" inferior está unida a la superficie móvil y el cilindro puede moverse libremente, obtenemos nuevamente un seguidor de posición mecánica.

La retroalimentación mecánica proporcionada por el enlace sumador fue la forma en que funcionaron las primeras generaciones de sistemas operados hidráulicamente. Hoy en día, los controladores son electrónicos, no mecánicos: un transductor de posición mide la salida del cilindro y ajusta la entrada de la servoválvula en respuesta a las leyes de control programadas en el controlador.

" Cuando la barra sumadora vuelve a estar vertical en el punto donde el piloto sostiene ahora la palanca, la servoválvula se cierra ". ¿Por qué se cerraría en ese punto? Si la línea negra que va desde el círculo central en el enlace de suma al SV representa algún enlace mecánico, ¿no estaría el SV más abierto ahora que antes de la entrada del piloto? A menos que la línea negra sea solo un indicador de "algún" tipo de conexión mecánica entre el SV y el enlace sumador, que en realidad puede ser, por ejemplo, giratorio...
La línea negra es una conexión mecánica. Toda la carcasa del actuador (marcada como Actuador de pistón hidráulico, con las servoválvulas montadas en la parte superior) se mueve hacia la nueva posición del extremo del enlace marcado como Señalización mecánica. El elevador está conectado a la parte móvil de la carcasa, el pistón está conectado al armazón del avión.
Lo siento, pero ¿no suele ser el pistón el que se mueve y la carcasa (cilindro) la que está estacionaria? No veo claro el movimiento relativo de la carcasa, el cilindro y el pistón.
El cilindro y el pistón se mueven uno respecto al otro. La disposición se puede hacer de tal manera que el cilindro quede fijo y el pistón se extienda, lo que puede ser beneficioso para la presión de aceite y las conexiones de retorno que alimentan la servoválvula, pero en ese caso el sistema de retroalimentación se ve diferente, el dibujado es el más sencillo de explicar. El avión en el que trabajé y escribí modelos de simulación tenía un cilindro móvil y un pistón fijo.

"Supongo que esta es una orden para que el cilindro se mueva hacia la derecha". Si supone que se trata de una orden para que el cilindro se mueva hacia la izquierda , la retroalimentación es negativa y el mecanismo es homeostático. Es un diseño deficiente porque el enlace sumador se empuja a ángulos extraños en los extremos de su movimiento, y es un ejemplo de enseñanza deficiente porque la señalización mecánica está en la dirección opuesta a la acción accionada.

El segundo diagrama tiene el movimiento de retroalimentación moviéndose en la dirección correcta, asumiendo que comprende que la carcasa de la válvula (gris) puede moverse libremente. Sin embargo, la válvula está dibujada tan descuidadamente que no funcionará. Si el eje de control se mueve hacia la derecha lo suficiente como para admitir aceite presurizado en el pistón de potencia en P1, bloquea completamente P2 y no sucede nada, y no hay espacio para que se mueva hacia la izquierda.

Este tipo de cosas es muy difícil de hacer completamente bien. La hidráulica puede ser difícil y la retroalimentación suele ser confusa; júntelos y estará navegando por un paisaje plagado de sorpresas vergonzosas y caras. Solo los ingenieros más experimentados se atreven a construir refuerzos hidráulicos para los controles de aeronaves y no duermen bien por la noche.

Por lo tanto, no debería sorprendernos encontrar que los diagramas en algunos libros de texto no son claros, no son útiles o simplemente son incorrectos.

Nota: Homeostático, dicho de un sistema, significa que tiene un estado preferido y tiende a volver a ese estado cuando es perturbado.

En este caso, el estado preferido es donde [SV] está centrado y no admite presión a ningún lado del HPA. Si observara este mecanismo en acción, vería que solo deja de intentar moverse cuando el pivote central del Summing Link está en una posición determinada. Se podría decir que el estado preferido del dispositivo es cualquiera en el que este pivote central esté en casa, o se podría decir que es este pivote central el que es verdaderamente homeostático.

Ese fue mi pensamiento también. ¿Qué define usted como "homeostático"? ¿Estable?
He trabajado en diseño y operación de actuadores hidráulicos para controles de aviones y suelo dormir muy bien por la noche. Excepto esta noche, después del pesado almuerzo navideño.
@Koyovis: Estaba pensando en en.wikipedia.org/wiki/Boeing_737_rudder_issues , consulte también b737.org.uk/rudder.htm .
¿Cómo funciona la retroalimentación de la servoválvula del actuador hidráulico?
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