سامانه AFU

نویسنده : محمد آراسته 

آیا تا به حال فکر کرده‌اید وقتی خلبان هواپیما دسته کنترل را حرکت می‌دهد، آیا واقعاً مستقیماً به بال‌ها و سکان هواپیما وصل است؟

در هواپیماهای ابتدایی قرن بیستم، پاسخ این سؤال تقریباً بله بود. سامانه‌های کنترل کاملاً مکانیکی بودند؛ کابل‌ها و میله‌های فلزی حرکت دست خلبان را مستقیماً به سطوح کنترلی مانند elevator و rudder منتقل می‌کردند. در همان زمان، فشار هوا روی این سطوح نیز به‌طور طبیعی به دسته کنترل بازمی‌گشت. هرچه سرعت بیشتر می‌شد، مقاومت دسته افزایش می‌یافت و خلبان به‌صورت شهودی شرایط پروازی را احساس می‌کرد.

اما با بزرگ‌تر و سریع‌تر شدن هواپیماها، به‌ویژه از دهه ۱۹۴۰ به بعد و با ورود جت‌ها، نیروهای آیرودینامیکی آن‌قدر افزایش یافت که کنترل صرفاً مکانیکی دیگر کافی نبود. سامانه‌های هیدرولیکی برای تقویت نیرو معرفی شدند و بعدها سیستم‌های دیجیتال Fly-by-Wire جایگزین اتصال مستقیم شدند. در این تحول، بازخورد طبیعی نیروهای هوا به دست خلبان عملاً از بین رفت.

برای جبران این کمبود، سامانه‌ای به نام Artificial Feel Unit توسعه یافت؛ سیستمی که با ایجاد مقاومت مصنوعی و متناسب با شرایط پروازی روی دسته کنترل و پدال‌ها، حس واقع‌گرایانه‌تری فراهم می‌کند و نقش مهمی در ایمنی پروازهای مدرن دارد.مهندسان هوانوردی در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ شروع به توسعه سامانه‌هایی کردند که بتوانند نیروی مقاومت مصنوعی را روی دسته کنترل و پدال‌ها بازگردانند. این سامانه‌ها به مرور تکامل یافتند و به نام Artificial Feel Unit (AFU) شناخته شدند. در ابتدا، مکانیزم‌های فنری و هیدرولیکی ساده به‌کار گرفته شدند، سپس با پیشرفت سامانه‌های Fly-by-Wire در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰، بازخورد الکترونیکی و کنترل‌شده جایگزین روش‌های مکانیکی شد.

به طور کلیA.F.U(Artificial Feel Unit )چه سامانه ای می‌باشد؟

سامانه‌ای است که برای شبیه‌سازی مقاومت طبیعی سطوح کنترلی هواپیما به کار می‌رود. این سیستم روی دسته کنترل Control Column یا Sidestickو پدال‌های سکان (Rudder Pedals) نیروی بازخورد مصنوعی ایجاد می‌کند تا خلبان حس کند هواپیما تحت بار آیرودینامیکی واقعی قرار دارد.

کاربردهای بنیادی آن شامل موارد زیر است:

ایمنی پرواز: جلوگیری از اعمال بیش‌ازحد نیرو و فشار اضافی به سازه هواپیما.

بهبود کنترل و هندلینگ: کمک به خلبان برای اعمال ورودی‌های دقیق و نرم.

حفظ حس پروازی طبیعی: بازگرداندن تجربه نیروهای واقعی به دست خلبان در هواپیماهای هیدرولیکی و Fly-by-Wire.

پیشگیری از نوسانات القاشده توسط خلبان (PIO): کاهش احتمال ایجاد حرکات نوسانی غیرقابل کنترل.

کیفیت هندلینگ و ایمنی در هواپیما و نقش Artificial Feel Unit

کیفیت هندلینگ (Handling Qualities) به میزان راحتی، پیش‌بینی‌پذیری و کنترل‌پذیری یک هواپیما توسط خلبان اشاره دارد. هرچه کیفیت هندلینگ بالاتر باشد، خلبان می‌تواند با کمترین تلاش، دقیق‌ترین و نرم‌ترین حرکات را انجام دهد و پاسخ هواپیما به ورودی‌ها قابل پیش‌بینی است. این ویژگی نه تنها بر راحتی پرواز اثر می‌گذارد، بلکه مستقیماً با ایمنی پرواز مرتبط است، زیرا خلبان می‌تواند سریع و مؤثر به شرایط اضطراری یا تغییرات ناگهانی جوی واکنش نشان دهد.

Artificial Feel Unit نقش کلیدی در حفظ کیفیت هندلینگ دارد. با ایجاد مقاومت مصنوعی مناسب روی دسته کنترل و پدال‌ها، خلبان می‌تواند میزان دقیق نیروی مورد نیاز برای تغییر وضعیت هواپیما را حس کند. این بازخورد مصنوعی از اعمال بیش‌ازحد نیرو جلوگیری می‌کند، کنترل نرم و پیش‌بینی‌پذیر ایجاد می‌کند و خطر نوسانات القاشده توسط خلبان (Pilot-Induced Oscillation) را کاهش می‌دهد.

به‌عبارت دیگر، Artificial Feel Unit باعث می‌شود خلبان حتی در هواپیماهای هیدرولیکی یا Fly-by-Wire که ارتباط مستقیم مکانیکی حذف شده، همچنان حس طبیعی پرواز و کنترل ایمن را تجربه کند، که این دو عامل در مجموع کیفیت هندلینگ بالا و ایمنی پرواز را تضمین می‌کنند.

مزایا و معایب Artificial Feel Unit

مزایا:

افزایش ایمنی پرواز: با بازگرداندن حس نیروهای آیرودینامیکی، احتمال اعمال بیش‌ازحد کنترل و وارد آمدن فشار اضافی به سازه کاهش می‌یابد.

بهبود کیفیت هندلینگ: کنترل‌ها نرم، پیش‌بینی‌پذیر و قابل مدیریت می‌شوند.

حفظ حس طبیعی پرواز: خلبان حتی در سیستم‌های هیدرولیکی یا Fly-by-Wire می‌تواند تجربه مشابه هواپیماهای مکانیکی قدیمی داشته باشد.

پیشگیری از نوسانات القاشده توسط خلبان (PIO): ورودی‌های کنترل منظم و متناسب با شرایط پروازی می‌شوند.

سازگاری با شرایط مختلف پروازی: مقاومت دسته کنترل می‌تواند با سرعت، بار و زاویه حمله تغییر کند.

معایب:

پیچیدگی طراحی و نگهداری: سامانه شامل مکانیزم‌های هیدرولیکی، فنرها یا حسگرهای الکترونیکی است که نیاز به تعمیر و کالیبراسیون دارند.

هزینه بالا: ساخت و نگهداری این سیستم نسبت به کنترل مکانیکی ساده گران‌تر است.

احتمال نقص یا خرابی: در صورت خرابی، بازخورد نیرو ممکن است نامناسب شود و خلبان دچار سردرگمی شود، اگرچه اغلب طراحی‌ها حالت پیش‌فرض ایمن دارند.

وابستگی به حسگر و داده: در سامانه‌های دیجیتال، خطای حسگر یا داده ممکن است بازخورد نیرو را کاهش

نتیجه‌گیری

Artificial Feel Unit یکی از سامانه‌های حیاتی در هواپیماهای مدرن است که با بازگرداندن حس نیروهای آیرودینامیکی به خلبان، کیفیت هندلینگ و ایمنی پرواز را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این سیستم باعث می‌شود خلبان حتی در هواپیماهای هیدرولیکی یا Fly-by-Wire بتواند ورودی‌های خود را دقیق و کنترل‌شده اعمال کند، از نوسانات القاشده توسط خلبان جلوگیری شود و فشار اضافی به سازه هواپیما وارد نشود. هرچند پیچیدگی طراحی، هزینه و نیاز به نگهداری از معایب آن هستند، مزایای ایمنی و تجربه طبیعی پرواز آن غالباً این معایب را جبران می‌کند. در مجموع، Artificial Feel Unit یک پل مهم میان تکنولوژی مدرن کنترل پرواز و حس طبیعی پرواز انسانی است که نقش کلیدی در عملکرد روان، ایمن و پیش‌بینی‌پذیر هواپیما دارد