Apollo "8-Ball" FDAI'nin İçinde (Uçuş Direktörü / Tutum Göstergesi)

Apollo'nun Ay'a uçuşları sırasında astronotlar uzay aracının yönünü özel bir aletle gözlemlediler FDAI (Uçuş Direktörü / Tutum Göstergesi) olarak adlandırıldı. Bu alet, bir topu döndürerek uzay aracının tutumunu (yönelimini) gösteriyordu. Bu topa "8-top" adı verildi çünkü siyahtı (sadece bir tarafı da olsa). Cihaz aynı zamanda astronotların nasıl manevra yapması gerektiğini belirtmek için üç sarı iğne kullanarak uçuş yöneticisi olarak da görev yaptı. uzay aracı. Üç işaretçi daha uzay aracının ne kadar hızlı döndüğünü gösterdi.

Uzay aracı üç eksen (roll, pitch ve yalpalama) boyunca döndüğünden, top da üç eksen boyunca dönmektedir. Topun bağlı kaldığı sürece nasıl keyfi bir yöne dönebileceği açık değildir. Bu makalede, Uzay Mekiği simülatörü1için yeniden tasarlanan Apollo'nun FDAI'sinin içine bakıp nasıl çalıştığını açıklayacağım. (Spoiler: top mekanizması sıkı bir şekilde takılmıştır "ekvatorda" ve iki eksende dönüyor. Gördüğünüz şey, üçüncü eksen etrafında dönen bilyeli mekanizmanın etrafındaki iki içi boş kabuktur.)

Apollo'daki FDAI

Ay'a yapılacak görevler için, Ay Modülü aşağıda gösterildiği gibi iki FDAI'ye sahipti: biri Komutan için (Apollo 11'de Neil Armstrong) ve solda. Ay Modülü Pilotu için sağda bir tane (Apollo 11'deki Buzz Aldrin). Boyutları ve merkezi konumlarıyla FDAI'ler, önemlerinin bir işareti olarak gösterge paneline hakimdir. (Apollo Komuta Modülünün de iki FDAI'si vardı, ancak farklı bir tasarıma sahipti; onları burada tartışmayacağım.2)

Her Ay Modülü FDAI, tarafından seçilen birden fazla kaynaktan gelen girdileri görüntüleyebilir. paneli açar3Top, her iki tarafın tutumunu da gösterebilir. Atalet Ölçüm Birimi veya her iki FDAI'nin yanındaki "ATTITUDE MON" geçiş anahtarıyla seçilen yedek İptal Yönlendirme Sisteminden. Pitch açısı ORDEAL (Yörünge Hızı Göstergesi Dünya ve Ay) adı verilen elektromekanik bir ünite tarafından da sağlanabilir. dairesel bir yörüngeyi simüle eden şey. Hata göstergeleri Apollo Rehberlik Bilgisayarından, İptal Rehberlik Sisteminden, iniş radarından, veya randevu radarı ("RATE/ERROR MON" anahtarları tarafından kontrol edilir). Eğim, yuvarlanma ve sapma hızı göstergeleri, Hız Gyro Düzeneği (RGA) tarafından yönlendiriliyordu. Hız göstergeleri, FDAI'nin altındaki bir anahtarla 25°/sn veya 5°/sn seçilerek ölçeklendirildi.

FDAI mekanizması

Göstergenin içindeki top üç eksen etrafında dönüş gösterir. Uzay aracının eksenleri daha keyfi olduğundan, öncelikle bu eksenleri uçak bağlamında açıklayacağım.4 Yuvarlanma ekseni, uçağın uçuş ekseni boyunca yan yana yuvarlanması ve bir kanadı kaldırması durumunda uçağın açısını gösterir. ve diğerini düşürüyoruz. Böylece gösterge, uçak yuvarlanırken ufkun eğimini gösterir. Eğim ekseni, uçağın yukarı veya aşağı eğim yapması halinde uçağın açısını gösterir; gösterge ise ufku gösterir. yanıt olarak aşağı veya yukarı hareket eder. Son olarak sapma ekseni, uçağın ilerlediği pusula yönünü gösterir. uçak sola veya sağa döndükçe değişiyor. (Tipik bir uçak durum göstergesi sapmayı göz ardı eder.)

Örnek olarak turuncuyu kullanarak FDAI'nin topu üç eksende nasıl döndürdüğünü göstereceğim. Kolunuz uzatılmış haldeyken yatay ekseni iki parmağınız arasında sıkıştırdığınızı hayal edin. Kolunuzu döndürmek, topu saat yönünün tersine veya saat yönünde (kırmızı ok) yuvarlayacaktır. FDAI'de bu dönüş, topu tutan çerçeveyi döndüren bir motorla gerçekleştirilir. Atış için top yatay eksen (sarı ok) etrafında ileri veya geri döner. FDAI'nin bu dönüşü sağlamak için topun içinde bir motoru vardır. Sapmayı hayal etmek biraz daha zor: üst ve alt şaftlara bağlı yarım küre şeklindeki kabukları hayal edin. Bir motor bu kabukları döndürdüğünde (yeşil ok), yarıküreler de dönecektir. bilya mekanizması (turuncu) sabit kalır.

Aşağıdaki şema FDAI'nin içindeki mekanizmayı göstermektedir. Gösterge topu hareket ettirmek için üç motor kullanır. Dönme motoru FDAI'nin çerçevesine takılıyken, eğim ve sapma motorları topun içindedir. Yuvarlanma motoru, yuvarlanma gimbalini dişliler aracılığıyla döndürerek topun saat yönünde veya saat yönünün tersine dönmesine neden olur. Rulo gimbal, bilye mekanizmasına "ekvator" boyunca iki noktada tutturulur; bu iki nokta perde eksenini tanımlar. Rulo gimbal üzerindeki çok sayıda tel, saha ekseni boyunca topa girer. Dönme kontrol transformatörü, aşağıda açıklanacağı gibi konum geri bildirimi sağlar.

Yarım küre şeklindeki kabukların çıkarılması, Topun içindeki mekanizma. Rulo gimbal döndürüldüğünde bu mekanizma da onunla birlikte döner. Adım motoru, bilya mekanizmasının adım ekseni etrafında dönmesine neden olur. Yalpalama motoru ve kontrol transformatörü bu fotoğrafta görünmüyor; saha bileşenlerinin arkasındadırlar, odaklıdırlar dik olarak. Yaw motoru dikey şaftı döndürür. Şaftın üstüne ve altına tutturulmuş iki yarım küre kabuğu. Böylece, sapma motoru bilya kovanlarını sapma ekseni etrafında döndürürken, mekanizmanın kendisi de sabit kalır. Pitch ve yalpalama için kontrol transformatörleri konum geri bildirimi sağlar.

Top döndükçe kablolar neden karışmıyor? Çözüm, elektrik bağlantılarını gerçekleştirmek için iki takım kayar halkadır. Aşağıdaki fotoğraf, rulo ekseni etrafında dönüşü idare eden ilk kayma halkası düzeneğini göstermektedir. Bu kayma halkaları FDAI'nin sabit kısmını dönen rulo gimbal. Dikey metal fırçalar sabittir; Her biri bilyalı mekanizmaya bağlantı için olmak üzere 23 çift fırça bulunmaktadır. Her bir fırça çifti çizgili şaft üzerindeki bir metal halkaya temas ederek şaft döndükçe teması korur. Şaftın içinde 23 kablo, dairesel metal temas noktalarını döner denge çemberine bağlar.

Topun içindeki ikinci bir kayma halkası seti, atış ekseni etrafında dönüşü yönetir. Bu halkalar elektrik bağlantısını sağlar. rulo gimbal ve bilye mekanizması üzerindeki kablolama. Yalpalama ekseni kayma halkalarını kullanmaz çünkü yalnızca yarım küre kabukları sapma ekseni etrafında döner; hiçbir kablo dahil değildir.

Senkronizasyonlar ve servo döngüler

Bu bölümde FDAI'nin senkronlar ve servo döngüler tarafından nasıl kontrol edildiğini açıklayacağım. 1950'li ve 1960'lı yıllarda, dönme sinyalini elektriksel olarak iletmenin standart tekniği bir senkrondu. Senkronizasyon, aviyonikteki bir alet göstergesinin döndürülmesinden, bir donanma savaş gemisinde silahın döndürülmesine kadar her şey için kullanıldı. Bir senkron, milin dönme konumuna bağlı olarak bir çıkış üretir ve bu çıkış sinyalini iletir. üç tel üzerinde. Bu kabloları ikinci bir senkronizasyona bağlarsanız, ikinciyi kontrol etmek için ilk senkronizasyonu kullanabilirsiniz: ikinci senkronun şaftı ile aynı açıda dönecektir ilk şaft. Bu nedenle senkronlar elektriksel olarak bir kontrol sinyali göndermenin uygun bir yoludur.

Aşağıdaki fotoğraf, üstte giriş mili ve beş kablo bulunan tipik bir senkronizasyonu göstermektedir altta: ikisi güç için, üçü çıkış için.

Senkronun dahili olarak rotor adı verilen ve 400 Hz AC ile çalıştırılan dönen bir sargısı vardır. Üç sabit stator sargısı üç AC çıkış sinyali sağlar. Şaft döndükçe gerilimler de artar. çıkış sinyalleri açıyı gösterecek şekilde değişir. (Bir senkron, üç değişken sekonder sargısı olan bir transformatöre benzer.) Birbirine bağlı iki senkronun farklı açıları varsa, manyetik alanlar milleri hizaya döndüren bir tork oluşturur.

Senkronizasyonların dezavantajı çok fazla tork üretmemeleridir. Çözüm, senkron tarafından kontrol edilen daha güçlü bir motor ve servo döngü adı verilen bir geri besleme döngüsü kullanmaktır. Servo döngüsü, istenen konum ile konum arasındaki hatayı ortadan kaldırmak için motoru uygun yönde çalıştırır. mevcut konum.

Aşağıdaki diyagram servo döngüsünün elektronik ve mekanik bileşenlerin birleşiminden nasıl oluşturulduğunu göstermektedir. Amaç, çıkış milini giriş açısıyla tam olarak eşleşen bir açıya döndürmektir. üç senkro kablosuyla belirlenir. Kontrol transformatörü giriş açısını ve çıkış mili konumunu karşılaştırarak bir hata sinyali üretir. Amplifikatör bu hata sinyalini, hata sinyali sıfıra düşene kadar motoru uygun yönde sürmek için kullanır. Servo döngüsünün dinamik tepkisini geliştirmek için takometre sinyali negatif geri besleme voltajı olarak kullanılır. Sistem doğru konuma yaklaştıkça geri bildirim motoru yavaşlatır, böylece motor konumu aşıp salınmaz. (Bu bir nevi PID kontrolörüne benzer.)

Bir kontrol transformatörü görünüm ve yapı bakımından senkrona benzer, ancak dönen şaft çıkış olarak değil, giriş olarak çalışır. Bir kontrol transformatöründe, üç stator sargısı girişleri alır ve rotor sargısı hata çıkışını sağlar. Senkro vericinin ve kontrol transformatörünün rotor açısı aynı ise sinyaller iptal edilir ve hata voltajı yok. Ancak iki mil açısı arasındaki fark arttıkça rotor sargısı hata sinyali üretir. Aşaması hata sinyali hatanın yönünü gösterir.

FDAI'de motor, aviyonik servo döngülerinde sıklıkla kullanılan bir cihaz olan özel birmotor/takometredir. Bu motor normal bir elektrik motorundan daha karmaşıktır. Motor, 400 hertz'de 115 volt AC ile çalıştırılır, ancak bu, motoru kendi başına döndürmez. Motorda ayrıca iki adet düşük voltaj kontrol sargısı bulunur. Kontrol sargılarına uygun fazda enerji verilmesi, Motorun bir yönde veya diğer yönde dönmesi. Motor/takometre ünitesi ayrıca geri besleme döngüsü için hızını ölçen bir takometre içerir. Takometre başka bir 115 voltluk AC sargıyla çalıştırılır ve orantılı düşük voltajlı bir AC sinyali üretir. motorun dönme hızına.

Yukarıdaki fotoğraf, rotoru çıkarılmış bir motoru/takometreyi göstermektedir. Ünitenin çoklu sargıları nedeniyle çok sayıda kablosu vardır. Rotorun iki tamburu vardır. Soldaki spiral şeritli tambur ...