OSQAVIA-CLEARANCE ON CONTROLS. DEL 3: Styrsystemets färdigställande

Transkript

1 OSQAVIA-CLEARANCE ON CONTROLS DEL 3: Styrsystemets färdigställande Både styrspak och pedalställ var nästan färdigkonstruerade och tillverkade på KTH. Det fanns skisser på lösningar för klaff, skevroder och höjdroder. I slutänden efter otroligt mycket mockuparbete är det bara förslaget till klaffmekanismen som inte är totalt omkonstruerat. Alla styrorgan (som man säger på SAAB) är dimensionerade efter FAR23 där maximala laster blev vad en pilot beräknas mäkta med i en nödsituation gånger säkerhetsfaktorn 1.5 (jamming loads). Nästan hela styrsystemet är tillverkat i stål Styrsystemet utgör en ganska liten del av totalvikten och man vinner mycket tid på att kunna använda svetsade konstruktioner. De dimensionerande lasterna på vårt styrsystem är till stor del knäcklaster. Om man har ett begränsat utrymme blir det samma vikt på stötstången vare sig man väljer en i stål eller aluminium. Orsaken till detta är att stålets styvhet är tre gånger aluminiumets medan vikten för stålet är tre gånger aluminiumets. Finns det gott om utrymmes blir naturligtvis en tunnväggig profil av aluminium med stort tröghetsmoment lättast. Det första problemet med Osqavia var den planerade ergonomin. Vingens rotkorda är i minsta laget och detta gör att det är trångt att få ner baken mellan främre och bakre vingbalk. Vi flyttade fram styrspaken hjälpligt (30mm) genom att montera styrspaken direkt på vingbalken i stället för i en separat box runt vingen. Ett annat problem var det lilla utrymme som fanns till hands på grund av att styrsystem och landningsställ är placerat bakom den bakre vingbalken (som dessutom är svagt bakåtsvept). I framtiden kan man förenkla styrverket genom att inne i kroppen eliminera den bakre balken och fästa in landningsstället i den främre vingbalken. Att vingens styrorgan ligger bakom vingen är trevligt om man i framtiden tillverkar en kompositvinge som en enda del. Dimensionering och konstruktion av klaffmekanism Klaffens lösning innebar att ett klaffok skulle sitta under passagerarsätet men ovanför den bakre infästningsbalken. Med denna lösning var det uteslutet för min pappa (1.92m), till lika sponsor, att åka med. Bara denna orsak var tillräcklig för att flytta oket under den bakre balken och på så sätt sänka sätet. En ytterliggare bonus var att lådan för landningsstället nu kom i lagom höjd med svanken och därigenom skapades ytterliggare ett par cm utrymme i längs led. Total sänkning av sätet blev 60mm.

2 Mockup arbete med klaffmekanism Som alltid när man löst ett problem skapas ofta ett nytt. När klaffstötstängerna monterades upptäcktes att vinkeln var på tok för skarp på höger sida och att den vänstra klaffstötstången tog i klaffens rotsprygel. Vi bestämde oss för att utöka systemet med ytterliggare en stötstång. Diverse länkarmar både uppåt, neråt och i sidled studerades. Till slut kom vi fram till att endast en glidlösning kan fungera i det trånga utrymmet. Ett kriterium som vi hade var att klaffstötstängerna skulle fästas i samma bult. Med denna lösning har man nästan eliminerat scenariot att klaffarna kommer ut olika långt. Klaffmekanismens glidenhet (den kraftiga bulten på baksidan fäster in säkerhetsbältet) Nu kanske ni frågar er varför vi inte valde en elektrisk klaff? Anledningen är de väldigt avancerade klaffarna som med sin mycket låga Douglas punkt påminner om klaffarna till

3 stora jetflygplan. För att slippa gångjärn ute i luftströmmen har tre skenor med olika diameter tillverkats på KTH (kordan ändras). Klaffen glider på dessa skenor med hjälp av nylonbussningar. Klaffens glidskenor (tidigare nitning ersattes med skruvar för att undvika deformation) Det är väldigt svårt att uppskatta de aerodynamiska lasterna på klaffen vid utfällning (det mycket kraftiga nossuget på klaffen vid full utfällning borde innebära relativt hög spaklast). Vid provningen av klaffmekanismen uppmärksammades en viss tendens till byrålådseffekt. Om denna tendens förvärras eller förbättras kan bara flygprov utvisa. På grund av de ovissheter som redovisats ovan känns det skönt med en mekanisk/fysisk kontakt på en prototyp som denna. Utprovning av klaffarnas mekanism (nylonbussningar och skalplåtens stöd ännu ej monterade)

4 Den färdiga klaffok installationen sedd uppifrån (höjdroder stötstången i mitten) Vi valde den kraftigaste bellcranken i Spruce för att fästa in oket till klaffhandtaget. En rejäl bussning med flänsar svarvades till från en bit Al 7075-T6 och 5/16 bulten monterades med presspassning. Hela kalaset sänktes ner i honeycomben med flox och sedan lades 5 lager glasfiberväv ovanpå. Klaffoket är tillverkat från 3/ T3. För att klaffhandtaget skall kunna ha en så stor rörelse som möjligt valde vi även att göra ett hål för armbågen i mitten på ryggstödet. Dimensionering och konstruktion av skevrodermekanism Skevrodermekanismen var planerad att ligga under pilotens säte. Samma dilemma uppstod som för klaffen. Vid mockuparbete lokaliserades utrymme ovanför höften. Någon typ av Long EZ lösning med en torsion stötstång verkade lovande. Lager för torsionstången till Cozy Mark IV införskaffades. En direktkoppling till skevroder stötstången vore också bra. Bara ett litet problem kvar, skevroderna går på fel håll. Eftersom vi lagt ner mycket tid på att bygga om skevroderoken (svetsad fackverks konstruktion) för att uppnå differential (27 grader upp, 17 grader ner) hos skevroderna var en ombyggnad av dessa ok ingen uppskattad lösning. Till slut kom vi fram till en lösning med en trearmad torsionstång där två av armar byter håll.

5 Skevrodernas torsionstång som byter håll Skevroderstötstången sitter direkt på den mellersta armen. På den bakersta armen sitter en synkroniseringsstötstång (i aluminium) som är förbunden på ett liknande sätt på andra sidan. Vid provning av den färdiga mekanismen med hög spaklast upptäcktes att det var mycket rörelse i spaken efter det att stoppen bottnat. Stora deformationer i styrsystemet borde kunna resultera i fladder. Tillbaka till hållfasthetsberäkningarna och mycket riktigt, vid maximal spaklast rörde sig den främsta armen 20mm. Orsaken till deformationen är kopplad till både vridning och böjning. Vridstyvheten är proportionell mot innesluten area och böjstyvheten ökar kvadratiskt med höjden. För att öka styvheten valde vi att svetsa på ett nytt 5/8 rör utanpå det gamla. Glöm inte bort att titta på deformationen om den kan påverkar funktionen vid hållfasthets beräkning Dimensionering och konstruktion av sidrodermekanism För att den nya sittställningen skulle kännas helt bra var golvet tvunget att höjas. Detta passade bra med tanke på det trånga utrymmet mellan kardantunnel och sidovägg.

6 Sidroderpedaler med bromsar Pedalerna är flyttbara. Bara pilotens sida har bromsar. Vajrarna är rostfria och 1/8 på grund av risken för utmattning och av styvhetsskäl (efter rekommendationer från Sakka). Nils Eyton var vänlig att informera oss om hur man på Lancair 235 löst problematiken med dubbla pedaler. Efter många turer valde vi att nicopressa passagerarnas vajrar på pilotens vajrar bakom kroppsspantet. Glöm inte att det erfordras dubbel nicopress. Dimensionering och konstruktion av höjdrodermekanism Höjdrodret är förbundet med styrspaken med tre stötstänger. Eftersom vi byggt en låda runt landningsstället var vi tvungna att konstruera om hela systemet. Man vill eftersträva dragande laster i höjdstyrverket vid anbringande av höjdroder. Eftersom den ända naturliga lösningen för fastsättningen av riktningsomvandlaren var ovanpå landställs lådan kunde tyvärr inte detta kriterium uppfyllas (både RV och Lancair har också tryckande system). Eftersom beräkningar visade att inget spant skulle vara nödvändigt i bakkroppen var en enkel sträva den enklaste lösningen. Beräkningar visade dock att två stötstänger skulle med ett stöd på mitten blir mer viktsoptimalt än bara en. Egenfrekvenser i styrverket blir också lurigt med extremt långa stötstänger. På SAAB har de extra faktorer (1.25 om jag minns rätt) för att täcka in stötstängernas egenfrekvenser. Eftersom stöd helst skall tillverkas hängande (undviker knäcklaster vid hög g-belastning) kom vi till slut fram till en lösning som innebar att ett spant monterades i bakkroppen.

7 Höjdstötstängernas infästning i bakre mittspantet Styvheten är nästan samma för aluminium 6061 och På grund av den bättre korrosionsbeständigheten är höjdstötstängerna på bilden tillverkade i 6061-T6. Med det nya spantet blev man sugen på att bygga om sidrodersystemet så att alla vajrar sitter i et ok monterat i spantet. Detta ok är förbundet med sidroderoket via en stötstång inuti kroppen. Förutom aerodynamiska fördelar påpekade Sakka att med denna lösning kan man enkelt ta hand om de 200kg (panik last på 100kg i varje vajer) som annars kommer in i fenans infästning. Denna lösning finns på bl.a. Lancair Legacy. Eftersom ett nytt system säkerligen skulle skapa nya oupptäckta problem valde vi det beprövade systemet att dra två vajrar hela vägen bak till fenan. Dimensionering och konstruktion av trimmekanism Ett trim system där en fjäderkraft anbringas direkt på stötstången var planerad. Ett nytt telefon samtal med Sakka kastade omkull vår konstruktion. Sakka vill se en lösning som man kan flyga med om man förlorar höjdrodrets stötstänger. Eftersom musten nästan gått ur oss på det övriga kontrollsystemet kändes detta extra jobbigt. Bland KTH dokumenten hittade vi en skiss på vajrar dragna hela vägen bak till höjdrodret. Vajrarna går via ett linhjul bakom höjdroderoket till två fjädrar. Genom att flytta båda fjädrarna samtidigt åt samma håll blir neutralläget förskjutet med höjd/dyk utslag som följd (spaklasterna

8 ändras inte). För det första var det omöjligt att ha en trissa inuti sidrodret, och för det andra fanns det ingen plats för några fjädrar. Som tur var hade vi nu ett bakre kroppsspant. En lösning som bygger på samma princip men med en trimstötstång ovanför den riktiga stötstången växte fram. Höjdrodertrimmens vajrar och linhjul (trimstötstången ej monterad) Att det blir lite fjäderlaster på spaken vid stora utslag torde bara vara positivt. Höjdrodret upptar väldigt liten del av stabilisatorn och borde ge väl låga spaklaster i sig själv (profilen klarar väldigt stora utslag utan avlösning i nuvarande utförande). Diskussioner med Lennart Persson (Cozy) gav bra inblick i fjädersystemet. Vid provning visade det sig att friktionen måste hållas ner till minimum för att systemet skall fungera bra. Först konstruerade vi tryckfjädrar efter samma princip som förtöjningsfjädrar till en båt. Tyvärr visade det sig att även dessa fick för stor friktion. Höjdrodertrimfjädrarna under utprovning

9 För att få minimal friktion placerades fjädrarna bakom bakkroppens mitt spant. Det är något krångligt att byta fjädrar bakom spantet (vilket med största sannolikhet blir nödvändigt) men det går. Eftersom bara dragande fjädrar har fungerat tillfredsställande har ett minispant bakom fjädrarna tillverkats för att kunna fånga upp en vajer vid brott så att den inte trasslar in sig i stötstängerna och låser höjdrodersystemet. Lasse Henrysson, vår mycket positiva kontrollant, och Anders Ljungberg hittade som tur var inga allvarliga fel på styrverket vid sin inspektion. Anders Ljungberg på besök strax efter att styrverket var färdigkonstruerat Nästa gång går vi vidare med huvramens konstruktion och andra förstärkningar. Vi har många års erfarenhet av dimensionering och tillverkning av flygplansdelar i metall och komposit. Niklas Anderberg Flight & Safety Design Int. AB Osqavia@telia.com