Un Sistema de Actuación de Control de Vuelo de Monitoreo y Votación Descentralizado para Aeronaves eVTOL
Autores: He, Ruichen; Holzapfel, Florian; Bröcker, Johannes; Lai, Yi; Zhang, Shuguang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un Sistema de Actuación de Control de Vuelo de Monitoreo y Votación Descentralizado para Aeronaves eVTOL
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Emergente
Aeronaves eVTOL
Actuadores electromecánicos
Tolerancia a fallos
Votación descentralizada
Unidades de Control Electrónico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La aparición de aeronaves eVTOL (despegue y aterrizaje vertical eléctrico) requiere el desarrollo de sistemas seguros y eficientes para cumplir con estrictos requisitos de certificación y operación. La tecnología más avanzada para la actuación del control de vuelo en aeronaves eVTOL son los actuadores electro-mecánicos (EMA), que dependen en gran medida de múltiples redundancias de componentes críticos para lograr tolerancia a fallos. Sin embargo, persisten desafíos en términos de fiabilidad insuficiente, inmadurez y falta de un método de evaluación medible. Esta investigación aborda estos problemas al aclarar los requisitos de diseño para los EMA en aeronaves eVTOL y proponer un enfoque sistemático de diseño y evaluación para la arquitectura de EMA. Una mejora clave implica la incorporación de mecanismos de votación y monitoreo descentralizados (VoDeMo) dentro de las Unidades de Control Electrónico (ECU) para mejorar la seguridad general del EMA. El documento presenta una innovadora arquitectura redundante triple-dual para los efectores de control de aeronaves, que comprende tres carriles disímiles de ECU y dos canales paralelos redundantes similares de electrónica de potencia y motores. El diseño se apoya sinérgicamente en una evaluación integral que incorpora una Evaluación de Seguridad Basada en Modelos (MBSA) cuantificable, utilizando tanto simulación física como modelos de seguridad lógica. Se realizan pruebas Hardware-In-the-Loop (HIL) en un prototipo construido para validar la arquitectura propuesta.
Descripción
La aparición de aeronaves eVTOL (despegue y aterrizaje vertical eléctrico) requiere el desarrollo de sistemas seguros y eficientes para cumplir con estrictos requisitos de certificación y operación. La tecnología más avanzada para la actuación del control de vuelo en aeronaves eVTOL son los actuadores electro-mecánicos (EMA), que dependen en gran medida de múltiples redundancias de componentes críticos para lograr tolerancia a fallos. Sin embargo, persisten desafíos en términos de fiabilidad insuficiente, inmadurez y falta de un método de evaluación medible. Esta investigación aborda estos problemas al aclarar los requisitos de diseño para los EMA en aeronaves eVTOL y proponer un enfoque sistemático de diseño y evaluación para la arquitectura de EMA. Una mejora clave implica la incorporación de mecanismos de votación y monitoreo descentralizados (VoDeMo) dentro de las Unidades de Control Electrónico (ECU) para mejorar la seguridad general del EMA. El documento presenta una innovadora arquitectura redundante triple-dual para los efectores de control de aeronaves, que comprende tres carriles disímiles de ECU y dos canales paralelos redundantes similares de electrónica de potencia y motores. El diseño se apoya sinérgicamente en una evaluación integral que incorpora una Evaluación de Seguridad Basada en Modelos (MBSA) cuantificable, utilizando tanto simulación física como modelos de seguridad lógica. Se realizan pruebas Hardware-In-the-Loop (HIL) en un prototipo construido para validar la arquitectura propuesta.