L'aumento delle dimensioni e delle velocità degli aeromobili ha provocato, già da molto tempo, la necessità di aiutare il pilota negli sforzi che questi deve compiere per manovrare l'aereo durante il volo. L'aiuto gli viene dato da servomeccanismi o servocomandi i quali hanno il compito di azionare gli impianti con una potenza ben più elevata di quella attuabile dal pilota. Il sistema consiste in una fonte d'energia generalmente idraulica, talvolta elettrica o pneumatica, la quale viene sfruttata per azionare ad esempio i comandi di volo in modo proporzionale all'informazione che il pilota invia al servomeccanismo stesso. Questo significa che quando il pilota agisce sui comandi, l'azione viene in realtà semplicemente trasmessa ad un sistema di distribuzione dell'energia, il quale assolverà il compito di azionare la superfici di governo dell'aereo. Il concetto di servomeccanismo è ormai diffusissimo e non solo in aviazione, se si pensa ad esempio ai servofreni e servosterzo delle autovetture, ma presenta due problemi da non sottovalutare e cioé la possibilità di governare l'aereo anche con il servocomando in avaria e la necessità di ricreare al pilota la sensazione dello sforzo di manovra compiuto dalle superfici, sensazione che con i comandi servoassistiti sparisce del tutto.
Il primo problema viene normalmente risolto con più di una fonte d'energia utilizzabile per il comando e con l'installazione di un sistema di servocomando aerodinamico azionato direttamente dal pilota. In caso di impianto idraulico, ad esempio, si prevede l'uso sia di pompe mosse dal motore che di pompe elettriche, con fluido prelevato da serbatoi separati e linee di alimentazione proprie, con valvole d'esclusione atte ad isolare possibili avarie su una sola porzione del sistema generale di distribuzione. Il servocomando aerodinamico, invece, consiste in genere nel collegare mediante cavi i comandi della cabina di pilotaggio con delle superfici mobili (servoalette) montate sugli alettoni, sull'equilibratore e sul timone.
Servocomandi idraulici
Il servocomando idraulico è costituito essenzialmente da un martinetto che incorpora la valvola di comando. Tale valvola è azionata da un'asta,collegata con un'estremità al meccanismo di comando proveniente dalla cabina di pilotaggio, e con un'altra estremità alla parte mobile del servocomando (in modo da realizzare un sistema di inseguimento). La parte mobile può essere costituita dal cilindro o dal pistone, a seconda del fatto che il servocomando considerato sia del tipo a cilindro mobile e pistone fisso, o viceversa
Il servocomando idraulico deve soddisfare i seguenti requisiti:
a) con il comando in posizione di neutro, la superficie non deve muoversi;
questa condizione, normalmente, si realizza tramite un blocco idraulico all’interno del servocomando.
b) il sistema deve essere ad inseguimento.
Questa esigenza si presenta in quanto la superficie di governo non sempre ha la necessità di fare tutta la corsa; di conseguenza il martinetto deve potersi fermare in posizioni intermedie. Quando il pilota muove il comando in cabina di pilotaggio, va ad azionare, attraverso un sistema meccanico di rinvii, il cassetto della valvola di comando, il cui spostamento fa aprire le luci della valvola stessa, si muove il blocco idraulico e consente l'alimentazione del martinetto. Se il servo meccanismo è del tipo a pistone fisso e cilindro mobile (Fig. sotto), il cassetto delle valvole ed il cilindro si muovono nello stesso senso.
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In questo modo, finchè è presente il comando da parte del pilota, il cassetto rimane aperto, ed il cilindro, rigidamente connesso al corpo della valvola, lo insegue. Nell'attimo in cui il comando cessa, il cassetto della valvola si ferma, mentre il corpo della valvola (e quindi il cilindro) prosegue la corsa fino a ripristinare il neutro e quindi il blocco idraulico nelle camere. Dal momento che la superficie del comando di volo è rigidamente connessa al cilindro mobile, essa si muoverà in conformità agli spostamenti dello stesso. Nei servocomandi del tipo a cilindro fisso e pistone mobile, quest'ultimo si muove in senso opposto rispetto al cassetto della valvola. E' importante notare, comunque, che in entrambi i tipi di servocomandi l'inseguimento a neutro della valvola viene effettuato dal reale azionamento idraulico del complesso.
Con l'introduzione dei servocomandi idraulici, essendo stato eliminato lo sforzo necessario a superare il carico aerodinamico, il pilota ha la possibilità di muovere grandi superfici ad alte velocità, senza avvertire alcun tipo di reazione
Per non perdere la sensibilità del comando si impiegano impianti di sensazione muscolare artificiale che vengono realizzati interponendo sistemi elastici a deformazione (molle, barre di torsione), oppure martinetti idraulici, tra comandi di cabina e servocomandi.
Tali sistemi si oppongono all’azione del pilota sugli organi di comando.
Nel caso più semplice l'impianto di sensazione muscolare artificiale è costituito da molle che si oppongono al movimento dei comandi impartito dal pilota. Di conseguenza lo sforzo necessario per tendere le molle sarà proporzionale all'escursione della superficie mobile.
La sensazione muscolare artificiale meccanica può essere sufficiente per il controllo laterale e direzionale dell'a/m mentre, per profondità si ricorre ad impianti di sensazione muscolare misti, cioè meccanici ed idraulici.
Tali impianti, costituiti da molle e martinetti idraulici sono più complessi dei precedenti, in quanto tengono conto sia dell'ampiezza di escursione della superficie mobile che della velocità dell'a/m. I martinetti ricevono la pressione idraulica da una unità di controllo che la regola in funzione della velocità dell'a/m). La pressione dei martinetti aumenta con l'aumentare della velocità dell’a/m. Negli aerei con stabilizzatore mobile, anche la posizione dello stabilizzatore influenza l’impianto di sensazione artificiale idraulico.
L' impianto di sensazione muscolare artificiale idraulico/meccanico si oppone al comando del pilota generando una azione direttamente proporzionale alla velocità dell'a/m ed all’esecuzione del comando.
Pertanto è uno sforzo che riproduce fedelmente, sebbene a livelli inferiori, le reazioni aerodinamiche sulle superfici mobili di comando.