فهم نظم دعم الطاقة الأساسية لنظم غلاس كوكبيتس

وفي حالات كثيرة، يجب على المصنعين أن يثبتوا أن نظام الطاقة الاحتياطية يمكن أن ينتقل من مرحلة الدعم الأولي إلى مرحلة الدعم في جزء من الثانية دون انقطاع ملحوظ، كما يجب أن يكون النظام محصناً من أساليب الفشل المشتركة، مثل الدائرة القصيرة التي يمكن أن تؤثر على قضبان الحافلات المتعددة، وهذه متطلبات التصديق تدفع تصميم نظم احتياطية قوية للطاقة تشمل شحنات البطاريات، والمتحولين/المتحولين، ومفاتيح التحويل التلقائي.

أنواع نظم دعم الطاقة

وتختلف الحلول الاحتياطية للطاقة للقضبان الزجاجية حسب حجم الطائرات وتعقيدها واحتياجاتها التشغيلية، وتشمل الفئات الأكثر شيوعا إمدادات الطاقة غير المفصولة، والبطاريات المخصصة، والمولدات الكهربائية في حالات الطوارئ، والتربينات الهوائية (RATs)، بالإضافة إلى ذلك، تستخدم طائرات كثيرة حافلات كهربائية زائدة، وخطط لغسل الحمولات لفترات طويلة من توافر الطاقة الاحتياطية.

لوازم الطاقة غير المفصولة

إن أنظمة الارساليات السلكية واللاسلكية تستخدم عادة في الطائرات لتوفير الحماية الفورية من انقطاع الكهرباء القصير مثل تلك التي تسببها انقطاع المتناوب أثناء بدء المحرك أو التمزقات الفولطية العابرة، وتتكون طائرة نموذجية من جهاز استصلاح/شحن يحول قوة الدفع إلى العاصمة لإبقاء مصرف البطاريات محملا، ولافقار ينتج طاقة نظيفا للعرض.

وكثيرا ما تكون البطاريات المزودة بأجهزة الاستنشاق مقفلة أو، بشكل متزايد، الليثيوم -يون، وقدرتها مصممة لتوفير الطاقة لبضع دقائق لبضع ساعات، حسب الحمولة، وفي بعض الطائرات الخفيفة، يتم تركيب بطارية صغيرة مخصصة لأجهزة الارسال في صينية المحيط لتوليد الطاقة في عرض الطيران الرئيسي ونظام تحديد المحركات لمدة 30 دقيقة على الأقل بعد الفشل الرئيسي.

نظم البطاريات المخصصة

وتشمل كل طائرة تقريباً ذات قمرة زجاجية بطاريات أو أكثر تفانياً منفصلة عن بطارية الطائرات الرئيسية، وكثيراً ما تكون هذه البطاريات أخف، ووحدات صغيرة من الليثيوم تُستخدم خصيصاً لتسيير نظام أجهزة الطيران الإلكترونية، ومركبات الملاحة الجوية الأساسية، وهي عادة ما تُشحن من حافلة الطائرات الكهربائية العادية، وقد تكون لها قنواتها الذكية الخاصة بها لمنع الإفراط في توجيه الاتهامات ومدة الحياة للخدمة.

وفي الطائرات الكبيرة الحجم والطائرات، يمكن تركيب بطاريات متعددة في أجزاء مختلفة من الطائرة لتوفير العزلة المكانية وكذلك العزلة الكهربائية، وعلى سبيل المثال، فإن نظم النقل الجوي A350 تحتوي على بطاريتين رئيسيتين بالإضافة إلى بطارية احتياطية مستقلة للطائرات، وتستخدم البويننغ 787 زوجا من البطاريات التي تعمل بالليثيوم لنظمها الكهربائية الواسعة النطاق، والتي تتضمن البطاريات الاحتياطية المخصصة لتوليد الطاقة في حالات الطوارئ.

مولدات الطاقة في حالات الطوارئ

أما بالنسبة للطائرات الكبيرة التي تواجه إخفاقات كهربائية ممتدة، فإن مولداً كهربائياً يقوده مصدر طاقة مستقل - مثل توربين هوائي أو مولد كهربائي هدروليكي - مكن أن يوفر احتياطياً من المولدات الكهربائية - أي طاقة محركية متحركة - ٥ - مركبات، وهو محرك صغير ينشر من الصمام أو الجناح الزجاجي ويدور في المجرى الجوي، ويقود مضخة هيدروليكية أو مولد كهربائي.

وفي بعض الطائرات ذات المحرك المزدوج، يمكن أيضا أن يكون مولد مستقل يقوده وحدة طاقة مساعد مصدرا احتياطيا، ويدير وحدة الطاقة الكهربائية، التي تقع في ممر ذيل، محركها الخاص بالتوربين الصغير ويمكن أن يبدأ في التحليق لتوفير الطاقة الكهربائية والكهربائية على حد سواء، وهو دعم قوي، ولكن ليس آمنا تماما إذا أصيبت وحدة التكيف أو لم تبدأ في البدء.

حافلات وقود

ومن الجوانب الهامة بنفس القدر من القوة الاحتياطية هيكل نظام الحافلات الكهربائية، حيث يمكن للوحات الزجاجية الحديثة أن تستخدم حافلات كهربائية متعددة )مثلاً، رئيسية، أساسية، احتياطية( تكون متداخلة عبر أجهزة الاتصال أو مفاتيح التحويل الصلبة، وإذا فشلت حافلة واحدة، يمكن نقل الحمولات الحرجة إلى حافلة تشغيلية، وفي حالة حدوث عطل في الجيل، يتم تحميل معدات الترددات اللاسلكية تلقائياً.

اعتبارات تصميم نظم دعم الطاقة

ويستلزم تصميم حل موثوق به لدعم الطاقة للزجاجات موازنة عوامل متعددة: الحجم المادي، والوزن، والإدارة الحرارية، والموثوقية في ظل ظروف متطرفة، والامتثال للاعتماد.

العزلة والعزل

ويجب تصميم النظام بحيث لا يمكن أن يعطل أي فشل كل مصادر الطاقة الاحتياطية، وهذا يعني في كثير من الأحيان استخدام بطاريات ومولدات مستقلة متعددة معزولة من بعضها البعض أو عن الإمدادات الأولية، كما أن الإنفصال المادي عن البطارية الاحتياطية في منطقة مختلفة من الطائرة يولد حريقا أو أثرا واحدا من الإلغاء على حد سواء، كما أن المكونات الرادعة تحتاج أيضا إلى أجهزة استشعار خاصة بها، ومنطق التحكم، والتبديل.

التبديل السريع والسريع

كما أن التحول الآلي بين الطاقة الأولية والمساندة يجب أن يحدث في غضون ثواني لمنع ظهور الكوبية من جديد، وأي انقطاع لمدة تزيد على ٢٠ ميلي ثانية يمكن أن يسبب شعلة واضحة أو إعادة تشكيل نظام غير مقصود، وهذا يتطلب تحطيم دائرة عالية السرعة، ونقل الطاقات الصلبة، وبرامجيات التحكم في الترددات المنخفضة، كما ينبغي أن يكون التبديل شفافاً في دليل التدخل التجريبي.

القدرات والعمل

ويجب حساب قدرة نظام الدعم على أساس أسوأ حمولة كهربائية من المعدات الأساسية، ولا يشمل ذلك عرض الرحلات فحسب، بل أيضا أدوات الطيران الاحتياطية (مثل البوصلة المغنطية أو مؤشر المواقف الاحتياطية)، ونظام تحديد المواقع، والمرسلين، وأجهزة الاتصال اللاسلكية، والإضاءة، وفي كثير من الطائرات، يحدد الصانع الحمولة الأساسية ويمنح شهادات عالية من حيث الحرارة.

Environmental Resilience

ويجب أن تعمل نظم دعم الطاقة عبر المظروف البيئي الكامل للطائرة: من - 40 درجة مئوية على ارتفاع إلى +55 درجة مئوية على الأرض في ضوء الشمس المباشر، وتفقد البطاريات القدرة على التصريف البارد، ويمكن لللافتات أن تسخن في حالة ضعف التهوية، ويتأكد المهندسون من التصميمات من خلال اختبارات بيئية صارمة تشمل التدوير الحراري، ومحاكاة الارتفاعات، والهتز، والتعرض لمكونات الحرارية(17).

الصيانة والرصد

التفتيش والاختبار المنتظمين لنظم الطاقة الاحتياطية مكلّفة من قبل سلطات صلاحية الطيران، وتشمل مهام الصيانة التحقق من مستويات شحن البطاريات، وإجراء اختبارات لتصريف القدرة، وتفتيش الأسلاك والوصلات، والتحقق من مهام التبديل التلقائي، وتشمل بعض النظم الحديثة الرصد الصحي المستمر الذي يُحدث علامات البطاريات ويُنبه الطيارين أو موظفي الصيانة عندما تقترب البطارية من نهاية الحياة أو عندما تفشل اختبارات ذاتية للنظام.

التكنولوجيات الناشئة في قوة الدعم

وتبحث صناعة الطيران بنشاط وتنشر تكنولوجيات جديدة لجعل نظم الطاقة الاحتياطية أخف وأكثر موثوقية وأكثر كفاءة، وهناك اتجاهان ملحوظان هما اعتماد بطاريات البطاريات ذات الحجم المنخفض للفلوريوم (LFP) و البطاريات الأكثر قدرة على الدفع