מערכות הפעלה הידרוקוליות וחשמליות

מטוסים מודרניים מסתמכים על שליטה מדויקת של הרמת פני השטח כדי להתאים את הביצועים על פני ההמראה, השייט, הגישה והנחתה. מערכות הפעלה של Flap, אשר לפרוס ו retracting flaps, הם בין תת-מערכתיות הקריטיות ביותר בטיחות על כל מטוס קבוע, משלבת את הדחיסות החשמליות, משלבת את מערכות האנרגיה ההיברידיות האחרונות, וטכנולוגיות אנרגיה, אשר משלבות, הן את הגמישות האחרונה, הן את העוצמתיות, והן את העוצמתיות, והן את הגמישות העוצמתיות, הן.

מערכות הפעלה מחדש

מערכות הידרוקוליות שימשו כעמוד השדרה של אמצעי בקרת הטיסה הראשוניים למטוסים מסחריים וצבאיים מאז שנות החמישים, היכולת שלהם לספק כוח גבוה בחבילה קומפקטית, בשילוב עם עשרות שנים של אמינות מוכחת, הפכה אותם לבחירה ברירת המחדל עבור מטוסים גדולים של תחבורה תחבורה תחבורה.עם זאת, עלויות דלק עולה, תקנות סביבתיות, והדחף עבור מטוסים חשמליים יותר (MEA) מניע שיפורים משמעותיים בתכנון המערכת הידראולי.

המונחים:

מערכת הפעלה הידראולית טיפוסית מורכבת משאבות מונעות מנוע, מאגרים, מסננים, שסתום, אקטוטורים (לינארי או רוטארי), ורשת של צנרת נוקשה וגמישה.הטייס או המחשב בקרת הטיסה פקודות מחשב בקרה על שסתום סרבו כי מטר לחץ נוזל הידראולי לתוך המטור, מרחיב או מחזר את המשט.

חידושים אחרונים

אלקטרו-הירופוליק ההיברטור

שילוב של מנועים חשמליים עם משאבות הידראוליות בתוך חבילה אחת של אקטוטור, המכונה יחידת הפעלה משולבת (IAU) או אלקטרו-hydrostatic Actuator (EHA), מבטל ריצות הידראוליות ארוכות מן המשאבות המרכזיות. EHAs להשתמש מנוע חשמלי כדי להניע משאבה הידראולית מקומית, המרת חשמל לעוצמה רק כאשר פועל הפעלתו.

חתימות וחומרים מתקדמים

טכנולוגיית חותם התקדמה לטיפול בלחץ גבוה יותר (עד 5,000 psi במספר עיצובים) וטווחי טמפרטורה רחבים יותר תוך צמצום הדליפה. Polytetrafluoroethylenelene (PTFE) המבוססים על חותמות קנייניות עכשיו להשיג מרווחי שירות עד 20,000 שעות טיסה. במקביל, הידראוליות הידראוליות ודיור אקטוטורים מיוצרים מסגסוגת אלומיניום-lithium ופחמן פחמן-Frebrebreberberberberbsp; ירידה במשקל של 1525%.

חיישנים חכמים ותחזוקה חיזוי

לחץ מבוהל, טמפרטורה וחיישנים ללבוש מאפשרים ניטור בריאות בזמן אמת של מערכות הפעלה הידראולית.אופרות יכולות לעקוב אחר רמות זיהום נוזלים, לזהות כשלים של חותם בלתי אפשרי, ולצפות שנותרו חיים שימושיים.הנתונים האלה מזינים למודלים תאום דיגיטלי שמטמים את לוח הזמנים של תחזוקה, צמצום זמני תחזוקה לא מכווצים בזמן.

יתרונות ואתגרים עקביים

מערכות הידרוקוליות מציעות צפיפות כוח לא מתאימה - מנוע הידראולי יחיד יכול להפעיל כוחות הדורשים מנוע חשמלי כמה פעמים גדול יותר.הם גם לספק קשיחות טעונה ולחות, אשר משפר את היציבות בתנאים גרוקיים. בצד התחתון, משקל נוזל הידראולי וצנרת נשאר משמעותי (כ-2-3% של משקל מקסימלי במטוס מסחרי גדול).

מערכות הפעלה חשמליות

הפעלת חשמל ממנת את יכולת ייצור החשמל הגוברת על מטוסים מודרניים - המופעלת על ידי גנרטורים מתקדמים, אחסון סוללות ואלקטרוניקה הפצה כוח. על ידי החלפת משאבות הידראוליות, צ'קוזי ונוזל עם מנועים חשמליים, בקרים, וחיפוש, מערכות חשמל להפחית משקל, לפשט את ההתקנה, וכמעט לחסל תחזוקה הקשורות לנוזל וסיכנות סביבתיות.

מנוע ו- Drive Technology

הלב של כל מערכת הפעלה חשמלית הוא המנוע.התפתחויות האחרונות כוללים אימוץ של מנועים סינכרוניים סיליקון (PMSMs) ו מנועים DC ללא מברשת (BLDCs) עם צפיפות גבוהה להורדת.מנועים אלה להשיג עומסי שיא מעל 90% ויכולים לספק דירוג גבוה במהירויות נמוכות ללא הילוכים בעיצובים מסוימים.

אדריכלות: Low-Speed Architectures

ממריצים חשמליים מודרניים משתמשים לעתים קרובות בכונן ישיר או תיבת הילוכים פלנטרית פשוטה כדי להתאים את המהירות המנוע לדרישות התנועה.החיסול של ציוד גדול, כבד להפחית את הגיבוי ולשפר את זמן התגובה.לדוגמה, המכנה החכם של MOOG המשמש את מערכת הפלסטרציה G650 של המפרץ מעסיק מנוע DC ללא מכחול עם תיבת הילוכים כדורעף דו-שלבית וכדור, השגת חלקה, מדויק יותר מאשר מצב דומה באופן משמעותי.

יחידות בקרה אלקטרוניות (ECUs) ו- Control Algorithms

כל פועל חשמלי הוא יחד עם ECU ייעודי כי לווסת מנוע הנוכחי, מהירות ומיקום. קידום חשמל אלקטרוניקה כוח, במיוחד השימוש של סיליקון carbide (SiC) ו nitride גליום (GaN) מ MOSFET, הפחיתו את ההפסדים והותר להחלפת תדרי מעבר גבוהים יותר.זה גורם במרכיבים פסיביים קטנים יותר, התערבות אלקטרומגנטית נמוכה יותר (EMI), ויעילות טובה יותר ברמות כוח גבוהות יותר.

למידה ממוחשבת לשליטה הסתגלות

אינטליגנציה Embedded נעה מעבר לבקרים פשוטים PID. אלגוריתמים של למידה מכונה המוכשרים על נתוני הניסוי בטיסה יכולים לחזות וריאציות ולתאם פקודות מוטוריות מראש, צמצום מעבר ל-pID וליישב זמן.רשתות ניליות ומכשירי תמיכה במכונות וקטורת תמיכה משמשים גם לזיהוי תקלות באינטרנט - גילוי לקוי בין ללבוש רגיל, תוך כישלונות חולשות, ושבץ.

יתרונות ובעיות מינוף

היתרון הברורה ביותר של הפעלת חשמל הוא ירידה במשקל.מחקרים מראים כי החלפת מערכת פיאט הידראולי עם ערך חשמלי כל-חשמלי יכול לחסוך 30-50% של משקל מערכת ההפעלה.שיוט חשמלי הוא קל יותר, גמיש יותר וקל יותר לתוואי מאשר צינורות הידראולי.יתר על כן, חיסול של נוזל הידראולי מפחית את הסיכון אש ועלויות ניקוי סביבתיות.

אתגרים נשארים.חשמל מוטורס יש צפיפות כוח נמוכה יותר מאשר משאבות הידראוליות, כלומר דרישה כוח נתון בדרך כלל צריך מנוע גדול יותר ותיבת הילוכים. Peak כוח שואב במהלך פריסת ה-Freap יכול למתח את האוטובוס החשמלי של המטוס, הדורש תיאום זהיר עם מערכות עומס גבוה אחרות (למשל, נחיתה, ציוד נחיתה, הגנה על כנף).הניהול ה-Rirmal של המנוע והאלקטרוניקה, במיוחד במהלך מחזורים עתירי אקלים חם, דורש שיפור מתמיד, פתרונות קירור, כולל חומרים חשמליים, אנרגיה רצופים.

מערכות הפעלה היברידיות

דרך שלישית צוברת מערכת היברידית, אשר שומרת כמה אלמנטים הידראוליים תוך הצגת אקטוציה חשמלית עבור פונקציות נבחרות. תצורה זו שואפת ללכוד את הטוב ביותר של שני העולמות: צפיפות הכוח הגבוהה של הידראולים עבור מפלים גדולים על מטוסים כבדים, ואת הפשטות והיעילות של הפעלת חשמל עבור משטחים קטנים יותר או כגיבוי.

דוגמאות לאדריכלות

אספקה מקומית של חשמל עם גיבוי חשמלי

בארכיטקטורה זו, כל משטח ה- EHA פועל על ידי פועל אלקטרו-hydrostatic ייעודי (EHA) במהלך פעולה רגילה, המנוע החשמלי של EHA מניע משאבה מקומית, ומספק לחץ הידראולי למנהג ליניארי.אם המנוע החשמלי נכשל, שסתום עקף יכול לכוון נוזל ישירות ממאגרי הידראולי מרכזי (מכואבים מונעים מנועים) לפעול, להבטיח את הגישה ההיברידית של המערכת ההיברידית מלאה של שמירה על ידי רכיבים מרכזיים.

בקרת Flap עם כוח הידרוקולי עבור Extend / Retract

רעיון אחר משתמש במנועים חשמליים לעומסים קבועים ומתמידים (אדפטטיביים) כגון סומינג מורפיום, תוך הסתמכות על מעגל הידראולי קטן למשימות גבוהות של פריסה וחיזוק החיספים.העיגול הידראולי יכול להיות קטן ופשוט כי הוא פועל רק במהלך מעברים, בעוד שמניחים חשמליים מחזיקים וטריקים.

היתרונות של ההיברידיזציה

מערכות היברידיות מקלקלות את הכוח המיידי הגבוה הדרוש לתנועה מפלט מהחלוקה העיקרית של המטוס.חלק הידראולי יכול להשתמש במעגל קומפקטי, מחוספס, אשר משחזר בהדרגה ממשאבה חשמלית קטנה, ולא משאבה מלאה המונעת מנוע.זה מקטין את גרר מהפעלה מתמדת ומפחית את צריכת הדלק הכוללת.

בטיחות, אמינות והסמכת

מערכות הפעלה של Flap מסווגות כקריטי - הכישלון שלהם יכול להוביל לאובדן שליטה במעלית, ירידה בתמרון, ובמקרים חמורים, תקריות קטסטרופליות, רשויות הסמכה כגון FAA (מנהל התעופה הפדרלית) ו-EASA (סוכנות לבטיחות באיחוד האירופי) מחייבות רמות אמינות גבוהות מאוד (למשל, הסתברות פחות מ 10Falph:0-9FalLT בשעה 1).

אדריכלות Redundancy Architectures

מערכות מודרניות מעסיקות פעולה כפולה או משולשת-מחדשת עבור כל משטח רפלקה. במערכות הידראוליות, שתי אספקה הידראולית עצמאית (למשל, ממשאבות מונעות מנוע שונות) להבטיח כי דליפה אחת או כשל משאבה לא משפיעה על פעולת ה-Fap.מערכות החשמליות משתמשות בתחנות הידראוליות ובקרים, לעתים קרובות עם רכיבים שונים כדי למנוע כשלים משותפים.

בנוי-במבחן ו-Prognostics

כמעט כל מערכת הפעלה חדשה של צנרת כוללת תכונות מבחן מובנה (BIT) המאמת את אספקת החשמל, בקרה אלקטרוניקה, אוטובוסים תקשורת ותנועת הפעלה במהלך בדיקות טרום טיסה.המגמה היא לעקוב אחר בריאות מתמשך במהלך הטיסה, עם הקלטה מבוססת מושב או מבוססת ענן של פרמטרים אקטוטור. אלגוריתמים פרוגנוטים להעריך חיים שימושיים, לדגל רכיבים שגישה למגבלות חיים - תחזוקה מתוכננת לפני שתאפשר שיבוש פעולות כישלונות.

השפעות סביבתיות וקיימות

תעשיית התעופה נמצאת תחת לחץ להפחית את טביעת הרגל פחמן שלה ולסלק חומרים מסוכנים.נוזלים הידרוקוליים, בעוד צורך, הם מבוססי נפט ומכיל תוספים שיכולים להיות רעילים אם ישוחררו.חשמל פועל מבטל את הסיכון הזה לחלוטין, לתרום לתא מטוסים ירוק יותר וסביבות תחזוקה.יתר על כן, מערכות חשמל הן יותר יעילות אנרגיה על פני מטוס: הן שואבות כוח רק כאשר הן נדרשות, בעוד מערכות הידראוליות בהפסדים מניתוח גזי פחמן דו-חמצני בעלי משמעות.

מגמות שוק ויישומים

טכנולוגיית הפעלה של Flap מתפתחת אחרת על פני מגזרי שוק.מטוסים גדולים של תאומים כמו בואינג 787 ו- Airbus A350 עברו לאדריכלות חשמלית יותר עבור פונקציות משניות רבות, אך עדיין לשמור כמה מערכות הידראוליות עבור בקרת טיסה ראשונית ומכשיר הנחיתה.הדור הבא של פלטפורמות יחיד-הסול הצפוי בעשור הקרוב (כגון החלפתם עבור מטוסי 737 ו- A320) עשויים לאמץ באופן מלא של מטוסים חשמליים ואווירה (או-LPS) אשר יתבססואלה אשר נמצאים כעת על פני השטח המתעוררים באופן מלא, כמו גם על גבייתות חשמלית לחלוטין, כמו גם על גביית חשמל (או-TO) ועלויות מהירות גבוהה, כמו גם על גבייתות גבוהה, כמו גם על גבייתות חשמלית לחלוטין (או- off- offs) ועלויות מהירות חשמלית לחלוטין (או- offs) ועלויות מהירות גבוהה, כמו גם על גבייתות) ועלויות (או- offs) ועלויות חשמליות (או- off- off- off- off- off- off- off- offs- offs-Lipate חשמל (או-Firevetowites) ו-Lancy) אשר דורשות) אשר דורשות).

כלי רכב אוויריים בלתי מאוישים (UAVs)

מל"טים, במיוחד אלה בתפקידים טקטיים או מטען, נהנים מהפשטות והתחזוקה הנמוכה של פעולת הצנרת החשמלית.גודלם הקטן והמהירות הנמוכה יותר להפחית את דרישות העומס, ומאפשרים שימוש במנועים מחוץ ל-Half-shelf-R.עתיד של פעולת ה-Freapation במגזר זה קשור הדוק לפעילות חטיפה ואוטומית, שם תכונות טרום-עצמיות הופכות קריטיות.

תחזית עתיד

ההתקדמות במדעי החומרים, אלקטרוניקה כוח, והנדסת בקרה ממשיכה לדחוף את הגבולות של מה אפשרי בפעולת האטה.העשור הבא סביר לראות את אימוץ נרחב של מוליכים למחצה רחבים (SiC וגאון), אשר יפחית את הגודל והמשקל של ECUs ותאפשר בסופו של דבר התפלגות גבוהה יותר של מחקר (למשל, ±5 VDC).

המטרה הסופית היא מטוס חשמלי מלא שבו כל בקרת הטיסה, כולל סדקים, סלאטים, ספוילרים והילוך נחיתה, מופעלים על ידי חשמל, ללא נוזל הידראולי, ללא משאבות מונעות מנוע, ותחזוקה מינימלית מעל פני השטח. בעוד חזון זה עדיין רחוק, ההתקדמות המתוארת במאמר זה מראה כי אבני הבניין נופלים במהירות למקום.

(בהמשך קריאה בשיקולי ההסמכה והעיצוב של מערכות ההפעלה, מתייחס ל-FLT:0FAA Advisory CircularsFLT:1 ו-FLT:2SAE Air 5005AOVAFLT 3 על פעולת בקרת טיסה.