Table of Contents
מכשירים גבוהים להרים - כגון flaps, סלאטים, ורחבות מובילות - הם היסוד לתכנון מטוסים מודרני.הם מאפשרים עצירות בטוחה ונחתה במהירויות נמוכות יותר על ידי הגדלת סומב ושטח פני השטח, ובכך לייצר את המעלית הנדרשת.עם זאת, מערכות ההפעלה כי פריסה חומרים היברידיים כי פריסה מחדש של חומרים הנדסיים ללא שימוש משמעותי יותר של אנרגיה משולבת, כמו גם קיצוץ מוקדם יותר, כמו גם טמפרטורות חשמליות, כמו גם טמפרטורות גבוהות יותר.
מערכות ההמראה של High Lift Device Actuation
מכשירים גבוהים מעלים בדרך כלל מועברים על ידי קווי פעולה ליניאריים או רודפים הממוקמים לאורך קצה הכנפיים או קצה מוביל.מערכת העומס חייב לספק כוח מספיק כדי להתגבר על עומסי אווירודינמיקה, חיכוך ונוקשות מבנית תוך הבטחת פריסה מסונכרנית על פני שתי הכנפיים.באופן היסטורי, מערכות הידראוליות מרכזי סיפקו את הכוח, עם שליטה בשסתום נוזל ישיר כדי הפעלת cylinders לאחרונה, או חשמל סטנדרטי (MAAapation)
צריכת החשמל בפעולתו עולה משלושה מקורות עיקריים: (1) להתגבר על לחץ אווירודינמיקה על פני השטח של המכשיר, (2) חיכוך גובר בחתימות ובחותמות, ו (3) אובדן אנרגיה בתוך המכנה עצמו – כגון דחיסה נוזלית הידראולית, אי יעילות מנועית חשמלית והפסדי שידור.
שיטות הפעלה מסורתיות ומגבלותיהם
לפני בחינה של גישות חדשניות, מומלץ לבחון את השיטות המקובלות ששלטו בתעופה מסחרית במשך עשרות שנים.
המונחים:
(המערכות ההידרומיות משתמשות בנוזלים מתוחים (בדרך כלל 3,000-5,000 psi) כדי להניע את הפיטונים המשתרעים או מחזרים מחדש של מטוסי MAXaps ו-Sellowing.com מציעים צפיפות כוח גבוהה ועוצמה, מה שהופך אותם מתאימים למטוסי תחבורה גדולים 3.אבל, פעולה הידראולית נושאת גם את חוסר היעילות החשמליים: משאבות לרוץ ברציפות, גם כאשר אין צורך בחיכוך ודליפה של אנרגיה; וכן ירידה של פחמן והפסדים; מחסנים חשמליים;
תגית: Electric Actuators
מנגנונים אלקטרו-מכאניים (EMAs) להמיר אנרגיה חשמלית ישירות להילוך מכני באמצעות מנוע, תיבת הילוכים ומנגנון בורג.הם לחסל נוזל הידראולי, להפחית תחזוקה, ומאפשרים יותר גמישים מתפתלים.עם זאת, EMAs עדיין לצרוך כוח משמעותי במהלך שלב פריסה גבוהה-מסלול.הפסדים מוטוריים, חיכוך הידראולי, ואת הצורך עבור חיץ ללא בטיחות לתרום לביקוש לאנרגיה.
הן מערכות הידראוליות והן חשמליות פועלות בדרך כלל במצב "חזקת-העצמי" שהוצב פעם, הדורש כוח מתמשך או מנעול מכני כדי לשמור על עמדה כנגד עומסי אווירודינמיקה.
טכניקות של שינוי אנרגיה
מחקר ופיתוח עדכני להתמקד בצמצום צריכת החשמל באמצעות עקרונות הפעלה חדשניים המנצלים חומרים מתקדמים, התאוששות אנרגיה ואופטימיזציה של ארכיטקטורת המערכת.
המונחים:
חומרים חכמים - כגון סגסוגת זיכרון בצורת (SMAs), קרמיקה אדזואלקטרית וחומרים מגנטיים - יכולים לייצר עקירה מכנית או כוח בתגובה לגירוי חשמלי או תרמי ללא מנועים קונבנציונליים או גלילים הידראוליים.
- (FLT:0)Shape Memory Alloys (SMAs): ibph1 SMAs, כמו Nitinol, ניתן לאמן "לזכור" צורה מסוימת, כאשר מחומם (באמצעות זרם חשמלי), הם עוברים טרנספורמציה שלב שיוצרת מתחים גבוהים וזנים, ישירות נהיגה על ידי מכשירים גבוהים מעלים, חוטי SMA או מעיינות יכולים להחליף את פעולת ה-R, באמצעות אנרגיה רק במהלך ה-Fu) ו-Apuptuptupt כוח נוסף, ללא יכולת הפעלה (מחדשהכוח).
- (FLT:0)Piezoelectric Actuators:FearLT:1 , חומרים Piezoelectric להרחיב או חוזה כאשר מתח חשמלי מוחל.הם מציעים תגובה מהירה מאוד רוחב פס גבוה, אבל העקירה שלהם היא בדרך כלל קטנה (מיקרומטרים למ"מ) עבור מכשירים מרים גבוהה שבו שבץ של כמה סנטימטרים נדרשים, נוסחאות אדזואלקטריות משולבות לעתים קרובות עם שלבים מכניים (למשל, מנגנונים חזקים ביותר).
- חומרים כגון Terfenol-D שינוי צורה בשדה מגנטי.הפועלים האלה יכולים לייצר כוחות גדולים עם שבץ בינוני ויש להם את היתרון של הפעלה במתחים נמוכים יותר מאשר סוגים ⁇ electric.הם נמצאים תחת לימוד עבור קומפקטית גבוהה של ריצוף, במיוחד בצורות מבוזרות.
פועלים חכמים מציעים יעילות אנרגיה גבוהה כי אנרגיה מוחל רק בשלב העיוות; החומר יכול להחזיק את המדינה עם מינימום או ללא כוח.הם גם להפחית מורכבות מכנית ומשקל. אתגרים כוללים חיי עייפות, רגישות טמפרטורה, הסמכה של חומרים חדשים לבטיחות הטיסה.
⁇ ⁇ ⁇ ⁇
כאשר מכשיר מעלית גבוה פרוס, המפעיל עושה עבודה חיובית נגד עומסים אווירודינמיקה.עם זאת, במהלך החלמה, כוחות האווירודינמיקה וכובדי כוח עשויים לסייע בתנועה, כלומר, המפעיל יכול לפעול כגנרטור, להמיר אנרגיה קינטית לאנרגיה חשמלית שניתן לאחסן או להשתמש בה מחדש.
ב EMA קונבנציונלי, בקר המנוע יכול להיות מתוכנן לפעול כגנרטור במהלך retraction, להאכיל את הנוכחי לתוך אוטובוס DC או לתוך מכשיר אחסון ייעודי כגון supercapacitor או סוללה.האנרגיה המאוחסנים ניתן להשתמש לאחר מכן עבור מחזורי פריסה מאוחרת או עומסים אחרים. Regenerative לא רק להפחית צריכת חשמל נטו, אלא גם מקל על עומסי מחקר תרמיים על המנוע והבקר.
יישום דורש אלגוריתמים חכמים של חשמל ושליטה שיכולים לעבור בצורה חלקה בין מצבי נהיגה ויצירה.בנוסף, יש לתכנן את המערכת המכנית כדי להתמודד עם הניתוק של מומנט מבלי להציג תגובה או חוסר יציבות.
מערכות היברידיות-חשמליות
במקום להסתמך רק על סוג כוח אחד, אדריכלות היברידית משלבת את התכונות הטובות ביותר של הידראולים וחשמליות.לדוגמה, מערכת הידראולית "חכם" יכולה להשתמש במשאבות המונעות חשמל שפועלות רק כאשר נדרש, במקום לרוץ ברציפות.
גישה היברידית נוספת היא השימוש של אלקטרו-hydrostatic actuators (EHAs) המופעלים על ידי מנוע חשמלי מקומי אך משתמשים בהגברה הידראולית. EHAs ניתן לשלוט דיגיטלית כדי למזער צריכת אנרגיה במהלך שלב ההחזקה. חלק מהעיצובים משלבים accumulators מתואם לחץ המאחסן אנרגיה הידראולית במהלך החלמה ושחרורו במהלך פריסה, אנלוגי לגיעת מחדש.
על ידי שילוב של שליטה חשמלית עם צפיפות כוח הידראולי, מערכות היברידיות יכולות להשיג את היתרונות של 10-20% בהשוואה הידראולים מרכזי קונבנציונליים.הם מציעים גם אדמוניות ריכוזיות: אם המקור החשמלי נכשל, המערכת ההידראולית עדיין יכולה להיות מלחיצה.ה-FLT:0 Airbus A380FLT:1 ו-787 משתמשים בכמה רכיבים היברידיים/hydraulic במערכות בקרת הטיסה שלהם, הגדרה ליישומים גבוהים.
המונחים: lawuation
מערכות להרים גבוהות מסורתיות משתמשות במטור גדול יחיד או צינור מומנט מרכזי כדי להניע מספר רב של flaps או סלאטים לאורך הזרוע. עיצוב מרוכז זה מוביל לעומסים בודדים גבוהים, חיזוק מבני כבד, וקישורים מכניים ארוכים הסובלים מחיכוך ו backlash. Distributed Actuation להחליף את המערכת המרכזית עם כמה פועלים קטנים יותר כל אחד מהם מניע קטע של המכשיר העליון של המעלית.
היתרונות כוללים ביקוש כוח עליון נמוך יותר עבור פועל, המורכבות המכנית מופחתת, ושיפור חלוקת העומס. ⁇ ⁇ ⁇ יכול להיות בהיר יותר, ואם אחד נכשל, רק פלח מקומי מושפע ולא כל ה-Freap. יתר על כן, פועלים מבוזרים יכולים להיות נשלטים באופן אינדיבידואלי כדי לייעל את הצורה של כל מצב טיסה - מושג דומה ל"זיכרון" משטחים של אנרגיה, אקטו יכול להיות מתוכנן כיחידות חכמות או כמתאים אופטימליים על פני השטח של אימון יחיד, מאשר על פני השטח של חומר יחיד.
פעולה ממורשת גם מקצרת עם חזייה מחדש: כל אחד מהפועלים יכול לשחזר אנרגיה באופן עצמאי, והמערכת הכוללת יכולה לתאם תזמון של החלמה לזרימת חשמל חלקה.
היתרונות של שיטות פעולה חדשניות
אימוץ טכניקות הפעלה מתקדמות מניב קזק של הטבות המשתרעות מעבר להפחתה של כוח טהור.
- (FLT:0) אספקת כוח:FLT:1 ; פועלים חכמים להשיג ליד אפס כוח, חישב מחדש מחלים אנרגיה, ומערכות היברידיות אופטימיזציה על ניתוח דרישה.
- (FLT:0Weight Savingssure: 1FLT) Re הנחת צינורות הידראוליים כבדים ומבצעים מרכזיים עם רכיבים חשמליים קלים, חומרים חכמים, או יחידות מבוזרות מפחיתות מסה מבנית.
- (FLT:0) אחריות ותחזוקתיות: אנדרט ( 1) מספר חלקים נעים יותר, חיסול של נוזל הידראולי, וקישורים מכניים פשוטים יותר להפחית מצבי כישלון ונטל תחזוקה. מתווכים חומריים חכמים אין חותמות או הילוכים עם פרופילים, שיפור זמן בין יתר.
- היתרונות של אנרגיה נמוכה יותר (FLT:0) של צריכת דלק ופליטת CO2 המשופרת יעילות פעולה משופרת גם מפחיתה פסולת תרמית, ומאפשרת מערכות קירור קטנות יותר וחיסכון במשקל נוסף.
- (FLT:0) Flexibilityהמחשה תפעולית: 1FLT:1 Distributed ובאופן עצמאי מבוקר פועלים מאפשרים לסומונים משתנים ועיצוב פניכי, אשר יכול להתאים את יחס המעלית-ל-דזה במהלך שלבים שונים של טיסה, המוביל לחיסכון נוסף בדלק.
אתגרים ושיקולים
למרות ההבטחה שלהם, שיטות פעולה חדשניות מתמודדות עם מכשולים משמעותיים לפני אימוץ נרחב.
הסמכה ובטיחות
מערכות הפעלה מטוסים חייבות לעמוד בסטנדרטים של בטיחות קפדניים (למשל, DO-178C עבור תוכנה, DO-254 עבור חומרה) חומרים חדשים כמו SMAs חסר היסטוריה ארוכה של יישומים ראויים לטיסה, הדורשים בדיקות נרחבות לעייפות, רכיבה תרמית, ו מצבי כישלונות.מערכות ריבוניות חייב להוכיח כי שחזור אנרגיה לקויה לא יכול לגרום עומסי חשמל או תנועה לא מכוונת.
עלויות וייצור Maturity
חומרים חכמים הם לעתים קרובות יקרים לייצר באיכות עקבית. מחסניות Piezoelectric דורשות אספקת חשמל גבוהה, ו SMAs צריך ניהול תרמי מדויק כדי להימנע מהתחממות יתר או "דה-שטורף" מגביר את מספר הרכיבים הבודדים, אשר יכול להעלות עלות ראשונית ומורכבות, אם כי זה עשוי להיות מתמוסס על ידי תחזוקה נמוכה יותר.
שילוב עם אדריכלות קיימת
רוב המטוסים הנוכחיים מתוכננים סביב מערכות הידראוליות או חשמל מרכזיות.התאוששות עם יצירת רומן עבור מכשירים מרים גבוהה היא מאתגרת; ההזדמנות העיקרית היא תוכניות מטוסים חדשים כגון הדור הבא צר גוף או עיצובים סופר-קולוניים מסחריים.
תחזית עתיד
המחקר ממשיך להאיץ, מונע על ידי הצורך בתעופה בת קיימא יותר.שילוב של בינה מלאכותית (AI) ולמידה מכונה (ML) עם מערכות בקרה אקטורציה מבטיח אופטימיזציה נוספת של צריכת חשמל.לדוגמה, בקר הסתגלות יכול ללמוד את העומסים האירודימיים על כל פלח פי פלח ה-F במהלך כל טיסה ולהתאים פקודות בזמן אמת כדי למזער את האנרגיה הנדרשת תוך שמירה על גבי מעלית כזו יכול גם לחזות את צרכי תחזוקה המבוססים על דפוסי חשמל, שיפור יעילות, שיפור דפוסי כוח.
קידום בתחום האנרגיה - כגון supercapacitors או סוללות מוצק המדינה - ישפר את יעילות של גינון מחדש על ידי מתן חיץ לאנרגיה התאוששה. טכנולוגיית ייצור חומרים חכמים הוא גם מתבגר: נאס"א ו ESA מממנים כמה בדיקות טיסה של משטחים SMA-actuated שליטה, להפגין יעילות.
בסופו של דבר, מערכת המעלית העתידית עשויה להיות חשמלית לחלוטין, עם חומרים חכמים המספקים פריסה והחזקה, מעגלים רגנרטיביים לשחזר אנרגיה, אדריכלות מבוזרת המאפשרת צורות כנף הסתגלות מלאה.התוצאה תהיה מטוסים לצרוך פחות כוח באופן משמעותי במהלך שלב הטיסה הקריטי, לתרום ליעד התעשייה של פליטת פחמן אפסית עד שנת 2050.
מסקנה
הפעלת מכשיר המעלית גבוהה היא אזור משקיף יחסית עבור חיסכון באנרגיה בעיצוב מטוסים, אך היא מציעה פוטנציאל משמעותי. שיטות הידראוליות וחשמליות מסורתיות, בעוד אמין, אינם מתאימים לביקוש כוח נמוך. גישות חדשניות - פועלים חומרים חכמים, רגנרטיבים, מערכות היברידיות, ופעולה מבוזרת - יכול להפחית את צריכת החשמל על ידי חצי או יותר תוך צמצום משקל ותחזוקה של מהנדסים, אך עדיין מייצג את קצב המחקר המהיר יותר, אך הוא מייצג את היתרונות של פעילות גופנית יעילה יותר.