Elektrikli ve Hibrit Elektrik Uçaklarının Rolü
Küresel hava durumu, elektrikli ve hibrit elektrikli uçakların gelişimini hızlandırdı, küçük kentsel hava taksilerinden bölgesel taşımacılara kadar. Kamu tartışmalarının çoğu, motorlara ve şarj altyapısına odaklanırken, uçak kontrol sistemi içinde kritik bir hava değeri unsurunun gerektirdiğini iddia ediyor. Ailerons - bu kontrol kanatlarının arka tarafında bulunan yüzeylere bağlı olarak - elektrik yakıtlı uçaklarda benzersiz tasarım ve operasyonel zorluklara karşı hassastır.
Geleneksel Uçaklarda Aileron Fonksiyonlarının Temelleri
Geleneksel sabit uçak, aileeller karşıt çiftlerde çalışır: sağ aile (kabil, itrods) veya hidrolik sistemler, pilotun kontrolü yok edici veya yanlış için temel oluşturur.
Elektrikli tahrik geçiş hidrolik güç ünitesini ortadan kaldırır ve ağır mekanik kullanım ihtiyacını azaltır. Ancak, aileronları hala kesin, yüksek bantlı yüksek hareket değerlendirmesi gerektirir. Elektrikli uçaklarda, tüm kontrol zinciri - pilot girişten yüzey defne - aynı zamanda ana tahrik motorlarını ve aviyonikleri beslemenin elektriksel bir şekilde çalışmasını gerektirir.
Elektrikli ve Hibrit Elektrik Uçakları için eşsiz Meydanlar
Elektrik Gücü ve Dağıtım
Elektrikli uçaklar 400 V'den 800 V DC'ye kadar veya daha yüksek tahrik için çalışır, ancak kontrol eylemleri genellikle düşük gerilimler (28 V veya 48 V) Güç dönüştürücüleri ve dağıtım ağları, uçuş kontrolleri için özel hidrolik güç veya pnömatik güç sağlar; elektrikli uçaklarda, her eylemcinin birkaç milisaniyede düşmesi veya bir kesintiye uğraması, yüzeysel floropun veya kaybının kontrol edilmesine neden olabilir. Geleneksel uçaklar, uçuş kontrolleri için özel hidrolik veya pnömatik güç verir; elektrikli uçaklarda, her eylemci, her eylemci, taşıyıcıya devre dışı bırakır.
Ağırlık ve Uzay Kıtları
Elektrikli uçak tasarımcıları ağırlık tasarrufuna takıntılıdır, çünkü batarya enerjisi yoğunluk hala jet yakıtının arkasında kalır. Her kilogram genişleyebilir veya ödeme yükü. Geleneksel uçaklarda ailer davranış sistemleri ağırdır: hidrolik pompalar, rezervuarlar, küvetler, ve mekanik bağlantılar önemli kütleleri ekler.Bu da elektrik hareketleriyle ısıtılır, yüksek çözünürlükte elektro-mekanik bileşenler (motorlar, dişliler, frenler, sürücü elektronikleri). Dikkatli tasarım olmadan, hareketçinin kendisi hidrolik silindirden daha ağır olabilir. Spatial kısıtlamalar da sıkıya bağlıdır.
Termal Yönetim
Elektrikli eylemciler ısıyı içsel olarak parçaladılar.Demirli yüksek manevralar (örneğin, yuvarlak yapı veya dissipated ısınıcı yaklaşımlar), hareketleyici rüzgarlar ve güç elektronikleri ısıtılabilir. Geleneksel bir hidrolik sistemde ısı, ısının zayıf bir ısı ile yapılır.
Elektromanyetik Müdahale (EMI)
Yüksek güç tahrikli inverterler ve motor sürücüleri, doğru filtreleme olmadan, EMI'nin yönlendirilmesine veya istenmeyen defleksiyonlara yol açabilir.Tüm elektrikli uçaklarla birlikte, elektromanyetik ortamda EMI. Shielded kablolara ve filtrelere karşı hassastır.
Low Speeds ve High Angles'ta Kontrol Otoritesi
Elektrikli uçaklar genellikle taksit sırasında düşük hızlı rejimlerde çalışır, iniş ve yaklaşım - özellikle de şehir hava hareketliliği uygulamaları için.Birçok elektrikli tasarım, geleneksel bir tasarım boyunca çok sayıda küçük pervaneli (DEP) dağıtılır.Bu pervaneler arasındaki kayma kontrol etmek, yerel hava akışını aile üzerindeki önemli ölçüde değiştirebilir, değişen menajer an ve etkinlik.
Fly-by-Wire ve Red dışılık ile entegrasyon
Çoğu elektrikli ve hibrit elektrikli uçak tam yazarlığı uçan-kat-katılım sistemi (FBW) sistemleri mekanik bir yedekleme olmadan zorunlu hale gelir.Sorulayıcılar dijital veri otobüslerine karşı iletişim kuran “akıllı” bileşenlerdir.Bir hata-tolerant mimarisi tasarlayın -tipsiz üç veya dörtlü kırmızılık - sertifikalandırma sistemi zorunludur. ancak, kırmızı kilolar ağırlık, kablolama ve maliyet.
Yenilikçi çözümler ve Gelişen Teknolojiler
Gelişmiş Elektrikli Akıcılar
Yeni elektrik hareketleyiciler, yüksek verimlilik için geliştirilmiş tok yoğunluğu, bant ve verimlilik sunar. Direkt sürücü, düşük kogging toklama ile arka toparlama ve bakım gerektirir. Bazı aktüatörler elektro-mekanik (EMA) tasarımları, yüksek verimlilik için entegre bir servo kontrol cihazı ile birleştirir, diğerleri elektro-hidralize edilebilir (EHA) konfigürasyonları kompaktlık için uygularlar. Örneğin, 0:0Electra Flight Control agent) uzun süre boyunca çalıştırılabilir.
Red dışıt Power System Architectures
Bir batarya veya dönüştürücü başarısızlıktan sonra aileron kontrol edilebilirliği sağlamak için, tasarımcılar toplam otobüs arızaları, uçuş kontrolleri için ayrı batarya paketleri ve yedekleme türbini jeneratörleri (tek uçak) tüm dayanıklılık katkıda bulunabilir. A tipik bir mimari iki izole 270 V DC otobüsleri, her bir reddantt eylem cihazı sürücü modülleri uygulamaktadır.
Hafif Yapısal malzemeler ve Entegre Tasarım
Karbon fiber-reinforced polimerler (CFRP), aparatlarla kıyaslanan 30'a kadar ailesel yapıyı azalttı, aynı zamanda flutter marjları için sertlik sunuyor. Advanced sandviç çekirdeği köpük veya balcomb ile daha fazla kütle azaltımı sağlar. Ayrıca, aksiyon cihazını kanat kaburga yapısına entegre etmek için 3D baskılı titanyum bileşenleri gösterdi ve iteratörler için pompalanan betonlar minimum malzeme ile güç gereksinimleriyle karşılaştırılabilir.
Termal Yönetim Yenilikçileri
Akıcı ısıyı yönetmek için, tasarımcılar yüksek talep edilen manevralar sırasında güç elektroniklerini genişletiyorlar veya kanat yüzeyindeki tahrik motorlarla paylaşılan sıvı soğutma döngülerini kullanarak, faz değiştirme malzemeleri (PCMPC) tümleşik hale getirir.[DDöneticileri yüksek talep edilen manevralar sırasında, yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş iki uçakla dolu hava akışı kullanarak, diğer bir seçenek daha.
Dağıtılmış Kontrol ve Yanlış-Tolerant Algorithms
İki aileye güvenmek yerine, gelecekteki tasarımlar çok daha küçük kontrol yüzeylerini (örneğin, fütürücüler, spoiler veya elektrik kanatları üzerindeki kontrol yüzeylerini takip edebilir). Bu dağıtılmış kontrol stratejisi, incelenmeler ve güç kullanılabilirliği başarısız olursa, diğerleri sert bir roll otoritesini telafi edemez. Modelleme kontrolü (MPC) ve sağlam LQR algoritmaları tüm kontrol yüzeylerini dinamik olarak dağıtırken, aksiyonlayıcı sınırları, sıcaklık kısıtlamaları ve güç kullanılabilirliği için muhasebe.
Kendi kendini Güçlendirme Yasası Değerlendirme
Bir yenilikçi konsept, uçaktaki aileel hareketten enerji harcıyor.Yasaltlı hattaki Piezoelektrik malzemeleri, elektrik arabalarında rejeneratif frenlemeler üretebilir - bu hileli şarj hala deneysel olsa da, bu kavramlar yükleri ana güç sisteminde azaltılabilir.
Yüksek Hız Data Bus ve Yanlış Tespit
Elektrikli uçaklardaki modern aile sistemleri, eylemci komutları ve sensör geri bildirimleri için 10 ms'e güveniyor, uçuş sırasındaki test (AFDX) veya Zaman-Sensitive Networking (TSN) üzerinde Ethernet. Bu protokoller, geri bildirim ve sensör geri bildirimleri için 10 m'ların altında tutulmasını sağlar, uçuş sırasındaki test (BIT) rutinleri sürekli olarak kontrol eder ve güç kalitesi. Gelişmiş prognoslar, geri kalan yaşam tahmin edebilir.Bu protokoller, bakımların devam etmesi için 10 m'un altında tutulmasını sağlar.
Gerçek Dünya Vaka Çalışmaları ve Geliştirmeleri
Alice (Eviation)
Eviasyon Alice all-elektrikli yolcu uçağı, altı basamaklı tasarım için dağıtılmış bir kontrol sistemi kullanıyor.Her aile grubu, iki yönlü elektrikli eylemci tarafından sağlanan taşıyıcılar tarafından yönlendiriliyor:0)Collins Aerospace). Erken uçuş testleri uygun olmayan havalimanları kontrol altına alıyor.
Electra eSTOL
Elektriklia eSTOL (Elektrikli Kısa Takeoff ve Landing) uçakları, sekiz ön motordan gelen kanatlarını kullanıyor.Bu hibrit kontrol yaklaşımı, 50 N·m toplayıcısı için puan alan, uçağın 45 düğüm kadar düşük hızlarda tutulmasına izin veriyor, uçuş kontrolü bilgisayarı dış pervanelerden gelen faal hatayla aktif olarak koordine ediyor.
Hybrid-Elektrik Bölgesel Uçak Kavramları
Avrupa'daki konsolosluklar, zırhlı turbojeneratörlerin, 350 V DC otobüslerinden, propulsion ile ayrı uçuş kontrolleri için özel bir jeneratörden faydalandığı, test edilen rigs ile hibrit-elektrikli bölgesel uçaklar araştırıyorlar.Bu tür tasarımlarda, aile fertatörler 350 V DC otobüslerinden, propresyondan ayrı uçuş kontrolleri için özel bir jeneratörle destekleniyor. Gelişmiş termal koruma ve redt aksiyoncular testlerde karma-elektrikli bölgesel uçaklarda gösterildi.
Düzenleme ve Sertifikalar
Havacılık yetkilileri, elektrikli uçuş kontrol sistemleri için yeni standartlara doğru ilerliyor. [FOA) ve [[Dönetici:2) Avrupa Birliği Havacılık Güvenliği Ajansı (EASA)), mevcut Bölüm 23 ve Bölüm 25 yönetmelikler, hidrolik veya mekanik sistemler, bu kadar özel koşullar [Döneticileri için geçerli değildir.) Anahtar alanlar, olasılık analizlerini (örneğin, aile içi sabitleme ve elektromanyetik uyumluluk testlerine olanak sağlar.
Future Outlook ve Sürekli Yenilik
Ev ve hibrit-elektrik uçaklarındaki aile gelişimi, doğrudan uçuş kontrol bilgisayarı ile iletişim kuran akıllı kontrol yüzeylere doğru bir şekilde gider. Future sistemleri, hareket edenlere tamamen, biyomimetics tarafından ilham verilen morfajlı kontrol algoritmaları kullanarak, aile planlaması ve geniş bantgap yarı iletkenleri (GaN, SiC) daha da azaltıcı boyutlarını azaltacaktır.
Pil enerji yoğunluğu gelişmeye devam ettikçe, yüksek gerilimli güvenli uçaklar, hafif kompozitler ve ileri kontrol algoritmalarının yakınlaştırılması, elektrikli havacılık devriminin sağlam ve hayati bir bileşeni olarak kalacaktır.
Özetle, elektrik tahrikine geçiş temel bir yeniden-mühendislikten birini en temel kontrol yüzeylerinden biri haline getirir. Gelişmiş eylemciler, redüpt güç sistemleri, termal yönetim ve akıllı yazılımlar, üreticiler güç güvenilirliğinin zorluklarını aşmaktadır, ağırlık kısıtlamaları ve entegrasyon.Bu çözümler sadece elektrikli uçuş güvenli değil, aynı zamanda yeni performans yeteneklerini de başlatamaz - tüm gelecekteki tüm uçakları yararlanabilir - bu gelecekteki tüm uçaklarının yararlanabileceği gibi.