Dużą wadą jest tutaj utrata precyzji ze względu na wysoką ściśliwość gazu w porównaniu z cieczą. Ponieważ gazy są bardzo ściśliwe, stanowią bufor dla zmian ciśnienia nakazanych przez operatora w celu przesunięcia tłoka w cylindrze. To stwarza dwa problemy; po pierwsze, oznacza to, że cylinder pneumatyczny nie reaguje natychmiast na różnice ciśnień, ponieważ różnica musi najpierw pokonać tarcie statyczne uszczelki cylindra. Po drugie, oznacza to, że ruch cylindra jest łatwiejszy do przeciwstawienia, o ile jakakolwiek siła przeciwstawia się ciśnieniu gazu, może pokonać to ciśnienie bez powodowania awarii jakiegokolwiek kontrolowanego układu pneumatycznego.

Aby przezwyciężyć te niedociągnięcia, większość systemów pneumatycznych pracuje pod bardzo wysokim ciśnieniem, tak że różnica ciśnień między dwiema połówkami cylindra z łatwością pokonuje tarcie statyczne i wszelkie inne przeciwstawne siły. Stwarza to jednak inny problem z precyzją; wysokociśnieniowe cylindry pneumatyczne są zasadniczo układami dwustanowymi; tłok lub siłownik zazwyczaj znajduje się w jednym lub drugim ze swoich skrajnych ruchów i przechodzi między nimi bardzo szybko, gdy ciśnienie gazu jest przykładane po jednej lub drugiej stronie cylindra.

Żadne z tych zachowań nie jest pożądane do sterowania samolotami; instruktorzy codziennie pracują nad tym, aby nauczyć swoich uczniów, aby nie hamowali sterów, zamiast tego używają odrobiny finezji, aby samolot robił to, co chcą, w płynny, kontrolowany sposób. Dlaczego więc miałbyś chcieć cofnąć całą tę finezję za pomocą systemu sterowania, który może tylko przesunąć powierzchnię do krańców jej podróży?

Z kolei hydraulika zapewnia znacznie wyższy stopień finezji. Ponieważ ciecze nie zmieniają łatwo gęstości, zmiany ciśnienia w cylindrze hydraulicznym wymagają znacznie większej siły, aby się przeciwstawić, ale z tego samego powodu, gdy zmienia się objętość, ciśnienie po stronie zasilanej płynem gwałtownie spada. Pozwala to na znacznie dokładniejsze ustawienie siłownika hydraulicznego, niezależnie od jakichkolwiek zewnętrznych sił działających na system. Wadą jest wyciąganie dość ciężkiej cieczy w powietrze i posiadanie ograniczonej zdolności do jej wymiany w przypadku wycieku.

Siłowniki elektryczne są powszechnym rozwiązaniem tej wady, szczególnie w lekkich samolotach. Siłowniki elektryczne wykorzystują silnik elektryczny lub serwomechanizm, aby zapewnić działanie mechaniczne. Siłownikami tymi można sterować z dużą precyzją, a ich „układ zasilania” to tylko obwód elektryczny, bez ciężkich i skomplikowanych przewodów hydraulicznych i cylindrów. Ich wady polegają na kompromisie między szybkością ruchu a maksymalną siłą przyłożoną podczas ruchu; możesz albo zrobić siłownik, który porusza się bardzo szybko, albo siłownik, który porusza się bez względu na to, ile siły przeciwstawia się ruchowi, ale tak naprawdę nie możesz zrobić obu. Nadal są przydatne w lekkich samolotach do sterowania klapami (z systemem linek używanym do głównych powierzchni), ponieważ pozwalają na precyzyjne wysunięcie lub wycofanie i nie muszą natychmiast reagować na sygnały wejściowe, jak robią to podstawowe powierzchnie sterowe .

Na horyzoncie jest coś, co mogłoby umożliwić zastosowanie pneumatyki w samolotach. Systemy hydrauliczne zostały niedawno ulepszone wraz z opracowaniem elektrohydraulicznego serwozaworu. Ten system wykorzystuje zmienny potencjał elektryczny (napięcie) do poruszania cylindra hydraulicznego o określoną wielkość proporcjonalną do przyłożonego napięcia. Czysto elektryczne serwomechanizmy istnieją od dziesięcioleci, ale maksymalna siła dostępna z serwomechanizmu jest niewystarczająca dla dużych samolotów, podczas gdy w przypadku mniejszych samolotów stosunkowo duża waga serwomotoru w porównaniu z prostym sterowaniem kablowym jest wadą. Koncepcja serwozaworu elektrohydraulicznego jest stosowana w nowszych dużych samolotach w celu zastąpienia czystych hydraulicznych lub kablowo / hydraulicznych hybrydowych systemów sterowania, ponieważ teraz układem hydraulicznym można sterować za pomocą obwodu elektrycznego zamiast przewodów hydraulicznych lub napiętych kabli połączonych z kolumną sterującą. Pozwala to na stosowanie samolotów typu „fly-by-wire”, takich jak większość samolotów Airbus, a także większość konstrukcji myśliwców z ostatnich 40 lat.

Podobna koncepcja jest opracowywana dla pneumatyki, umożliwiając precyzyjne umieszczenie siłownik wykorzystujący sprężony gaz w odpowiedzi na napięcie elektryczne. Zapewniłoby to wszystkie zalety układu elektrohydraulicznego, ze znacznie mniejszą masą i szybszą reakcją, ale nadal miałoby tę wadę, że znaczna przeciwna siła mogłaby uniemożliwić ruch urządzenia uruchamiającego, zwłaszcza gdy zbliża się on do pożądanego położenia. To, czy będzie to problem w dużym samolocie, dopiero się okaże, a oszczędność masy wynikająca z utraty płynu hydraulicznego może nie być tego warta, ale jeśli kompromis jest do zaakceptowania, zwiększyłby zasięg lub ładowność kolejnej generacji pasażerów. samolotów, z dodatkową funkcją bezpieczeństwa / niezawodności polegającą na możliwości skompensowania powolnego wycieku w układzie pneumatycznym poprzez dodanie większej ilości powietrza za pomocą pompy sprężarki.

Jednym z pierwszych powodów, jakie przychodzą na myśl, jest ilość powietrza. Pamiętaj, że samolot może leżeć na ziemi w dniu 80 ° F (27 ° C), a następnie wystartować i wznieść się na 35 000 stóp, gdzie mogą występować temperatury -50 ° F (-46 ° C). Powietrze w układzie traciłoby objętość w miarę ochładzania się i zmieniałoby położenie powierzchni sterującej (powiedzmy klap) bez żadnego sygnału sterującego. Płyny są mniej podatne na ten problem. Oczywiście można to kontrolować, ale nadal wymagałoby to systemu regulacji.

Wycieki można również łatwiej znaleźć w układzie hydraulicznym, ponieważ można albo

1. zobaczyć wyciek płynu na zewnątrz
2. włóż dodatki, które można oświetlić pod określonymi światłami

Wycieki z układu pneumatycznego są często wykrywane przez wcieranie wody z mydłem w staw i wypatrywanie bąbelków (przynajmniej tak Znalazłem ich). Czasami może być trudno je wyśledzić, jeśli znajdują się w niezręcznych miejscach.

Tak, oczywiście (przy okazji jestem użytkownikiem12000: D) pneumatyka jest szybka, tania i lekka, ale nie ma dobrej precyzji i musisz nosić zbiorniki ciśnieniowe zwane zbiornikami (co oznacza, że ​​potrzebujesz miejsca) i musisz napełnij zbiornik (oznacza to, że potrzebujesz kompresora, to znowu oznacza przestrzeń). Kiedy sprężasz powietrze, nagrzewa się (oznacza to chłodniejszy system, co oznacza znowu przestrzeń). Możesz go użyć ponownie, jeśli nie używasz go często i chcesz tanio i lekko. Hydraulika jest ciężka, droga, wymaga dużej siły i ma dobrą precyzję. Nie musisz używać kompresora, ponieważ używa płynu, potrzebuje pompy. Pompy są mniejsze niż sprężarki i wytwarzają mniej ciepła. Potrzebujesz również małego zbiornika (zbiornik hydrauliczny jest potrzebny ze względu na ochronę układu przed naprężeniami poprzez rozprężanie płynu z powodu nagrzewania układu lub odwrotnie).

Tak, na czym polega problem. Zostało to zrobione bez żadnych problemów, ze wszystkimi wymienionymi zaletami i bez wymienionej wady niskiego ciśnienia. W tym artykule omówiono w pełni pneumatyczny projekt F27 i F227. Powietrze o ciśnieniu 3350 PSI ma bardzo szybką akcję, a ponadto ma zmagazynowaną moc uruchamiania, której nie ma układ hydrauliczny. Hydraulika może dostarczać wysokie ciśnienie przy niskiej prędkości: prędkość pompy. Akumulatory hydrauliczne przechowują trochę dodatkowego oleju pod ciśnieniem, więc system może bardzo krótko przekroczyć wydajność pompy - ale tylko na chwilę, a akumulator jest również wymagany do tłumienia tętnień. Powietrze pod wysokim ciśnieniem może być dostarczane z ogromną prędkością przez znacznie dłuższy czas.

F27 ma ręcznie napędzane sterowanie latające: samolot tej wielkości może być w pełni sterowany za ich pomocą. W przypadku większych statków powietrznych siła wymagana do odchylenia powierzchni sterującej może być generowana przez siłownik pracujący pod ciśnieniem 228 barów, niezależnie od tego, czy jest obsługiwany hydraulicznie, czy pneumatycznie.

Rozmawiałem z niektórymi projektantami systemów pneumatycznych, kiedy ja pracował w fabryce, która produkowała te samoloty. Jedyną prawdziwą trudnością, jaką napotkali na etapie projektowania i wdrażania, było zaprojektowanie sterowników, a serwozawór w układzie hydraulicznym powoduje mniejszy ból głowy niż w przypadku układu pneumatycznego. To tylko dodatkowy problem inżynieryjny do rozwiązania za pomocą odpowiedniej pętli sprzężenia zwrotnego.

A teraz możemy zaprojektować dla najmniej problematycznych sterowników ze wszystkich, dla napędów silników elektrycznych &.

Tak, precyzja byłaby przełomem. Dlatego na przykład koparki wykorzystują hydraulikę, ponieważ możesz dostarczyć dużą moc przy bardzo niewielkich ruchach. Dobrzy operatorzy mogli podnieść ćwiartkę, a następnie przewrócić drzewo. Tak więc podczas lotu powierzchnie sterowe są narażone na olbrzymie funty ciśnienia powietrza, ale muszą poruszyć się tylko o kilka cali w krótkim czasie reakcji. Ciecz będzie miała lepkość umożliwiającą bardziej płynne ruchy, co jest bardziej podatne na natychmiastowe reakcje. Wiele systemów pneumatycznych można spotkać w zakładach do zastosowań zaworowych, które będą całkowicie otwarte lub całkowicie zamknięte. Ponieważ powietrze jest tak lekkie, po prostu nie może zapewnić takiej samej mocy i precyzji.

Poza tym fly by wire sprawia, że ​​każda z tych wypowiedzi jest raczej przestarzała. Możesz uzyskać całą moc elektryczną, jakiej potrzebujesz, do siłowników o bardzo dużej mocy / momencie obrotowym, które dostarczą taką samą siłę z jeszcze większą precyzją i dłuższym czasem reakcji.

Nie jestem pewien, ale nie wątpiłbym, że układ hamulcowy kół może być pneumatyczny, jak 18-kołowe pojazdy terenowe. W przeciwnym razie jedynym powietrzem pod ciśnieniem, jakie kiedykolwiek zobaczysz w samolocie, będzie ciśnienie w kabinie i dostawa tlenu.

w szczególności uprzęże obejmują części mechaniczne, hydrauliczne, pneumatyczne i elektromechaniczne. Ogólnie Lotki, winda i klapy są sterowane przez siłowniki hydrauliczne, ponieważ hydraulika ma zalety precyzji i utraty mocy, ale drzwi podwozia są sterowane przez pnuematykę (nie serwomechanizmy), ponieważ nie potrzebujesz żadnego sprzężenia zwrotnego pozycji, chcesz tylko wiedzieć, że drzwi są otwarte czy nie.

Ta dyskusja na temat hamulców jest stara, ale nie widzę żadnej odpowiedzi wskazującej, że 787 ma hamulce elektryczne. (Ale zobacz piąty akapit odpowiedzi KeithSa dotyczący małych samolotów.) Z rozdziału 15 FCOM 787:

Elektryczny układ hamulcowy

Hamulec układ zasilany jest z czterech elektrycznych zasilaczy hamulców. Pedały hamulca zapewniają niezależne sterowanie lewym i prawym hamulcem. Cztery elektryczne urządzenia uruchamiające hamulce (EBA) znajdują się na każdym hamulcu koła zębatego do jazdy kontynentalnej, aby sterować siłą hamowania na tarczę z włókna węglowego. EBA są sterowane przez elektryczny sterownik siłownika hamulca (EBAC). Istnieją cztery EBAC, które kontrolują wszystkie hamulce głównych kół, każdy EBAC kontroluje siłę hamowania poprzedniej pary kół.

Źródło: Numer dokumentu D615Z003-TBC 31 października 2007 Numer wersji: 4 Data przeglądu: 15 lutego , 2010

Oczywiście Boeing omawia układy elektryczne w 787. Oto, co mówią o hamulcach:

Jedno innowacyjne zastosowanie Architektura systemów bardziej elektrycznych w modelu 787 polega na przejściu z hamulców uruchamianych hydraulicznie na hamulce elektryczne. Hamulce elektryczne znacznie zmniejszają złożoność mechaniczną układu hamulcowego i eliminują potencjalne opóźnienia związane z wyciekiem płynu hydraulicznego, nieszczelnymi zaworami i innymi awariami hydraulicznymi. Ponieważ jego elektryczne układy hamulcowe są modułowe (cztery niezależne siłowniki hamulca na koło), 787 będzie w stanie wyrzucić z jednym elektrycznym siłownikiem hamulca (EBA) niedziałającym na koło i będzie miał znacznie mniejsze kary za osiągi w porównaniu z wysyłką hydraulicznego układu hamulcowego z obecną awarią. EBA jest wymienny, co umożliwia konserwację hamulców na miejscu.

Ogólnie rzecz biorąc, systemy elektryczne są znacznie łatwiejsze do monitorowania stanu zdrowia i systemu niż systemy hydrauliczne lub pneumatyczne; hamulce w pełni to wykorzystują. Stałe monitorowanie hamulców na pokładzie zapewnia liniom lotniczym szereg korzyści, takich jak:

Wykrywanie usterek i izolacja Elektryczne monitorowanie zużycia hamulców Możliwość wyeliminowania planowych wizualnych kontroli zużycia hamulców Wydłużony czas postoju Ponieważ hamulce 787 mogą monitorować zastosowaną siłę hamowania nawet podczas postoju, hamulce elektryczne umożliwiają wydłużenie czasu hamowania postojowego poprzez monitorowanie i automatyczną regulację hamulców postojowych w miarę ich schładzania.

Jak one działają? Oto wskazówka z PPrune:

Silniki dostarczają moment obrotowy poprzez zespoły przekładni do siłowników, które są siłownikami napędzanymi śrubą podnośnika. Istnieje mechanizm zatrzaskowy ograniczający nadmierne obroty i jazdę wsteczną, minimalizujący wymagania prądowe dla silników siłowników EBS.