Vliegsimulator bewegingsbases: Hydraulisch vs Elektrisch – Uitgebreide vergelijkingscheat sheet

Elektrische bewegingssystemen zijn al ongeveer tien tot vijftien jaar in gebruik. Gedurende die tijd zijn er verschillende vervangen door hydraulische systemen voor veel dode-gewichts-dragende toepassingen. Het aantal en type componenten in elektrische actuatorontwerpen is een grote zorg. De huidige primaire ontwerpen gebruiken ofwel draadspindels, balspindels of rolspindels. Al deze mechanismen gebruiken een menigte componenten om de rotatie naar lineaire beweging om te zetten. Combinaties van meerdere planeetrollen, een groot aantal rolballen en slijtende draadspindels vormen de ontwerpkenmerken voor de verschillende mechanismen. Al deze componenten hebben behoefte aan correcte en meestal grote hoeveelheden smering. Ook bij hoge snelheden resulteren de rolspindel- en balspindelontwerpen in significante geluidproductie door het aantal belaste bewegende delen, tenzij significante maatregelen genomen worden om de inherente ruis te dempen. Componentslijtage is een groot probleem. De combinatie van meerdere kleine zwaar belaste mechanische delen is een recept voor metaal-op-metaal contact en slijtage. Deze ontwerpen, hoewel slim, zijn niet "eenvoudig" in hun benadering om rotatiebeweging om te zetten in lineaire vertaling.

Installatie

Elektrische systemen vereisen hoge spanningen die naar de actuatoren van het bewegingsplatformsysteem binnen de personeelsruimte gebracht moeten worden. Speciale voorzorgsmaatregelen moeten genomen worden om ervoor te zorgen dat dergelijke systemen veilig zijn en voldoen aan nationale en codevereisten. Hydraulische systemen daarentegen vereisen alleen dat de hoge spanningsservice naar de externe HPU-locatie wordt gebracht. Het is gebruikelijk dat de hydraulische HPU op een externe locatie onder strakke controle wordt geplaatst. Daarom zijn alleen lage besturingsspanningen vereist op het bewegingsplatform direct.

Hydraulische systemen vereisen geperstige slangen die naar elk van de actuatoren onder servoklepcontrole lopen. Doorgaans worden systeemdrukken tussen 1000 psig en 1500 psig gebruikt. Deze drukken worden gemakkelijk en veilig afgehandeld door tweedraad-geflochtene slangen die doorgaans zijn gewaardeerd voor drukken boven de 3000 psi. Lekkages zijn met moderne SAE O-ring, JIC en andere fittingconfiguraties praktisch een ding van het verleden. evenzo kunnen hydraulische oliën worden vervangen door "food grade" minerale oliën in situaties waar dat vereist is. De afbeelding van moderne hoogpresterende hydraulische systemen die vergelijkbaar zijn met die gebruikt in commerciële en industriële apparatuur is misleidend. Moderne hydraulische systemen hebben niet de lekkage- en barstproblemen geassocieerd met goedkope implementatieapparatuur.

Eenvoud / Complexiteit

Hydraulische systemen zijn vrij eenvoudig: actuatoren, servokleppen, controller en computer. Hydraulische actuatoren zijn ontworpen om de totale systeemenergie te absorberen in het geval van "ergste geval" ontvluchtingscondities. Dit wordt bereikt via het gebruik van ingebouwde dempers aan beide uiteinden van de actuatorhubslag. Dit zeer eenvoudige cylinderontwerpkenmerk is in de cylinder ingebouwd om te beschermen tegen alle controle-, elektrische en hydraulische fouten. Essentieel, wanneer een willekeurige foutconditie optreedt, d.w.z.; computer, controller, elektrisch, servoklep en zelfs operatorfout, resulteert in fout; de dempers die in de cylinders ingebouwd zijn, beschermen zowel het bewegingsplatform als de payload tegen schade.

Elektrische systemen daarentegen vertrouwen doorgaans op een combinatie van "schakelaars" en besturingslogica om het systeem te beschermen. Veel elektrische systemen vertrouwen op een "rem" systeem om de beweging gewelddadig te stoppen. Hoewel deze effectief kunnen zijn in hun implementatie, resulteren programmering en additionele complexiteit in een veel hogere geïnstalleerde kosten en potentieel voor systeemfout die kan resulteren in schade aan het bewegingsplatform of de payload. Het moet worden opgemerkt dat als al deze back-up elektrische systemen falen, de actuator simpelweg in een van de harde stops zal botsen met instantane vergrendeling van de actuator. Dit is doorgaans een bindende jam die mechanische middelen vereist om te ontgrendelen, tenzij meer gecompliceerde systemen en apparatuur worden toegevoegd om de deceleratie tot redelijke limieten te beperken.

Onderhoud

Hydraulische systemen vereisen doorgaans onderhoud ongeveer elke 1000 uur operatie. Dit betekent meestal het controleren van het HPU-filter, smering (afhankelijk van de fabrikant) en algemene opschooning en verifiëren van prestatierespons. Deze "low tech" systeemcontroles zijn vrij eenvoudig te onderhouden met standaard onderhoudstechnieken en personeel. Dergelijke systemen zijn al jaren in gebruik met minimaal onderhoud.

Elektrische systemen daarentegen vereisen doorgaans smering ongeveer elke 80 uur operatie, samen met het controleren van voedingsbedrading en een menigte limietschakelaars, besturingslogica verificatie en encoder/resolver operationele controles. Hun betrouwbaarheid is gebaseerd op het correct functioneren van een combinatie van componenten gerangschikt in een "serie" opstelling. Elk van de gemonitoreerde componenten zal resulteren in het stoppen van het systeem, wat downtime en de bijbehorende kosten verhoogt.

Bedrijfsgeluid

Hydraulische actuatoren die in de apparatuuruimte worden gebruikt, zijn extreem stil met geluidsniveaus onder de 50 dBA. Van significant belang is het kwestie van hydraulisch systeemgeluid geassocieerd met de HPU. Dit wordt doorgaans aangepakt door het op een afstand van het bewegingsplatform te plaatsen. Dit is voordelig voor twee hoofddoeleinden: verminderd geluid, en gecontroleerde en verminderde warmteafgifte.

Elektrische bewegingsplatformsystemen kunnen lawaaierig zijn door de veel kleine bewegende delen in de actuatoren als gevolg van hun specifieke ontwerp. Er is een significant "ruis" geluid dat heel distinct is en kan of kan niet interfereren met de geprogrammeerde inhoud op het bewegende dek. Dit kan van bijzondere zorg zijn in "vliegsimulatie" toepassingen.

Door J.F. Samicola en G.P. Kokalis