Der ultimative Vergleichs-Spickzettel – Flugsimulator-Bewegungsgrundlagen – Hydraulische Bewegung vs. elektrische Bewegung

Elektrische Antriebssysteme sind seit ungefähr zehn bis fünfzehn Jahren in Betrieb. Während dieser Zeit wurden mehrere für viele Anwendungen mit Eigengewicht durch hydraulische Systeme ersetzt. Die Anzahl und Art der Komponenten in Konstruktionen von elektrischen Stellgliedern ist von großer Bedeutung. Die gegenwärtigen primären Konstruktionen verwenden entweder Leitspindel-, Kugelspindel- oder Rollenspindelmechanismen. All diese verwenden eine Vielzahl von Komponenten, um die Dreh- in die Linearbewegung zu bewirken. Kombinationen aus mehreren Planetenrollen, einer großzügigen Anzahl von Rollenkugeln und verschleißenden Leitspindeln bilden die Konstruktionsmerkmale für die verschiedenen Mechanismen. All dies erfordert eine angemessene und normalerweise großzügige Schmierung. Auch bei hohen Geschwindigkeiten führen die Konstruktionen von Rollenumlaufspindeln und Kugelumlaufspindeln zu erheblichen Geräuschen, die von der Anzahl der belasteten beweglichen Teile ausgehen, es sei denn, es werden erhebliche Maßnahmen ergriffen, um die Eigengeräusche zu dämpfen. Komponentenverschleiß ist von großer Bedeutung. Die Kombination mehrerer kleiner, stark belasteter mechanischer Teile ist ein Rezept für Metall-zu-Metall-Kontakt und Verschleiß. Diese Konstruktionen sind zwar clever, aber nicht „einfach“ in ihrem Ansatz, eine Drehbewegung in eine lineare Translation umzuwandeln.

Installation

Elektrische Systeme erfordern Hochspannungen, die innerhalb des Personalbereichs an die Aktuatoren des Bewegungsplattformsystems angelegt werden müssen. Es müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass solche Systeme sicher sind und die nationalen und gesetzlichen Anforderungen erfüllen. Hydraulische Systeme erfordern jedoch nur, dass die Hochspannungsversorgung nur zum entfernten HPU-Standort gebracht wird. Es ist üblich, dass sich das hydraulische HPU unter strenger Kontrolle an einem entfernten Ort befindet. Somit sind direkt an der Bewegungsplattform nur geringe Steuerspannungen erforderlich.

Hydraulische Systeme erfordern unter Druck stehende Schläuche, die unter Servoventilsteuerung zu jedem der Stellglieder verlaufen. Typischerweise werden Systemdrücke zwischen 1000 psig und 1500 psig verwendet. Diese Drücke werden einfach und sicher durch Schläuche mit Zweidrahtgeflecht gehandhabt, die üblicherweise für Drücke über 3000 psi ausgelegt sind. Mit modernen SAE-O-Ring-, JIC- und anderen Anschlusskonfigurationen gehören Lecks praktisch der Vergangenheit an. Ebenso können Hydrauliköle bei Bedarf durch Mineralöle in Lebensmittelqualität ersetzt werden. Die Darstellung moderner Hochleistungs-Hydrauliksysteme als vergleichbar mit denen in Gewerbe- und Industrieanlagen ist irreführend. Moderne Hydrauliksysteme haben nicht die Leckage- und Bruchprobleme, die mit kostengünstiger Anbaugeräteausrüstung verbunden sind.

Einfachheit / Komplexität

Hydraulische Systeme sind recht einfach:Aktuatoren, Servoventile, Steuerung und Computer. Hydraulische Aktuatoren sind so ausgelegt, dass sie die gesamte Systemenergie im Falle eines „Worst-Case“-Durchlaufzustands absorbieren. Dies wird durch die Verwendung von eingebauten Dämpfern an beiden Enden des Aktuatorhubs erreicht. Dieses sehr einfache Konstruktionsmerkmal des Zylinders ist in den Zylinder eingebaut, um ihn vor allen Steuerungs-, Elektro- und Hydraulikausfällen zu schützen. Im Wesentlichen, wenn ein Fehlerzustand auftritt, d.h. Computer-, Steuerungs-, Elektrik-, Servoventil- und sogar Bedienerfehler führen zum Ausfall; Die in die Zylinder eingebauten Kissen schützen sowohl die Bewegungsplattform als auch die Nutzlast vor Beschädigungen.

Elektrische Systeme hingegen verlassen sich typischerweise auf eine Kombination aus „Schaltern“ und Steuerlogik, um das System zu schützen. Viele elektrische Systeme verlassen sich auf ein „Bremssystem“, um die Bewegung heftig zu stoppen. Obwohl diese in ihrer Implementierung effektiv sein können, führen Programmierung und zusätzliche Komplexität zu viel höheren Installationskosten und einem Potenzial für Systemausfälle, die zu Schäden an entweder der Bewegungsplattform oder der Nutzlast führen können. Es sollte beachtet werden, dass, wenn alle diese elektrischen Reservesysteme ausfallen, der Aktuator einfach gegen einen der harten Anschläge schlägt, wobei der Aktuator sofort gesperrt wird. Dies ist typischerweise ein Bindungsstau, für dessen Entriegelung mechanische Mittel erforderlich sind, es sei denn, es werden kompliziertere Systeme und Geräte hinzugefügt, um die Verzögerung auf angemessene Grenzen zu begrenzen.

Wartung

Hydrauliksysteme müssen typischerweise etwa alle 1000 Betriebsstunden gewartet werden. Dies läuft normalerweise auf die Überprüfung des HPU-Filters, der Schmierung (je nach Hersteller) und der allgemeinen Reinigung und Überprüfung der Leistungsreaktionen hinaus. Diese „Low-Tech“-Systemprüfungen sind mit Standardwartungstechniken und -personal recht einfach zu warten. Solche Systeme sind seit vielen Jahren mit minimalem Wartungsaufwand in Betrieb.

Elektrische Systeme hingegen erfordern in der Regel etwa alle 80 Betriebsstunden eine Schmierung, zusammen mit der Überprüfung der Stromverkabelung und einer Vielzahl von Endschaltern, der Überprüfung der Steuerlogik und der Funktionsprüfung von Encodern/Resolvern. Ihre Zuverlässigkeit beruht auf dem ordnungsgemäßen Funktionieren einer Kombination von Komponenten, die in einer „Reihen“-Anordnung angeordnet sind. Jede der überwachten Komponenten führt dazu, dass das System angehalten wird, was die Ausfallzeit und die damit verbundenen Kosten erhöht.

Betriebsgeräusch

Die im Geräteraum verwendeten hydraulischen Aktuatoren sind mit Geräuschpegeln unter 50 dBA extrem leise. Von erheblicher Bedeutung ist das Problem des mit dem HPU verbundenen Hydrauliksystemgeräuschs. Dies wird typischerweise angegangen, indem es entfernt von der Bewegungsplattform angeordnet wird. Dies ist aus zwei Hauptgründen vorteilhaft:Reduzierter Lärm und kontrollierte und reduzierte Wärmeabgabe.

Elektrische Bewegungsplattformsysteme können aufgrund der vielen kleinen beweglichen Teile in den Stellgliedern aufgrund ihrer besonderen Konstruktion laut sein. Es gibt ein signifikantes „Rauschen“, das sehr deutlich ist und den programmierten Inhalt auf dem sich bewegenden Deck stören kann oder nicht. Dies kann besonders bei „Flugsimulations“-Anwendungen von Bedeutung sein.

Von J.F. Samicola und G.P. Kokalis