Témata
Reklama

Špičkové technologie pro letectví a kosmonautiku

Jako jedno z nejinovativnějších a nejprogresivnějších odvětví na světě spojuje letectví a kosmonautika téměř všechny dnešní špičkové technologie. Elektronika a robotika se zde setkávají v měřicí, regulační a řídicí technice. Přitom se letectví a kosmonautika v první řadě ujímají vývoje a provozu leteckých objektů, jako jsou letadla nebo speciální kosmické dopravní prostředky a družice.

Úspěchy a inovace z letectví a kosmonautiky nejenže posouvají řadu dalších průmyslových odvětví, ale mají také velký význam na pozadí celkového společenského vývoje. Kromě jiného je globální propojení prostřednictvím mobilních komunikačních systémů založeno na průlomech v oblasti letectví a kosmonautiky. Moderní osobní vozidlo je dalším příkladem inovační síly oboru, neboť antiblokační brzdové systémy, parkovací systémy, navigační technika či senzorika airbagů byly původně vyvinuty pro letectví a kosmonautiku. Klíčové technologie, doplňkové technologické postupy a bionický design jsou již dlouho součástí letectví a kosmonautiky. Díky efektivním lehkým konstrukcím jsou díly letadel výrazně lehčí a stabilnější a pomocí bionických postupů získávají tvůrčí optimalizaci. Ve prospěch životního prostředí zároveň snižují spotřebu paliva a emise CO2.

Reklama
Reklama
Ať už dopravní letadlo, nebo kosmická loď – létající objekty v letectví a kosmonautice mají jedno společné: Jejich komponenty jsou vystaveny enormnímu mechanickému zatížení a významně ovlivňují spolehlivý a bezpečný provoz.

Převodovky v letectví a kosmonautice

Ať už dopravní letadlo, kosmická loď nebo sonda – létající objekty v letectví a kosmonautice mají jedno společné: Jejich komponenty jsou vystaveny enormnímu mechanickému zatížení a významně ovlivňují spolehlivý a bezpečný provoz. Stále rostou požadavky na základní konstrukční prvky zahrnující též přesné převodovky. Přesnost polohování spolu s vysokou opakovatelností mají v letectví a kosmonautice absolutní prioritu vedle vysokých točivých momentů, torzní tuhosti, lehkého a zároveň kompaktního provedení. Nezbytné jsou též spolehlivost a výkonová hustota. A právě převodovky Harmonic Drive byly vyvinuty s ohledem na splnění těchto požadavků. Již před více než 40 lety byly první harmonické převodovky v kontextu s misí Apolla 15 vyslány do vesmíru a přispěly k úspěchu letu na Měsíc, který končil bezpečným přistáním kosmické lodi na hladině Pacifiku. V družicích a solárních panelech se nyní používají převodové jednotky řady CPL, které díky provedení s redukovanou hmotností umožňují kompaktní a lehké konstrukce.

Úspěchy a inovace z letectví a kosmonautiky nejenže posouvají řadu dalších průmyslových odvětví, ale mají také velký význam na pozadí celkového společenského vývoje.

Přesnost a trvalá komunikace patří k nejdůležitějším vlastnostem leteckých řídicích systémů moderních dopravních a nákladních letadel. V systému regulace vztlaku plní významnou úlohu jednotka Pick-off Unit, zkráceně PPU, která je nezbytná pro start a přistávání moderních dopravních strojů. PPU přitom pracuje v extrémních podmínkách okolního prostředí a je vystavena enormním výkyvům teploty. I přes vibrace a rázové zatížení musí zajistit stabilní a bezpečné chování po celou dobu životnosti letadla. Tyto náročné požadavky jsou v tisících jednotkách PPU v letectví již po více než 25 let spolehlivě zajišťovány převodovkami Harmonic Drive.
Dalšími stěžejními požadavky na převodovky pro letectví a kosmonautiku jsou nízká hmotnost, vysoká spolehlivost, účinnost a životnost. Zásadní je též „tribologické“ provedení převodovek a způsob mazání, které zajišťují bezproblémovou funkci pohybujících se kontaktních ploch v extrémních podmínkách pracovního prostředí.
Maziva pro speciální provozní podmínky


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Proto společnost Harmonic Drive v rámci projektu Harmades zahájila vývoj a výrobu kompaktních převodovek se suchým mazáním, aniž by došlo k omezení důležitých vlastností převodovek, jako např. bezvůlovosti a přesnosti přenosu. Využití naleznou tyto převodovky mimo jiné v aplikacích SADM (Solar Array Drive Mechanism), APM (Antenna Pointing Mechanim) a FPMs (Fine Pointing Mechanism).Vedle redukce hmotnosti se projekt zabývá vývojem menších převodovek s dosud nedosaženým redukčním převodem i = 160 v jednom stupni, na bázi převodovky CPL-14. V současné době jsou k dispozici převodovky s maximálně i = 100. Pozornost je věnována též snižování spotřeby energie za provozu, zejména při nízkých teplotách. Zvýšené účinnosti u extra nízkých teplot v porovnání s klasicky mazanými převodovkami může být dosaženo použitím vhodných tuhých maziv. Dodatečná opatření, jako speciální proces nitridace vyvinutý v tomto projektu pro nerezové oceli 17-4PH a 15-5PH, přispívají k výraznému prodloužení životnosti převodovky.

Převodové jednotky řady CPL díky provedení s redukovanou hmotností umožňují kompaktní a lehké konstrukce.

Aplikace výrobků Harmonic Drive v letectví a kosmonautice

Jedním z aplikačních příkladů je využití odlehčené, speciálně upravené převodové jednotky v sestavě aktivního joysticku. V sestavě je použita upravená nerezová jednotka řady HFUC, jejíž kompaktnost napomohla k prostorově optimalizovanému řešení a jejíž bezvůlovost umožnila potřebnou citlivost ovládání. Jednotka HFUC byla vybrána i s ohledem na její vysokou spolehlivost a schopnost pracovat v drsném okolním prostředí. Výstupní hřídel byla uložena v hybridních ložiskách se čtyřbodovým stykem s keramickými kuličkami. Vnější ozubení bylo vyrobeno přímo v převodové skříni z důvodu redukce rozměrů a hmotnosti. Též generátor vln byl speciálně navržen s ohledem na jeho hmotnostní optimalizaci. Pro spojení s hnací hřídelí bylo přímo v generátoru vln vyrobeno drážkování pro přenos krouticího momentu.


Převodová nerezová jednotka řady HFUC je vhodná pro využití v  letectví kvůli vysoké spolehlivosti a schopnosti pracovat v drsném prostředí.
Pro zvětšení kliněte na obrázek.

Další aplikací v leteckém průmyslu je využití speciálního pohonu AlopexDrive, extrémně odolného vůči tomu nejnáročnějšímu okolnímu prostředí. Uvedený pohon byl využit u tzv. open sky aircraft k polohování panoramatické kamery. Pohon byl vybrán s ohledem na jeho spolehlivost a přesnost. V konstrukci byla využita samonosná schopnost pohonu daná robustním ložiskem výstupní příruby schopným přenášet velké klopné momenty, radiální a axiální zatížení, čímž odpadla nutnost dalšího podpůrného uložení poháněného členu. Povrch pohonu je opatřen účinnou antikorozní úpravou. Motor má speciálně vyrobené vinutí odpovídající specifickým požadavkům aplikace. Pohon je vybaven brzdou na straně motoru, schopnou provozu při teplotách výrazně pod bodem mrazu. Kromě resolveru plnícího funkci při komutaci motoru je pohon opatřen přímým odměřováním polohy výstupního členu.

K polohování panoramatické kamery u „open sky aircraft“ byl využit speciální, extrémně odolný pohon AlopexDrive.

Pro pohon naklápění solárních panelů telekomunikačního satelitu byla speciálně vyvinuta převodová sada CPL-2A vyznačující se vysokým převodem v jednom stupni, kompaktností a nízkou hmotností. Generátor vln je konstrukčně uzpůsoben pro přímé připojení k hnacímu členu vestavného motoru. Průběžná dutá hřídel umožňuje průchod napájecích kabelů od solárních panelů k bateriím. Převodová sada je vyrobena z nerezové oceli a je opatřena speciálním mazivem vyvinutým pro použití v kosmickém prostředí.


Pro pohon naklápění solárních panelů telekomunikačního satelitu byla vyvinuta převodová sada CPL-2A.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.


Ve vybavení osobních letadel se nachází speciální převodová jednotka HFUC, která je součástí pohonu vozíkového výtahu pro dopravu potravin z přípravny do jednotlivých pater letadla. Všechny klíčové prvky převodové jednotky jsou vyrobeny ze speciální nerezové oceli certifikované pro použití v leteckém průmyslu a jsou speciálně upraveny s ohledem na redukci hmotnosti a minimalizaci hlučnosti. Vnější ozubení převodu je vyrobeno přímo v převodové skříni, která je metodou konečných prvků optimalizována s ohledem na minimalizaci průřezové plochy jednotky. Pro spojení s hnací hřídelí je přímo v generátoru vln vyrobeno drážkování pro přenos krouticího momentu.



Ve vybavení osobních letadel se nachází speciální převodová jednotka HFUC, která je součástí pohonu vozíkového výtahu pro dopravu potravin z  přípravny do jednotlivých pater letadla.

Díky svým zkušenostem a osvědčeným realizovaným řešením může společnost Harmonic Drive pomoci při návrhu specifických mechanismů a jednotek v leteckém průmyslu či se podílet na jejich vývoji.

Harmonic Drive

Ing. Jiří Lichtág, Ph.D.

Jiri.Lichtag@harmonicdrive.de

www.harmonicdrive.de

Reklama
Firmy
Související články
Jak se vyvíjí a vyrábí proudový motor?

V letošním roce uvedla První brněnská strojírna Velká Bíteš (PBS) na trh nový turbínový motor PBS TJ150. Jedná se o proudový motor, u kterého se výkon, resp. tah motoru uvádí v jednotkách Newton. Maximální tah tohoto motoru činí 1 500 N. Je to již pátý typ proudového motoru, který tato exportně orientovaná firma dodává na zahraniční trhy.

Řešení pro logistiku letecké nákladní dopravy

Když byl na jaře roku 2018 uveden do provozu nový nákladní terminál na letišti Helsinki-Vantaa, posílila největší finská letecká společnost - jedna z předních, které zajišťují leteckou dopravu mezi Evropou a Asií - své vedoucí postavení leteckého přepravce v severském regionu. Zásadním rozhodnutím pro budoucí rozvoj bylo rozšíření flotily o 19 nových Airbusů A350, z nichž 11 již bylo dodáno. Investice do pozemní infrastruktury i do letadel vytvářejí základnu pro posílení objemu přepravy pasažérů a nákladu v rámci evropských a mezikontinentálních destinací. Řešení pro kompletní tok materiálu pochází od společnosti Lödige Systems z Warburgu a pohonná technika od firmy Lenze.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V dubnovém vydání jsme zástupcům vysokých škol a firem položili následující otázku:

Související články
Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
CIMT je v Číně, Čína je na CIMTu

Při letošním ročníku došlo na CIMT k významné změně. Evropští i američtí vystavovatelé byli přemístěni z hal tzv. západních do východních. Proč, to se mi nepodařilo zjistit. V reportáži před čtyřmi lety jsem umístění evropských a asijských firem popisoval s notnou nadsázkou, a tak si tuto změnu vysvětluji po svém – vystavovatelé si přečetli mé zpravodajství z výstaviště?. Také platí, že není pavilon jako pavilon. Standardy úklidu v halách, stravovacích prostorech, na toaletách byly v pavilonech, kde byla německá a švýcarská expozice, bližší evropským zemím než asijským. A o tom je jedna z čínských mentalit – jaké standardy mají být, ty jim musejí být ukázány, resp. nadiktovány či nařízeny.

Svět mobility se mění

Společnost Schaeffler představila optimalizované pohony se spalovacími motory, které přispívají k dosažení klimatických cílů, jež plynou z Pařížské klimatické dohody. Další novinkou v jejím portfoliu jsou elektromotory dotažené do stavu připravenosti na sériovou výrobu.

Energeticky úsporné řemeny

Optimalizací řemenových převodů lze dosáhnout zvýšení účinnosti, úspory energie, vyššího přenášeného výkonu, delší životnosti a snížení nákladů na údržbu. Změnou řemenového převodu lze uspořit až 15 % energie.

Přístroje a aplikace pro správnou funkci řemenových převodů

Praskl vám klínový nebo ozubený řemen? Co je třeba udělat, aby řemenové převody správně fungovaly?

Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Optimalizace koncepce pohonu strojů

Pomocí celkové dynamické simulace různých vzájemně působících posuvových systémů stroje může být již v návrhu posuzována vzájemná souhra mezi jednotlivými souřadnými osami. Dále je možné pomocí takové simulace navrhnout cenově příznivý koncept celkového pohonu menších rozměrů s vysokou přesností.

Navrhování ložisek s využitím systémových znalostí

Společnost Schaeffler uvedla novou verzi svého výpočetního softwaru Bearinx 10.0. Ten nyní zahrnuje i novou řadu toroidních ložisek TORB a přináší nové funkce také v zákaznických verzích.

Klínové řemeny pro pohony obráběcích strojů

Klínové řemeny ContiTech Conti V jsou určeny pro vysoká zatížení a osvědčují se ve ztížených provozních podmínkách. Snadno se instalují a vyznačují se nízkou hlučností v širokém spektru aplikací.

Najít svou konkurenční výhodu

„Najít svou konkurenční výhodu je v dnešní době zásadní,” říká v rozhovoru Ing. Radek Socha, ředitel SKF CZ, a. s.

Profilové válečkové vedení

Produktivita a ekonomický úspěch každého zařízení závisí především na kvalitě vybraných dílů lineárního vedení. Tyto díly často rozhodují o tom, s jakým přijetím se zařízení setká na trhu, a tedy pomáhají výrobci získat konkurenční výhodu. Z toho důvodu musí umožňovat v co největší možné míře přesné přizpůsobení vedení požadavkům aplikace a navíc, v ideálním případě, s využitím standardních dílů.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit