Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Špičkové technologie pro letectví a kosmonautiku
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.


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

Další články

Letecký průmysl
Převody/pohony/ložiska/spojky

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: