Подвижные базы полетных симуляторов: гидравлика против электрики — подробная сравнительная шпаргалка

Электрические системы движения эксплуатируются около 10–15 лет. За это время несколько из них были заменены гидравлическими для приложений с большими нагрузками. Число и тип компонентов в электрических актуаторах — главная проблема. Основные конструкции используют винтовые пары: трапециевидный, шарикоподшипниковый или роликовый. Все они используют множество компонентов для преобразования вращения в линейное движение. Комбинации множества планетарных роликов, множества шариков и изнашивающихся винтов — характерные черты. Все требуют должной и обычно обильной смазки. На высоких скоростях роликовые и шарикоподшипниковые винты дают значительный шум от множества нагруженных движущихся частей, если не принимать серьезные меры по демпфированию. Износ компонентов — серьезная проблема. Сочетание множества мелких тяжелонагруженных механических деталей — рецепт для металл-металл контакта и износа. Эти конструкции, хоть и изобретательны, не «просты» в своем подходе к преобразованию вращения в линейное перемещение.

Установка

Электрические системы требуют подачи высокого напряжения к актуаторам подвижной платформы, находящимся в зоне присутствия людей. Нужны специальные меры безопасности для соответствия национальным стандартам и кодексам. Гидравлические системы требуют высокого напряжения только в удаленном месте ГНС (гидростанции). Обычно ГНС размещается в контролируемом удаленном месте. Следовательно, на подвижной платформе требуются только низковольтные управляющие цепи.

Гидравлические системы требуют высоконапорных шлангов к каждому актуатору под управлением сервоклапана. Типичные давления 1000–1500 psi (70–100 бар) легко и безопасно выдерживаются двухпроволочными шлангами, рассчитанными на 3000+ psi. Утечки практически исключены современными SAE O-ring, JIC и другими фитингами. Гидравлические масла можно заменить на «пищевые» минеральные при необходимости. Изображение современных высоконапорных гидросистем как сравнимых с дешевой сельхозтехникой вводящее в заблуждение. Современные системы не имеют проблем с утечками и разрывами, свойственными дешевым реализациям.

Простота / Сложность

Гидравлические системы довольно просты: актуаторы, сервоклапаны, контроллер, компьютер. Гидравлические актуаторы спроектированы для поглощения всей энергии системы в «худшем случае» беглых режимов. Это достигается встроенными амортизаторами на концах хода цилиндра. Эта простая конструкция защищает от всех сбоев: компьютера, контроллера, электрики, сервоклапана, даже ошибок оператора. При любом сбое амортизаторы в цилиндрах защищают платформу и полезную нагрузку.

Электрические системы обычно полагаются на комбинацию «переключателей» и логики управления. Многие используют «тормозную» систему для жесткого остановки. Хотя эффективны в реализации, программирование и дополнительная сложность дают гораздо более высокую стоимость монтажа и потенциал системного сбоя, ведущего к повреждению платформы или нагрузки. Если все резервные электрические системы выйдут из строя, актуатор просто ударит в жесткий упор с мгновенной блокировкой. Обычно это заклинивание, требующее механического разблокирования, если не добавлены сложные системы ограничения замедления.

Обслуживание

Гидравлические системы требуют обслуживания каждые ~1000 моточасов: проверка фильтра ГНС, смазка (по указанию производителя), генеральная уборка, верификация откликов. Эти «low-tech» проверки легко выполняются стандартными методами и персоналом. Такие системы работают годами с минимальным обслуживанием.

Электрические системы требуют смазки каждые ~80 моточасов, проверки силовой проводки, множества концевых выключателей, верификации логики управления и работы энкодеров/резолверов. Их надежность построена на правильной работе комбинации компонентов в «последовательной» схеме. Отказ любого мониторимого компонента останавливает систему, увеличивая простой и расходы.

Рабочий шум

Гидравлические актуаторы в рабочем пространстве исключительно тихие — ниже 50 дБА. Важен шум ГНС — решается удаленным размещением от платформы. Два преимущества: снижение шума и контролируемое снижение тепловыделения.

Электрические подвижные платформы могут быть шумными из-за множества мелких движущихся частей в актуаторах. Есть выраженный «шумящий» звук, который может мешать программному контенту на движущейся палубе. Особенно критично для полетных симуляторов.

Авторы: J.F. Samicola и G.P. Kokalis