هيدروليك الطيران : Aircraft Hydraulics Definition

هيدروليك الطيران هو آلية نقل الطاقة أو القدرة من مكان إلى آخر على الطائرة بشكل فعال .

تعريف نظام الهيدروليك : Hydraulics system definite

هو النظام الذي يستخدم فيه السائل المضغوط لنقل الطاقة المطلوبة . نظام الهيدروليك يأخذ الطاقة ويحولها إلى طاقة هيدروليكية تختزن في المضخة الهيدروليكية وهذه الطاقة تتوزع على كافة أرجاء الطائرة عبر شبكة أنابيب منتشرة في كافة أرجاءها.

الطاقة الهيدروليكية يتم إعادتها إلى طاقة ميكانيكية من جديد عن طريق تشغيل اسطوانات أو عنفات .

1) المضخة الهيدروليكية تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية .

2) الأسطوانة تحول الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية .

3) عجلات الهبوط .

4) طاقة المحرك .

إذا استخدم النظام الكهربائي بدلاً من النظام الهيدروليكي فإن المولد يعمل عمل المضخة والمحرك يعمل عمل الأسطوانة .

بعض الأجهزة التي يتحكم بها نظام الهيدروليك :

1- معزز التحكم الأولي (Primary control boosters)

2- عملية إنزال ورفع العجلات إلى موضعها .

3- عملية تراجع الأجنحة . (Sweep back of wings)

4- عملية فتح وإغلاق أبواب الطائرة .

5- نظام امتصاص الصدمة عند الهبوط .

6- التحكم بألواح التحكم .

7- التحكم بالكوابح الهوائية والتحكم بآلية الخطران .

8- التحكم بأبواب حجرة القنابل وعملية إفلات القنابل .

مثال :

في عجلات الهبوط,نظام الهيدروليك يؤمن الطاقة الكافية لرفع العجلات بدون أي مشاكل بالرغم من وجود حمل للهواء على النظام .

مقدمة : Introduction

منذ أواخر 1930 وأنظمة الهيدروليك تستخدم لكافة أنواع الطائرات . إن جميع الأجهزة في الطائرة التي يتحكم بها نظام الهيدروليك بدأت بالتطور بشكل فعلي منذ أن ظهرت أنظمة الهيدروليك وفيما بعد تطورت بشكل كبير كافة الأجهزة التي تحتاج إلى طاقة هيدروليكية .

ـ التكنولوجيا الجديدة لنظام الهيدروليك هو (HEPCU)

Bi-directional hydraulic- electrical power conversion unit

(HEPCU) يسمح للطاقة بالانتقال بين الطاقة الكهربائية والهيدروليكية ، حيث أنه يعتمد على وضع التحميل وأولوية الاستهلاك .

في نظام (HEPCU) نجد أن التوازن الحراري للنظام هو أمر أساسي .

ـ الأداء الحراري هو مظهر مهم جداً أثناء تصميم (hydraulic system) في الطائرات .

ـ في العام (1970) (Boeing Airplane Com) طوروا برامج كمبيوتر متكاملة للتنبؤ بالحالة الساكنة للحرارة وميل الحرارة للتغير في الأجهزة الهيدروليكية .

هذه الطريقة كان فيها صعوبات كثيرة في تحديد المقاييس من أجل الوصف المناسب لسلوك الحرارة في كل جزء من الطائرة . أما في نظام (HEPCU) فقد اختار العلماء طريقة (نظام تدفق الطاقة المعقد Complex fluid power system) الذي قلص إلى أقل ما يمكن التأثير الحراري على المكونات الموجودة في الطائرة مقارنة مع ما كان موجود سابقاً.

HEPCU

ـ النمط التقليدي للحمل الهيدروليكي والكهربائي في الطائرات التجارية يظهر بأن الحاجة الأعظمية لكل نظام لا تحدث في وقت واحد . النظام الهيدروليكي يكون في أقصى طاقة حمل عند الإقلاع وخلال الهبوط . كما يكون الاستهلاك كبيراً في العجلات وفي القلابات والكوابح أثناء عملها .

أثناء التجوال الطاقة الهيدروليكية تكون قليلة وهي الضياعات . أما الطاقة الكهربائية المطلوبة فتصل إلى أقصى مدى لها خلال عملية التسلق وأثناء التجوال والطاقة اللازمة لمطبخ الطائرة وخدمات الركاب كأجهزة التسلية أما عند الهبوط الطاقة الكهربائية المستهلكة تكون منخفضة .

ـ في الـ (HEPCU) الطاقة المتحولة تعتمد على وضعية الطيران ومقدار الحمولة

ـ إن تحول الطاقة تم تقليله حسب متطلبات التصميم لكل من النظامين ، عندما تكون الحمولة أعظمية وذلك بدعم كل نظام للآخر بشكل متناوب . إن تطوير الـ (HEPCU) سمح بالمزيد من المرونة في توزيع الطاقة وحسن من إمكانياتها وإتاحيتها .

Thermal System Model

ـ إن الطائرات التجارية الحديثة مزودة بثلاث أو أربعة أنظمة هيدروليك مستقلة عن بعضها البعض .

في أثناء الطيران نظام الـ (EDP) يدعم نظام الضغط أثناء الوجود على الأرض وفي الحالات الاضطرارية نظام الـ (EMP) يؤمن دعم نظام الضغط . إن البناء المعقد لنظام الهيدروليك يقلل إلى قيمة أصغرية هيمنة الأثر الحراري .

ـ إن الأنابيب المعقدة قللت إلى أنبوب واحد مساوي للمكونات الفعلية . مراكز الاستهلاك المتنوعة في الطائرة جمعت في أربع عناصر منفصلة توضعت في مقدمة جسم الطائرة وعلى يمين ويسار الأجنحة .

إن الصناعات في توصيلات (Slat, Flap and Landing Gear) هي مهملة بسبب أن الدارة قصيرة مقارنة مع الوقت الحراري الثابت للنظام الهيدروليكي .

النقطة المركزية للنظام هي المستقبل والتي تتوضع في مضجع عجلات الهبوط (Landing gear bay) .

وحدة المضخة : Pump Unit

تكون المضخات التي يتم تشغيلها من قبل المحرك ووحدة الهيدروليك المستخدمة في EMP و HEPCU منمذجة كجسم اسطواني وخط الامتصاص والضغط وخط التصريف يغادران حجم التحكم .

يتطلب النموذج وصفاً لنقل الحرارة بين خط الامتصاص الداخل وخط الضغط العالي والتصريف , وخلافاً لنموذج الأنبوب فإنه ليس هناك تعابير بسيطة لوصف هذا النقل الحراري داخل المضخة.

ومعادل النقل المناسب يتم تحديده بحسب التجربة.

لابد من الأخذ بعين الاعتبار فقدان الطاقة داخل الوحدات والمعطيات التي يتم أخذها من القياسات الدقيقة ومعلومات المزود .

الآلة الكهربائية والكترونات الطاقة:

Electrical Machine & Power Electronics:

تستخدم الآلة " " synchronousالكترونات الطاقة في موضع HEPCU نظام هيدروليكي كحوض تسخين ويتم تمثيل العناصر بالأجسام المكعبة وهي متساوية بالنسبة لحجمها وسطحها .

يتم وصف نقل الحرارة من الأجزاء الالكترونية الفعالة داخل آلة" synchronous " والكترونات الطاقة بواسطة معادلات نقل الحرارة التي يتم تحديدها بعد التجربة.

مستهلكي الهيدروليك: Hydraulic Consumers

يتم تخفيض مستهلكي الهيدروليك لنموذج حراري مجرد ويتم جمع المستهلكين شكلياً بأربع مجموعات فإنه في كل مجموعة يتم انشاء جسم مكعب افتراضي مع كتلة وسطح متماثلين .

يتم اهمال كفاءات ونشاطات المستهلك الفعلي لأن فترات النشاط قصيرة بشكل كبير مقارنة مع أوقات الحرارة الدائمة للنظام والأثر الوحيد الذي يتم أخذه بعين الإعتبار هو التدفق الذي يتم خلال رحلة طيران كاملة وذلك خلال بعثة الطيران باكملها .

ومن هنا فإن توصيل المضخة المعطى من قبل بروفيل البعثة المقسم إلى تدفق مستمر وتدفق انتقالي يحدث خلال عمل المستهلكين( عجلات الهبوط وأدوات الارتفاع) وبما أن هؤلاء المستهلكين لا يتم تمثيلهم ضمن النموذج فإن التدفق الانتقالي يمر عبر أنابيب الضغط العائد إلى الخزان .

الخزان: Reservoir

يصمم الخزان بشكل نصف دائري بمجاري سوائل عديدة داخله وخطي امتصاص يغادران حجم التحكم وتحدد حرارة خطوط الامتصاص بحسب حرارة عقدة كتلة النموذج .

يتم وصف النقل الحراري في سطح الخزان بأرقام بالتحويل الطبيعي

وخلافاً لجميع المكونات الأخرى فهناك ضغط مهمل يجعل هناك اختلاف عبر الخزان ومن هنا يتم افتراض ضغط الخزان مستمر لكل الحسابات

خصائص السائل: Fluid Properties

ظاهرياً فإنه يتم استخدام خصائص السائل "SKYDROL LD " والتي أساسها الفوسفور , وبما أن خصائص السائل تختلف اعتماداً على الضغط والحرارة واللزوجة فإنه يتم تحديثها خلال خطوة متكاملة .

النتائج الظاهرة Simulation Results

إن الأداء الحراري في نظام تدفق الطاقة يعتمد بشكل كبير على الظروف المحيطة وعلى أنواع العمليات المتولدة .

وفي هذه الدراسة ، تم التعرف على مهمتين حرجتين :

1) مهمة أرضية في ظروف حرارة مرتفعة وبدون نشاط المستهلك ، عمليات (HEPCU)في نظام المضخات ( واستبدلت اليوم بـ EMP ) أو في نظام المولدات ( مثل أغراض الفحص ) .

2) مهمة جوية في ظروف حرارة مرتفعة مع نشاط مستهلك مثالي ، عملية (HEPCU) مثل المضخات والمولدات .

مخططات الأداء للمهمات الأرضية والجوية .

إن مخططات الأداء المستخدمة تظهر في الشكل "5" لكلا المهمتين . أثناء المهمة الجوية : الطائرة تتسلق حتى الارتفاع المطلوب وهو حوالي 33000 قدم ويترافق ذلك مع انخفاض في درجة الحرارة من ْ38C على الأرض إلى ْ25C- (درجة حرارة الهواء الساكن) إن معدل التدفق في المضخة يظهر ذروة في المخطط بعد الإقلاع وانخفاض عند الهبوط .

من أجل المهمة الأرضية : درجة حرارة الجو تبقى ثابتة ْ38C وضمن الجناح عند الجزء الخلفي فإن درجة الحرارة ترتفع حتى ْ50C ، ولا تؤثر هنا شروط المستهلك على طول المهمة فقط الجريانات التسربية تنتشر حول الآلية .

إن التصميم الأساسي ( بدون HEPCU) أثبت جدواه عن طريق مقارنة النتائج الظاهرة مع المعلومات من اختبارات الطيران (الشكل "6") .

هذه المقارنة تخضع لقبول كبير بين القيم المحسوبة والقيم المقاسة لدرجات الحرارة .

ـ تقاس درجات حرارة عالية في المهمة الأرضية وعند الارتفاعات المنخفضة . وبسبب البناء البسيط للهياكل تتولد أثناء الإقلاع والهبوط درجات حرارة عالية لا يمكن إهمالها ، وهي تتشكل في الجريان المتولد من مناطق باردة (مثل مشغل حركة نظام العجلات ، محركات القلابات الأمامية والخلفية) حيث تستخدم الخزانات الاحتياطية أثناء عملية المستهلك .

التحقق من النتائج عن طريق معلومات فحوص الطيران .

لإثبات صحة التصميم الأساسي ، الخطوة الأخيرة هي تحقيق تكامل بين بناء الطائرة ونظام HEPCU .

إن المشكلة الأساسية التي تواجهنا أثناء المهمتين الأرضية والجوية هي عمل المولدات في الـ HEPCU مع طاقة خرج أعظمية ، الشكل "7" يظهر درجات الحرارة للجريان في كلا المهمتين ، بالمقارنة مع المخطط الأساسي فإن استخدام HEPCU يرفع درجات الحرارة بحدود ْ5 è 7 C .

التحقق الكامل من استخدام ال HEPCU

الخاتمة :

في هذا البحث تم شرح منهج أو أسلوب للتنبؤ بالحالة الثابتة واستجابة حرارة النقل لنظام قوة سائل الطيران .

وقد أنشىء هذا المنهج على أساس تمثيل النظام بنماذج العناصر المختلفة متضمنة فقط آثار نقل الحرارة الأكثر سيطرة.

بالنسبة لنظام الطاقة السائلة للطيران التقليدي فإن هذا النموذج يظهر توافق جيد بين معطيات اختبار الطيران ونتائج التناوب ومن هنا فإن النموذج يعطينا نتائج في شروط حرجة جداً وذلك أن تأثير HEPCU على الأداء الحراري ممكن التعامل معه.

حتى في حالة الطاقة ذات المعدل الزائد ,ومع الوحدات الكهربائية مستخدماً سائل الهيدروليك كحوض للتسخين فإن حمل الحرارة الإضافية أعلى من مضخات موتورات الكهرباء الحالية.

اختصارات: Abbreviations

EDP : مضخة المحرك القائدة .

EMP : مضخة المحرك الكهربائية .

HEPCU : وحدة تحويل الطاقة الهيدروليكية الكهربائية : ثنائية الاتجاه .

SAT : درجة حرارة الهواء الساكن .

TAT : درجة حرارة الهواء الكلية .

VSCF : السرعة المتغيرة بتردد ثابت .

المصدر: عشاق عالم الطيران