Để kiểm soát quỹ đạo bay của máy bay hiện đại, người ta dựa vào fly-by-wire, thay thế liên kết cơ khí trực tiếp từ cần điều khiển bên (sidestick) của phi công tới bánh lái và cánh tà bằng các tín hiệu điều khiển điện tử. Mặc dù hệ thống lái tự động và các chức năng hỗ trợ tăng cường điều khiển bay, vai trò của cần điều khiển bên vẫn rất quan trọng, cho phép nhập lệnh chính xác đồng thời phản hồi chính xác các lực tác động lên máy bay tới phi công, giúp họ phản ứng hiệu quả.

Chức năng này được gọi là phản hồi lực, chuyển các điều kiện bay thành những gợi ý xúc giác tinh tế mà phi công có thể diễn giải một cách bản năng. Thay vì truyền những lực này về cần điều khiển bên của phi công bằng thanh và cáp, người ta dùng tín hiệu điện tử để điều khiển một hệ thống dựa trên động cơ điện và điện tử điều khiển.

Tuy nhiên, đối với nhà cung cấp hàng đầu (tier-one) trong ngành hàng không sản xuất cần điều khiển bên dưới dạng cụm hoàn chỉnh, bộ truyền phản hồi lực chỉ là một tiểu hệ trong một thách thức tích hợp lớn hơn. Cần điều khiển bên bao gồm các tiểu hệ khác như cảm biến vị trí và lực, giao diện truyền thông, máy tính và phần mềm điều khiển bay, cũng như quản lý nguồn điện.

Mỗi yếu tố này phải được xác nhận riêng lẻ và khi kết hợp, với thử nghiệm môi trường và chức năng theo các tiêu chuẩn bao gồm DO-160 và AS/EN9100.

Các phương pháp phát triển hệ thống truyền động

Khi thiết kế cần điều khiển bên như một bộ hoàn chỉnh, việc phụ thuộc quan trọng vào hệ thống truyền động phản hồi lực đòi hỏi phát triển chuyên sâu. Hệ thống truyền động bao gồm các thành phần riêng lẻ, như động cơ DC hoặc động cơ DC không chổi than, hộp số, cảm biến vị trí và điện tử điều khiển. Mỗi tiểu hệ này đặt ra thách thức riêng trong thiết kế và thử nghiệm trước khi tích hợp vào một hệ thống truyền động hoàn chỉnh phải hoạt động phối hợp một cách chính xác.

Một hệ thống truyền động phát triển cho ứng dụng phản hồi lực trên cần điều khiển bên có những yêu cầu cụ thể. Nhưng quy trình tương tự có thể áp dụng cho các hệ thống truyền động rộng hơn được triển khai khắp máy bay. Dẫu vậy, cách tiếp cận này sẽ tạo ra những yêu cầu thiết kế rất khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Ví dụ, các bộ truyền điều khiển cơ cấu hạ cánh có yêu cầu khác so với các bộ điều khiển các van trong hệ thống điều hòa không khí của khoang.

Đối với nhà cung cấp hàng đầu trong ngành hàng không, việc phát triển hệ thống truyền động có thể thực hiện nội bộ, bằng cách mua một phần các thành phần rồi tích hợp chúng, hoặc phát triển toàn bộ đơn vị từ đầu bằng nguồn lực nội bộ. Ưu điểm của cách tiếp cận này là khả năng mua sắm ban đầu với chi phí thấp hơn, kết hợp với việc kiểm soát và giám sát dễ dàng nhờ quản lý nội bộ.

{{REC}}

Ngược lại, phát triển một hệ thống truyền động cho các ứng dụng như phản hồi lực trên cần điều khiển bên là một trường hợp đặc biệt, đòi hỏi độ chính xác tối ưu với ảnh hưởng trực tiếp tới điều khiển bay — những yêu cầu cần có chuyên môn cụ thể về hệ thống truyền động. Tuy nhiên, các ứng dụng hàng không có yêu cầu ít quan trọng hơn vẫn có thể hưởng lợi từ hỗ trợ kỹ thuật bổ sung.

Những yêu cầu chính của hệ thống truyền động cho ứng dụng hàng không

Mật độ mô-men xoắn là một yêu cầu then chốt cho các hệ thống truyền động được lắp đặt khắp máy bay, nơi có hàng trăm đơn vị, khiến đây trở thành lĩnh vực chuyên môn của các nhà sản xuất hệ thống truyền động hàng không. Kinh nghiệm cụ thể trong thiết kế cho mô-men lớn và khối lượng thấp cũng có thể được chuyển giao từ các ngành có yêu cầu tương đương hoặc thậm chí cao hơn, như kỹ thuật vũ trụ hoặc đua xe Formula One.

Với kiến thức kỹ thuật đó, mặc dù động cơ DC chổi than phát triển riêng cho hàng không có thể đạt mật độ mô-men tương đối cao, các động cơ DC không chổi than đa cực tối ưu hóa khả năng này. Thiết kế dạng phẳng của động cơ DC không chổi than cũng có thể kết hợp kích thước nhỏ gọn với mật độ mô-men cao – ví dụ, maxon’s EC-i 40 AERO tạo ra 70 Watts công suất và 151mNm mô-men cho một động cơ đường kính 40mm chỉ nặng 240g. Chỉ riêng trên hệ thống điều hòa không khí, Boeing Dreamliner đã sử dụng 50 trong số các động cơ có thiết kế tương tự này.

Bên cạnh mật độ mô-men, thách thức then chốt cho các hệ thống truyền động hàng không là hiệu suất trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các nhà sản xuất hệ thống truyền động được trang bị để thử nghiệm ứng dụng hàng không sẽ có khả năng chứng minh hoạt động ở các cực nhiệt độ cao và thấp, bao gồm hiệu suất điện áp và dòng khởi động xuống tới -55°C, cũng như hoạt động trong điều kiện độ ẩm cao, và thử nghiệm theo tiêu chuẩn rung động và sốc.

Làm việc với một nhà sản xuất hệ thống truyền động như maxon cung cấp thử nghiệm nội bộ theo DO-160G không chỉ xác nhận độ bền và độ tin cậy, mà còn giảm công sức phát triển bằng cách cung cấp dữ liệu đã được tiền xác nhận hỗ trợ tích hợp tiểu hệ. Điều này cũng giải phóng các nhóm kỹ sư nội bộ để tập trung vào tích hợp tiểu hệ, thay vì phải thực hiện việc chứng nhận hệ thống truyền động — hay từng thành phần riêng lẻ của nó.

Tùy chỉnh và một hệ thống truyền động hoàn chỉnh

Nếu một nhà cung cấp hàng không phát triển một hệ thống hoàn chỉnh, như cụm cần điều khiển bên, muốn huy động kỹ thuật bên ngoài để phát triển hệ thống truyền động, họ có thể mua từng thành phần riêng lẻ từ nhiều nhà sản xuất bên thứ ba nhằm tăng tính linh hoạt trong lựa chọn. Cách tiếp cận này có thể được ưa thích đặc biệt nếu nhà cung cấp dự định sử dụng điện tử và phần mềm nội bộ để điều khiển hệ thống truyền động.

Ngoài ra, mua một hệ thống truyền động hoàn chỉnh từ một nhà cung cấp duy nhất có thể khiến việc phát triển nhanh hơn và đơn giản hơn đáng kể. Một tiểu hệ hoàn chỉnh loại bỏ thời gian và nguồn lực cần thiết để đạt được tích hợp, dù là khớp giao diện vật lý hay truyền thông và điều khiển, và thay vào đó cung cấp một hệ thống truyền động được thiết kế như một đơn vị thống nhất. Hơn nữa, mua một hệ thống truyền động tích hợp hoàn toàn từ một nhà cung cấp duy nhất có thể đơn giản hóa việc chứng nhận DO-160G bằng cách giảm các biến tích hợp hệ thống, đồng thời cung cấp thử nghiệm xác nhận cho toàn bộ đơn vị hệ thống truyền động.

{{REC}}

Tùy chỉnh có thể nâng cao hơn nữa tính dễ tích hợp. Trong khi một chuyên gia hệ thống truyền động như maxon có thể thiết kế và chế tạo các thành phần đặt làm riêng, chẳng hạn như cuộn dây động cơ tùy chỉnh hoặc cáp và dây điện cụ thể, lợi ích tối đa đạt được khi áp dụng tùy chỉnh cho toàn bộ hệ thống truyền động, nơi một bộ chấp hành và cụm phụ hoàn chỉnh có thể được thiết kế riêng cho hệ thống chủ.

Việc tùy chỉnh hệ thống truyền động cũng có thể nâng cao hiệu suất vượt trên những gì sản phẩm tiêu chuẩn có sẵn trên kệ cung cấp. Thiết kế và thử nghiệm một hệ thống truyền động để đáp ứng các tiêu chí khắt khe, có thể liên quan đến các khía cạnh như cung cấp mô-men và chu kỳ làm việc, bảo vệ nhiệt, hoặc hoạt động của chất bôi trơn trong điều kiện chân không, có thể mang đến cho các nhà cung cấp hàng không cơ hội gia tăng giá trị.

Hỗ trợ kỹ thuật

Lợi thế quan trọng nhất khi hợp tác với một nhà cung cấp hệ thống truyền động duy nhất, dù bao gồm tùy chỉnh, sản phẩm tiêu chuẩn hay thay đổi thiết kế linh hoạt cho sản phẩm tiêu chuẩn, là lợi ích của sự cộng tác kỹ thuật. Sự phụ thuộc vào chuyên môn kỹ thuật hệ thống truyền động có thể giúp định hướng yêu cầu kỹ thuật, tối ưu hóa hiệu suất và rút ngắn thời gian ra thị trường.

Với sự hỗ trợ kỹ thuật của maxon được cung cấp xuyên suốt dự án, từ ý tưởng đến hỗ trợ hiện trường sau khi đưa vào khai thác, việc giảm bớt yêu cầu về nguồn lực nội bộ thậm chí có thể dẫn đến kết quả chi phí thấp hơn về lâu dài. Hệ thống truyền động điện sẽ tiếp tục là yếu tố thiết yếu trong ngành hàng không, và một quan hệ đối tác kỹ thuật có thể là cách đơn giản để đạt được giá trị gia tăng.