多电飞机潮流下气动系统的未来

来源 :航空维修与工程 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong486
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  随着电气系统的出现并不断优化,传统气动系统的部分功能逐渐被取代。但是,飞机OEM仍在努力通过改进气动系统获得飞机在成本、重量、可靠性和可维护性方面的不断进步,因为有的性能优化是电系统技术所不能完全实现的。未来,到底是投资电系统还是气动系统主要取决于特定飞机构型和对其他机载系统所使用的技术的选择。
  气动系统为飞机提供动力并为飞机各类系统提供引气,如客舱增压、空气调節、主发动机起动、防冰、油箱增压、油箱惰化、航电设备冷却等。气动系统与液压系统不同,液压系统主要是为如襟翼和起落架等机械装置提供动力,而气动系统是使用空气作为动力源并帮助其他相关系统实现功能。
  在波音787飞机之前,大多数飞机通过增压式进气和发动机的引气系统吸入空气实现上述气动功能。这种方法效率较低,因为发动机的引气系统分流了产生推力的气流,即损失了推力。此外,循环空气所需的管道和阀门增加了飞机的重量,且空气的利用率并不高。
  在波音787飞机上,波音公司采用电驱动的空气压缩机取代了传统的引气控制装置,为飞机的环境控制系统(ECS)供电,并将其机翼除冰器的气动方式改为电动方式。波音787的交流发电机可以产生高达1500kW的电力,这个量级的能量可以满足一座小镇的家用供电需求。
  联合技术航空系统公司(UTcAerospace Systems)是波音787飞机的电气环控系统的供应商。该公司指出电气系统与传统气动系统的竞争正在日益加剧。该公司自20世纪90年代就开始为商用飞机提供电气引气系统(electropneumatic bleed systems),这也主要是因为飞机及其环控系统的构型优化影响了飞机设计师的偏好,而且使用电驱动压缩机产生的增压空气可能效率更高。
  然而,电气系统并非灵丹妙药,其在成本、重量和可靠性方面也需要进行多次权衡。例如,使用电气系统的飞机需要更大更重的发电机,波音787在其服务的最初几年内深受这一问题所困扰。值得注意的是,空客公司在A350飞机的设计中没有完全沿用波音787的这一技术,而是采用的电气引气系统,并认为A350的做法更为高效。
  利勃海尔公司认为,飞机OEM一直都在努力通过改进气动系统获得飞机在成本、重量、可靠性和可维护性方面的不断进步,而且达到的性能水平是电系统技术所不能完全实现的。因此,利勃海尔航空在电系统和传统的气动系统两方面都在大量投资。市场中推出的新飞机,如空客A330neo和巴西航空工业E2飞机,都采用了其新型的混合电气系统,而相对较老的机型,如空客A320和ATR测试飞机上尝试采用的是其全电动的无引气系统。
  因此,对电系统成气动系统的选择将归结为特定飞机构型和对其他机载系统所使用的技术的选择。利勃海尔航空认为,未来有些飞机将由电动完全取代气动,而有些则仍然是气动系统更适合。
  气动系统设计
  气动技术历史悠久,至少可以追溯到17世纪。在航空公司不断寻求重量、成本和可靠性方面的改进过程中,气动技术不断完善。同时,新材料和新生产工艺(如增材制造)也为气动系统的设计提供了更多思路。例如,将气动与电动相结合以提高飞机的效率。利勃海尔航空已经开发出了电子电气解决方案,与气动系统形成补充,可大大提高气动系统的效率。此外,该公司还通过3D打印技术打印了空客A380飞机飞控系统的钛液压阀,使该阀门与由钛锻件制成的传统阀块具备相同的性能,且重量减轻35%,使用零件数量也有所减少。
  除了产品规格外,气动系统必须适应与它们相互作用的飞机各类部件的设计更新,如发动机、挂架、襟翼、发电机和配电系统、APU、航电设备和内饰等接口系统。利勃海尔航空指出,气动系统的设计与其他零件和系统的设计密切相关,其他接口系统的任何变化都可能影响气动系统,反之亦然。
  飞机的运行状况也很重要。一般宽体飞机气动系统是窄体飞机气动系统的放大版本,但在宽体飞机上也会涉及一些特定的因素。例如,宽体飞机需要一个附加的冷却系统,因为其厨房需要将食物冷却更长时间。再如,宽体飞机在高空巡航中所需的能量大于窄体飞机,所以还需要调整宽体飞机气动装置的构型以优化飞机的能量使用。
  最大巡航高度、空气速度、最大旅客数量、发动机电气能量分配、可用性等都会影响气动系统每个主要零件的定义。此外,气动系统的设计还受安全法规的约束,如要求气动系统满足4大要求——最低人均新鲜空气流量、飞机不同部位的最大引气温度、系统冗余和复合结构的部件绝缘。其中一些规定迫使气动系统从功能的角度来看比需要的尺寸更大。例如,冗余意味着一些系统是重复的,而典型的热交换器是超大的,为的是在类似组件发生故障时可完成更安全的飞行操作。
  空调系统是气动系统的另一关键部分,通常飞机采用基于空气循环或蒸汽循环的技术。在空气循环系统中,空气通过空气循环机压缩和膨胀,并经过一系列热交换器,甚至包括联合技术航空系统公司研发的一项轻便高效的专利性冷凝循环技术。它是采用基于软件的控制系统优化飞行各个阶段的空气性能。
  将空气循环机的润滑轴承更换为无摩擦空气轴承后,空气循环系统平均故障间隔时间由5000小时延长至100000多小时。过去的几十年,联合技术航空系统公司还生产蒸汽循环调节器,它使用制冷剂与冷凝器、蒸发器以及电动压缩机相结合产生冷空气。与标准蒸汽循环相比,联合技术航空系统公司的“经济型”循环器采用更小更轻的部件,循环效率更高。
  售后服务市场
  虽然,燃油效率对航空公司和OEM很重要,但气动系统的重量和性能也是影响总燃油效率的一小部分。在某些时候,气动系统的能源优化问题会让步于其他因素。例如,当气动系统配置为满足特定飞机所需的功能和安全需求时,原始设备成本及其维护成本则是OEM最优先考虑的指标。
  在过去的几十年内,得益于电气系统等新技术的引入以及运营和维修能力的优化,利勃海尔航空的飞机气动系统产品不断丰富,可靠性成倍地改善,但其产品的售后服务市场对其仍然非常重要,目前占其总销售额的30%。
  该公司表示,由于其产品不断获得降低运营成本方面的改进,而且在役机队持续扩大,因此未来该公司产品的售后服务收入占其总销售额的份额不会降低。
  此外,随着各类智能传感器、无线传感器技术的发展,气动系统生成的更多数据,可用于优化设计或预测性维修,提高系统可靠性,因此未来的气动系统的寿命周期也会更长。
其他文献
对于大型直升机的运营商来说,大数据分析并非新鲜事物。多年来,这些运营商及其MRO运营商一直都在收集和分析“直升机健康与使用监测系统”(HUMS)的振动数据,用于提前发现直升机动态系统可能存在的问题,以及潜在的维修需求。但是,在当今这个数据分析学、人工智能以及各种算法盛行的时代,直升机运行产生的数据的应用范围正在不断扩大,HUMS等数据分析系统也在变得越来越多。  空客直升机公司负责客户支持服务的副
期刊
在航空公司的订票选座系统中应用虚拟现实技术,除了可使旅客提前身临其境的感受到客舱环境,还有助于提升航空公司的品牌影响力,为航空公司带来额外收入的可能。而且这项技术应用本身非常省时省力。  目前,不少航空公司在机票预订过程中,开始运用三维技术为旅客提供逼真的客舱体验。他们希望旅客在选定座位前就能身临其境的感受飞机客舱环境,并有意愿升舱或选择高端服务。  今年7月,位于迪拜的阿联酋航空正式宣布其在线预
期刊
近年来.各类制造商对售后服务市场的关注程度只增不减.从其各年度收益表中更是可以清晰地看出其来自售后服务市场的收入,尤其是来自MR0领域的收入占比日渐增长,因此也催生了他们不断向售后服务供应商转型。表面上看,获利的手段主要是与其他企业建立合作伙伴关系、收购企业以及在新装备销售时打包一揽子服务协议,但实际上深层次地都是以数据为中心,期望通过将设计数据、运营数据和维修数据等相结合,获得售后服务市场的长期
期刊
LED照明系统不仅寿命长、耐用性好.而且重量轻、供电设备简单、能耗低.因此早在波音787诞生之时就还成为客舱照明设备的首选.但现在该项技术已在全球在役机队的客舱内部普及.而且正逐渐走出客舱.应用于机体外部照明。  众所周知,波音787梦想飞机被誉为全球首款以复合材料为主体材料的民用喷气式客机。事实上,该型飞机还是另一领域的创新领跑者——客舱内部首次全部使用LED(发光二极管)照明。  波音787飞
期刊
2018年12月25日,民航科学技术奖终审结果揭晓,由南方航空集团公司(简称“南方航”)和中国民航大学(简称“中航大”)联合申报的《商用航空发动机复合材料结构损伤修理技术研究及工程应用》项目荣获一等奖,这是适航与机务维修领域唯一的一等奖。  该奖项历经中国航空协会组织的科学技术成果专家评审会鉴定、民航科学技术奖项初评答辩,以及民航科学技术奖项终审答辩等层层严格筛选,得到民航维修领域各方面专家高度认
期刊
未来.随着全球机队规模的不断扩张,航空维修市值持续增长,但与其他类型的维修业务相比.机体重维修由于其劳动密集型更高的特点.增长速度较慢。未来10年机体维修市场的年复合增长率(CAGR)约为1.9%.总市值约700亿美元,而且随着各地区机队增长规模和地区经济发展的不均.未来10年各地区的机体重维修需求的占比有所变化。  作为庞大的民用航空售后服务市场中最重要的组成部分,机体大修可能也是最显眼的一类业
期刊
1月7日,2019年全国民航工作会议在北京召开。会议回顾并总结了民航2018年的主要工作,全面分析了当前民航发展的新形势,谋划了引领新时代民航高质量发展的思路和重点,明确提出了2019年民航工作的总体要求和主要任务。  2018年工作亮点回顾  会上,民航局局长冯正霖作题为《以新发展理念为引领推进民航高质量发展》的工作报告。报告中指出,2018年,民航工作大事多、要事多、亮点多,主要表现在:运输航
期刊
座椅是与乘客联系最紧密的飞机部件,也是客舱维修的重要内容,座椅损坏会给乘客带来非常糟糕的体验,例如,当乘客登机后被告知座椅脚踏损坏,并发现邻座座椅也不能正常向后倾斜时,其整个旅途都受到影响,尤其对于长航程乘客而言座椅不舒适更是煎熬。尽管座椅损坏并不会像高压涡轮叶片等关键部件损坏那样造成飞机停飞,但也会对航空公司的声誉产生负面影响。  葡萄牙航空公司(TAP Portugal)表示,座椅通常按维修计
期刊
适航审定运行管理系统签发首张电子签章证件  日前,民航华东地区管理局在适航审定运行管理系统(AMOS系统)中正式签发首张应用电子签章的生产许可证。AMOS系统是民航适航审定“十三五”规划的重要工作之一,以提高审定系统工作效率为主要目标,从2019年下半年系统进入建设阶段。民航局适航司、信息中心和项目承建单位中国航信青岛凯亚公司加班加点,克服疫情影响,目前分期上线了AMOS系统大部分模块,其余模块将
期刊
遄达700发动机,作为罗罗最早投入使用的宽体飞机发动机,已投入市场20多年,其在役机队峰值将于2020年到达,但峰值过后便将成为罗罗售后服务市场盈利的主力。  市场现状  作为遄达家族最早投入使用的发动机,罗罗遄达700在空客A330飞机上配装飞行已累计超过5000万飞行小时。它是罗罗公司目前在产的最老的商用发动机,而且现已在遄达700的基础上发展了遄达7000发动机,并为空客A330neo提供动
期刊