المبادلات الحرارية والمشغلات في أنظمة الطاقة الهيدروليكية والهوائية

تستخدم الطائرات من نوع النقل المبادلات الحرارية في نظام إمداد الطاقة الهيدروليكية لتبريد السائل الهيدروليكي من المضخات الهيدروليكية، هذا يطيل من عمر خدمة السائل والمضخات الهيدروليكية، وهم موجودون في خزانات وقودالطائرة وتستخدم المبادلات الحرارية أنابيب ذات زعانف ألمنيوم لنقل الحرارة من السائل إلى الوقود، ويجب الحفاظ على الوقود الموجود في الخزانات التي تحتوي على المبادلات الحرارية عند مستوى معين لضمان التبريد المناسب للسائل.

استخدام المبادل الحراري

يستخدم نظام الإدارة الحرارية الهيدروليكية للطائرة الوقود لتبريد السائل الهيدروليكي عن طريق مبادل حراري، حيث تشتمل المضخة الهيدروليكية على تدفق تصريف الحالة للسائل الهيدروليكي عند درجة حرارة أولى لتشغيل محرك هيدروليكي، كما ويقوم المحرك الهيدروليكي بتدوير السائل الهيدروليكي إلى خزان عند درجة حرارة ثانية، ويتم وضع المبادل الحراري بعيدًا عن خزان الوقود، ويتم وضع القنوات الأولى والثانية في اتصال حراري لنقل الحرارة من السائل الهيدروليكي إلى الوقود.

المحرك الهيدروليكي مقترن ميكانيكيًا بمضخة الوقود والمحرك الهيدروليكي، مدفوعًا بتدفق تصريف الصرف عبر القناة الأولى  وبالتالي يقوم بتشغيل مضخة الوقود لتحريك الوقود عبر القناة الثانية. تم تكوين نظام الإدارة الحرارية لضمان:

1. تقوم المضخة الهيدروليكية بتدوير السائل الهيدروليكي إلى الخزان عند درجة الحرارة الثانية.
2. تكون درجة الحرارة الثانية دائمًا أقل من درجة الحرارة الأولى.

المشغلات Actuators

تقوم أسطوانة التشغيل بتحويل الطاقة على شكل ضغط مائع إلى قوة أو حركة ميكانيكية لأداء العمل، ويتم استخدامه لنقل الحركة الخطية بالطاقة إلى كائن أو آلية متحركة، تتكون أسطوانة التشغيل النموذجية من غلاف أسطواني ومكبس واحد أو أكثر وقضبان مكبس وبعض الأختام، يحتوي مبيت الأسطوانة على تجويف مصقول يعمل فيه المكبس، وواحد أو أكثر من المنافذ التي يدخل السائل من خلالها إلى التجويف ويخرج منه.

يشكل المكبس والعصا مجموعة يتحرك المكبس للأمام وللخلف داخل تجويف الأسطوانة، ويتحرك عصا المكبس المرفق داخل وخارج غلاف الأسطوانة من خلال فتحة في أحد طرفي غلاف الأسطوانة.

تستخدم الأختام (الجلد) لمنع التسرب بين المكبس وتجويف الأسطوانة وبين قضيب المكبس ونهاية الأسطوانة، يحتوي كل من غلاف الأسطوانة وقضيب المكبس على أحكام للتركيب والتوصيل بجسم أو آلية يتم تحريكها بواسطة أسطوانة التشغيل.

أسطوانات التشغيل عبارة عن نوعين رئيسيين: أحادية  العمل ومزدوجة العمل، أسطوانة التشغيل أحادية الحركة (المنفذ الفردي) قادرة على إنتاج حركة كهربائية في اتجاه واحد فقط أما أسطوانة التشغيل مزدوجة الفعل (منفذين) قادرة على إنتاج حركة كهربائية في اتجاهين.

المشغلات الخطية Linear Actuators

أسطوانة التشغيل أحادية الفعل يدخل السائل تحت الضغط المنفذ على اليسار ويدفع في اتجاه وجه المكبس، مما يدفع المكبس إلى اليمين أثناء تحرك المكبس، يتم دفع الهواء للخروج من حجرة الزنبرك من خلال فتحة التهوية، مما يؤدي إلى ضغط الزنبرك عندما يتم تحرير الضغط على السائل إلى النقطة التي يبذل فيها قوة أقل مما هو موجود في الزنبرك المضغوط، كما يدفع الزنبرك المكبس باتجاه اليسار، عندما يتحرك المكبس إلى اليسار، يتم دفع السائل للخروج من منفذ السائل وفي نفس الوقت، يقوم المكبس المتحرك بسحب الهواء إلى حجرة الزنبرك من خلال فتحة التهوية ويستخدم صمام التحكم ثلاثي الاتجاهات عادةً للتحكم في تشغيل أسطوانة التشغيل أحادية الفعل.

أسطوانة تشغيل مزدوجة الفعل (منفذين)، عادة ما يتم التحكم في تشغيل أسطوانة التشغيل مزدوجة الفعل بواسطة صمام اختيار رباعي الاتجاهات، حيث أن أسطوانة التشغيل متصلة بصمام محدد تتم مناقشة تشغيل الصمام المحدد واسطوانة التشغيل.

عندما يتم وضع صمام التحديد في وضع التشغيل أو التمديد، يتم إدخال السائل تحت الضغط إلى الغرفة اليسرى لأسطوانة التشغيل وينتج عن هذا دفع المكبس نحو اليمين عندما يتحرك المكبس نحو اليمين، فإنه يدفع السائل العائد خارج الغرفة اليمنى وعبر صمام الاختيار إلى الخزان، وعندما يتم وضع الصمام المحدد في موضع الارتداد، يدخل ضغط السائل إلى الغرفة اليمنى، مما يدفع المكبس باتجاه اليسار عندما يتحرك المكبس نحو اليسار، فإنه يدفع السائل العائد خارج الغرفة اليسرى وعبر الصمام المحدد إلى الخزان.

إلى جانب القدرة على تحريك الحمل إلى موضعه، فإن الأسطوانة مزدوجة المفعول لديها أيضًا القدرة على تثبيت الحمل في موضعه توجد هذه الإمكانية؛ لأنه عندما يتم وضع صمام التحديد المستخدم للتحكم في تشغيل أسطوانة التشغيل في وضع إيقاف التشغيل، ويتم احتجاز السائل في الحجرات الموجودة على جانبي مكبس أسطوانة التشغيل، حيث تُستخدم مشغلات القفل الداخلي أيضًا في بعض التطبيقات.

المشغلات الدوارة  Rotary Actuators

يمكن أن يتم تركيب المشغلات الدوارة عند الجزء مباشرة دون تناول أطوال الشوط الطويلة المطلوبة من الأسطوانات ولا تقتصر المحركات الدوارة على القوس المحوري بزاوية 90 درجة النموذجي للأسطوانات، حيث يمكنهم تحقيق أطوال قوس 180 درجة أو 360 درجة أو حتى 720 درجة أو أكثر، حسب التكوين من الأنواع المستخدمة غالبًا من المشغل الدوراني هو مشغل الحمالة المسننة الحمالة المسننة المستخدمة في العديد من آليات توجيه عجلة المقدمة في الطائرة في المشغل ذي الحمالة المسننة.

الحمالة المسننة، يعمل مكبس طويل مع جانب واحد مُشكَّل آليًا في رف على تشغيل ترس صغير لتدوير عمود الإخراج ويستقبل أحد جانبي المكبس ضغط السوائل بينما يتصل الجانب الآخر بالعودة وعندما يتحرك المكبس، يقوم بتدوير الترس الصغير.

الموتور – المحرك الهيدروليكي Hydraulic Motor

تعد المحركات من نوع المكبس هي الأكثر استخدامًا في الأنظمة الهيدروليكية، وهي في الأساس نفس المضخات الهيدروليكية إلا أنها تستخدم لتحويل الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية (دوارة)، حيث أن المحركات الهيدروليكية إما من النوع المحوري أو من النوع ذي المحور المنحني.

المحرك الهيدروليكي الأكثر استخدامًا هو نوع المحور المنحني ذو الإزاحة الثابتة، تُستخدم هذه الأنواع من المحركات لتنشيط اللوحات الخلفية، وشرائح الحافة الأمامية، وتقليم المثبت وتستخدم بعض المعدات محرك مكبس متغير الإزاحة، حيث تكون نطاقات السرعة واسعة جدًا مطلوبة.

على الرغم من أن بعض المحركات من نوع المكبس يتم التحكم فيها بواسطة صمامات تحكم اتجاهية، إلا أنها تستخدم غالبًا مع مضخات متغيرة الإزاحة تُستخدم مجموعة المضخة والمحرك هذه لتوفير نقل الطاقة بين عنصر القيادة والعنصر المدفوع، حيث أن بعض التطبيقات التي يمكن استخدام ناقل الحركة الهيدروليكي من أجلها هي مخفضات السرعة ومحركات السرعة المتغيرة والسرعة الثابتة أو محركات عزم الدوران الثابتة ومحولات عزم الدوران.

مزايا النقل الهيدروليكي للطاقة على النقل الميكانيكي للطاقة

1. تعديل سريع وسهل للسرعة على نطاق واسع أثناء تشغيل مصدر الطاقة بسرعة ثابتة (أكثر كفاءة).
2. تسارع أو تباطؤ سريع وسلس.
3. السيطرة على الحد الأقصى من عزم الدوران والقوة.
4. تأثير توسيد لتقليل أحمال الصدمات.
5. انعكاس أكثر سلاسة للحركة.