Bases de mouvement pour simulateurs de vol : Hydraulique vs Électrique — Comparatif complet

Les systèmes de mouvement électriques sont en service depuis environ dix à quinze ans. Pendant cette période, plusieurs ont été remplacés par des systèmes hydrauliques pour de nombreuses applications de support de charge morte. Le nombre et le type de composants dans les conceptions d'actionneurs électriques sont une préoccupation majeure. Les conceptions principales actuelles utilisent soit des vis à filetage trapézoïdal, à billes ou à rouleaux. Tous ces mécanismes utilisent une multitude de composants pour effectuer la conversion du mouvement rotatif en mouvement linéaire. Des combinaisons de multiples rouleaux planétaires, un grand nombre de billes et des vis d'usure composent les caractéristiques de conception des différents mécanismes. Tous nécessitent une lubrification appropriée et généralement généreuse. De plus, à haute vitesse, les conceptions à vis à rouleaux et à billes génèrent un bruit significatif émanant du grand nombre de pièces mobiles chargées, à moins que des mesures importantes ne soient prises pour amortir le bruit inhérent. L'usure des composants est une préoccupation majeure. La combinaison de multiples petites pièces mécaniques fortement chargées est une recette pour le contact métal-métal et l'usure. Ces conceptions, bien qu'ingénieuses, ne sont pas « simples » dans leur approche de la conversion du mouvement rotatif en translation linéaire.

Installation

Les systèmes électriques nécessitent que des hautes tensions soient amenées aux actionneurs du système de plateforme de mouvement, dans l'espace du personnel. Des précautions spéciales doivent être prises pour garantir la sécurité de ces systèmes et leur conformité aux exigences nationales et aux codes. Les systèmes hydrauliques, en revanche, ne nécessitent que le service haute tension soit amené à l'emplacement distant de la centrale hydraulique (HPU). Il est courant que la centrale hydraulique soit située dans un endroit éloigné sous contrôle strict. Par conséquent, seules de basses tensions de commande sont requises directement sur la plateforme de mouvement.

Les systèmes hydrauliques nécessitent des flexibles sous pression menant à chacun des actionneurs sous contrôle de servo-vannes. Typiquement, des pressions système entre 1000 et 1500 psig sont utilisées. Ces pressions sont facilement et sûrement gérées par des flexibles à double tressage métallique couramment classés pour des pressions supérieures à 3000 psi. Les fuites sont virtuellement du passé avec les configurations de raccords SAE O-ring, JIC et autres modernes. De même, les huiles hydrauliques peuvent être remplacées par des huiles minérales « alimentaires » dans les situations où cela est requis. La représentation des systèmes hydrauliques modernes haute performance comme étant comparables à ceux utilisés dans les équipements commerciaux et industriels à bas coût est trompeuse. Les systèmes hydrauliques modernes n'ont pas les problèmes de fuites et de rupture associés aux équipements de mise en œuvre à bas coût.

Simplicité / Complexité

Les systèmes hydrauliques sont assez simples : actionneurs, servo-vannes, contrôleur et ordinateur. Les actionneurs hydrauliques sont conçus pour absorber l'énergie totale du système en cas de conditions d'emballement « pire cas ». Cela est accompli via l'utilisation de coussins intégrés aux deux extrémités de la course de l'actionneur. Cette caractéristique de conception de cylindre très simple est intégrée pour protéger contre toutes les défaillances de contrôle, électriques et hydrauliques. Essentiellement, lorsqu'une condition de défaillance survient — ordinateur, contrôleur, électrique, servo-vanne et même erreur d'opérateur — les coussins intégrés dans les cylindres protégeront à la fois la plateforme de mouvement et la charge utile contre les dommages.

Les systèmes électriques, en revanche, reposent généralement sur une combinaison de « commutateurs » et de logique de contrôle pour protéger le système. De nombreux systèmes électriques s'appuient sur un système de « freinage » pour arrêter violemment le mouvement. Bien que ceux-ci puissent être efficaces dans leur mise en œuvre, la programmation et la complexité supplémentaire résultent en un coût d'installation beaucoup plus élevé et un potentiel de défaillance du système pouvant entraîner des dommages à la plateforme de mouvement ou à la charge utile. Il convient de noter que si tous ces systèmes de secours électriques échouent, l'actionneur s'écrasera simplement contre l'un des butées dures avec un blocage instantané. C'est généralement un blocage par coincement qui nécessite des moyens mécaniques pour déverrouiller, à moins que des systèmes et équipements plus complexes ne soient ajoutés pour limiter la décélération à des limites raisonnables.

Maintenance

Les systèmes hydrauliques nécessitent généralement une maintenance environ toutes les 1000 heures de fonctionnement. Cela revient généralement à vérifier le filtre de la centrale hydraulique, la lubrification (selon le fabricant) et le nettoyage général et la vérification des réponses de performance. Ces vérifications de système « basse technologie » sont assez faciles à maintenir avec des techniques et du personnel de maintenance standard. De tels systèmes fonctionnent depuis de nombreuses années avec une maintenance minimale.

Les systèmes électriques, en revanche, nécessitent généralement une lubrification environ toutes les 80 heures de fonctionnement, ainsi que la vérification du câblage d'alimentation et d'une multitude de fins de course, la vérification de la logique de contrôle et les vérifications opérationnelles de l'encodeur/résolveur. Leur fiabilité est prédiquée sur le bon fonctionnement d'une combinaison de composants disposés en arrangement « série ». La défaillance de n'importe lequel des composants surveillés entraînera l'arrêt du système, augmentant ainsi les temps d'arrêt et les dépenses associées.

Bruit de fonctionnement

Les actionneurs hydrauliques utilisés dans l'espace équipement sont extrêmement silencieux avec des niveaux sonores sous 50 dBA. D'une importance significative est la question du bruit du système hydraulique associé à la centrale hydraulique (HPU). Cela est généralement résolu en la situant à distance de la plateforme de mouvement. Cela est avantageux pour deux raisons principales : réduction du bruit, et rejet de chaleur contrôlé et réduit.

Les systèmes de plateforme de mouvement électriques peuvent être bruyants en raison des nombreuses petites pièces mobiles dans les actionneurs résultant de leur conception particulière. Il y a un « bruit de ruissellement » significatif, très distinct, qui peut ou non interférer avec le contenu programmé sur le pont mobile. Cela peut être particulièrement préoccupant dans les applications de « simulation de vol ».

Par J.F. Samicola et G.P. Kokalis