Γενικά

Το ηλεκτρικό σύστημα ισχύος Εναλλασσομένου Ρεύματος των μοντέρνων αεροσκαφών, είναι βασικά ένα τριφασικό 400 Hz, 115/200 Voltσύστημα παραγωγής και διανομής ρεύματος.

Κάθε μηχανοκίνητη γεννήτρια παραγωγής ρεύματος οδηγείται δια μέσω ενός μηχανισμού συνεχούς μεταβαλλόμενης σχέσης, ο οποίος παρέχει την αναγκαία ροπή στρέψης με σταθερές στροφές ανεξάρτητα από τις συνεχώς μεταβαλλόμενες στροφές που δέχεται από τον κινητήρα δια μέσω του μηχανισμού μετάδοσης κίνησης παρελκομένων.

Σκοπός λοιπόν του μηχανισμού οδήγησης σταθερών στροφών (Constant Speed Drive, C.S.D.), είναι να μετατρέπει τις συνεχώς μεταβαλλόμενες στροφές, (αναλόγως των απαιτήσεων του αεροσκάφους για ισχύ), που παρέχει ο κινητήρας στα παρελκόμενα και συνεπώς και στην γεννήτρια,σε σταθερές στροφές συγκεκριμένης τιμής που απαιτεί η γεννήτρια για την παραγωγή Εναλλασσομένου Ρεύματος συχνότητας 400 Hz.

Πρόκειται για ένα υδραυλομηχανικό μηχανισμό ο οποίος μπορεί να προσθέτει η να αφαιρεί στροφές σε αυτές που δέχεται στην είσοδο του και να αποδίδει στην έξοδο σταθερές στροφές ορισμένης τιμής με πολύ μικρά όρια απόκλισης.

Οδήγηση σταθερών στροφών

Ο μηχανισμός οδήγησης σταθερών στροφών αποτελείται από : Δυο υδραυλικές μονάδες, εμβολοφόρες θετικής παροχής, ένα διαφορικό μηχανισμό, ένα ρυθμιστή στροφών, μια δεξαμενή υδραυλικού, διαχωριστή αέρος λαδιού, φίλτρο επιστροφής, ένα ψυγείο αέρος, δυο αισθητήρες ταχύτητας, δυο αισθητήρες θερμοκρασίας, και ένα ενσωματωμένο υδραυλικό σύστημα. Όλα τα μέρη βρίσκονται μέσα η πάνω στο περίβλημα, εκτός από το ψυγείο λαδιού που βρίσκεται εκτός περιβλήματος. Οι στροφές εισόδου μπορεί να είναι μεταξύ 3500 και 9000 σαλ, ενώ οι στροφές εξόδου είναι είτε 6000 είτε 8000 σαλ ανάλογα τον τύπο της γεννήτριας, με σκοπό την παραγωγή 400Hz. Η ισχύς εξόδου είναι στα επίπεδα των 100 ίππων (HP).

Περιγραφή Λειτουργίας.

Οι δυο βασικές μονάδες του μηχανισμού οδήγησης σταθερών στροφών είναι ο υδραυλικός μηχανισμός και ο διαφορικός μηχανισμός που πραγματοποιεί την αλγεβρική άθροιση της ταχύτητας. Ο υδραυλικός μηχανισμός αποτελείται από δυο υδραυλικές μονάδες ίδιου φυσικού μεγέθους, η μια εκ των οποίων είναι μεταβλητού εκτοπίσματος με κεκλιμένη πλάκα μεταβλητής γωνίας, η δε άλλη είναι σταθερού εκτοπίσματος με κεκλιμένη πλάκα σταθερής γωνίας. Οι δυο αυτές μονάδες συνδέονται μόνο υδραυλικώς, δηλαδή έχουν υδραυλική είσοδο-έξοδο σε μια κοινή σταθερή πλάκα εισόδου εξόδου, ενώ δεν έχουν μεταξύ τους μηχανική σύνδεση. Η μονάδα μεταβλητής παροχής συνδέεται άμεσα στον άξονα εισόδου του μηχανισμού. Επειδή η γωνία της κεκλιμένης πλάκας μπορεί να πάρει οποιαδήποτε θέση (από πλήρως θετική γωνία σε γωνία μηδέν έως και πλήρως αρνητική γωνία), η έξοδος της μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή : από μηδέν έως και πλήρη έξοδο και στις δυο κατευθύνσεις. Η μονάδα σταθερού εκτοπίσματος περιστρέφεται από το υδραυλικό υγρό που εκτοπίζει η μονάδα μεταβλητού εκτοπίσματος, και ως εκ τούτου οι στροφές της είναι ανάλογες της ποσότητας και της κατεύθυνσης του υδραυλικού υγρού που δέχεται, συνεπώς μπορεί αυτές να είναι από μηδέν έως και πλήρης στροφές σε κάθε κατεύθυνση. Η πίεση ανάμεσα στις δυο υδραυλικές μονάδες είναι ανάλογη της μεταδιδόμενης ροπής προς την γεννήτρια.

Όταν οι στροφές εισόδου είναι χαμηλές, η υδραυλική μονάδα μεταβλητής παροχής δρα ως υδραυλική αντλία που παρέχει υδραυλικό υγρό στην μονάδα σταθερής παροχής, της οποίας η μηχανική έξοδος προσθέτει στροφές στο σύστημα δια μέσου του διαφορικού μηχανισμού. Όταν οι στροφές εισόδου συμπίπτουν με τις απαιτούμενες στροφές εξόδου, οι δυο υδραυλικές μονάδες δεν περιστρέφονται καθόλου και η κίνηση μεταδίδεται απ’ ευθείας δια μέσου του διαφορικού μηχανισμού. (Η γωνία της κεκλιμένης πλάκας της μονάδας μεταβλητής παροχής δεν είναι ακριβώς μηδέν παρά έχει μια μικρή κλίση για την κάλυψη μικρών απωλειών στην πίεση του συστήματος).Όταν οι στροφές εισόδου είναι περισσότερες από τις απαιτούμενες στροφές εξόδου, η γωνία της κεκλιμένης πλάκας της μονάδας μεταβλητής παροχής παίρνει θέση τέτοια που να παράγει αρνητική παροχή. Στην κατάσταση αυτή η μονάδα σταθερής παροχής δέχεται κίνηση από τον διαφορικό μηχανισμό, και η έξοδος του υδραυλικού της υγρού γίνεται αποδεκτό από την μονάδα μεταβλητής παροχής, με συνέπεια να αφαιρούνται στροφές από το σύστημα. Ο συνδυασμός υδραυλικού και μηχανικού διαφορικού συστήματος αυξάνει την απόδοση σε σχέση με συστήματα που χρησιμοποιούν καθαρά υδραυλική μετάδοση, λόγω του ότι το μηχανικό διαφορικό έχει πολύ λιγότερες απώλειες από τους υδραυλικούς μηχανισμούς, και αυτό με την σειρά του μειώνει την παραγόμενη λόγω απωλειών θερμοκρασία.

Διαφορικός Μηχανισμός

Ο διαφορικός μηχανισμός αποτελείται από τον άξονα του φορέα των πλανητών, δυο πλανητικά γρανάζια, και δυο δακτυλιοειδή γρανάζια – τα γρανάζια εισόδου και εξόδου του διαφορικού μηχανισμού. Σε κάθε κατάσταση, σε κάθε φορτίο και ταχύτητα μια ροπή εφαρμόζεται στο δακτυλιοειδές γρανάζι εξόδου του διαφορικού από το γρανάζι εξόδου του συστήματος. Η ροπή εισόδου εφαρμόζεται από γρανάζι στον πλανητικό φορέα. Αν δεν εφαρμοζόταν κάποια ροπή στο γρανάζι εισόδου του διαφορικού, αν δηλαδή ήταν ελεύθερο να περιστραφεί αυτό θα περιστρέφονταν ελευθέρα με στροφές διπλάσιες του πλανητικού φορέα επειδή ο λόγος μετάδοσης της κίνησης μεταξύ δακτυλιοειδούς γραναζιού εισόδου και πλανητικού φορέα είναι 2:1, ενώ παράλληλα δεν θα είχαμε κίνηση εξόδου από το σύστημα. Εφόσον απαιτείται να υπάρχει κίνηση εξόδου και μάλιστα συγκεκριμένης τιμής (στροφών), η κίνηση του δακτυλιοειδούς γραναζιού εισόδου του διαφορικού πρέπει να ελέγχεται και αυτό ακριβώς είναι που κάνει το σύστημα. Αν το δακτυλιοειδές γρανάζι εισόδου του διαφορικού κρατηθεί σε μηδέν στροφές τότε το δακτυλιοειδές γρανάζι εξόδου του διαφορικού θα έχει ταχύτητα διπλάσια από αυτή του πλανητικού φορέα. Αν το δακτυλιοειδές γρανάζι εισόδου υποχρεωθεί να περιστραφεί σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτή του πλανητικού φορέα τότε το δακτυλιοειδές γρανάζι εξόδου θα έχει ταχύτητα μεγαλύτερη από την διπλάσια του πλανητικού φορέα. Αν αντιθέτως στο δακτυλιοειδές γρανάζι εισόδου του διαφορικού επιτραπεί να περιστραφεί σε κατεύθυνση όμοια με αυτή του πλανητικού φορέα τότε το δακτυλιοειδές γρανάζι εξόδου του διαφορικού θα περιστραφεί με ταχύτητα μικρότερη από την διπλάσια του πλανητικού φορέα. Έτσι λοιπόν ο διαφορικός μηχανισμός είναι ένας αλγεβρικός αθροιστής ταχύτητας (στροφών) που ελέγχεται από το δακτυλιοειδές γρανάζι εισόδου για να προσθέτει η να αφαιρεί στροφές σε αυτές που δέχεται στον άξονα εισόδου για να κρατάει τις στροφές στον άξονα εξόδου σταθερές σε μια συγκεκριμένη τιμή.

Υδραυλικές Μονάδες

Μονάδα Μεταβλητής Παροχής

Η μονάδα μεταβλητής παροχής αποτελείται από το μπλοκ των κυλίνδρων, τα έμβολα που παλινδρομούν μέσα σε αυτό, τη πλάκα μεταβλητής γωνίας που οδηγεί τα έμβολα, και ένα έμβολο ελέγχου της κλίσης. Η μονάδα μεταβλητής παροχής είναι συνδεδεμένη στον άξονα εισόδου που παίρνει κίνηση από το κιβώτιο μετάδοσης κίνησης παρελκομένων του κινητήρα, συνεπώς οι στροφές του μπλοκ των κυλίνδρων είναι ανάλογες των στροφών του κινητήρα και περιστρέφεται πάντα προς την ίδια κατεύθυνση.

Μονάδα Σταθερής Παροχής

Η μονάδα σταθερής παροχής αποτελείται από ένα μπλοκ κυλίνδρων επίσης, τα έμβολα που παλινδρομούν μέσα σε αυτό, και από μια πλάκα έλεγχου της κίνησης των εμβόλων σταθερής γωνίας. Η κατεύθυνση της κίνησης και οι στροφές της μονάδας σταθερής παροχής καθορίζονται από την ποσότητα και την κατεύθυνση τουυδραυλικού υγρού που αντλείται από την μονάδα μεταβλητής παροχής. Η ποσότητα και η κατεύθυνση του υγρού εξαρτάται από την γωνία που έχει ανά πάσα στιγμή η πλάκα ελέγχου της κίνησης των εμβόλων, και τις στροφές του μπλοκ των κυλίνδρων.

Οι σταθερές στροφές στην έξοδο επιτυγχάνονται με την διαδικασία που περιγράφεται παρακάτω :

Υπερστροφία

Όταν οι στροφές που δέχεται ο άξονας εισόδου είναι λιγότερες από αυτές που χρειάζονται για να παραχθούν οι απαιτούμενες στροφές εξόδου, η μετάδοση υδραυλικώς προσθέτει τις απαιτούμενες στροφές σε αυτές που δέχεται ο άξονας εισόδου δια μέσω του διαφορικού μηχανισμού. Η φάση αυτή κατά την οποία η οδήγηση προσθέτει υδραυλικώς στροφές στις στροφές εισόδου καλείται υπερστροφία. Κατά την φάση αυτή η μονάδα μεταβλητής παροχής λειτουργεί ως υδραυλική αντλία. Για να μπορέσει η μονάδα μεταβλητής παροχής να αντλήσει λάδι ο ρυθμιστής του συστήματος στέλνει λειτουργική πίεση λαδιού στο έμβολο που ελέγχει την κλίση της κεκλιμένης πλάκας της μονάδας και την τοποθετεί σε τέτοια θέση ώστε αυτή να παράγει και στέλνει θετική παροχή υδραυλικού υγρού προς τηνμονάδα σταθερής παροχής. Αυτή η θετική παροχή υδραυλικού υγρού υψηλής πίεσης αναγκάζει την μονάδα σταθερής παροχής να λειτουργεί σαν υδραυλικός κινητήρας, και να κινήσει το δακτυλιοειδές γρανάζι του διαφορικού σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτή του φορέα των πλανητικών γραναζιών, και με τον τρόπο αυτό να προσθέτει στροφές σε αυτές που δέχεται ο άξονας εισαγωγής της μονάδας, και να κρατάει τις στροφές εξόδου σταθερές.

Απ’ ευθείας μετάδοση<

Όταν οι στροφές που δέχεται η μετάδοση είναι αρκετές για να κρατήσει τις στροφές εξόδου και συνεπώς της γεννήτριας στα κανονικά επίπεδα τότε η μετάδοση της κίνησης γίνεται απ’ ευθείας δια μέσω του διαφορικού μηχανισμού. Σ’ αυτή τη φάση ο ρυθμιστής του συστήματος στέλνει τόση λειτουργική πίεση λαδιού στο έμβολο που ελέγχει την κλίση της πλάκας έλεγχου των εμβόλων της μονάδας μεταβλητής παροχής ώστε αυτή να παίρνει σχεδόν κάθετη θέση ως προς το μπλοκ των κυλίνδρων με αποτέλεσμα να μην αντλείται πια λάδι προς την μονάδα σταθερής παροχής, εκτός από το ελάχιστο που απαιτείται για την κάλυψη εσωτερικών διαρροών και λίπανσης. Μη δεχόμενη λάδι η μονάδα σταθερής παροχής σταματά να περιστρέφεται, μαζί με αυτή και το δακτυλιοειδές γρανάζι εισόδου του διαφορικού, οπότε ούτε προσθέτει ούτε αφαιρεί στροφές από αυτές που δέχεται, και γι’ αυτό καλείται και απ’ ευθείας μετάδοση.

Υποστροφία

Όταν η μετάδοση εργάζεται σε υποστροφία η μεταβλητή μονάδα παροχής εργάζεται σαν υδραυλικός κινητήρας και η μονάδα σταθερής παροχής εργάζεται σαν αντλία. Η κεκλιμένη πλάκα ελέγχου των εμβόλων της μονάδας μεταβλητής παροχής τοποθετείται έτσι ώστε να μπορεί να δέχεται λάδι από την μονάδα σταθερής παροχής. Όσο μεγαλύτερη η κλίση τόσο μεγαλύτερη ποσότητα λαδιού μπορεί να δεχτεί από την μονάδα σταθερής παροχής και με τόσο πιο πολλές στροφές στην κατεύθυνση του πλανητικού φορέα περιστρέφεται το δακτυλιοειδές γρανάζι εισόδου του διαφορικού από την μονάδα σταθερής παροχής, και τόσο πιο πολλές στροφές αφαιρούνται από αυτές του άξονα εισόδου με σκοπό πάντα την διατήρηση σταθερών στροφών στην γεννήτρια.

Ρυθμιστής Ταχύτητας

Ο ρυθμιστής ταχύτητας, είναι μια υδραυλική βαλβίδα ελέγχου, προφορτισμένη από ελατήριο, ενεργοποιούμενη από περιστρεφόμενα αντίβαρα. Είναι αυτή η βαλβίδα που ελέγχει την πίεση του λαδιού προς το έμβολο ελέγχου της κλίσης της μονάδος μεταβλητής παροχής της μετάδοσης. Τα αντίβαρα παίρνουν κίνηση από το γρανάζι εξόδου της μετάδοσης έτσι ώστε η ταχύτητα τους να είναι ανάλογη πάντα αυτής της εξόδου. Τα αντίβαρα κινούν μέσω μοχλικού μηχανισμού την βαλβίδα ελέγχου αφού συμπιέσουν πρώτα το ελατήριο που αντίκειται στην κίνηση αυτή. Ανάλογα με την απαίτηση για αύξηση η μείωση των στροφών εισόδου ούτως ώστε να έχουμε σταθερές στροφές στην έξοδο, η βαλβίδα αυξάνει την παρεχόμενη πίεση προς το έμβολο ελέγχου η την μειώνει αφήνοντας να διαρρεύσει μέρος του ελαίου αυτού πίσω στην κοιλότητα της μετάδοσης. Ο ίδιος αυτός μηχανισμός των αντίβαρων ελέγχεται και ηλεκτρομαγνητικά για μικρομετρική ρύθμιση των στροφών ανάλογα με το φορτίο της γεννήτριας με σήματα που στέλνει η μονάδα έλεγχου της γεννήτριας. Τα αντίβαρα είναι μόνιμοι μαγνήτες και πάνω από το επίπεδο περιστροφής τους βρίσκεται διάταξη ηλεκτρομαγνήτη που δέχεται συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα από την μονάδα έλεγχου της γεννήτριας, φοράς ανάλογης του επιθυμητού αποτελέσματος.

Ελέγχοντας την πολικότητα και την ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου επεμβαίνουμε μικρομετρικά στην βασική ρύθμιση των στροφών που επιτυγχάνουμε με τον φυγοκεντρικό μηχανισμό, με απλό τρόπο και χωρίς να προσθέσουμε επιπλέον μηχανισμούς στο εσωτερικό της μονάδας.

Υδραυλικό Σύστημα

Το υδραυλικό σύστημα αποτελείται από μια αντλία πίεσης, μια αντλία επιστροφής, μια ανακουφιστική βαλβίδα, παντοκατευθυντική δεξαμενή υδραυλικού, διαχωριστή αέρος λαδιού, και δυο φίλτρα. Στο υδραυλικό κύκλωμα η αντλία πίεσης βρίσκεται μεταξύ δεξαμενής και μετάδοσης και σκοπό έχει να διατηρεί θετική πίεση λαδιού στο μπλοκ των κυλίνδρων, στον ρυθμιστή ταχύτητας, και στο έμβολο ελέγχου της κλίσης της κεκλιμένης πλάκας για την απρόσκοπτη λειτουργία της υδραυλικής μονάδας, καθώς επίσης και για την λίπανση όλων των μερών του συστήματος.

Η αντλία επιστροφής συλλέγει το λάδι που έχει περάσει από την υδραυλική μονάδα, και αυτό από τις εσωτερικές διαρροές του συστήματος, και το προωθεί δια μέσω του εξωτερικού ψυγείου λαδιού πίσω στην δεξαμενή της μονάδας. Πριν φτάσει στην δεξαμενή το λάδι περνάει από τον φυγοκεντρικό διαχωριστή αέρος-λαδιού.

Το λάδι επιστροφής που εμπεριέχει μεγάλη ποσότητα αέρα, εισέρχεται στον φυγοκεντρικό διαχωριστήρα, μέσα στον οποίο διαγράφει σπειροειδή κίνηση με αποτέλεσμα το βαρύτερο λάδι να κινείται προς τα τοιχώματα του διαχωριστή και πίσω στην δεξαμενή, ενώ ο ελαφρύτερος αέρας μένει στο κέντρο του στροβιλισμού και εξέρχεται στην κοιλότητα της μονάδας.

Το σημείο λήψης λαδιού στην δεξαμενή βρίσκεται περίπου στο μέσον αυτής, και η ποσότητα λαδιού μέσα σ’ αυτήν είναι ανά πάσα στιγμή τόση, που επιτρέπει σταθερή παροχή λαδιού στο σύστημα σε οποιαδήποτε στάση της μονάδας. Η στατική πίεση μέσα στην δεξαμενή του λαδιού είναι ίδια με αυτή της κοιλότητας του συστήματος.

Έτσι η πίεση στην μονάδα είναι αυτή του εδάφους εν αντιθέσει με την πολύ χαμηλότερη πίεση στο ύψος πτήσης.

Μια βαλβίδα που ελέγχεται από την πίεση και την θερμοκρασία του λαδιού, δεν αφήνει το λάδι να περάσει από το ψυγείο λαδιού μέχρις ότου η θερμοκρασία του φτάσει τους 100° F, όπου και ανοίγει πλέον για να επιτρέψει την ψύξη του, ενώ ταυτόχρονα θα ανοίξει σε μια ορισμένη τιμή πίεσης για να επιτρέψει στο λάδι να παρακάμψει το ψυγείο λαδιού σε περίπτωση που αυτό έχει βουλώσει η έχει υποστεί ζημιά.