Hydrauliikka lentokoneiden voimansiirtojärjestelmissä

Abstract

Lentokoneiden voimansiirtojärjestelmät ovat kehittyneet ja muuttuneet uusilla innovaatioilla lentokoneiden keksimisen alkuajoista asti. 1930-luvulla voimansiirtojärjestelmäksi otettiin käyttöön hydrauliikka, sillä sen avulla saadaan siirrettyä suuria voimia kompaktissa tilassa lentokoneiden ohjauspinnoille. Hydrauliikkajärjestelmät toimivat myös portaattomasti ja nopeasti, joka on tärkeää lentokoneiden tarkkojen liikkeiden hallintaan. Tässä työssä käsitellään lentokoneiden hydrauliikkajärjestelmien toimintaa ja kehitystä sekä etuja ja haittoja teknisestä näkökulmasta kirjallisuuskatsauksen muodossa. Työ koostuu neljästä osasta. Työn tavoitteena on selvittää miten hydrauliikkajärjestelmät ovat kehittyneet nykyiseen tilanteeseen, sekä esittää syitä, miksi lentokoneiden voimansiirtoon pääosin käytetään hydrauliikkaa. Tavoitteena on myös tutkia tulevaisuuden suuntauksia lentokoneiden voimansiirron energiatehokkuuden kehittymiseen. Ensimmäisessä osassa esitetään hydrauliikkajärjestelmien toimintaperiaatteita, käyttökohteita ja lentokoneissa käytettyjä hydrauliikkanesteitä ja materiaaleja. Toisessa osiossa esitetään yleisesti järjestelmien kehitystä vuosien varrella sekä nykyaikaisia kehityskohteita. Hydraulipumput ovat järjestelmän ytimessä. Tällä hetkellä järjestelmissä käytetään paljon vakiopaineista säätötilavuuksistapumppua, mutta lentokoneen käyttäessä suurinta painetta vain pienen osan lentoajasta, suuri määrä tehoa menee hukkaan. Työssä tarkastellaan ratkaisuna tälle ongelmalle mikroprosessoriohjattua pumppua, joka voi tuottaa kuormituksen vaatiman paineen ja virtauksen. Toisessa osiossa syvennytään myös korkeapainehydrauliikkaan ja lentokoneiden sähköistymisen vaikutuksiin hydrauliikkajärjestelmissä. Kolmannessa osiossa perehdytään toisessa osiossa esitettyjen kehityskohteiden hyviä ja huonoja puolia. Esimerkiksi korkeapainehydrauliikan on esitetty olevan tehokkain tapa vähentää järjestelmien tilavuutta ja massaa, mutta järjestelmän paineen nostaminen myös lisää järjestelmälle haitallisia vuotoja. Sähköistymisen huonona puolena on taas altistuminen sähkömagneettiselle häirinnälle ja korkean intensiteetin säteilykentälle. Myös uusissa lentokoneissa komposiittien käyttö vähentää järjestelmän suojausta. Mikroprosessoriohjatut pumput ja sähköiset järjestelmät tuovat systeemiin monimutkaisuutta, mikä voi aiheuttaa häiriöitä. Neljännessä osuudessa vertaillaan mekaanista, pneumaattista ja sähköistä voimansiirtoa hydrauliseen voimansiirtoon. Osiossa esitetään myös syitä, miksi hydraulinen voimansiirto on ollut ja tulee mahdollisesti olemaan vielä pitkään tulevaisuudessa sopivin ratkaisu lentokoneiden voimansiirtoon.