《Aerospace Actuators 2：Signal-by-Wire and Power-by-Wire》

请叫我雷锋

《Aerospace Actuators 2：Signal-by-Wire and Power-by-Wire》
航空航天执行器2：信号线和电力线
作者：Jean-Charles Maré
出版社：ISTE
出版时间：2017年

《Aerospace Actuators 2：Signal-by-Wire and Power-by-Wire》

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目录
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
Chapter 1. Electrically Signaled
Actuators (Signal-by-Wire) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1. Evolution towards SbW through the
example of the flight controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1. Military applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2. Commercial aircraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3. Helicopters and compound helicopters . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2. Incremental evolution from all mechanical
to all electrical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1. Exclusively mechanical signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2. Fly-by-Wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3. Challenges associated with electrical signaling . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.1. Electrical interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.2. Evolution of the control and information
transmission architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.3. Reliability and backup channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4. The example of landing gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Chapter 2. Signal-by-Wire Architectures
and Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1. Architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.1. Federated architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.2. Integrated modular architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
vi Aerospace Actuators 2
2.2. Data transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1. CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.2. RS422 and RS485 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.3. ARINC 429 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.4. MIL-STD-1553B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.5. ARINC 629 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.6. AS-5643/IEEE-1394b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.7. AFDX (ARINC 664 Part 7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.8. Triggered time protocol (TTP/C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3. Evolutions in data transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.1. Power over data and power
line communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.3.2. Optical data transmission
(Signal-by-Light or SbL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3.3. Wireless data transmission
(Signal-by-WireLess or SbWL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Chapter 3. Power-by-Wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.1. Disadvantages of hydraulic
power transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.1. Power capacity of hydraulic pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.2. Hydraulic pump efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.3. Centralized power generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.4. Power transmission by mass transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.5. Control of power by energy dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2. Electrical power versus hydraulic power . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3. Improving hydraulically supplied solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3.1. Reduction of energy losses in actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3.2. Increased network power density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.3. Other concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.4. Concepts combining hydraulics and electrics . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4.1. Local electro-hydraulic generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4.2. Electro-hydrostatic actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5. All electric actuation (hydraulic-less) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.5.1. Principle of the electro-mechanical actuator . . . . . . . . . . . . . . 81
Chapter 4. Electric Power Transmission
and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1. Electric power transportation to PbW actuators . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.1. Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.2. Voltage and current levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Contents vii
4.2. Electric motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2.1. Elementary electric machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2.2. Conversion of electrical power
into mechanical power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.3. Power conversion, control and management . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.3.1. Electric power system of a PbW actuator . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.3.2. Principle and interest of static switches . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3.3. Groups of switches: commutation
cell, chopper and inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.3.4. Inverter command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.3.5. The power architecture of a PbW actuator . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.4. Induced, undergone or exploited effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.4.1. Dynamics in presence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.4.2. Torque ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.3. Energy losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.4.4. Impact of concepts and architectures
on performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.4.5. Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.5. Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.5.1. Overall integration of the actuator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.5.2. Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.5.3. Mechanical architecture of motor
control/power electronic units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Chapter 5. Electro-hydrostatic Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.1. Historical background and maturing of EHAs . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.1.1. PbW actuators with variable
displacement pump (EHA-VD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.1.2. Fixed displacement and variable
speed EHA actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.2. EHA in service and feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.3. EHA specificities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.3.1. Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.3.2. Filling and charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
5.3.3. Dynamic increase of mean pressure (pump-up) . . . . . . . . . . . . 164
5.3.4. Energy losses and thermal equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5.3.5. Dissymmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.3.6. Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
viii Aerospace Actuators 2
Chapter 6. Electro-mechanical Actuators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.1. Development and operation of
electromechanical actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.1.1. Space launchers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.1.2. Flight controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.1.3. Landing gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.1.4. Helicopters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.1.5. Application to engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.2. Specificities of EMAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.2.1. Power architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.2.2. Power management functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
6.2.3. Jamming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.2.4. Breakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
6.2.5. Thermal equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
6.2.6. Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
6.2.7. Further considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Notations and Acronyms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245


《Aerospace Actuators 1：Needs, Reliability and Hydraulic Power Solutions》
《Aerospace Actuators 2：Signal-by-Wire and Power-by-Wire》
《Aerospace Actuators 3：European Commercial Aircraft and Tiltrotor Aircraft》

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greathun

非常感谢雷锋

1591929

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chnjet123

Aerospace Actuators

mobilerit

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御锋

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