Pneumatische Systeme für Flugzeuge

Einige Flugzeughersteller haben ihre Flugzeuge in der Vergangenheit mit einem pneumatischen Hochdrucksystem (3.000 psi) ausgestattet. Das letzte Flugzeug, das diese Art von System verwendete, war die Fokker F27.

Solche Systeme funktionieren weitgehend wie Hydrauliksysteme, außer dass sie Luft anstelle einer Flüssigkeit zur Kraftübertragung verwenden. Pneumatische Systeme werden manchmal verwendet für: 

• Bremsen 

• Türen öffnen und schließen 

• Antreiben von Hydraulikpumpen, Lichtmaschinen, Anlassern, Wassereinspritzpumpen usw. 

• Bedienung von Notfallgeräten

Sowohl pneumatische als auch hydraulische Systeme sind ähnliche Einheiten und verwenden eingeschlossene Flüssigkeiten. Das Wort eingesperrt bedeutet gefangen oder vollständig umschlossen. Das Wort Flüssigkeit impliziert Flüssigkeiten wie Wasser, Öl oder alles, was fließt. Da sowohl Flüssigkeiten als auch Gase fließen, werden sie als Fluide betrachtet; Es gibt jedoch große Unterschiede in den Eigenschaften der beiden. 

Flüssigkeiten sind praktisch inkompressibel; Ein Liter Wasser nimmt immer noch etwa einen Liter Platz ein, unabhängig davon, wie stark es komprimiert wird. Aber Gase sind stark komprimierbar; Ein Liter Luft kann in einen Fingerhut voll Raum komprimiert werden. Trotz dieses Unterschieds sind Gase und Flüssigkeiten beide Fluide und können eingeschlossen und zur Kraftübertragung gebracht werden. Die Art der Einheit, die verwendet wird, um Druckluft für pneumatische Systeme bereitzustellen, wird durch die Luftdruckanforderungen des Systems bestimmt.

Hochdrucksysteme 

Bei Hochdrucksystemen wird Luft je nach System normalerweise in Metallflaschen bei Drücken zwischen 1.000 und 3.000 psi gespeichert. Diese Art von Luftflasche hat zwei Ventile, von denen eines ein Füllventil ist. An dieses Ventil kann ein bodenbetriebener Kompressor angeschlossen werden, um der Flasche Luft hinzuzufügen. Das andere Ventil ist ein Regelventil. Es fungiert als Absperrventil und hält die Luft in der Flasche eingeschlossen, bis das System in Betrieb genommen wird. Obwohl der Hochdruckspeicherzylinder leicht ist, hat er einen entscheidenden Nachteil. Da das System während des Fluges nicht nachgeladen werden kann, ist der Betrieb durch den geringen Vorrat an Flaschenluft eingeschränkt. Eine solche Anordnung kann nicht für den Dauerbetrieb einer Anlage verwendet werden. Stattdessen ist die Versorgung mit Flaschenluft für den Notbetrieb von Systemen wie dem Fahrwerk oder den Bremsen reserviert.

Pneumatische Systemkomponenten 

Pneumatische Systeme werden oft mit hydraulischen Systemen verglichen, aber solche Vergleiche können nur allgemein gültig sein. Pneumatische Systeme verwenden keine Vorratsbehälter, Handpumpen, Akkumulatoren, Regler oder motorbetriebene oder elektrisch betriebene Kraftpumpen zum Aufbauen von Normaldruck. Aber bei einigen Komponenten gibt es Ähnlichkeiten.

Luftkompressoren 

Bei einigen Flugzeugen wurden permanent installierte Luftkompressoren hinzugefügt, um Luftflaschen wieder aufzufüllen, wann immer Druck zum Betreiben einer Einheit verwendet wird. Zu diesem Zweck werden verschiedene Arten von Kompressoren verwendet. Manche haben zwei Kompressionsstufen, andere drei, je nach maximal gewünschtem Betriebsdruck.

Überdruckventile 

Entlastungsventile werden in pneumatischen Systemen verwendet, um Schäden zu vermeiden. Sie wirken als Druckbegrenzungseinheiten und verhindern, dass bei zu hohem Druck Leitungen bersten und Dichtungen sprengen.

Steuerventile 

Steuerventile sind auch ein notwendiger Bestandteil eines typischen pneumatischen Systems. Abbildung zeigt, wie ein Ventil zur Steuerung von Notdruckluftbremsen verwendet wird. Das Steuerventil besteht aus einem Gehäuse mit drei Anschlüssen, zwei Tellerventilen und einem Steuerhebel mit zwei Nocken.

In der Figur ist das Steuerventil in der Aus-Stellung gezeigt. Eine Feder hält den linken Ventilkegel geschlossen, damit die am Druckanschluss eintretende Druckluft nicht zu den Bremsen strömen kann. In der Abbildung wurde das Steuerventil in die Ein-Position gebracht. Ein Lappen des Hebels hält den linken Ventilkegel offen und eine Feder schließt den rechten Ventilkegel. Druckluft strömt nun um den geöffneten linken Kegel herum durch eine Bohrung in eine Kammer unterhalb des rechten Kegels. Da der rechte Teller geschlossen ist, strömt die Hochdruckluft aus dem Bremsanschluss in die Bremsleitung, um die Bremsen zu betätigen.

Um die Bremsen zu lösen, wird das Steuerventil in die Aus-Stellung zurückgebracht. Der linke Teller schließt sich jetzt und stoppt den Hochdruckluftstrom zu den Bremsen. Gleichzeitig wird der rechte Teller geöffnet, wodurch Druckluft in der Bremsleitung durch die Entlüftungsöffnung und in die Atmosphäre entweichen kann.

Ventile prüfen 

Rückschlagventile werden sowohl in hydraulischen als auch in pneumatischen Systemen eingesetzt. Abbildung zeigt ein pneumatisches Rückschlagventil vom Klappentyp. Luft tritt in den linken Anschluss des Rückschlagventils ein, drückt eine leichte Feder zusammen, wodurch das Rückschlagventil geöffnet wird und Luft aus dem rechten Anschluss strömen kann. Wenn jedoch Luft von rechts eintritt, schließt der Luftdruck das Ventil und verhindert so einen Luftstrom aus dem linken Anschluss. Somit ist ein pneumatisches Rückschlagventil ein Einweg-Stromregelventil.

Begrenzer 

Drosseln sind eine Art Steuerventil, das in pneumatischen Systemen verwendet wird. Die Abbildung zeigt eine Blende mit einer großen Einlassöffnung und einer kleinen Auslassöffnung. Die kleine Auslassöffnung reduziert die Luftströmungsrate und die Betriebsgeschwindigkeit einer Betätigungseinheit.

Variable Drossel 

Eine andere Art von Geschwindigkeitsregeleinheit ist der variable Begrenzer. Es enthält ein einstellbares Nadelventil, das oben mit Gewinden und am unteren Ende mit einer Spitze versehen ist. Je nach Drehrichtung bewegt das Nadelventil die scharfe Spitze entweder in eine kleine Öffnung hinein oder aus ihr heraus, um die Öffnung zu verkleinern oder zu vergrößern. Da Luft, die in die Einlassöffnung eintritt, diese Öffnung passieren muss, bevor sie die Auslassöffnung erreicht, bestimmt diese Einstellung auch die Luftströmungsrate durch die Drossel.

Filter 

Pneumatische Systeme werden durch verschiedene Arten von Filtern vor Verschmutzung geschützt. Ein Mikrofilter besteht aus einem Gehäuse mit zwei Anschlüssen, einer austauschbaren Patrone und einem Überdruckventil. Normalerweise tritt Luft in den Einlass ein, zirkuliert um die Zellulosekartusche herum und strömt zur Mitte der Kartusche und aus der Auslassöffnung heraus. Wenn die Kartusche mit Schmutz verstopft ist, drückt der Druck das Entlastungsventil auf und lässt ungefilterte Luft aus der Auslassöffnung strömen.

Ein Siebfilter ähnelt dem Mikronfilter, enthält jedoch anstelle einer austauschbaren Patrone ein dauerhaftes Drahtsieb. Bei dem Siebfilter erstreckt sich ein Griff durch die Oberseite des Gehäuses und kann verwendet werden, um das Sieb zu reinigen, indem es gegen Metallschaber gedreht wird.

Trockenmittel/Feuchtigkeitsabscheider 

Der Feuchtigkeitsabscheider in einem pneumatischen System befindet sich immer hinter dem Kompressor. Sein Zweck ist es, vom Kompressor verursachte Feuchtigkeit zu entfernen. Ein vollständiger Feuchtigkeitsabscheider besteht aus einem Behälter, einem Druckschalter, einem Ablassventil und einem Rückschlagventil. Es kann auch einen Regler und ein Entlastungsventil umfassen. Das Ablassventil wird durch den Druckschalter aktiviert und deaktiviert. Wenn es stromlos ist, spült es den Abscheiderbehälter vollständig und leitet es zum Kompressor. Das Rückschlagventil schützt das System vor Druckverlust während des Ablasszyklus und verhindert einen Rückfluss durch den Abscheider. 

Chemischer Trockner 

Chemische Trockner sind an verschiedenen Stellen in einem pneumatischen System eingebaut. Sie dienen dazu, Feuchtigkeit aufzunehmen, die sich in den Leitungen und anderen Teilen des Systems ansammeln kann. Jeder Trockner enthält eine Patrone, die eine blaue Farbe haben sollte. Wenn nicht anders angegeben, gilt die Kartusche als mit Feuchtigkeit verunreinigt und sollte ersetzt werden.

Notfall-Backup-Systeme 

Viele Flugzeuge verwenden eine pneumatische Hochdruck-Notstromquelle, um das Fahrwerk auszufahren oder die Bremsen zu betätigen, wenn das hydraulische Hauptbremssystem ausfällt. Der Stickstoff wird nicht direkt verwendet, um die Fahrwerksbetätiger oder Bremseinheiten zu betätigen, sondern bringt stattdessen den unter Druck stehenden Stickstoff zum Bewegen von Hydraulikfluid zu dem Betätiger auf. Dieser Vorgang wird als Pneumaulik bezeichnet. Der folgende Absatz erörtert die Komponenten und den Betrieb eines pneumatischen Notfahrwerk-Verlängerungssystems, das in einem Geschäftsflugzeug verwendet wird.

Stickstoffflaschen 

Der zum Ausfahren des Notfahrwerks verwendete Stickstoff wird in zwei Flaschen aufbewahrt, wobei sich eine Flasche auf jeder Seite des Bugradschachts befindet. Stickstoff aus den Flaschen wird durch Betätigung eines Auslassventils freigesetzt. Sobald die Flaschen aufgebraucht sind, müssen sie vom Wartungspersonal wieder aufgefüllt werden. Vollständig gewarteter Druck beträgt ca. 3.100 psi bei 21 °C/70 °F, genug für nur einen Ausfahrvorgang des Fahrwerks.

Gear Notfall-Verlängerungskabel und Griff 

Das Auslassventil ist mit einer Kabel- und Griffanordnung verbunden. Der Griff befindet sich an der Seite der Copilotenkonsole und ist mit EMER LDG GEAR gekennzeichnet. Wenn Sie den Griff ganz nach oben ziehen, wird das Auslassventil geöffnet, wodurch komprimierter Stickstoff in das Fahrwerksverlängerungssystem freigesetzt wird. Durch vollständiges Drücken des Griffs nach unten wird das Auslassventil geschlossen und der im Notfahrwerk-Verlängerungssystem vorhandene Stickstoff kann über Bord abgelassen werden. Der Entlüftungsvorgang dauert ca. 30 Sekunden.

Ablassventil 

Wenn während des Notausfahrens komprimierter Stickstoff zum Fahrwerkwähler/Ablassventil freigegeben wird, betätigt der Pneumatikdruck den Ablassventilabschnitt des Fahrwerkswähler/Ablassventils, um das Fahrwerksystem vom Rest des Hydrauliksystems zu isolieren. Bei Aktivierung leuchtet eine blaue DUMP-Legende auf dem LDG GR DUMP V-Schalter auf, der sich auf dem Cockpit-Overhead-Panel befindet. Ein Ablassventil-Rückstellschalter wird verwendet, um das Ablassventil zurückzusetzen, nachdem das System verwendet und gewartet wurde.

Notfall-Verlängerungssequenz: 

1. Der Fahrwerksgriff befindet sich in der Position UNTEN. 

2. Rotes Licht im Steuergriff des Fahrwerks leuchtet. 

3. EMER LDG GEAR Griff ist ganz nach außen gezogen. 

4. Komprimierter Stickstoff wird zum Fahrwerksauswahl-/Ablassventil freigegeben. 

5. Pneumatischer Druck betätigt den Ablassventilabschnitt des Fahrwerkwählers/Ablassventils. 

6. Die blaue DUMP-Legende leuchtet auf dem LDG GR DUMP-Schalter. 

7. Das Fahrwerksystem ist vom Rest des Hydrauliksystems isoliert. 

8. Pneumatischer Druck wird zur OFFEN-Seite der Stellantriebe der Fahrwerksklappen, zur UNLOCK-Seite der Stellantriebe zum Hochfahren des Fahrwerks und zur Seite AUSFAHREN der Stellantriebe der Seitenstrebe des Hauptfahrwerks und des Stellantriebs zum Ausfahren/Einfahren des Bugfahrwerks geleitet. 

9. Fahrwerkstüren öffnen sich. 

10. Uplock-Aktuatoren entriegeln. 

11. Fahrwerk fährt nach unten und verriegelt. 

12. Drei grüne DOWN AND LOCKED-Lämpchen auf dem Steuerpult des Fahrwerks leuchten. 

13. Fahrwerkstüren bleiben offen.

Mitteldrucksysteme 

Ein Mitteldruck-Pneumatiksystem (50–150 psi) enthält normalerweise keine Luftflasche. Stattdessen saugt es im Allgemeinen Luft aus dem Verdichterabschnitt eines Turbinentriebwerks an. Dieser Prozess wird oft als Zapfluft bezeichnet und wird verwendet, um pneumatische Energie für Triebwerksstarts, Triebwerksenteisung, Flügelenteisung und in einigen Fällen hydraulische Energie für die Flugzeugsysteme bereitzustellen (wenn das Hydrauliksystem mit einer luftbetriebenen Hydraulik ausgestattet ist). Pumpe). Triebwerkszapfluft wird auch verwendet, um die Behälter des Hydrauliksystems unter Druck zu setzen. Zapfluftsysteme werden im Triebwerkshandbuch ausführlicher behandelt.

Niederdrucksysteme 

Viele Flugzeuge, die mit Hubkolbenmotoren ausgestattet sind, erhalten eine Versorgung mit Niederdruckluft von Flügelzellenpumpen. Diese Pumpen werden von Elektromotoren oder vom Flugzeugmotor angetrieben. Abbildung zeigt eine schematische Ansicht einer dieser Pumpen, die aus einem Gehäuse mit zwei Anschlüssen, einer Antriebswelle und zwei Flügeln besteht. Die Antriebswelle und die Flügel enthalten Schlitze, sodass die Flügel durch die Antriebswelle hin und her gleiten können. Die Welle ist exzentrisch im Gehäuse montiert, wodurch die Flügel vier Kammern unterschiedlicher Größe bilden (A, B, C und D). In der gezeigten Position ist B die größte Kammer und mit der Zufuhröffnung verbunden. Wie in Abbildung dargestellt, kann Außenluft in Kammer B der Pumpe eintreten. Wenn die Pumpe zu arbeiten beginnt, dreht sich die Antriebswelle und ändert die Positionen der Schaufeln und die Größe der Kammern. Flügel Nr. 1 bewegt sich dann nach rechts, Trennkammer B von der Versorgungsöffnung. Kammer B enthält jetzt eingeschlossene Luft.

Während sich die Welle weiter dreht, bewegt sich Kammer B nach unten und wird immer kleiner, wodurch ihre Luft allmählich komprimiert wird. In der Nähe der Unterseite der Pumpe ist Kammer B mit dem Druckanschluss verbunden und sendet Druckluft in die Druckleitung. Dann bewegt sich die Kammer B wieder nach oben und wird flächenmäßig immer größer. Am Versorgungsanschluss wird es erneut mit Luft versorgt. Es gibt vier solcher Kammern in dieser Pumpe, und jede durchläuft denselben Betriebszyklus. Somit versorgt die Pumpe das pneumatische System kontinuierlich mit Druckluft von 1 bis 10 psi. Niederdrucksysteme werden für Flügelenteisungsbootsysteme verwendet.

Wartung des pneumatischen Antriebssystems 

Die Wartung des pneumatischen Energiesystems besteht aus Wartung, Fehlersuche, Entfernung und Installation von Komponenten und Betriebstests.

Der Schmierölstand des Luftkompressors sollte täglich gemäß den geltenden Herstelleranweisungen überprüft werden. Der Ölstand wird mittels Schauglas oder Peilstab angezeigt. Beim Nachfüllen des Kompressoröltanks wird das Öl (in der entsprechenden Betriebsanleitung angegebener Typ) bis zum angegebenen Füllstand nachgefüllt. Stellen Sie nach dem Einfüllen des Öls sicher, dass die Einfüllschraube festgezogen und der Sicherheitsdraht ordnungsgemäß installiert ist.

Das pneumatische System sollte regelmäßig gespült werden, um Verunreinigungen, Feuchtigkeit oder Öl aus den Komponenten und Leitungen zu entfernen. Das Spülen des Systems wird erreicht, indem es unter Druck gesetzt und die Rohrleitungen von verschiedenen Komponenten im gesamten System entfernt werden. Das Entfernen der unter Druck stehenden Leitungen verursacht einen hohen Luftstrom durch das System, wodurch Fremdstoffe aus dem System ausgestoßen werden. Wenn eine übermäßige Menge an Fremdkörpern, insbesondere Öl, aus einem System austritt, sollten die Leitungen und Komponenten entfernt und gereinigt oder ersetzt werden.

Nach Abschluss der pneumatischen Systemspülung und nach Wiederanschluss aller Systemkomponenten sollten die Luftflaschen des Systems entleert werden, um jegliche Feuchtigkeit oder Verunreinigungen, die sich dort angesammelt haben, zu entfernen.

Warten Sie nach dem Entleeren der Luftflaschen das System mit Stickstoff oder sauberer, trockener Druckluft. Das System sollte dann einer gründlichen Funktionsprüfung und einer Inspektion auf Lecks und Sicherheit unterzogen werden.