运动控制占用飞行

运动控制不仅仅局限于生产车间，它还应用于航空航天领域，从飞机乘客门操作到巡航导弹的稳定鳍调整。航空运动控制系统不能容忍粉尘飞扬的研磨机，必须承受强烈的冲击和振动环境的宽温度波动，以尽可能小的封装提供高功率密度的输出，以及绝对的可靠性。这是一个充满挑战的市场，但回报是很多的。

工业运动控制组件必须是健壮的，但最重要的是经济，易于集成，并与批量生产兼容。航空航天市场需要不同的商业模式和不同的工程方法来满足一系列严格的性能要求。BEI Kimco Magnetics (Vista, California)电机产品高级应用工程师沃尔特·史密斯(Walter Smith)说:“你会遇到很多考虑因素，尤其是在军事方面，这是你在工业机器应用中所没有的。”在工厂车间的可靠性和在3万英尺高空的可靠性是完全不同的两件事。生产线上的组件故障意味着停工、收入损失和不愉快的管理。飞机上的一个部件故障可能意味着人员伤亡。

“前端所做的工程量可能与航空航天侧比工业方面更大，”MPC产品公司的电子产品研发主任（Skokie，Illinois）表示，尼克纳格尔说。“我们使用有限元建模广泛看看各种结构问题，无论是极高的负载，极高的冲击和振动，一直通过广泛的热分析。非训练工程的数量相对于整体计划成本非常大。“

当然，即使在航空航天行业，可靠性也是一个不断变化的目标。常规使用应用，如在控制面上移动襟翼施加不同的设计要求，而不是导弹上的鳍调整器，可能会飞几分钟?或者在地窖里蹲十年。内格尔说:“当你发射一件东西时，你希望它能工作。”“我们会有多年的存储需求。如果是陆基发射井，情况还不算太糟，但如果是舰基发射井，盐雾的要求就会非常糟糕。”

像鸟一样轻
首先，飞机需要升到空中并停留在那里，所以尺寸和重量是飞行硬件的关键考虑因素。问题归结为:通过仔细选择从磁铁材料、传动装置到定子和转子之间的气隙，以尽可能小的封装获得最大的功率，最大限度地提高功率密度和效率。

当然，从字面上看，缩小马达也可以是一种尺寸练习。一个必须连续产生几十瓦功率的马达在尺寸和热质量上都要比一个只需要在短时间内产生这种功率的马达大得多。内格尔说:“如果一个电机将被用于一个只持续几秒钟的驱动应用，那么你就真的可以突破机器的极限。”MPC为空客A380的反向推力总成生产了一种瞬时功率可达40千瓦、重量不到10磅的发动机。“它的直径只有几英寸，长度也只有几英寸，所以它是一个功率密度极高的发动机，”他说。“在工业应用中，额定功率为40千瓦的伺服电机将连续不断地额定为40千瓦，其尺寸将是40千瓦的5倍。”

高功率密度提高了齿槽技术的应用前景。这在成像应用中可能是一个问题，例如，驱动稳定传感器球和目标系统的平衡架的马达。确保平稳运动意味着工程电机，以减少齿槽效应。BEI Kimco的工程师布鲁斯·杜(Bruce Du)说:“这是你如何倾斜定子堆栈或转子上的磁铁。”“这取决于配置。通常你可以使用倾斜技术或者在转子和定子之间使用更大的气隙。”另一种方法是选择正确的槽/极组合。权衡是性能——绕组系数越低，效率越低。

齿槽成为问题的程度取决于电机的类型，而电机又是由应用程序驱动的。例如，BEI Kimco生产用于图像稳定的伺服电机和用于货机舱内移动货箱的无刷高功率密度电机(称为扭矩器)。力矩器主要用于涉及高质量低速运动的应用，而伺服电机往往用于高精度、高速、点对点运动。对于力矩器来说，功率密度往往比齿槽重要得多。对于一个伺服电机，相反的情况通常是正确的。

从环境上来说
航空航天应用可能会使部件暴露在极端温度下，在海洋应用中，会暴露在高湿度条件下，如海雾。无论是在航空还是在航天发射应用中，系统必须经受住极端的冲击和振动。如果这些组件用于防御系统，它们必须满足许多详细的军用规格之一，这些规格可以涵盖从温度耐受性到入侵保护等所有方面。

电磁兼容性要求可以在用于通信的频带上非常严格。使用无刷电机可以减少一些噪音，过滤可以照顾他人。

内格尔说，航空航天系统越来越多地使用商用现货(COTS)，部分原因是半导体组件的可靠性和可用性提高了。这可以简化采购，并可能降低成本，但它本身也带来了挑战。MPC产品公司(MPC Products)机械工程总监史蒂文•瑞肯布罗德(Steven Rickenbrode)表示:“这令人头疼。”“特别是在电子部件方面，你经常开发出一套组件，但六个月后这些组件就过时了，没有人再生产它们。”

更大的问题可能是辐射硬度。随着晶体管的缩小，它们在辐射面前变得更加脆弱。内格尔说:“随着晶体管工艺越来越小，单事件扰动发生得更多。”“制造抗辐射设备的难度越来越大，原因很简单，他们制造这些设备的工艺已经过时了。”

除了设计
为了确保可靠性和性能，面对上述所有因素，公司需要建立全面的测试计划，并在整个设计和制造阶段评估性能。在软件方面，仅仅编写符合内部标准的代码是不够的。例如，商用飞机上使用的组件软件必须经过测试、验证，并与FAA标准保持一致。Rickenbrode说:“相关的文档测试和成本是巨大的。”“编写源代码本身可能只占工作的2%，其余的工作则是验证、验证和文档化。”

航空市场提出的一些问题超出了技术挑战。航空航天和军事研发项目从设计到生产可能需要数年时间，这需要参与这一领域的供应商持续不断的大量投资。客户通常密切参与设计和开发过程，并进行关键的设计评审等等。这种密切的合作最终有利于项目，但也会消耗大量的时间和精力。

提前期双方工作。设计成军队或航空计划的优点是在制造阶段 - 及以后的稳定工作流。妥善维护，喷气机可以飞行数十年。只要平台存在，需要准备维护其产品即可维护其产品。“我们的大多数合同都要求我们支持飞机的生活计划，”RickenBrode说。“我们有一个致力于售后市场的完整部门。”

像医疗市场一样，航空航天市场带有特定的福利和挑战。然而，对于合适的工程组织的合适公司，它可能是一个非常有利可图的，非常令人满意的部门。