Ultra Motion: Актуатори, що покращують автономність в повітрі, на морі та в космосі
Автор: Річард Томас
Передові актуатори Ultra Motion забезпечують точний контроль у екстремальних умовах. Їхні інноваційні рішення значно підвищують надійність, ефективність та продуктивність у різноманітних автономних застосуваннях.
Актуатори є критично важливими компонентами в безпілотних системах, перетворюючи електронні сигнали в точні механічні рухи, важливі для функціонування, як-от керування вектором тяги, розгортання шасі та маніпуляції поверхнями в БПЛА. У безпілотних надводних і підводних транспортних засобах вони контролюють рухи рульового управління, корекцію гідрофолів та виводять вантаж. Продуктивність цих актуаторів має вирішальне значення для точності, надійності й чутливості автономних систем, тому технічний прогрес в області актуаторів є основоположним для майбутнього безпілотних платформ.
Ці компоненти повинні витримувати екстремальні умови, такі як інтенсивні вібрації в аерокосмічній сфері, підвищений тиск під водою та різкі зміни температури. Інновації в дизайні актуаторів — такі як безконтактний абсолютний зворотний зв’язок щодо позиції та дворазові редундантні двигуни — покращують як продуктивність, так і надійність. Ultra Motion, що базується на Лонг-Айленді, Нью-Йорк, зосереджується на технології актуаторів для забезпечення інженерних рішень, що гарантують точну, безвідмовну роботу в автономних системах.
Ultra Motion створює та проектує актуатори, які підходять для вимогливих сценаріїв, зокрема у таких умовах, як підводне середовище, аерокосмічна та космічна сфера. Їхня запатентована технологія абсолютного зворотного зв’язку щодо позиції Phase Index є основою їх продуктів. Кожен актуатор обладнаний вбудованою електронікою управління і абсолютним зворотним зв’язком щодо позиції, що робить їх надзвичайно ефективними для умов високого удару та підводних систем.
Поточний асортимент продукції та застосування для безпілотників
Продукція Ultra Motion для безпілотних транспортних засобів включає актуатори AM та AU. Модель AM спроектована для високої стійкості до ударів і вібрацій, в той час як модель AU є актуатором з компенсованим тиском, заповнена маслом, призначена для підводних умов. Модель AM зазвичай використовується для керування вектором тяги для менших ракетних двигунів, використовується у початкових етапах запуску та в космічних транспортних засобах. Том Куатаро, інженер з мехатроніки в Ultra Motion, зазначив, “Крім того, він використовується для маніпуляції з керуючими поверхнями в БПЛА з фіксованими крилами, для управління шасі та контролю свіжої хвилі в вертольотах. Також його використовують в безпілотних надводних транспортних засобах для маневрування рулем та виводження додаткових елементів.”
Актуатор AU, розрахований на глибини понад 6000 метрів, застосовується в ROV для плоскостей занурення та вивільнення буїв/датчиків. “Нещодавно ми також представили серію L-S насосні актуатори, які забезпечують нульовий зворот завдяки своїй конструкції з шарикокрутного гвинта та ексцентрикових кутових підшипників,” – сказав Куатаро. “На відміну від типових ротаційних серводвигунів з 0,6-1 градусом зворотного завдання, наша попередня збірка нагадує високий рівень контролю. Це особливо цінно в динамічних роботах БПЛА.”
Фірма розробила версію цього актуатора з дворазовою редундантністю, копіюючи двигун і електроніку управління при трикратному абсолютному зворотному зв’язку з датчиками. Це викликало інтерес до використання на автономних вертольотах, оскільки ці літаки зазнають значних осциляційних навантажень, а нульове осьове зворот забезпечує значне поліпшення надійності.
Невидимий зворотний зв’язок Phase Index постійно підвищує ефективність актуаторів в безпілотних системах. Куатаро пояснив: “В БПЛА абсолютне зворотнє зв’язку дуже важливо. Інші методи, такі як послідовна зворотний зв’язок, вимагають початкових налаштувань, а це непрактично в польоті. Якщо станеться збій живлення, БПЛА, що покладаються на послідовний зворот, буде вимушений повернути всі керуючі поверхні до нуля — що є серйозною проблемою.”
Технологія Phase Index забезпечує абсолютний зворотний зв’язок без потреби в повторній калібровці, використовує безконтактне сенсування для уникнення проблем з зносом, має компоновку для триразової участі без збільшення обсягу і без батареї, що означає, що вона залишається надійною в екстремальних умовах.
“На даний момент вона є у всіх наших актуаторах і навіть використовувалася на космічних апаратах, які успішно приземлилися на Місяць,” – пояснив Куатаро. “У різних умовах — у ракетних двигунах, ротокрилах та USV, що борються з хвилями — наша система зворотного зв’язку забезпечує надійне та точне управління.”
Проектування для екстремальних умов
Ultra Motion гарантує, що їхні актуатори ефективно працюють в екстремальних умовах, завдяки ретельному процесу розробки та тестування продукції. Куатаро зазначив, що багато з їхніх актуаторів для суворих умов — такі як AM, L-Series і T-Series — є результатом 15-річної співпраці зі SpaceX. Ми розробили контрольні актуатори для двигунів SuperDraco, що використовуються у системі аварійного запуску Crew Dragon. Цей проект дав нам багато знань в галузі проектування для екстремальних умов.
Що стосується налаштування для уникальних потреб клієнтів, Куатаро сказав: “Наша мета — пропонувати комерційні рішення з широким через стандартних варіацій, що охоплюють близько 90% додатків. Проте оскільки ми маленька і гнучка компанія, ми часто модифікуємо механічні конструкції, прошивки та електронні компоненти, щоб відповідати специфічним вимогам клієнтів.”
Приклади налаштувань включають власні монтажні конфігурації, заміни матеріалів для спеціальних додатків та оновлення прошивки для підтримки різних комунікаційних протоколів. Клієнти отримують унікальний номер деталі, а модифікації розглядаються як розширення стандартної лінії продуктів, а не як повністю індивідуальні замовлення.
Моніторинг стану актуаторів і резервування
Ultra Motion здійснює моніторинг стану актуаторів і резервування за допомогою вбудованої прошивки, яка контролює управління моторами, зв’язок і телеометрію. Вбудовані датчики слідкують за температурою актуатора, напругою шини та внутрішньою вологістю, використовуючи спеціально розроблену десикант для тривалого поглинання вологи.
Льотні комп’ютери можуть запитувати актуатори для отримання даних телеметрії, що дозволяє користувачам приймати обґрунтовані рішення, такі як моніторинг тенденцій робочого струму для прогнозування можливих збоїв. “Проте,” – додав Куатаро, “актуатори не вимикаються автоматично в ситуаціях перегріву — ми дозволяємо користувачам вирішувати це питання, оскільки в багатьох застосуваннях БПЛА може бути доцільніше, аби актуатор залишався працездатним, ніж спровокувати критичний системний збої.”
Оптимізація ефективності БПЛА
Актуатори відіграють важливу роль в оптимізації ефективності аеродинамічної структури БПЛА. Їхній високоточний зворотний зв’язок забезпечує точне позиціонування керуючих поверхонь, зменшуючи нестабільність і покращуючи відстеження шляху. Дизайн високоефективного шарикового гвинта забезпечує до 95% ефективності, що перевершує традиційні зубчасті передачі та гідравліку. Перехід до повністю електричного актуування усуває потребу в об’ємних гідравлічних системах, підвищуючи ефективність і надійність БПЛА.
Щодо ринкових сегментів, які стимулюють зростання, Куатаро зазначив: “Ми зосереджені на автономних системах, а не на Advanced Air Mobility, оскільки AAM має більше регуляторних труднощів. Нашими основними ринками є оборонний сектор (ISR, БПЛА, UGV, USV); обладнання для моніторингу енергетичних секторів, наприклад, для вітрових електростанцій, перевірок нафти та газу та безпілотних поверхневих транспортних засобів (USV).”
“Сектор USV зараз переживає сильне зростання, яке зумовлене як комерційними застосуваннями, такими як енергетика та обстеження, так і оборонними ініціативами автономії через геополітичні фактори. Багато операторів автоконтрольованих поверхневих транспортних засобів зараз впроваджують активатори з мілким зануренням, компенсовані тиском, запозичені з нашої підводної технології.”
Куатаро додав: “Наш дворазово редундантний актуатор L-Series є змінником гри, оскільки дуже мало редундантних лінійних актуаторів існує за межами надзвичайно висококласифікованих ринків. Крім того, ми виготовляємо все в США, пропонуючи безпосередню підтримку клієнтів, на відміну від багатьох постачальників, які вимагають взаємодії через дистриб’юторів. Ми зосереджені на високоякісних компонентах з комп’ютерним числовим управлінням без будь-яких компромісів у надійності.
