Lotnicze układy wykonawcze

I stopnia

wybieralny

W 14/x , C 14/+, L16/+; razem: 44 godz., 3 pkt ECTS

wprowadzające:

metrologia I: pomiar wielkości elektrycznych i mechanicznych. Czujniki i przetworniki pomiarowe.

elektrotechnika i elektronika I: silniki elektryczne. Wzmacniacze prądu stałego i operacyjne. Modulacja i demodulacja. Układy prostownicze - zasilacze.

mechanika II: geometria mas, praca, moc i energia kinetyczna, dynamika ruchu obrotowego i płaskiego ciała sztywnego.

podstawy automatyki i automatyzacji: transmitancja operatorowa i widmowa. Budowa i przekształcanie schematów blokowych. Podstawowe człony dynamiczne. Układy regulacji automatycznej. Jakość regulacji. Dokładność statyczna i dynamiczna. Urządzenia wykonawcze i pomiarowe automatyki.

mechanika płynów: podstawowe zależności mechaniki płynów. Elementy hydrostatyki i hydrauliki stosowanej.

termodynamika: równania stanu gazów doskonałych i rzeczywistych. Zasady termodynamiki.

aerodynamika: obciążenia aerodynamiczne powierzchni sterowych statku powietrznego.

semestr piąty/ lotnictwo i kosmonautyka / awionika

mjr dr inż. Maciej HENZEL

1. Udział w wykładach / 14

2. Udział w laboratoriach / 16

3. Udział w ćwiczeniach / 14

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 10

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 10

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 14

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 2

11. Przygotowanie do egzaminu / 0

12. Przygotowanie do zaliczenia / 8

13. Udział w egzaminie / 0

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 90 godz./3ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+12): 54 godz./2ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 60 godz./2.ECTS

Ogólna charakterystyka urządzeń wykonawczych. Serwomechanizmy. Podstawowe wymagania. Płyny-własności termodynamiczne i przepływowe. Straty przepływu. Pneumatyczny układ sterowania i napędu. Elementy sterujące i wykonawcze. Model matematyczny pneumatycznego układu napędowego. Charakterystyki układu. Budowa i zasada pracy układu hydraulicznego. Zespoły hydrostatycznego układu napędowego. Sterowanie dławieniowe i wyporowe. Wzmacniacze hydrauliczne i elektrohydrauliczne. Model matematyczny elektrohydraulicznego układu napędu. Charakterystyki statyczne i dynamiczne układu. Budowa i zasada działania napędów elektrycznych. Struktura napędu elektrycznego. Struktura serwomechanizmu elektrycznego (schemat funkcjonalny). Charakterystyka mechaniczna i regulacyjna silnika elektrycznego. Charakterystyki silnika krokowego. Model matematyczny elektrycznego zamkniętego układu napędowego. Charakterystyki statyczne układu. Analiza porównawcza różnych typów układów wykonawczych.

Wykład / metoda werbalno-wizualna z wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych

1. Ogólna charakterystyka urządzeń wykonawczych /1. Struktura układów sterowania i regulacji. Serwomechanizmy. Przeznaczenie. Klasyfikacja, podstawowe wymagania. Przykłady.

2. Płyny-własności termodynamiczne i przepływowe /1. Podstawowe prawa termodynamiki. Równanie ciągłości Bernoulliego. Prawo Pascala. Liczba Reynoldsa. Lepkość kinematyczna i dynamiczna gazów i cieczy. Własności cieczy roboczych. Straty przepływu.

3. Napęd i sterowanie pneumatyczne /1. Pneumatyczny układ sterowania i napędu - struktura. Budowa pneumatycznego układu sterowania - podstawowe elementy. Elementy sterujące przepływem i ciśnieniem powietrza. Serwozawory i serwonapędy pneumatyczne. Czujniki i wzmacniacze pneumatyczne.

4. Elementy sterujące i wykonawcze pneumatyki /1. Zawory rozdzielające, zawory zwrotne, zawory dławiące zwykłe i proporcjonalne. Silniki i siłowniki pneumatyczne. Zespoły przygotowania sprężonego powietrza.

5. Przykład elektropneumatycznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /1. Tworzenie i czytanie schematów pneumatycznych. Projekt prostego układu sterowania pneumatycznego. Model matematyczny zamkniętego układu napędowego steru w postaci: równań różniczkowych; schematu blokowego.

6. Przykład elektropneumatycznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /1. Model matematyczny układu w postaci transmitancji operatorowej. Charakterystyki statyczne układu.

7. Napęd i sterowanie hydrauliczne /1. Budowa i zasada pracy układu hydraulicznego. Zespoły hydrostatycznego układu napędowego Sterowanie dławieniowe i wyporowe (objętościowe). Straty mocy w układach hydraulicznych. Zjawisko kawitacji i obliteracji. Elementy sterujące kierunkiem przepływu, natężeniem przepływu i ciśnieniem cieczy. Wzmacniacze hydrauliczne i elektrohydrauliczne.

8. Elementy hydraulicznych stacji zasilających (pompy, akumulatory hydrauliczne, zbiorniki cieczy roboczej, filtry) /1. Straty cieplne w układzie. Odbiorniki hydrauliczne (silniki hydrauliczne i siłowniki hydrauliczne). Konwencjonalne zawory proporcjonalne i zawory proporcjonalne regulacyjne. Serwozawory przepływowe i ciśnieniowe.

9. Przykład elektrohydraulicznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /1. Charakterystyki statyczne układu sterowania dławieniowego. Model matematyczny zamkniętego układu napędu w postaci równań różniczkowych. Charakterystyki statyczne i dynamiczne układu.

10. Przykład elektrohydraulicznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /1. Tworzenie modelu matematycznego prostego układu hydraulicznego w postaci schematu blokowego. Model matematyczny zamkniętego układu napędowego steru układu w postaci schematu blokowego i transmitancji operatorowej.

11. Budowa i zasada działania napędów elektrycznych /1. Struktura napędu elektrycznego. Struktura serwomechanizmu elektrycznego (schemat funkcjonalny). Model matematyczny silnika prądu stałego. Charakterystyka mechaniczna i regulacyjna. Charakterystyki dynamiczne napędu z silnikiem obcowzbudnym prądu stałego.

12. Budowa i zasada działania napędów elektrycznych /1. Sposoby sterowania silnikami elektrycznymi. Sterowanie impulsowe silnika prądu stałego. Sterowanie silnikiem krokowym.

13. Przykład elektrycznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /1. Model matematyczny układu w postaci równań różniczkowych i schematu blokowego.

14. Przykład elektrycznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /1. Model matematyczny układu w postaci transmitancji operatorowej. Charakterystyki statyczne układu,

Ćwiczenia / polegają na grupowym rozwiązywaniu zadań w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2 oraz opanowania umiejętności U2,U3.

1. Uproszczone obliczenia projektowe pneumatycznych układów sterujących i napędów /2. Dobór siłownika pneumatycznego; określenie prędkości tłoka; dobór elementów przygotowania sprężonego powietrza.

2. Projektowanie prostych układów napędów i sterowania pneumatycznego /2. Zasady tworzenia i czytania schematów pneumatycznych; tworzenie prostych układów sterowania elementami pneumatycznymi i elektropneumatycznymi.

3. Obliczenie podstawowych parametrów napędu i sterowania hydraulicznego /2. Parametrów roboczych układu hydraulicznego (ciśnienia, natężenia przepływu,); strat mocy w układach hydraulicznych (strat ciśnienia, strat objętościowych, strat hydrauliczno-mechanicznych, strat całkowitych), ilości ciepła wytwarzającego się w układzie i ilości ciepła oddanego do otoczenia.

4. Wyznaczenie charakterystyk statycznych układów hydraulicznych /2. Charakterystyki układu sterowania dławieniowego (zasilanego ze źródła stałego natężenia przepływu oraz ze źródła stałego ciśnienia); charakterystyki hydraulicznych dławieniowych układów sterowania prędkością.

5. Tworzenie modelu matematycznego prostego układu hydraulicznego /2. Modelowanie matematyczne zjawisk fizycznych zachodzących w elementach hydraulicznych układów sterowania i regulacji; zapis modelu układu sterowania dławieniowego w postaci schematu blokowego; analiza dynamiki układu sterowania dławieniowego.

6. Model matematyczny silnika prądu stałego /2. Zapis w postaci równań różniczkowych; schematu blokowego; transmitancji operatorowej.

7. Model matematyczny elektrycznego zamkniętego układu napędowego steru statku powietrznego /2. Zapis w postaci: równań różniczkowych; schematu blokowego.

Laboratoria / polegają na wykonywaniu przez grupę studentów pomiarów parametrów i charakterystyk układów wykonawczych i ich elementów w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1,W2 oraz opanowania umiejętności U1, U2, U3 i kompetencji społecznej K1.

1. Pomiar podstawowych parametrów i charakterystyk lotniczego elektrycznego układu wykonawczego /4. Eksperymentalne wyznaczenie charakterystyk czasowych silnika bocznikowego w czasie rozruchu, w czasie rozruchu i nawrotu i w czasie hamowania. Pomiary elektromechanicznej i elektromagnetycznej stałych czasowych silnika; pomiar czasu ruszania silnika; pomiar charakterystyk rozruchu silnika; badanie skuteczności różnych sposobów hamowania silnika.

2. Zaprojektowanie i praktyczna realizacja prostych hydraulicznych układów sterujących i napędów /4. Praktyczna realizacja zaprojektowanych układów sterowania dławieniowego na stanowisku dydaktycznym firmy Festo Didactic. Przeprowadzenie badań funkcjonalnych zaprojektowanych układów i wyznaczenie charakterystyk statycznych niektórych z nich (wskazanych przez prowadzącego).

3. Badanie elektrohydraulicznego układu wykonawczego / 2. Obiektem badań jest elektrohydrauliczny układ wykonawczy (zasilanie 30MPa, skok siłownika 80mm). Doświadczalnie wyznaczane są charakterystyki statyczne i dynamiczne (skokowa, częstotliwościowa) układu dla różnych nastaw regulatora PID. Są one podstawą wyznaczenia podstawowych parametrów badanego układu wykonawczego.

4. Zaprojektowanie i praktyczna realizacja prostych pneumatycznych układów sterujących i napędów /2. Projekt prostych układów pneumatycznych za pomocą dedykowanego oprogramowania FluidSIM Pneumatic, umożliwiającego wykonywanie analiz symulacyjnych układów pneumatycznych. Praktyczna realizacja sterowania w układach pneumatycznych z wykorzystaniem stanowiska firmy Festo.

5. Sterowanie silnikiem krokowym /2. Obiektem badań jest silnik krokowy z falownikiem EduTrainer wraz z dedykowanym oprogramowaniem.

6. Pomiar podstawowych parametrów i charakterystyk wybranych przekształtników energii elektrycznej w napędach elektrycznych /2. Poznanie zasad działania podstawowych rodzajów układów przekształcania energii elektrycznej oraz wykonanie pomiarów ich charakterystyk statycznych i dynamicznych. Obiektami badań są: układ ze wzmacniaczem mocy LM12CL, układy typu A i B oraz układ typu PWM. Badania wykonywane są dla obciążenia rezystancyjnego, indukcyjnego oraz silnikiem elektrycznym.

podstawowa:

1. Osiecki A.: Hydrostatyczny napęd maszyn. WNT, Warszawa 1998.

2. Pizoń A.: Elektrohydrauliczne analogowe i cyfrowe układy automatyki, WNT, Warszawa 1995.

3. Stryczek St.: Napęd hydrostatyczny, Tom II Układy, WNT, Warszawa 1997.

4. Szenajch W.: Napęd i sterowanie pneumatyczne, WNT, Warszawa 1997.

5. Siemieniak F.:Dynamika pneumatycznych układów napędowych, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2007.

6. Dindrof R.: Napędy płynowe. Podstawy teoretyczne i metody obliczania napędów hydrostatycznych i pneumatycznych”, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej. Kielce 2009.

7. Zawirski K., Deskur J. , Kaczmarek T.: Automatyka napędu elektrycznego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2012.

uzupełniająca:

1. Heimann B., Gerth W., Popp K.: Mechatronika. Komponenty, metody, przykłady. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.

2. Kotnis G.: Budowa i eksploatacja układów hydraulicznych w maszynach. Wydawnictwo i Handel Książkami "Ka Be", Krosno 2008.

3. Mednis W.: Hydrauliczne napędy i ich sterowanie. Ćwiczenia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.

4. Niezgoda J., Pomierski W.: Sterowanie pneumatyczne. Ćwiczenia laboratoryjne. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1998.

5. Kastowiecki J.: Elementy i podzespoły półprzewodnikowych układów napędowych, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.

6. Węsierski Ł.: Elementy i układu pneumatyczne, AGH, Kraków 1981.

7. Węsierski Ł.: Podstawy pneumatyki. Festo Didactic, AGH, Kraków 1990.

8. Kulesza Z.:Modelowanie wieloobwodowych pneumatycznych układów napędowych, Praca doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa 2003.

W1/ Ma uporządkowaną wiedzę w zakresie urządzeń wykonawczych instalowanych na statkach powietrznych oraz szczegółową wiedzę niezbędną do zrozumienia fizycznych podstaw działania elektrycznych, pneumatycznych i hydraulicznych układów napędu i sterowania.

/K_W15, K_W17.

W2/ Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie podstaw sterowania i automatyki, mechaniki płynów oraz podstawową wiedzę z elektrotechniki i elektroniki oraz termodynamiki technicznej w odniesieniu do zagadnień konstrukcyjnych i eksploatacyjnych w obszarze lotniczych układów wykonawczych /K_W03, K_W04, K_W08.

U1/ Potrafi posługiwać się właściwie dobranymi metodami i urządzeniami do pomiaru podstawowych wielkości charakteryzujących układy wykonawcze i ich elementy / K_U07.

U2/ Potrafi posłużyć się środowiskami programistycznymi w celu symulacji układów wykonawczych / K_U08.

U3/ Potrafi rozwiązywać zadania techniczne w obszarze projektu koncepcyjnego lotniczego układu wykonawczego i rozwiązywać powstające podczas ich eksploatacji problemy techniczne z zastosowaniem dostępnych środków, oraz obsługiwać lotnicze układy wykonawcze zgodnie wymaganymi przepisami ciągłej zdatności / K_U14, K_U15.

rzedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Zaliczenie jest przeprowadzane w formie pisemnego testu sprawdzającego (kolokwium) z zadaniami zamkniętymi i otwartymi.

Warunkiem dopuszczenia do kolokwium jest zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych na ocenę pozytywną.

Zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania ćwiczeń audytoryjnych.

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen z przygotowania do wykonania ćwiczeń i sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych.

Efekty W1, W2, U1, U2, U3 sprawdzane są podczas pytań kontrolnych i podczas rozwiązywania zadań na ćwiczeniach rachunkowych.

Efekty W1, W2, U2, U3, U4 sprawdzane są w trakcie odpowiedzi, aktywności w wykonywaniu zadań i przygotowania sprawozdań na ćwiczeniach laboratoryjnych i podczas obrony sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych.

Efekty W1, W2 sprawdzane są na kolokwium zaliczeniowym.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 95% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w pełni wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z układami wykonawczymi korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 90% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu prawie pełnym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z układami wykonawczymi korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 80% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dobrym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z układami wykonawczymi korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 70% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 55% pytań pisemnego testu sprawdzającego, oraz który posiadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia.. Przy rozwiązywaniu zadań o średnim stopniu trudności wymaga wsparcia ze strony nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnił wymagań na ocenę dostateczną.