Анализ состояния и тенденции развития авиационных систем электроснабжения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №40 (278) октябрь 2019 г.

Дата публикации: 08.10.2019

Статья просмотрена: 501 раз

Библиографическое описание:

Кудряков, С. А. Анализ состояния и тенденции развития авиационных систем электроснабжения / С. А. Кудряков, К. В. Бунас. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 40 (278). — С. 19-21. — URL: https://moluch.ru/archive/278/62848/ (дата обращения: 25.01.2022).



В работе приведены результаты анализа текущего состояния систем электроснабжения воздушного судна. В качестве тенденции развития системы электроснабжения рассмотрена концепция самолета с полностью электрифицированным оборудованием. Описаны требования к системам электроснабжения.

Ключевые слова: воздушное судно, система электроснабжения, генератор, самолет с полностью электрифицированным оборудованием.

Система электроснабжения является одной из ключевых систем воздушного судна. Она предназначена для обеспечения электропитания бортового оборудования (системы навигации, управления и т. п.) и агрегатов, потребляющих электроэнергию. Общей чертой бортовых систем электроснабжения можно считать их разделение на системы генерирования, представляющую совокупность источников электроэнергии и устройств управления и контроля, а также систему распределения, которая транспортирует электроэнергию к потребителям [1].

В работе [2] приводится разделение систем электроснабжения на первичные, вторичные, резервные и аварийные. Первичной называется система, в состав которой входят генераторы, которые приводятся во вращение авиадвигателями. Вторичной системой называют систему преобразователей энергии из первичной системы. Резервная вырабатывает электроэнергию от вспомогательной силовой установки, а аварийная от аккумуляторных батарей и аварийных преобразователей. Такое разделение следует считать условным, т. к. оно не учитывает конструктивных особенностей конкретного самолета. Например, на самолете Airbus A320 допускается запуск систем от аккумуляторных батарей, а беспилотные летательные аппараты чаще всего имеют только один источник электроэнергии [3].

Более очевидным является разделение системы электроснабжения воздушного судна по роду тока и напряжения на три группы:

1) система электроснабжения постоянного тока низкого напряжения 28 В;

2) система электроснабжения переменного трехфазного тока переменной частоты;

3) система электроснабжения переменного трехфазного тока 115/200 В постоянной частоты 400 Гц с приводом постоянной частоты вращения.

Под системой обеспечения постоянным током (рисунок 1) понимают систему, в которой основным источником питания используется постоянный ток напряжения 28 В. В роли источника питания могут выступать аккумуляторные батареи и генераторы постоянного тока. Преимуществом такой системы является использование генератора в качестве стартера и простая параллельная схема работы. Такие системы находят применение в малой авиации и в беспилотных летательных аппаратах. Для потребителей переменного тока в таких системах используют преобразователи, чаще всего инверторы напряжения.

Рис. 1. Структурная схема системы электроснабжения постоянного тока. ГПТ — генератор постоянного тока; АБ — аккумуляторная батарея

Система электроснабжения переменного тока в качестве источника используются генераторы переменного тока. Такие системы нашли широкое применение в коммерческой авиации за счет своих высоких показателей надежности, экономичности и эффективности в целом [3]. Большинство таких самолетов оснащены турбореактивными двигателями, частота вращения ротора которых может меняться в больших диапазонах. При жестком механическом приводе на генератор переменного тока частота тоже начинает меняться в больших диапазонах, что недопустимо для питания электропотребителей. Постоянную частоту тока получают путем использования привода постоянной частоты вращения, который работает по принципу редуктора.

Рис. 2. Структурная схема системы электроснабжения постоянного тока. Г — генератор переменного тока; ППЧВ — привод постоянной частоты вращения

Смешанные системы электроснабжения используют как генераторы постоянного тока, так и генераторы переменного однофазного тока напряжением 115 В частотой 400 Гц. К таким системам можно, например, отнести системы электроснабжения турбовинтовых самолетов. В данной системе генератор переменного тока имеет изменяющуюся частоту, но так как в полете обороты турбовинтовых двигателей практически не изменяются, то и частота генераторов также остаётся постоянной.

Рис. 3. Структурная схема смешанной системы электроснабжения. Г1 — генератор переменного тока; Г2 — генератор постоянного тока

Отдельно стоит упомянуть появившуюся в конце 80-х годов прошлого века концепцию самолета с полностью электрифицированным оборудованием (СПЭО). Такой подход к конструкции самолета позволяет добиться высоких показателей эффективности и экономичности, при этом значительно уменьшив массу самолета, позволяя размещать больше пассажиров [1,4]. Однако эта концепция заставляет пересмотреть существующую структуру современных систем электроснабжения.

Концепция СПЭО имеет ряд преимуществ:

  1. Отказ от гидравлических систем повышает надежность самолета, а также снижает сложность, избыточность, массу, затраты на монтаж и эксплуатацию [5].
  2. Снижение необходимой взлетной мощности двигателя путем внедрения системы электрического запуска авиадвигателя, что может также хорошо сказаться на эксплуатации в холодных условиях [4].
  3. Снижение потребления смазочных жидкостей и трения систем путем использования улучшенных магнитно-подшипниковых систем в стартере/генераторе авиадвигателей и вспомогательной силовой установки [4].
  4. Увеличение надежности системы электроснабжения путем доработки системы аварийного энергообеспечения ветряным генератором [4,5].
  5. Замена системы отбора воздуха на электронасосы снижает трудоемкость и стоимость монтажа [4,5].

Принятие такой концепции позволит достичь значительных улучшений с точки зрения веса самолета, расхода топлива, общей стоимости, ремонтопригодности, надежности в целом и надежности авиационных систем [3,4,5].

Недостатком концепции СПЭО принято считать повышенные требования к самой системе электроснабжения в сфере генерирования и оперирования электроэнергией, надежности систем и их отказоустойчивости, что подразумевает под собой внедрение инноваций в системах производства, обработки, распределения и управления электроэнергией [5,6]. В связи с увеличением количества потребляемой мощности, на новую систему электроснабжения должны накладываться следующие принципы:

1) генераторы переменного тока должны по возможности работать в режимах генерирования и электростартерного запуска авиадвигателя;

2) аварийные системы генерирования должны иметь возможность использования авторотационного режима работы первичных двигателей;

3) каждая из систем генерирования должна обеспечивать работоспособность при неработающих других системах генерирования;

4) системы электроснабжения должны обладать унифицированными интерфейсами, давая возможность к совершенствованию каждого из элементов системы;

5) наличие встроенного автоматического предполетного и полетного контроля с целью определения состояния элементарной конструктивной единицы; ведение протокола состояния системы с возможной передачей информации через телекоммуникационные каналы;

6) прогнозирование отказов и рабочего ресурса систем в целом и наиболее важных конструктивных блоков, включая аккумуляторные батареи.

Заключение

В работе были рассмотрены основные виды систем электроснабжения, применяемых на воздушном транспорте. Определены основные виды систем электроснабжения, проведен их анализ, сфера применения, достоинства и недостатки, структурная схема работы.

Дальнейшим развитием систем электроснабжения является концепция самолета с полностью электрифицированным оборудованием. Концепция подразумевает замену элементов механических, гидравлических и пневматических систем на электрооборудование. Такой метод имеет ряд преимуществ и недостатков. Одним из недостатков является необходимость усовершенствования системы электроснабжения в связи с увеличенным энергопотреблением. Также, конструктивная схема системы электроснабжения также должна претерпеть изменения, перейдя от вида централизованной системы к робастной, усиленной или централизованной [4,5].

Литература:

1. ГОСТ Р 54073–2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии

2. Брускин Д. Э. Самолеты с полностью электрифицированным оборудованием. Сер. Электрооборудование транспорта. — Т. 6 / Д. Э. Брускин, С. И. Зубакин. — М.: ВИНИТИ, 1986. — 108 с.

  1. Злочевский В. С. Системы электроснабжения пассажирских самолетов. — М.: Машиностроение, 1971. — 376 с.
  2. Moir I. Aircraft Systems: Mechanical, electrical, and avionics subsystems integration, Third Edition / I. Moir, A.Seabridge. — John Wiley & Sons, Ltd., 2008. — 504 р.
  3. Cronin, M. J., The all-electric aircraft / M. J. Cronin // IEE Review, Vol. 36. — 1990, pp. 309–311.
  4. Волокитина Е. В., Головизнин С. Б. Полностью электрифицированный самолет от концепции до реализации // Электроника и электрооборудование транспорта. — 2007. — № 1. — с. 2–5.
Основные термины (генерируются автоматически): система электроснабжения, переменный ток, генератор, система, электрифицированное оборудование, концепция самолета, система генерирования, ток, вспомогательная силовая установка, переменный трехфазный ток.


Ключевые слова

система электроснабжения, генератор, воздушное судно, самолет с полностью электрифицированным оборудованием

Похожие статьи

Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок

Генерируемая мощность переменного токапеременной частотой и величиной) сначала выпрямляется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в мощность переменного тока (с фиксированной частотой и величиной). Целесообразно использовать эти машины с...

Повышение эффективности электрифицированного...

Для увеличения эффективности системы электроснабжения необходимо свести эти потери к

Эти ИП могут питаться любым родом тока: переменным трёхфазным, переменным

Как уже говорилось ранее, силовая электроника шагнула далеко вперёд за последние 20 лет...

Анализ и прогноз развития отечественных вспомогательных...

Вспомогательной силовой установкой (ВСУ) традиционно называют малогабаритный газотурбинный двигатель (ГТД) конструктивно объединенный с агрегатами обеспечивающими отбор мощности и воздуха, устанавливаемый на самолётах и вертолётах для пуска основных...

Подклассы мощности ветроэнергетических установок

Генератор — вырабатывает переменный ток, заряжает аккумуляторы.

Инвертор — преобразует постоянный ток в переменный. При вращении ротора создаётся трёхфазный переменный ток, затем идущий через контроллер на аккумуляторную батарею постоянный ток...

Системный подход к разработке и интеграции системы гибридной...

Подраздел «Электрические системы и оборудование» Приводятся требования к мощности и системе генерирования, внешнему

АВТ взаимодействует с системой электроснабжения самолета как источник электропитания переменного тока 115/200 В 400 Гц и потребитель...

Исследование системы векторного управления...

В настоящее время частотно-регулируемый электропривод переменного тока становится главным типом регулируемого промышленного электропривода, серийно выпускаемого ведущими электротехническими компаниями.

Математические модели электротехнических комплексов буровых...

Генерируемая мощность переменного токапеременной частотой и величиной) сначала выпрямляется в постоянный ток, а затем. Целесообразность применения ветроэнергетических установок малой мощности с вертикальной осью вращения в Омском регионе.

Применение генератора в ветроэнергетических установках...

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а. В данной статье рассмотрена возможность использования автомобильного электрогенератора в ВЭУ. Применение автомобильных генераторов повышает надежность...

Обзор подключения ветроустановок к системам...

Обзор подключения ветроустановок к системам электроснабжения для их эффективной

Принцип работы данных схем основан на преобразовании вырабатываемого переменного

Применение стабилизатора напряжения за генератором влечет за собой большие потери...

Система управления статическим компенсатором реактивной...

Разработана система управления статком для режима симметрирования трёхфазной нагрузки по методу подчинённого регулирования координат с

Разработанная система управления статического компенсатора реактивной мощности обеспечивает снижение токов обратной...

Похожие статьи

Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок

Генерируемая мощность переменного токапеременной частотой и величиной) сначала выпрямляется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в мощность переменного тока (с фиксированной частотой и величиной). Целесообразно использовать эти машины с...

Повышение эффективности электрифицированного...

Для увеличения эффективности системы электроснабжения необходимо свести эти потери к

Эти ИП могут питаться любым родом тока: переменным трёхфазным, переменным

Как уже говорилось ранее, силовая электроника шагнула далеко вперёд за последние 20 лет...

Анализ и прогноз развития отечественных вспомогательных...

Вспомогательной силовой установкой (ВСУ) традиционно называют малогабаритный газотурбинный двигатель (ГТД) конструктивно объединенный с агрегатами обеспечивающими отбор мощности и воздуха, устанавливаемый на самолётах и вертолётах для пуска основных...

Подклассы мощности ветроэнергетических установок

Генератор — вырабатывает переменный ток, заряжает аккумуляторы.

Инвертор — преобразует постоянный ток в переменный. При вращении ротора создаётся трёхфазный переменный ток, затем идущий через контроллер на аккумуляторную батарею постоянный ток...

Системный подход к разработке и интеграции системы гибридной...

Подраздел «Электрические системы и оборудование» Приводятся требования к мощности и системе генерирования, внешнему

АВТ взаимодействует с системой электроснабжения самолета как источник электропитания переменного тока 115/200 В 400 Гц и потребитель...

Исследование системы векторного управления...

В настоящее время частотно-регулируемый электропривод переменного тока становится главным типом регулируемого промышленного электропривода, серийно выпускаемого ведущими электротехническими компаниями.

Математические модели электротехнических комплексов буровых...

Генерируемая мощность переменного токапеременной частотой и величиной) сначала выпрямляется в постоянный ток, а затем. Целесообразность применения ветроэнергетических установок малой мощности с вертикальной осью вращения в Омском регионе.

Применение генератора в ветроэнергетических установках...

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а. В данной статье рассмотрена возможность использования автомобильного электрогенератора в ВЭУ. Применение автомобильных генераторов повышает надежность...

Обзор подключения ветроустановок к системам...

Обзор подключения ветроустановок к системам электроснабжения для их эффективной

Принцип работы данных схем основан на преобразовании вырабатываемого переменного

Применение стабилизатора напряжения за генератором влечет за собой большие потери...

Система управления статическим компенсатором реактивной...

Разработана система управления статком для режима симметрирования трёхфазной нагрузки по методу подчинённого регулирования координат с

Разработанная система управления статического компенсатора реактивной мощности обеспечивает снижение токов обратной...

Задать вопрос