Выработка электроэнергии является важным аспектом современной авиационной техники. Вырабатываемая энергия используется для работы множества систем, таких как системы управления полетом, системы связи, освещения и развлекательные системы. В самолетах используются два основных метода выработки электроэнергии — генераторы с приводом от двигателя и вспомогательные силовые установки (ВСУ).
Генераторы с приводом от двигателя являются наиболее распространенным методом выработки электроэнергии, используемым в самолетах. Эти генераторы приводятся в действие двигателями самолета, которые приводят в движение ротор генератора для выработки электроэнергии. Выходная мощность генератора управляется регулятором напряжения, который гарантирует поддержание напряжения в допустимом диапазоне. Одним из существенных преимуществ генераторов с приводом от двигателя является их высокая выходная мощность, что делает их способными питать несколько систем одновременно. Кроме того, поскольку они приводятся в движение двигателями самолета, им не требуется дополнительное топливо для выработки энергии, что делает их экономически эффективными. Однако одним из главных недостатков генераторов с приводом от двигателя являются их высокие требования к техническому обслуживанию. Они требуют регулярных проверок, чтобы убедиться в их правильном функционировании.
ВСУ — это небольшой газотурбинный двигатель, который расположен в хвостовой части самолета. Он используется для обеспечения электроэнергией, когда двигатели не работают или вырабатывают недостаточную мощность. При необходимости ВСУ может также обеспечивать кондиционирование воздуха и гидравлическую мощность. Основное преимущество ВСУ заключается в том, что он может обеспечивать самолет электроэнергией, когда двигатели не работают или когда они не вырабатывают достаточной мощности. Это особенно полезно во время наземных процедур, когда двигатели не запущены, а самолету требуется питание для различных систем. Кроме того, поскольку они меньше, чем генераторы с приводом от двигателя, они требуют меньшего технического обслуживания.
Генераторы с приводом от двигателя требуют регулярных проверок и технического обслуживания, чтобы убедиться в их правильной работе. Требования к техническому обслуживанию зависят от типа генератора, рекомендаций производителя и условий эксплуатации воздушного судна. Некоторые задачи по техническому обслуживанию включают проверку электрической мощности генератора, проверку щеток и контактных колец, а также замену любых изношенных или поврежденных деталей. Стоимость обслуживания генераторов с приводом от двигателя варьируется в зависимости от типа и частоты технического обслуживания. Как правило, затраты на техническое обслуживание возрастают по мере увеличения размеров генератора и выходной мощности. ВСУ требуют меньшего технического обслуживания, чем генераторы с приводом от двигателя, поскольку они меньше по размеру и имеют меньше движущихся частей. Однако они по-прежнему требуют регулярных проверок, чтобы убедиться в их правильном функционировании. Некоторые задачи технического обслуживания включают проверку топливной системы, осмотр лопаток турбины и замену любых изношенных или поврежденных деталей. Стоимость обслуживания ВСУ, как правило, ниже, чем у генератора с приводом от двигателя. Однако стоимость может варьироваться в зависимости от рекомендаций производителя и частоты технического обслуживания.
Безопасное производство и распределение электроэнергии на самолетах имеет решающее значение для обеспечения безопасности воздушного судна и его пассажиров. Существует несколько мер безопасности для обеспечения безопасного производства и распределения электроэнергии, включая процедуры заземления, предохранители и автоматические выключатели. Процедуры заземления используются для предотвращения протекания электрического тока через конструкцию воздушного судна. Это достигается путем подключения самолета к земле с помощью заземляющего провода или стержня. Предохранители и автоматические выключатели используются для защиты электрической системы от перегрузки, короткого замыкания и других электрических неисправностей. Они предназначены для прерывания подачи электрического тока, когда система обнаруживает неисправность.
Системы выработки электроэнергии в самолетах, как правило, работают на авиационном турбинном топливе, которое является основным источником выбросов парниковых газов. По оценкам Международной организации гражданской авиации (ИКАО), на авиацию приходится около 2 % глобальных выбросов углекислого газа (CO2), причем значительная доля этих выбросов приходится на системы выработки электроэнергии самолетами. В дополнение к CO2 системы выработки электроэнергии могут также производить оксиды азота, оксиды серы и твердые частицы, которые способствуют загрязнению воздуха.
Для решения проблемы воздействия производства электроэнергии на окружающую среду в авиационной промышленности основное внимание уделяется нескольким подходам. Один из них заключается в повышении эффективности систем выработки электроэнергии. Производя такое же количество энергии при меньшем расходе топлива, можно снизить выбросы. Достижения в области материаловедения и инженерии позволили создать более легкие и эффективные генераторы энергии, сократив количество топлива, необходимого для производства того же количества электроэнергии.
Другой подход заключается в переходе на альтернативные виды топлива. Биотопливо, например, может сократить выбросы парниковых газов и других загрязняющих веществ по сравнению с обычным авиатопливом. Хотя использование биотоплива по-прежнему ограничено, продолжаются исследования по разработке устойчивых и экономически эффективных источников биотоплива для авиационной промышленности.
Также, проводятся исследования электрических и гибридно-электрических самолетов, которые потенциально могут снизить выбросы от систем выработки электроэнергии. Электрические самолеты используют батареи или другие устройства накопления энергии для питания электродвигателей, устраняя необходимость в традиционных системах выработки электроэнергии. Гибридно-электрические самолеты используют комбинацию традиционных систем и систем выработки электроэнергии для повышения эффективности и сокращения выбросов.
В дополнение к выбросам, системы выработки электроэнергии самолетами также могут создавать значительное шумовое загрязнение. Шум, производимый системами выработки электроэнергии, может быть значительным во время взлета и посадки, когда системы выработки электроэнергии на самолетах используются на высшем уровне мощности. Это может повлиять на здоровье людей, живущих вблизи аэропортов, и стало предметом многочисленных исследований и разработок.
Достижения в области технологий и эксплуатационных процедур позволяют снизить воздействие авиационных систем выработки электроэнергии на окружающую среду при сохранении эффективности, необходимой для безопасных и надежных авиаперевозок. Поскольку авиационная отрасль продолжает развиваться, будет крайне важно сбалансировать потребность в эффективном производстве электроэнергии с необходимостью минимизировать воздействие на окружающую среду, гарантируя, что авиаперелеты останутся безопасным, эффективным и устойчивым видом транспорта.
Последние технологические достижения в области производства электроэнергии для самолетов включают использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, и разработку более эффективных и легких генераторов. Солнечная энергия является перспективным вариантом для производства электроэнергии в самолетах, поскольку она является чистой и возобновляемой. Солнечная энергия уже использовалась для питания беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и других небольших самолетов, однако на данный момент растет интерес использования солнечной энергии для дополнения или даже для замены традиционных технологий выработки электроэнергии на более крупных воздушных суднах. Одним из потенциальных применений является использование солнечных панелей для питания ВСУ, что сокращает потребность в топливе и выбросы в атмосферу. Еще одной областью разработки является использование более эффективных генераторов с приводом от двигателей. Исследователи изучают новые материалы и конструкции, которые могут повысить результативность генераторов, уменьшить их вес и увеличить выходную мощность. Один из подходов заключается в использовании передовых материалов, таких как углеродное волокно, чтобы сделать генераторы легче и долговечнее.
