Реферат

«Применение информационных технологий при построении моделей узлов электроснабжения самолётов»

Введение

Электрическую энергию на воздушных судах (ВС) применяют для приведения в действие системы запуска авиадвигателя, органов управления и специального оборудования, питания радиотехнических устройств, вычислительных и счетно-решающих машин, электрических пилотажно-навигационных систем и приборов, для наружного и внутреннего освещения и обогрева.

Электрооборудование современных ВС — сложный комплекс различных приборов, машин и устройств. Элементы электрооборудования обладают большой эксплуатационной надежностью, имеют высокие технические показатели и обеспечивают высокое качество работы, постоянно готовы к действию, удобны в установке и обслуживании, имеют сравнительно небольшую массу и габаритные размеры.

Идея широкого использования электроэнергии на ВС была выдвинута нашим соотечественником, выдающимся электротехником и изобретателем А. Н. Лодыгиным. В 1869 г. им был спроектирован электролет с приводом двух воздушных винтов от электродвигателя, питание которого предполагалось от специальных аккумуляторных батарей, предусматривалось и освещение в ночное время.

Создатель первого в мире самолета знаменитый русский изобретатель и ученый А. Ф. Можайский в 1879 г. предложил использовать энергию электрической искры для воспламенения горючей смеси в разработанном им авиадвигателе. Высокое напряжение, необходимое для искрового разряда, получалось с помощью индукционной катушки, питаемой от аккумуляторной батареи.

В 1913 г. на самолете «Илья Муромец» было установлено световое оборудование. Оно включало в себя лампы накаливания для освещения приборов внутри кабины и сигнальные огни на концах плоскостей для опознавания самолета, а также электрические бомбодержатели и радиостанцию.

Впоследствии на самолетах начали устанавливать фары для освещения взлетно-посадочной полосы. Установка светового оборудования позволила осуществить полеты в ночное время. В качестве источников электроэнергии начали применять генераторы переменного тока мощностью до 200 В-А с приводом от ветряного двигателя, работающего от встречного потока воздуха или от вала авиадвигателя через ременную или цепную передачу, которые также использовались для питания искровых радиостанций.

В 1920 г. по декрету В. И. Ленина в Москве, на Ходынке, был создан научно-опытный аэродром, при котором был организован радиоэлектроотдел. В задачу этого отдела входили разработка и испытание новых образцов радио- и электрооборудования.

В том же году электроснабжение отечественных самолетов перешло на систему постоянного тока.

В 1925—1926 гг. на самолетах стали широко использовать электрические приборы (тахометры, термометры, бензиномеры, газоанализаторы и др.) для измерения неэлектрических величин.

В 1934 г. на самолете «Максим Горький» конструкции А. Н. Туполева впервые был широко применен трехфазный переменный ток.

Переломным этапом в развитии электрификации самолетов явилось создание в Советском Союзе в 1939г. самолета Пе-2 конструкции В. М. Петлякова. На этом самолете впервые в истории авиации были установлены электромеханизмы для привода шасси, стабилизатора, посадочных щитков, управления триммерами (аналогичное оборудование на самолетах США, Англии и Германии начали использовать спустя 3 года после создания самолета Пе-2).

Дальнейшее развитие авиационной техники привело к значительному увеличению на ВС числа потребителей электроэнергии.

В связи с увеличением количества и мощности потребителей электроэнергии на самолете производство, передача, распределение и преобразование электрической энергии значительно усложнились. Интенсивное развитие реактивной авиации потребовало внедрения ряда специальных электромашин и аппаратов. На самолетах с газотурбинными двигателями в гораздо больших размерах стали применять автоматику на основе широкого использования электрической энергии.

С рейса самолета Ту-104 15 сентября 1956 г. по трассе Москва — Иркутск началась эксплуатация реактивных самолетов, которые обладали большими скоростями, дальностью и высотой полета. Большая мощность их электросистем привела к полной перестройке систем электроснабжения. Для тяжелых реактивных самолетов в качестве основного был принят переменный трехфазный ток 208/120 В частотой 400 Гц, разработаны новые бесконтактные генераторы трехфазного переменного тока серии ГТ. Новые системы электроснабжения были усовершенствованы и применены на самолетах Ил-62М, Ту-154Б, Як-42, а затем и на других самолетах конструкторов С. В. Ильюшина, А. Н. Туполева и А. С. Яковлева[1].

Как видно, электрооборудование самолёта должно отличаться надёжностью, стабильностью работы и обладать малыми габаритами и массой. Всё это ведёт к постоянной модернизации и усовершенствованию различного рода узлов летательных аппаратов.

Реферат

«Применение информационных технологий при построении моделей узлов электроснабжения самолётов»

Введение

Электрическую энергию на воздушных судах (ВС) применяют для приведения в действие системы запуска авиадвигателя, органов управления и специального оборудования, питания радиотехнических устройств, вычислительных и счетно-решающих машин, электрических пилотажно-навигационных систем и приборов, для наружного и внутреннего освещения и обогрева.

Электрооборудование современных ВС — сложный комплекс различных приборов, машин и устройств. Элементы электрооборудования обладают большой эксплуатационной надежностью, имеют высокие технические показатели и обеспечивают высокое качество работы, постоянно готовы к действию, удобны в установке и обслуживании, имеют сравнительно небольшую массу и габаритные размеры.

Идея широкого использования электроэнергии на ВС была выдвинута нашим соотечественником, выдающимся электротехником и изобретателем А. Н. Лодыгиным. В 1869 г. им был спроектирован электролет с приводом двух воздушных винтов от электродвигателя, питание которого предполагалось от специальных аккумуляторных батарей, предусматривалось и освещение в ночное время.

Создатель первого в мире самолета знаменитый русский изобретатель и ученый А. Ф. Можайский в 1879 г. предложил использовать энергию электрической искры для воспламенения горючей смеси в разработанном им авиадвигателе. Высокое напряжение, необходимое для искрового разряда, получалось с помощью индукционной катушки, питаемой от аккумуляторной батареи.

В 1913 г. на самолете «Илья Муромец» было установлено световое оборудование. Оно включало в себя лампы накаливания для освещения приборов внутри кабины и сигнальные огни на концах плоскостей для опознавания самолета, а также электрические бомбодержатели и радиостанцию.

Впоследствии на самолетах начали устанавливать фары для освещения взлетно-посадочной полосы. Установка светового оборудования позволила осуществить полеты в ночное время. В качестве источников электроэнергии начали применять генераторы переменного тока мощностью до 200 В-А с приводом от ветряного двигателя, работающего от встречного потока воздуха или от вала авиадвигателя через ременную или цепную передачу, которые также использовались для питания искровых радиостанций.

В 1920 г. по декрету В. И. Ленина в Москве, на Ходынке, был создан научно-опытный аэродром, при котором был организован радиоэлектроотдел. В задачу этого отдела входили разработка и испытание новых образцов радио- и электрооборудования.

В том же году электроснабжение отечественных самолетов перешло на систему постоянного тока.

В 1925—1926 гг. на самолетах стали широко использовать электрические приборы (тахометры, термометры, бензиномеры, газоанализаторы и др.) для измерения неэлектрических величин.

В 1934 г. на самолете «Максим Горький» конструкции А. Н. Туполева впервые был широко применен трехфазный переменный ток.

Переломным этапом в развитии электрификации самолетов явилось создание в Советском Союзе в 1939г. самолета Пе-2 конструкции В. М. Петлякова. На этом самолете впервые в истории авиации были установлены электромеханизмы для привода шасси, стабилизатора, посадочных щитков, управления триммерами (аналогичное оборудование на самолетах США, Англии и Германии начали использовать спустя 3 года после создания самолета Пе-2).

Дальнейшее развитие авиационной техники привело к значительному увеличению на ВС числа потребителей электроэнергии.

В связи с увеличением количества и мощности потребителей электроэнергии на самолете производство, передача, распределение и преобразование электрической энергии значительно усложнились. Интенсивное развитие реактивной авиации потребовало внедрения ряда специальных электромашин и аппаратов. На самолетах с газотурбинными двигателями в гораздо больших размерах стали применять автоматику на основе широкого использования электрической энергии.

С рейса самолета Ту-104 15 сентября 1956 г. по трассе Москва — Иркутск началась эксплуатация реактивных самолетов, которые обладали большими скоростями, дальностью и высотой полета. Большая мощность их электросистем привела к полной перестройке систем электроснабжения. Для тяжелых реактивных самолетов в качестве основного был принят переменный трехфазный ток 208/120 В частотой 400 Гц, разработаны новые бесконтактные генераторы трехфазного переменного тока серии ГТ. Новые системы электроснабжения были усовершенствованы и применены на самолетах Ил-62М, Ту-154Б, Як-42, а затем и на других самолетах конструкторов С. В. Ильюшина, А. Н. Туполева и А. С. Яковлева[1].

Как видно, электрооборудование самолёта должно отличаться надёжностью, стабильностью работы и обладать малыми габаритами и массой. Всё это ведёт к постоянной модернизации и усовершенствованию различного рода узлов летательных аппаратов.

Описание электрооборудования воздушных судов

Электрооборудование воздушных судов (ВС) по назначению отдельных его элементов подразделяют на три основные группы: 1) источники, преобразователи электроэнергии и их пускорегулирующие устройства; 2) системы передачи и распределения электроэнергии; 3) потребители электроэнергии.

В первую группу входят: генераторы постоянного и переменного токов; химические источники тока; преобразователи электрической энергии; выпрямители, трансформаторы, умножители напряжения и другие устройства; устройства для защиты генераторов от перенапряжений, перегрузок и обратных токов; устройства, обеспечивающие равномерное распределение активных и реактивных мощностей между параллельно работающими генераторами, регулирующая аппаратура, в которую входят регуляторы напряжения и частоты.

Состав второй группы включает в себя: электрическую сеть (различные провода и жгуты); аппаратуру управления, защиты и коммутации; аппаратуру распределительных устройств; монтажно-установочное оборудование (разъемы, распределительные устройства, пульты и др.); контрольно-измерительную аппаратуру.

В третью группу входят: осветительные и светосигнальные устройства; электропривод (электродвигатели, электромагниты и другие устройства, предназначенные для приведения в действие различных исполнительных механизмов ВС); противообледенительные и обогревательные устройства, холодильные установки; пусковые устройства для запуска авиационных двигателей; установки автоматического управления, вычислительные машины; средства связи и радиоаппаратура (навигационная и локационная); аппаратура аэрофотосъемки; электроприборы; системы электрозажигания.

Бортовые системы электроснабжения ВС разделяются на первичные, вторичные и резервные (аварийные). Система электроснабжения называется первичной, если генераторы приводятся во вращение маршевыми двигателями, вторичной – если электрическая энергия в ней получается преобразованием электрической энергии первичной системы. Резервной (аварийной) системой электроснабжения называется такая, в которой электрическая энергия получается от резервных источников; аккумуляторных батарей, генератора с приводом от вспомогательной силовой установки или ветряного двигателя.

Системы электроснабжения разделяются на следующие виды: постоянного тока; переменного трехфазного (однофазного) тока постоянной частоты; переменного трехфазного (однофазного) тока переменной частоты. Выбор той или иной системы обусловлен многими факторами: назначением ВС, требованиями к качеству электрической энергии, требованиям по надежности, удобством эксплуатации, технико-экономическими показателями и др.

Наименование системы электроснабжения присваивается по виду первичной системы. В настоящее время в качестве типовых систем электроснабжения приняты: система трехфазного переменного тока постоянной частоты с номинальным напряжением U- = 200/115 В и номинальной частотой F = 400 Гц. В качестве вторичной системы при этом используется система постоянного тока с U = 27 В. На многих типах самолетов используется вторичная система трехфазного переменного тока U=36 В и / = 400 Гц и первичная система постоянного тока с P7 = 27 В. На ВС, эксплуатируемых в гражданской авиации, применяют системы электроснабжения, работающие как на постоянном, так и на переменном токах.

Применение системы постоянного тока обусловлено следующими преимуществами:

· генераторы постоянного тока в полете подзаряжают бортовые аккумуляторные батареи и создают резерв электроэнергии;

· при изменении частоты вращения вала авиационного двигателя легко регулировать постоянство напряжения генераторов;

· параллельная работа генераторов проста.

Недостатками системы постоянного тока являются следующие:

· электроэнергию постоянного тока одного напряжения трудно преобразовать в электроэнергию постоянного тока другого напряжения;

· при однопроводной сети ВС протекание постоянного тока вызывает коррозию.

К основным преимуществам переменного тока можно отнести:

· легкость трансформации напряжения;

· простоту устройств и обслуживания электромашин переменного тока из-за отсутствия коллектора;

· генераторы и двигатели переменного тока повышенной частоты дешевле, компактнее и легче машин постоянного тока;

· отсутствие электролиза, а следовательно, коррозии металлических частей ВС в случае однопроводной сети;

· простоту преобразования электроэнергии переменного тока в электроэнергию постоянного тока с помощью кремниевых диодов.

Недостатками энергии переменного тока являются:

· необходимость иметь привод, обеспечивающий постоянную частоту вращения генератора для получения стабильной частоты;

· невозможность использования аккумуляторных батарей в качестве резервного источника питания;

· необходимость наличия генератора со специальным приводом, питающего бортсеть ВС при неработающих двигателях.

Специфичность условий эксплуатации, а также важность и сложность функций, выполняемых всем комплексом электрооборудования ВС, обусловливают высокие тактико-технические требования, предъявляемые к нему. Основными из них являются:

· надежность и безотказность работы в различных условиях полета;

· минимальная масса и габаритные размеры без ущерба надежности работы и при удобстве эксплуатации;

· высокая механическая прочность (кроме обычных требований, к электрооборудованию ВС предъявляют дополнительные требования – устойчивость против вибраций. Считается, что элементы электрооборудования должны выдерживать динамические нагрузки, создаваемые ускорениями до 15 g);

· высокая электрическая прочность (она определяется в основном требованиями к изоляции, а также к допустимым расстояниям между токоведущими частями и металлической массой по поверхности изоляции и по воздуху). Электрическая прочность характеризуется значением напряжения (для проводов – 300 В, генераторов – 1000 В, для электродвигателей, коммутационной аппаратуры, установок обогрева – 500 В) и сопротивлением изоляции (оно должно быть в пределах от 1 до 5 МОм в зависимости от назначения элемента);

· высокая термическая прочность (для нее установлены допустимые перегревы над температурой окружающей среды от –60 до + 80°С при нормальном атмосферном давлении). Значения перегрузок определяют в зависимости от рода, назначения и характера работы оборудования. Кроме того, провода и коммутационная аппаратура, длительно работающие, должны выдерживать 200% перегрузки в течение 5 мин за 2 ч работы, электродвигатели и аппаратура, работающие в повторно-кратковременном режиме – 100%-ную нагрузку при удлиненном вдвое рабочем периоде, лампы и фары – напряжение 115% номинального в течение 5 мин (лампы) и 1 мин (фары);

· высокая химическая стойкость, предусматривающая в основном уменьшение коррозии металлических частей под действием влаги, паров топлива и масла (поскольку пары топлива и масла вредно влияют на изоляцию, ее изготовляют из материалов, устойчивых к ним);

· удобство в обращении, безопасность в отношении пожара и взрыва;

· независимость работы электрооборудования от положения ВС в пространстве, скорости полета и ускорений;

· независимость работы электрооборудования от изменения параметров окружающей среды;

· простота ухода и эксплуатации;

· относительно низкая стоимость.

Анализ тенденций развития систем электроснабжения отечественных и зарубежных самолетов гражданской авиации показывает, что установленная мощность источников электрической энергии в ближайшее десятилетие достигнет 250–300 кВ-А. В качестве первичной системы на основных типах самолетов будет использоваться система переменного трехфазного тока напряжением 200/115 В частотой 400 Гц. Источниками энергии останутся бесконтактные генераторы с вращающимися выпрямителями, дополненные жидкостными (масляными) системами охлаждения, которые работают по замкнутой схеме.

Одним из перспективных путей уменьшения массы системы энергоснабжения (СЭС) является использование так называемого интегрального привода генератора, а в дальнейшем и генераторов, встроенных в авиадвигатели. Уже сейчас удельная масса лучших образцов интегральных приводов составляет 0,54 кг/(кВ-А), среднее время безотказной работы достигает 12000–14000 ч. В системах переменного тока со статическими преобразователями генератор переменного тока переменной частоты 1200–3200 Гц и статический преобразователь конструктивно объединены в одном корпусе (интегральная конструкция), что позволяет интенсивно охлаждать преобразователь и стабилизировать выходное напряжение по каждой фазе в отдельности.

Для самолетов с установленной мощностью 400–500 кВ-А возможен переход на системы трехфазного переменного тока постоянной частоты 400 Гц с напряжением 400/230 В, что позволит использовать в системе распределения электрической энергии провода меньшего сечения.

Создание бесконтактных генераторов постоянного тока с напряжением до 300 В и мощностью до 60 кВ-А не вызывает особых технических трудностей. Сложнее обстоит дело с созданием бесконтактных двигателей постоянного тока на 30 кВт и полупроводниковых коммутационных аппаратов на токи в сотни ампер и с допустимыми массовыми и габаритными показателями. При разработке электрических двигателей большое внимание уделяется использованию постоянных магнитов из самарий-кобальта. Разработка бесконтактной коммутационной аппаратуры связана с использованием тиристоров (уже имеются тиристоры на токи в несколько тысяч ампер) и главным образом полевых транзисторов. Применение СЭС постоянного тока повышенного напряжения позволит снизить массу сети на 70%[1].