ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ САМОЛЕТОВ И ВЕРТОЛЕТОВ
Глава I
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
На современных самолетах и вертолетах для приведения в действие различных электрифицированных установок применяется электрическая энергия. Она является наиболее универсальным видом энергии по сравнению с другими видами (мускульной, пневматической, пиротехнической, гидравлической).
Электрическую энергию, кроме того, легко трансформировать в другие виды энергии, передавать и распределять между потребителями; с помощью ее можно максимально автоматизировать процессы управления, регулирования и контроля, а также обеспечить создание систем с высокой надежностью.
В связи с этим электрическая энергия очень широко используется на самолетах и вертолетах. Она применяется почти во всех видах оборудования: автопилотах, системах запуска авиадвигателей, расхода топлива, выпуска и уборки шасси, для обогрева элементов самолетов, радиотехнических средств и др.
Современные самолеты и вертолеты в высокой степени электрифицированы. Например, на тяжелом пассажирском самолете мощность всех источников электроэнергии достигает 150—350 кет, общая длина электрических проводов составляет 50—100 км, а вес их — более 1 000 кг.
Задачи улучшения летных характеристик самолета, совершенствования систем управления, комплексной автоматизации требуют дальнейшей электрификации и совершенствования оборудования.
На самолете имеются специальные электроэнергетические системы, обеспечивающие электрической энергией всех ее потребителей. Эти системы включают:
источники и преобразователи электрической энергии с соответствующей регулирующей аппаратурой (генераторы, преобразователи рода тока и напряжения, химические источники тока, регулято-
ры напряжения и частоты тока, устройства для подключения, отключения, блокировки, защиты источников и распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами);
системы передачи и распределения электрической энергии (электрические сети, коммутационная и защитная аппаратура, приборы контроля, монтажное и установочное оборудование).
Системы электроснабжения на самолете классифицируются по роду используемого ими электрического тока, по величине номинального напряжения и но способу распределения электроэнергии.
По роду используемого тока системы электроснабжения подразделяются на системы постоянного и переменного тока, а по величине номинального напряжения — на системы низкого (до 30 в) и повышенного (выше 30 в) напряжения.
По способу распределения электрической энергии системы электроснабжения подразделяются на централизованные, смешанные и децентрализованные.
На ряде отечественных самолетов используется система постоянного тока, а потребители переменного тока обеспечиваются электроэнергией от электромашинных преобразователей. Однако имеется и ряд типов самолетов с самостоятельными энергосистемами переменного тока.
Исследования, проведенные в последнее время у нас и за рубежом, показывают, что на самолете только для 15% потребителей требуется электроэнергия постоянного тока, а для 20% необходима электроэнергия переменного тока стабильной частоты; остальные потребители могут питаться от источников переменного тока нестабильной частоты. Отсюда видна целесообразность замены всей энергосистемы постоянного тока на энергосистему переменного тока.
Системы электроснабжения на переменном токе и применяемое при этом оборудование имеют целый ряд преимуществ по сравнению с системами и оборудованием постоянного тока:
машины переменного тока не имеют коллекторов, что значительно повышает их надежность, высотность, уменьшает уровень радиопомех и на 10—20% увеличивает коэффициент полезного действия;
переменный ток можно просто и экономно трансформировать из одного напряжения в другое и преобразовывать в постоянный ток, соответственно с помощью статических трансформаторов и вы прямителен;
условия искрогашенпя на контактах коммутационной аппаратуры для переменного тока значительно легче, чем для постоянного тока.
Наряду с отмеченными выше достоинствами переменного тока применение его на самолете связано с рядом трудностей:
для многих потребителей необходим ток стабильной частоты, что требует применения специальных (и сложных по устройству) редукторов, так как скорость вращения авиадвигателя переменная;
в
параллельную работу генераторов переменного тока значительно сложнее осуществлять, чем генераторов постоянного тока;
у электродвигателей переменного тока трудно осуществляется регулирование скорости вращения и, кроме того, они имеют малые пусковые моменты.
Поэтому с учетом вышеизложенного в настоящее время на самолетах применяют как оборудование переменного, так и постоянного тока.
Следует отметить, что для получения относительно высоких параметров электроэнергетической системы переменного тока необходимо правильно подобрать значения напряжения, частоты, числа фаз н их соединение.
На рис. 1 показаны зависимости относительного веса трансформаторов (кривая 1), асинхронных электродвигателей мощностью I кет (кривая 3), 0,5 кет (кривая 2) и 0,075 кет (кривая 4) от частоты тока. Кривая 5 определяет зависимость времени горения дуги между контактами от частоты тока.
Из приведенного графика можно установить, что при условии минимального веса и наименьшего времени горения дуги оптимальной является частота порядка 400 гц.
Число фаз системы переменного тока оказывает существенное влияние на вес электрических машин. К потребителям переменного тока напряжение в зависимости от числа фаз может подводиться одним, двумя, тремя, четырьмя проводами. Исследования трехфазных систем показали, что наибольшая экономичность в весе достигается при соединении фаз обмоток генератора в звезду с использованием корпуса в качестве нулевого провода. В этом случае в сети имеются фазовые напряжения Vф и линейное напряжение [/л=УЗ-[/ф (рис. 2, а). Однако по соображениям безопасности для обслуживающего персонала иногда корпус самолета не используют как нулевой провод.
На некоторых типах самолетов устанавливают генераторы, у которых обмотки соединены треугольником (рис. 2, б). Чаще всего такое соединение применяют, когда трехфазный генератор используется по однофазной схеме.
Таким образом, в настоящее время электроэнергетические системы самолетов и вертолетов имеют следующие основные параметры:
в системах постоянного тока — напряжение 28,5 в;
в трехфазных системах переменного тока —- напряжение 200/115 в, частота 400 гц;
в однофазных системах переменного тока — напряжение 115 в, частота 400 гц,
в системах переменного тока нестабильной частоты — напряжение 200 в.