ВТОРИЧНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ СИЛОВОГО ПИТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
, *Сухомлинов Д. В., , **
Москва, ФГУП «Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации»
*Москва НПО «Мобильные Информационные Системы»
**Москва, ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. и »
Рассмотрены вопросы создания вторичной системы электроснабжения на базе унифицированных энергоузлов для силового питания исполнительных приводов комплексной системы управления воздушным судном. Определены задачи и функции, решаемые в устройстве. Представлен типовой состав энергоузла вторичной системы электроснабжения.
Secondary power systems for aircraft electric drive supply. Aleksashin A., Ursu V., Moscow Scientific Research Institute of Standardization and Unification, Sukhomlinov D., Moscow, Mobile Information Systems, Khalutin S., Air Force academy
Questions of the secondary power system based on the unified power generation centers development to supply actuators of aircraft integrated control system are considered. Tasks and functions which solved in the device are defined. Typical composition of the secondary power system is presented.
Анализ различных источников, как отечественных, так и зарубежных показал, что идут активные исследования и предпринимаются удачные шаги по реализации перспективы полной электрификации оборудования воздушных судов. Теоретически предсказаны и практически доказаны весьма существенные положительные эффекты от внедрения на борту электромеханических рулевых агрегатов, в том числе снижение массы, упрощение проверок и испытаний, повышение надёжности и живучести, более экономное расходование энергии, облегчение материального снабжения и, что особенно важно, снижение общей стоимости жизненного цикла летательного аппарата.
Для реализации предполагаемых преимуществ необходим переход на единую электроэнергетическую систему, без которой возможности применения электромеханических рулевых агрегатов ограничены, а иногда их применение становится нецелесообразным.
Исследования и опыт эксплуатации показывают, что с точки зрения надёжности, универсальности и удобства в эксплуатации электроэнергия обладает существенными преимуществами перед гидравлической и пневматической энергиями. Важнейшее её преимущество состоит в том, что она может быть более эффективно использована для любого бортового оборудования. В то время как другие виды энергии применяются в ограниченном числе устройств, электроэнергия может с более высоким КПД трансформироваться в другие виды энергии, передаваться на большие расстояния и позволяет облегчить автоматизацию бортового оборудования.
Объективно существующие предпосылки перехода на единую элементную и агрегатную базу могут быть оправданы, если они будут сопровождаться существенным повышением эффективности энергетического оборудования. До последнего времени вопрос унификации элементной базы и, соответственно, оптимизации структуры бортового комплекса не ставился из-за того, что исполнительные электромеханические устройства с использованием известной технологии и конструкции практически всегда обладали существенно большей массой и меньшим быстродействием по сравнению с гидроприводом.
Одним из требований к приводам с электрическим силовым питанием является тип электропитания. Согласно новому стандарту ГОСТ «Системы энергоснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии» в СЭС самолета допускается использование переменного тока с напряжением 115 В или 230 В и изменяемой частотой в диапазоне 360 … 800Гц (так называемый некондиционированный или «грязный» ток). Допускается также использование постоянного тока с напряжением 270 В.
Поэтому тип электропитания привода должен соответствовать типу тока, использованному в СЭС. Можно сказать, что, в принципе, любой из перечисленных видов электропитания может быть использован в электроприводе. Однако предпочтительным, с точки зрения размеров и веса блока силовой электроники привода, является использование постоянного тока с напряжением 270 В.
Учитывая большую протяженность энергосистемы на борту современного летательного аппарата и зональное расположение исполнительных приводов различных систем, можно утверждать, что применение централизованной системы регулирования и управления не является выигрышной с энергетической точки зрения. Наиболее оптимальным является создание унифицированных энергоузлов вторичной системы электроснабжения. Такие узлы необходимо располагать в местах сосредоточения электроприводов исполнительных механизмов. Основными функциями таких устройств является обеспечение непрерывного питания одного или группы приводов электрической энергией заданного вида и качества. Таким образом, наряду с функцией регулирования напряжения в данном энергоузле, обеспечивается автономная защита и управление. Кроме того, управление реконфигурацией силового питания самого узла вторичной системы электроснабжения должно обеспечиваться центральной системой управления СЭС самолета. Для этого необходимо обеспечить информационный канал связи с бортовым комплексом оборудования.
Современные электромеханические приводы представляют собой бесконтактные двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Запуск и управление такими двигателями осуществляется силовыми коммутаторами. Работа таких статических преобразователей обусловливает искажение формы напряжения со стороны питающих линий. Для обеспечения показателей качества электрической энергии, установленных стандартом, требуется применение определенных мер и средств, которые не позволят выйти им за заданные пределы.
Еще одной важной функцией энергоузла вторичной системы электроснабжения должна стать рекуперация электроэнергии и её распределение. Как известно, электрическая машина привода является обратимой и в определенных условиях работает в генераторном режиме. Поэтому предлагается такую энергию направлять в специальные накопители, расположенные в энергоузле. Далее накопленная электроэнергия может быть использована для питания приемников не критичных к качеству электроснабжения (например обогрев оборудования). В качестве накопителей могут рассматриваться аккумуляторы различных электрохимических систем, конденсаторные батареи. Данный вопрос требует дополнительных научных исследований. Обобщенная структура энергоузла вторичной системы электроснабжения представлена на рис. 1.
Рис.1 – Структура энергоузла вторичной системы электроснабжения
Таким образом, разработка и создание вторичных систем электроснабжения на базе типовых унифицированных энергоузлов позволят решить задачу обеспечения силового питания исполнительных механизмов различных систем воздушного судна для реализации концепции полностью электрифицированного самолета.
