Электричество на самолете

Хочу рассказать читателям Geektimes про электричество на самолете. О том, откуда оно берется, как преобразуется и куда тратится. Описывать всё это я буду на основе самолета CRJ-200. Что касается остальных типов самолетов, то многое похоже, принципы повторяются, разница в нюансах.



Итак, начнем. Вся энергосистема самолет делится на 2 подсистемы: система питания трехфазным переменным током напряжением 115V частотой 400Hz и сиcтема питания постоянным током напряжением 28V. Почему не привычные нам 50Hz? Тут решающую роль сыграло то, что с повышением частоты удалось уменьшить габариты и массу трансформаторов и других электрических машин. А это есть очень хорошо для самолета, так как возить лишние килограммы никому не хочется. Пройдемся по каждой системе.

Система переменного тока


Основными источниками электроэнергии для данной системы являются 2 генератора (IDG — integrated−drive generators), которые установлены на коробке приводов каждого двигателя и приводятся во вращение от вала турбины высокого давления.



Мощность каждого составляет 30kVA. Поскольку обороты реактивного двигателя непостоянны, для того, чтобы на выходе генератора получить стабильную частоту в 400Hz, нужно чтобы вал генератора вращался с постоянным значением оборотов. Для этого внутри генератора установлен механизм, который этим и занимается. На советской технике он назывался привод постоянных оборотов, а здесь CSD — constant speed drive. Он преобразовывает переменную частоту вращения на входе в постоянные 12 000 оборотов в минуту на выходе. На фотографии выше левая часть — CSD, а правая — собственно генератор. Так же предусмотрена возможность отключения генератора от коробки приводов. Отключение может быть как ручное, так и автоматическое. Автоматически генератор отключается в двух случаях: когда температура масла в CSD превысит допустимое значение или когда возникнет очень большой крутящий момент на валу, например, внутри что-то развалится и его заклинит. Ручным отключением пользуются пилоты, если с генератором что-то случается в полёте.

Дополнительным источником переменного тока служит генератор вспомогательной силовой установки (ВСУ – небольшой газотурбинный двигатель, установленный в хвосте самолета). Генератор здесь такой же, как и на двигателе, за исключением того, что он без привода постоянных оборотов. ВСУ в отличие от двигателя всегда вращается с постоянными оборотами, и надобность в нем отпала. Этот генератор может использоваться для питания самолета в воздухе, в случае отказа одного из генераторов, установленных на двигателе. Так же его используют для того, чтобы запитать самолет на земле, когда двигатели не работают.

Аварийным источником переменного тока служит ADG — air driven generator, турбина, которая раскручивается набегающим потоком воздуха.



Выпускается вручную или автоматически, когда становится совсем плохо с электричеством. На одном валу с турбиной стоит генератор, который дает нам 15kVA переменного трехфазного тока 115V 400Hz. От него запитываются только жизненно-важные потребители.



Система постоянного тока


Основными источниками постоянного тока на самолете служат 5 выпрямительный устройств TRU — transformer rectifier units.



Они преобразуют переменный ток 115V 400Hz в постоянный 28V. Максимальный ток, который может выдать такой выпрямитель – 100A. На фотографии можно сравнить, какой толщины провода подходят к выпрямителю, и какой уходят.

Еще одними источниками постоянного тока служат 2 никель-кадмиевых аккумулятора: Main Battery и APU Battery. Main Battery – 24V 17Ah. APU Battery – 24V 43Ah.



Каждый аккумулятор имеет своё зарядное устройство, которое поддерживает аккумулятор в полностью заряженном состоянии.

Наземное питание


Для питания самолета электроэнергией на земле предусмотрено 2 разъема. Один в носу – для подключения переменного тока.



Второй в задней части самолета – для постоянного:



На практике вторым пользуются ну крайне редко. Основным является переменное напряжение, а из него уже можно получить всё остальное.

На этом всё. Если к данной тематике будет интерес, планирую продолжить. В планах рассказать о том, как это всё коммутируется, распределяется и резервируется. А в дальнейшем — кто это всё потребляет и для чего.
Поделиться публикацией
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 56

    +2
    А почему такое странное напряжение- 28 V? Почему не 24 или 48 V?
      +3
      Свинцовый аккумулятор заряжается на 14 В (стандартный, на 12 В который, из шести ячеек). Два аккумулятора — 28 В. А почему два, а не три или четыре — были какие-то соображения, но ответ скорее всего уже не найти. Примерно как в электросетях называют напряжение железной дороги 27,5 кВ — 25 кВ+10% как максимальное стандартное на выходе с подстанции.
        0
        Электробезопасность и экономия на проводах. Чем выше напряжение — тем меньше ток и меньшей толщины провода нужны (ну или греться меньше провода будут при одинаковой толщине). Но выше 36-50 вольт повышать — плохо уже в связи с тем, что опасно для людей.
          0
          Сомневаюсь, что когда выбиралось напряжение были достоверные данные о безопасном напряжении (статистические данные). Тут скорее сыграло роль ограничение места на аккумуляторы и их вес.
            0
            Электричество появилось сильно раньше самолетов, так что данные были.
            Ну и напряжение на вес аккумуляторов особо не влияет (если считать в ватт*часах или работе которую может совершить аккумулятор с заряда). Так что это скорее компромисс между безопасностью и массой проводки.
              0
              Их по постоянному току до сих пор нет, одна экстраполяция. Да и по переменному, в принципе, тоже, все данные по силе тока/времени на основании пары экспериментов и по результатам вскрытий.

              Да и раньше место и вес аккумуляторов в процентном отношении были побольше, чем сейчас.
        +1
        А почему такое странное напряжение- 28 V? Почему не 24 или 48 V?

        исторически так сложилось и давно уже в авиации
        собственно поэтому и на МКС напряжение 28 в постоянного

          +1
          Вспомнилось про космический корабль и ширину лошадиной задницы =)
          habrahabr.ru/post/217665
          +4
          В советское время на самолётах использовалось напряжение 27 вольт. По крайней мере, когда я учился по специальности «Авиационные приборы и автоматы» в начале 80-х годов, сам держал в руках разнообразные электрические машины именно с таким напряжением. Михаил Ильич Комисар, автор учебника «Авиационные электрические машины и источники питания», был нашим преподавателем.
            +1
            Такое напряжение выбрано как компромисс. Если напряжение будет меньше, то нужны будут более толстые провода, если больше — на большой высоте в реле будет появятся электрическая дуга
            +8
            Вот что меня всегда интересовало — это то, как вращение от вала турбины передаётся на генератор? Он же ведь не на одной оси с турбиной закреплён, а рядом стоит. А там везде лопатки турбинные, спереди компрессор, сзади выхлоп… Зубчатый ремень вроде отпадает, шестерня тоже. Я верю, гугл сможет ответить, но коль скоро вы об этом пишете — добавьте кинематическую схему пожалуйста — тут это будет в тему.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                +10
                А и правда, спасибо. Вон оно как там устроено:
                  +1
                  Забавно, кстати, ни разу об этом не задумывался. Получается, что если самолет внезапно лет «кверх ногами», то такому двигателю становится сразу не очень хорошо, потому что сила тяжести уже не прижимает вал к подвесу. Как минимум — повышенная нагрузка на подвес, как максимум — вал вообще вываливается?
                    +3
                    Не, я не думаю, что там сила тяжести его прижимает, кроме того, на многих самолётах он скорее всего горизонтально расположен — это как бы вид сверху. Там подшипники специальные наверняка с пазами, котрые не дают ему болтаться.
                      +1
                      Учитывая обороты и массу вала с крыльчатками, если его не закрепить со всех сторон в нескольких точках, то от двигателя останеся чуть менее чем нифига в считанные минуты после старта.
                      +1
                      Спасибо за картинку. Тоже поначалу думал про хитрые соосные генераторы )
                        0
                        А меня всегда волновал вопрос, сколько сжирает масла, такая махина. Про топливо уже не раз писали, а вот про масло не видел как то. Я имею ввиду весь агрегат целиком. Ведь там не малые обороты и температуры.
                          +2
                          Как и в машине, зависит от состояния двигателя. Если двигатель в хорошем состоянии, то может скучашь литр масла за 20 часов полета. Если мотор подустал, то бывает, что и литр в час. Маслобак — 6,6 литра. Это что касается CRJ.
                    +1
                    На советской технике он назывался привод постоянных оборотов, а здесь CSD — constant speed drive. Он преобразовывает переменную частоту вращения на входе в постоянные 12 000 оборотов в минуту на выходе.

                    Похоже на обычный вариатор по описанию
                      +3
                      Но устроен иным образом: www.k-makris.gr/AircraftComponents/CSD/C.S.D.htm
                        +1
                        ru.wikipedia.org/wiki/Привод_постоянных_оборотов
                        В основе ППО лежит, как правило, планетарный редуктор, водило которого приводится от вала двигателя, солнечная шестерня — от докручивающего устройства (гидромашины, гидравлической или воздушной турбины), а от кожуха приводится генератор. На малых оборотах двигателя докручивающее устройство вращается в прямом направлении и его обороты складываются с оборотами двигателя, обеспечивая стабильные обороты генератора. По мере роста оборотов двигателя система автоматического управления снижает обороты докручивающего устройства вплоть до его полной остановки, поддерживая обороты генератора, а в некоторых ППО докручивающее устройство при высоких оборотах двигателя может для расширения диапазона регулирования переходить на обратное вращение — его обороты при этом вычитаются из оборотов двигателя.
                          0
                          А что приводит во вращение докручиватель?
                            +2
                            В Привод_постоянных_оборотов указан общий принцип:
                            (гидромашины, гидравлической или воздушной турбины)

                            У Kostas Makris — www.k-makris.gr/AircraftComponents/CSD/C.S.D.htm подробнее для Boeing/Airbus, но менее понятно… В рассматриваемых ППО имеется две гидравлические машины, одна из которых является регулируемой (изменяется угол наклона диска — inclined wobbler plate) и приводится в действие двигателем. При недостаточной входной скорости вращения она создает давление, необходимое для работы второй машины (докручивающей).
                            two positive displacement axial slipper piston type hydraulic units
                            Variable Hydraulic Unit… is connected to the engine by direct gearing; consequently, the speed of the cylinder block is always proportional to the input speed
                            Fixed Hydraulic Unit… The direction of rotation and speed of the fixed hydraulic unit is determined by the volume of oil pumped or received by the variable hydraulic unit.
                            ...The fixed displacement hydraulic unit is driven by oil delivered by the variable displacement hydraulic unit…
                            At the lower input speeds, the variable displacement unit acts as a hydraulic pump to supply flow to the fixed unit which is added to the input speed through the differential. At the straight through input speed, torque is transmitted directly through the differential unit and the fixed unit is not rotating.… At input speed above straight through, the variable angle wobbler is set to allow negative displacement of the variable displacement hydraulic unit. The working pressure, in this case, is manipulated to allow the fixed displacement hydraulic unit to be motored by the differential and subtract from the input speed. The variable displacement unit is acting as a motor.
                      0
                      принципы повторяются, разница в нюансах

                      однако бывают не хилые нюансы. особенно в новых ла.
                        +1
                        А выпрямители электромеханические что-ли? Самолёт относительно современный вроде.
                          +3
                          Во-первых, технически — модель 1991 года, проекту сейчас уже 24 года. Во-вторых, механического там вроде бы как раз ничего нет, решетка — это для вентилятора, потому что, очевидно, греются. Вот от другого самолета TRU на 300 ампер:

                            +1
                            24 года для авиатехники не сильно большой срок. Смутила их круглая форма. Точно знаю, на ТУ-134 выпрямители и преобразователи были похожие, но электромеханические, двигатель 115/400 на одном валу с генератором постоянного тока. Но тот 67 года вообще.
                              +1
                              «Умформер», как на старых трамваях…
                                0
                                Жутко надежная вещь. Может годами тарахтеть с разбитыми подшипниками, но работать. Выдерживает дикие перегрузки без выхода из строя.
                                Предаварийное состояние легко диагностируется.
                                  +1
                                  Правда КПД низкий, и масса большая. А для авиации масса имеет не последнее значение. Да и ресурс статического преобразователя будет выше, чем машинного, ввиду наличия у последнего движущихся частей.
                                    0
                                    Не факт… Некоторые силовые электромашины по полвека спокойно работают, и даже больше, а некоторая силовая электроника отказывает регулярно.
                              0
                              Статический преобразователь?
                                +1
                                Совершенно верно.
                            0
                            Единственная русская аббревиатура (ВСУ) малось цепляет взгляд.
                            Тем более дальше используется англоязычный термин — APU.
                              +6
                              Немного сложно выражать мысли, когда думаешь по-английски, а писать надо по-русски. Еще и хочется мысль передать так, чтобы простому обывателю было понятно.
                              0
                              С оборотами понятно, а как синхронизируются фазы генераторов? Или их не объединяют в единую сеть, часть нагрузок питается от одного, а часть — от другого?
                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  +3
                                  Что касается именно CRJ-200, да и многих других, известных мне современных самолетов, то часть потребителей питается от одного генератора, а часть от второго. Реализация параллельной работы геераторов оказалось слишком сложной задачей, хотя есть самолеты, на которых генераторы работают синхронно.
                                    0
                                    На Ан-12 (разработка 50-хх годов) работают 8 генераторов постоянного тока и 4 переменного (по 2 на шину), ничего, не дерутся… Не думаю, что сейчас реализовать совместную работу — сложная задача.
                                      +1
                                      Про Ан-12 точно не скажу как там, но на более позднем Ту-95МС 4 переменных генератора рабтают каждый на свою сеть с возможностью переключения между сетями по приоритетам, а 8 постоянного тока работают параллельно.
                                        +1
                                        А какой тогда там порядок запуска двигателей? Генератор ВСУ тянет всю нагрузку до запуска всех 4-х моторов + стартер жрет много для раскрутки двух винтов сразу?
                                        А выключение? Хотя выключение может быть и все сразу, на Ан-12 мы просто частенько рулили на внутренних двигателях, то есть генераторы внешних и сами двигатели были выключены сразу после окончания пробега.
                                          0
                                          Если есть ВСУ (есть еще самолеты с ТГ (турбогенератор)), тогда первый двигатель запускается от генератора ВСУ или наземного источника питания, если этого нет то возможен запуск от аккумуляторов. После запуска двигателя 2 постоянных генератора садятся на сеть и весь остальной запуск происходит от них плюс с каждым запущенным двигателем добавляется по 2 постоянных генератора. На наших самолетах основным типом питания все таки является постоянный ток. Потребляемый ток стартера около 200 А. Но система запуска двигателя немного сложнее, еще используется турбостартер.
                                            0
                                            На самолётах с ГТД ВСУ запускается от генератора, а основные двигатели раскручивают газами от ВСУ.
                                              0
                                              Это касаемо Ту-95
                                                0
                                                Понял. Потерялся в комментах.
                                        0
                                        На Ан-12 4 генератора постоянного тока работают на шину левых генераторов, 4 генератора постоянного тока работают на шину правых генераторов.
                                        А вот с переменным немного по-другому.
                                        Генератор №1 питает противообледенители винтов и коков 1 и 4 двигателей;
                                        Генератор №2 питает противообледенители винтов и коков 2 и 3 двигателей;
                                        Генератор №3 питает шину №2;
                                        Генератор №4 питает шину №1.
                                        Зачем усложнять систему обеспечением параллельной работы генераторов переменного тока, если они и так справляются со своими задачами? Чем проще, тем надежнее.
                                          0
                                          В такой схеме если выходит один из генераторов то обесточивается соответствующая сеть со всеми вытекающими. Параллельная работа генераторов резервирует энергопитание в целом. Если один из параллельных генераторов выйдет из строя потребители этого даже не заметят.
                                            0
                                            В такой схеме, в случае выхода из строя одного из генераторов, его потребители переключается на другой генератор. Запаса мощности хватает. Потребители этого переключения тоже особо не замечают.
                                    +7
                                    На вертолётах Ми-8 и Ми-26, например, приводятся через отдельные приводы главного редуктора. Редукторы там очень хитрые. Даже если клинит одну из турбин, редуктор работает от второй. Как и второй генератор. Вообще, в авиатехнике (русской, как в остальных не знаю) практически всё дублировано. Двигатели, генераторы, выпрямители, преобразователи. Кстати, преобразователи там действительно механические. Называются умформеры. Мотор с генератором. Я по профессии техник авиавооружения, специального и десантно-транспортного оборудования. Авиационное оборудование не моё. Потому эти системы знаю поверхностно. И не могу утверждать. Но, думаю, механика в данном случае надёжней. Аккумуляторов на указанных вертолётах также два. Раньше была модификация МИ-8Т. Там было шесть аккумуляторов. На более поздних МТ, МТВ роторы турбин раскручиваются сжатым воздухом от стартера воздушного (СВ). Воздух накачивается в пневмосистему электрическим компрессором АК-50. Который запитывается от ВСУ либо АИ-9В, либо Сапфир. Вроде 5кВА выдаёт. А на Тшке стоят стартер-генераторы ГС-18. От них и производится запуск турбин. И вот на вертолётах чаще используется 28 постоянки. Большая часть оборудования работает на нём. Интересный факт о Ми-26. Суммарная мощность двух двигателей Д-136, только вдумайтесь, 28400 лошадиных сил. Есть ледоколы, у которых мощей меньше.
                                      +1
                                      Но, думаю, механика в данном случае надёжней.

                                      Механика, выполненная и спроектированная по всем правилам (а в авиации другого быть не может, тем более в военке), вещь очень надёжная, а главное — предсказуемая.
                                        +6
                                        Поверьте, не менее важны и правила эксплуатации. В вертолётах почти все агрегаты ресурсные. Причём как по календарю, так и по часам наработки. На большинство агрегатов ведутся паспорта и формуляры. Учитывается наработка СНЭ — с начала эксплуатации, ППР — после последнего ремонта, После КВР — капитально-восстановительного ремонта. После КВР завод — изготовитель назначает новый ресурс, он меньше, чем у нового агрегата. Помимо этого эксплуатирующие организации выполняют работы оперативного обслуживания, предполётную, к повторному вылету, послеполётную подготовки. Раз в две недели парковые дни на АТ — авиационной технике, работы по регламенту технического обслуживания РТЭ. 6, 12, 24 месяца. Кстати, в этом есть отличия между военными и гражданскими. У граждан формы обслуживания. Я про это не могу рассказать, не знаю. Ещё проводятся работы по бюлетеням заводов. Внеплановые проверки узлов и агрегатов по результатам расследований авиакатастроф. Периодически проводятся осмотры составом инженеров по специальностям инженерных отделов. В общем это колоссальная работа. Авиация ошибок не прощает. А у техников есть такая мантра «Техник, помни! Ты в ответе за лётчика. Не сядет он — сядешь ты!»
                                          0
                                          Ну регламент может и разные, но принцип один: в ГА тоже ведётся ресурс каждого агрегата. Я сам учился по специальности «электрооборудование летательных аппаратов», правда забыл уже всё за 15 лет…
                                      +2
                                      Блииин. Соврал. 22800. 11400 лошадок каждый. На взлётном режиме. Прошу прощения!
                                        +1
                                        Ждем следующих статей.
                                          +1
                                          Очень интересно, спасибо, давно хотел это узнать.

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое