Электричество на самолете / Хабр

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 выпрямительных 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.

Бортовая система электроснабжения летательных аппаратов

Бортовая система электроснабжения летательных аппаратов (бортовая СЭС ЛА) — система электроснабжения, предназначенная для обеспечения бортового электрооборудования летательного аппарата электроэнергией требуемого качества. Системой электроснабжения принято называть совокупность устройств для производства и распределения электроэнергии. Начиная с 20-х годов прошлого века, на самолётах стали использоваться генераторы постоянного тока на 8, затем — на 12, и, наконец, на 27 вольт.

Для питания бортового оборудования и систем ЛА в настоящее время применяется электроэнергия постоянного тока напряжением 27 вольт, переменного однофазного или трёхфазного с нейтралью тока с напряжением 208/115 вольт, частотой 400 Гц, переменного трёхфазного без нейтрали тока напряжением 36 вольт 400 гц. Суммарная мощность генераторов на борту может составлять от 20 кВт для небольших самолётов или вертолётов до 600 и более кВт для тяжёлых ЛА.

В состав бортовой СЭС входят источники тока, аппаратура регулирования, управления и защиты, собственно бортовая сеть с распределительными устройствами, устройствами защиты цепей потребителей, а также устройствами защиты от радиопомех, статического электричества и электромагнитных излучений. Различают первичные и вторичные источники электроэнергии. К первичным источникам относят бортовые электрогенераторы и аккумуляторные батареи. Ко вторичным источникам относят трансформаторы и преобразователи.

Надёжность системы электроснабжения ЛА является одним из основополагающих факторов безопасности полёта. Поэтому предусматривается комплекс мер для надёжности функционирования и повышения живучести бортовой СЭС ЛА. Как правило, применяют основные, резервные и аварийные источники электроэнергии. Основные источники обеспечивают потребности в электроэнергии в нормальных условиях полёта. Резервные источники питают потребители при нехватке мощности основных источников, вызванной отказами в СЭС. Аварийные источники питают только жизненно важные системы ЛА (потребители первой категории), без которых невозможно безопасное завершение полёта.

На электрооборудование летательных аппаратов действует ряд неблагоприятных факторов — вибрации, ускорения, большие перепады температуры и давления, ударные нагрузки, агрессивные среды паров топлива, масел и спецжидкостей, иногда очень едких и токсичных. Конструктивными особенностями агрегатов электрооборудования летательных аппаратов является очень высокое качество изготовления, высокая механическая и электрическая прочность при минимальном весе и габаритах, пожаровзрывобезопасность, относительная простота в эксплуатации, полная взаимозаменяемость однотипных изделий и т. д.

Генераторы

Генератор постоянного тока ГС-18М, демонтированный

По принципу действия авиационные генераторы не отличаются от аналогичных наземных генераторов, но обладают рядом особенностей: малый вес и габариты, большая плотность тока якоря, принудительное воздушное, испарительное или жидкостное охлаждение, высокая частота вращения ротора, применение высококачественных конструкционных материалов. В качестве источников постоянного тока обычно применяют бесконтактные синхронные генераторы и бесколлекторные генераторы различных типов и синхронные генераторы переменного тока. Генераторы устанавливаются на двигателях и вспомогательных силовых установках (ВСУ), при этом частота вращения турбовинтовых двигателей самолётов и вертолётов стабилизирована изменением шага винта, а вот на турбореактивных двигателях частота вращения ротора может меняться в широких пределах и при жёстком механическом приводе на генератор переменного тока частота также существенно изменяется, что часто недопустимо по ТУ потребителей.

Поэтому электрические сети строят по разным принципиальным схемам. Построение сети зависит от назначения ЛА, его конструктивных особенностей и применяемого оборудования. Например, на самолёте Ту-134 в качестве основных источников электроэнергии применяются генераторы постоянного тока на двигателях, а для питания переменным током стабильной частоты 208/115 вольт 400 гц применяются электромашинные преобразователи.

Преобразователи тока

Электромашинный преобразователь на три киловатта

На летательных аппаратах в качестве вторичных источников тока применяются электромашинные преобразователи и статические полупроводниковые преобразователи (инверторы). Электромашинный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и генератора переменного тока (иногда — двух), механически закреплёнными на одном валу. Принцип действия такого преобразователя основан на двукратном преобразовании электрической энергии в электрических машинах — двигателе и генераторе. Схема стабилизации оборотов (частоты вращения) обычно расположена в коробке управления. Наиболее широко распространены преобразователи серии ПО (однофазные на 115 вольт), ПТ (трёхфазные на 200/115 вольт или 36 вольт) и ПТО (комбинированные). При КПД в пределах 50-60% мощность преобразователя может быть от 125 вА (ПТ-125Ц) до 6 КвА (ПО-6000). Статические преобразователи преобразуют постоянных ток в переменный с помощью управляемых полупроводниковых приборов — транзисторов или тиристоров. Такой преобразователь представляет электронный блок в унифицированной легкосъёмной кассете. Их КПД может достигать 85%.

Привод постоянных оборотов

В качестве основных источников электроэнергии могут применяться и генераторы переменного тока, в этом случае сеть 200/115 в является первичной. Генераторы подключаются к редуктору через привод постоянных оборотов. Различают разные схемы подключения — гидравлические, пневматические, механические. Применение нашла гидростатическая схема дифференциального типа (гидронасос-гидромотор), в которой механическая энергия вращения, отбираемая от вала авиадвигателя, преобразуется в энергию давления рабочего тела — масла. Регулирование частоты вращения осуществляется гидравлическим центробежным автоматом, управляющим производительностью гидронасоса. В случае с турбовинтовыми авиадвигателями и ВСУ генераторы переменного тока работают на постоянной частоте вращения, обусловленной стабильностью оборотов двигателя. Первичная (основная) система переменного тока стабильной частоты применяется, например, на лайнере Ту-154 или вертолёте Ка-27. На этих машинах для получения постоянного тока используются полупроводниковые выпрямительные устройства (ВУ).

Выпрямительные устройства

Выпрямительное устройство представляет собой агрегат, состоящий из трёхфазного понижающего трансформатора, полупроводникового трёхфазного выпрямителя и тиристорной схемы стабилизации при изменении нагрузки. Мощность различных типов ВУ может быть в пределах от 3 до 12 кВт. Для принудительного охлаждения схемы выпрямительное устройство имеет встроенный вентилятор.

Авиационная бортовая никель-кадмиевая аккумуляторная батарея 20НКБН-25-У3. Краской от руки написан номер борта — «45»

Турбогенератор

На летательных аппаратах может применяться смешанная схема электроснабжения, из сетей постоянного тока и сетей переменного тока стабильной или нестабильной частоты, а также дополнительные сети для питания различной сложной аппаратуры (автономные системы электроснабжения). К примеру, генератор переменного тока может работать от пневматической турбины, которая, в свою очередь, работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатом воздухе. Такой агрегат называется турбогенератором и применяется, в частности, на самолёте Ан-22.

Бортовые аккумуляторные батареи

На современных ЛА аккумуляторные батареи применяются в качестве аварийных источников электроэнергии, для питания потребителей первой категории, без которых невозможно нормальное завершение полёта. В свою очередь, аккумуляторы могут питать аварийные преобразователи тока (обычно небольшие электромашинные или статические) для потребителей первой категории, требующих питания переменным током. В течение всего полёта аккумуляторы работают в буфере с генераторами постоянного тока (где это предусмотрено). Используют свинцовые (12САМ-28, 12САМ-23, 12САМ-55), серебряно-цинковые (15СЦС-45) и никель-кадмиевые (20НКБН-25, 20НКБН-40, 20НКБН-28, 20KSX-27) аккумуляторные батареи. Продолжительность полёта при питании БЭС только от АКБ может сильно варьироваться на разных типах авиатехники: от нескольких часов (например, Ту-16, от АКБ летит до полутора часов) до нескольких минут (Ту-22М3, не более 12-15 минут).

Наземные источники электроэнергии

Бортовые разъёмы аэродромного питания ШРАП-500 и ШРАП-400-3Ф

В настоящее время применяются при подготовках, различных профилактических и ремонтных работах наземные источники электроэнергии — аэродромные подвижные агрегаты (на автомобильном шасси) типа АПА-4, АПА-5Д, АПА-50М, АПА-80; аэродромные электромашинные генераторы-преобразователи АЭМГ-50М и АЭМГ-60/30М. В меньшей степени для электропитания применяются универсальные спецавтомобили типа ЭГУ-3, ЭГУ-50/210-131, УПГ-300. На кораблях применяются статические полупроводниковые преобразователи-выпрямители.

Для подключения наземных источников к бортсети ЛА предусмотрены унифицированные разъёмы в нижней части фюзеляжа — по постоянному току типа ШРАП-500, по переменному току ШРАП-200 или ШРАП-400-3Ф, соответствующие международным стандартам.

Распределительные сети

Одна из распредпанелей самолёта со снятой крышкой.

Дифференциально-минимальное реле ДМР-600Т

Бортовая электрическая сеть (БЭС) представляет собой сложную систему каналов передачи электроэнергии от источников к приёмникам и состоит из шин, электропроводки, распределительных устройств, коммутационной и защитной аппаратуры. Сети условно делятся на централизованные, децентрализованные и смешанные. В централизованной сети электроэнергия подводится вначале к шинам центральных распределительных устройств (ЦРУ), а затем к периферийным распределительным устройствам (РУ) — распределительным панелям (РП), распределительным коробкам (РК) и распределительным щиткам (РЩ), для питания всего бортового оборудования ЛА. В децентрализованной БЭС ЦРУ отсутствуют в принципе и распределение электроэнергии производится сразу по РК и РП потребителей. Также существует БЭС смешанного типа, имеющая признаки централизованной и децентрализованной сети. Для повышения надёжности применяется деление бортсети на, например, сеть постоянного тока левая и правая, или сеть первого, второго или третьего генераторов.

Сети могут питаться от параллельно (на общую нагрузку) работающих генераторов, при этом отказ одного, к примеру, генератора не приводит к обесточиванию сети. Применяется также перекрёстное питание — сеть №1 питается от генератора №1 (левый двигатель) и №3 (правый двигатель). В свою очередь, сеть №2 питается от генератора №2 (левый двигатель) и №4 (правый двигатель). Если принять, что мощности одного генератора достаточно для питания всех потребителей этой сети, тогда получается, что в случае отказа одного двигателя (любого) и, соответственно, остановки двух генераторов — это никак не отразится на электроснабжении самолётных систем.

В случае отказа генератора (генераторов) сеть автоматически (или вручную) подключится к соседней исправной сети. В случае неисправности в самой сети, например, коротком замыкании, сеть остаётся обесточенной, но часть потребителей этой сети (при условии их исправности) могут быть переключены на питание от другой сети (переключаемые шины). Небольшая часть БЭС, к которой подключены потребители первой категории, питается от аккумуляторной шины напрямую в течение всего полёта. Часть оборудования подключается к шинам двойного питания, которые в нормальном режиме работают от генераторов, но в случае аварии автоматически подключаются к аккумуляторной шине. Такая сложная система коммутации сетей преследует только одну цель — максимальное повышение живучести электропитания ЛА при разнообразных отказах и повреждениях. На более современных летательных аппаратах применяется автоматический контроль параметров работы генераторов и элементов бортсети цифровыми устройствами.

На больших самолётах количество РК, РП и РУ может достигать нескольких десятков (более сотни), а общая длина проводки — сотен (и даже тысяч) километров. При этом все без исключения потребители имеют защиту от токовых перегрузок и КЗ — автоматы защиты сети (АЗС, АЗР), плавкие предохранители различных типов и силы тока — от 0,5 до 900 ампер. Как правило, вся коммутационная и защитная аппаратура компактно сосредотачивается в распределительных устройствах, для удобства обслуживания и монтажа.

Обслуживание

Электрооборудование ЛА обслуживают специалисты АО (в гражданской авиации специальности АО и РЭО совмещены). На тяжёлых машинах, в связи с большим объёмом работ, по АО проводится разделение на электрооборудование (ЭО) и остальные специальности.

Литература

• Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. — М.: Военное издательство, 1989. — 248 с. — ISBN 5-203-00138-3
• Электрооборудование летательных аппаратов (Учебное пособие). — Севастополь, 1974.
• Системы электроснабжения летательных аппаратов (Учебник) / под ред. С.П. Халютина. — М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2010. — 428 с. — ISBN 978-5-903111-42-8

Электрические системы самолетов | SKYbrary Aviation Safety

Определение

Электрическая система самолета представляет собой автономную сеть компонентов, которые генерируют, передают, распределяют, используют и хранят электроэнергию.

Общее описание

Электрическая система является неотъемлемым и важным компонентом всех конструкций самолетов, кроме самых простых. Мощность и сложность электрической системы сильно различаются между легким поршневым одномоторным самолетом авиации общего назначения и современным многодвигательным коммерческим реактивным самолетом. Однако электрические системы самолетов на обоих концах спектра сложности имеют много общих базовых компонентов.

Все электрические системы самолетов имеют компоненты, способные генерировать электричество. В зависимости от самолета для производства электроэнергии используются генераторы или генераторы переменного тока. Обычно они приводятся в действие двигателем, но также могут приводиться в действие от ВСУ, гидравлического двигателя или турбины напорного воздуха (RAT). Выход генератора обычно составляет 115-120 В/400 Гц переменного тока, 28 В постоянного тока или 14 В постоянного тока. Энергию от генератора можно использовать без изменений или направить через трансформаторы, выпрямители или инверторы для изменения напряжения или типа тока.

Выход генератора обычно направляется на одну или несколько распределительных шин. Отдельные компоненты питаются от шины с защитой цепи в виде автоматического выключателя или плавкого предохранителя, встроенного в проводку.

Выход генератора также используется для зарядки авиационных аккумуляторов. Батареи обычно бывают свинцово-кислотными или NICAD, но литиевые батареи становятся все более распространенными. Они используются как для запуска самолетов, так и в качестве аварийного источника питания в случае отказа системы генерации или распределения.

Базовые электрические системы самолета

На некоторых очень простых однодвигательных самолетах электрическая система не установлена. Поршневой двигатель оснащен системой зажигания от магнето, которая является автономной, а топливный бак расположен так, что он будет питать двигатель под действием силы тяжести. Самолет запускается с помощью маховика и кривошипа или путем «ручной поддержки» двигателя.

Если требуется электрический стартер, фонари, электрические пилотажные приборы, навигационные средства или радио, электрическая система становится необходимостью. В большинстве случаев система будет питаться постоянным током от одной распределительной шины, одной батареи и одного генератора или генератора переменного тока с приводом от двигателя. Будут предусмотрены положения в виде выключателя, позволяющие изолировать аккумулятор от шины и генератор/генератор переменного тока от шины. Амперметр, тензодатчик или сигнальная лампа также будут включены для индикации отказа системы зарядки. Электрические компоненты будут подключены к сборной шине с автоматическими выключателями или предохранителями для защиты цепи. Могут быть предусмотрены положения, позволяющие подключить внешний источник питания, например, дополнительную батарею или наземный блок питания (GPU), для помощи при запуске двигателя или для обеспечения питания, когда двигатель не работает.

Усовершенствованные электрические системы самолетов

Более сложные электрические системы обычно представляют собой системы с несколькими напряжениями, использующие комбинацию шин переменного и постоянного тока для питания различных компонентов самолета. Первичное генерирование электроэнергии обычно осуществляется переменным током с одним или несколькими трансформаторно-выпрямительными блоками (TRU), обеспечивающими преобразование в постоянное напряжение для питания шин постоянного тока. Вторичная генерация переменного тока от ВСУ обычно предназначена для использования на земле, когда двигатели не работают, и для использования в воздухе в случае отказа компонентов. Третичная генерация в виде гидравлического двигателя или RAT также может быть включена в систему для обеспечения резервирования в случае множественных отказов. Основные компоненты переменного и постоянного тока подключены к определенным шинам, и предусмотрены специальные меры для подачи питания на эти шины почти во всех аварийных ситуациях. На случай, если вся мощность переменного тока будет потеряна, в систему включен статический инвертор , чтобы шина Essential AC могла питаться от батарей самолета.

В электрическую систему встроены надежные средства мониторинга и предупреждения об отказах, которые при необходимости представляются пилотам. Предупреждения могут включать в себя, помимо прочего, неисправность/отказ генератора, отказ TRU, отказ аккумулятора, отказ/отказ шины и мониторинг автоматического выключателя. Производитель также предоставит подробные процедуры изоляции электрической системы, которые следует использовать в случае возгорания электрооборудования.

В соответствии с действующими нормами такие компоненты, как резервные пилотажные приборы и аварийное освещение траектории движения самолета, имеют собственные резервные источники питания и будут функционировать даже в случае полного отказа электрической системы.

Практически всегда предусмотрены условия для подключения электрической системы самолета к стационарной или мобильной наземной силовой установке (GPU).

Угрозы

• Отказ генератора
• Отказ шины
• Отказ компонента
• Пожарная система электрооборудования

Последствия

• Потеря некоторых или всех основных мощностей по выработке электроэнергии
• Потеря всех компонентов и систем, питаемых от вышедшей из строя шины
• Потеря отдельного компонента
• Возможная потеря самолетов в случае выхода из-под контроля пожара, потеря автобусов; системы или компоненты из-за пожара или в результате процедур электрической изоляции; дым и/или пары

Средства защиты

• Установка нескольких первичных генераторов и, где применимо, вторичного (APU) или третичного (RAT) генератора. Несколько уровней резервирования значительно снижают вероятность потери всех возможностей по выработке электроэнергии.
• Компоненты, подключенные к шине, имеют индивидуальную защиту цепи, которая в случае отказа одного компонента защищает шину от перегрузки и тем самым защищает остальные компоненты. Отказ шины чаще всего является результатом отказа источника питания, питающего шину, а не отказа самой шины. Например, выход из строя TRU может привести к выходу из строя шины постоянного тока, которую он питает. В зависимости от конструкции системы резервирование альтернативного источника питания может позволить восстановить шину.
• Автоматические выключатели (CB) предназначены для защиты системы от перегрузки в случае отказа компонента и предотвращения возникновения потенциального пожара в самом компоненте из-за отключения электропитания. В случае, если автоматический выключатель «срабатывает» в полете, экипаж должен соблюдать политику производителя и компании при принятии решения о сбросе выключателя. Если сброс CB выскакивает во второй раз, дальнейший сброс НЕ следует предпринимать. Обратите внимание, что некоторые CB, например связанные с топливными насосами, никогда не должны сбрасываться в полете.
• В случае появления дыма, дыма или возгорания от предполагаемого источника электричества следует немедленно применить процедуры QRH, одновременно инициировав немедленное отвлечение. Если неисправный компонент не может быть легко идентифицирован, следует выполнить процедуру электрической изоляции. Процедуры удаления дыма и дыма могут стать необходимостью. Земля как можно скорее.

Авиационные происшествия и инциденты

• MD11, в пути, Атлантический океан около Галифакса, Канада, 1998 г.: 2 сентября 1998, самолет MD-11, принадлежащий Swissair, потерпел крушение в море недалеко от Новой Шотландии из-за электрического возгорания в полете.
• A321, на маршруте, Северный Судан, 2010 г.: 24 августа 2010 г. самолет Airbus A321-200, эксплуатируемый British Midland, выполнявший регулярные рейсы общественного транспорта из Хартума в Бейрут, во время рейса на эшелоне полета 360 в ночное время IMC обнаружил неисправность в электросети. что сопровождалось периодической потерей индикации на EFIS обоих пилотов и самовольным переходом на низкое положение левого крыла. Отключение генератора № 1 и последующий возврат триммера руля направления, который ранее не перемещался преднамеренно, в нейтральное положение устранили все отклонения, и запланированный полет был завершен без дальнейших событий, без повреждений самолета или травм 49жильцы.
• A319, лондонский аэропорт Хитроу, Великобритания, 2009 г.: 15 марта 2009 г. в самолете Airbus A319-100, выполнявшем регулярный пассажирский рейс из лондонского аэропорта Хитроу в Эдинбург, самолет Airbus A319-100, выполнявший регулярный пассажирский рейс из лондонского аэропорта Хитроу в Эдинбург, во время ночного буксирования при нормальной видимости с земли произошел сбой в электросети, что привело к отключению EFIS. отображаются после второго запуска двигателя и производили некоторое количество электрического дыма, но не дыма. Двигатели были выключены, диспетчеру был объявлен PAN, и самолет отбуксировали обратно к выходу на посадку, где пассажиры обычно высаживались через воздушный мост.
• B752, Чикаго О’Хара, Иллинойс, США, 2008 г.: 22 сентября 2008 г. самолет Boeing 757-200, выполнявший регулярный пассажирский рейс из Сиэтла/Такомы, штат Вашингтон, в Нью-Йорк, JFK, потерял значительную часть функций электрических систем в пути. Объявленная аварийная ситуация была отклонена в сторону Чикаго О’Хара, где после визуального захода на посадку в дневное время самолет был намеренно направлен за пределы взлетно-посадочной полосы, когда командир самолета понял, что произойдет выбег. Ни один из 192 пассажира получили ранения, шасси самолета повреждено незначительно.

Статьи по теме

• Проблемы с электричеством: руководство для контроллеров
• Отчеты об авариях и серьезных происшествиях: ПОЖАР
• Огонь в воздухе

Дополнительная литература

• Статья Boeing: Реакция летного экипажа на дым, огонь или дым в полете
• Консультативный циркуляр FAA 120-80 «Пожары в полете»
• UK CAA Paper 2002/01 Анализ преимуществ усиленной защиты от пожаров в скрытых зонах на транспортных самолетах
• см. также «Уроки, извлеченные из аварий транспортных самолетов» FAA: неконтролируемый пожар

Категории

Летная годность,
Flight Technical

Все тонкости электрической системы самолета

Современные транспортные самолеты — энергоемкие машины. В последние несколько лет они становятся все более и более зависимыми от электричества. Даже самые важные компоненты самолета, такие как системы управления полетом, требуют электричества для правильной работы. Самолеты последнего поколения, такие как Boeing 787 и Airbus A350, известны как More Electric Aircraft (MEA) из-за того, что они используют электричество для основного авиационного оборудования.

В этой статье речь пойдет о том, как работает электрическая система самолета.

Airbus A350 в значительной степени зависит от электроэнергии. Фото: Vincenzo Pace I Simple Flying

Переменный ток (AC) или постоянный ток (DC)

В небольших самолетах основным источником электроэнергии обычно является постоянный ток. Например, в большинстве турбовинтовых самолетов, таких как ATR и Dash 8, двигатели постоянного тока действуют как стартер-генераторы во время запуска. В более крупных самолетах используется переменный ток. Двигатели переменного тока имеют лучшее соотношение мощности и веса и проще по конструкции. Поскольку более крупным самолетам требуется гораздо больше электроэнергии, двигатели постоянного тока и система питания постоянного тока становятся непрактичными.

Турбовинтовые двигатели, такие как ATR, используют постоянный ток в качестве основного источника электроэнергии в самолете. Фото: ATR

На всех самолетах имеется оборудование, для которого требуется электропитание постоянного или переменного тока. Итак, в системах постоянного тока для преобразования постоянного тока в переменный используется нечто, называемое инвертором. В случае системы переменного тока трансформаторные выпрямители (TR) используются для преобразования переменного тока в постоянный. Некоторые турбовинтовые двигатели имеют генераторы переменного тока, которые подают питание с переменной частотой на определенное оборудование, такое как стеклоочистители и системы защиты от обледенения. Но эти генераторы не такие мощные, как генераторы постоянного тока.

Как работает главная электрическая система самолета

Существует два основных типа электрических систем. Одна называется системой разделенных шин, а другая называется системой параллельных шин. Также существует гибридная система, называемая системой разделенных параллельных шин. Прежде чем мы рассмотрим детали этих систем, давайте сначала рассмотрим отдельные компоненты электрической системы.

Аккумуляторы

Аккумуляторы являются основным источником электроэнергии для самолета. В больших самолетах есть две отдельные батареи для резервирования. Батареи используются для первого питания самолета. После включения аккумуляторов их можно использовать для запуска вспомогательной силовой установки (ВСУ). При наличии ВСУ батареи отключаются от электрической системы самолета, если они полностью заряжены, и остаются такими до конца полета. Поскольку батареи являются последним источником питания в случае полного отказа электросети в полете, они не используются для питания самолета на любом этапе полета. Во многих самолетах используются никель-кадмиевые батареи.

Никель-кадмиевая батарея, используемая в Airbus A320. Фото: Аккумуляторы Saft

Генераторы

Существует два типа генераторов — генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока, которые правильнее всего называть генераторами переменного тока. Основное различие между генератором постоянного тока и генератором переменного тока в электрической системе самолета заключается в том, что в первом случае вращается якорь генератора, а во втором поле или магнит вращаются вокруг неподвижного якоря.

Поскольку в большинстве крупных авиалайнеров используются генераторы переменного тока, о них мы и поговорим в этой статье. Генераторы переменного тока, используемые в самолетах, представляют собой трехфазные генераторы. Это означает, что обмотки вокруг генераторов расположены таким образом, что каждая фаза сдвинута по фазе на 120 градусов по отношению к другой. Выходы генератора переменного тока соединены так называемым методом звезды. Здесь три фазы соединяются, образуя нейтральную точку, которая заземлена.

Фото:
eeeinterviewtips.blogspot.com

Фото:
yourelectricalguide.com

При таком подключении можно получить два показания напряжения: фазное напряжение и линейное напряжение. Фазное напряжение можно измерить, взяв напряжение между нейтральной точкой и линейным выводом, в то время как измеренное напряжение между двумя линиями дает линейное напряжение. В самолете линейное напряжение около 200 вольт, фазное напряжение около 115 вольт, частота 400 Гц. Таким образом, электрическая система самолета называется системой 115 В / 200 В / 400 Гц / 3 фазы. 400 Гц — оптимальная частота генераторов, используемых в самолетах.

В самолетах генераторы вращаются от двигателей. Это означает, что скорость или частота генератора изменяется с изменением скорости двигателя. Во время полета будут изменяться обороты двигателей, и это может повлиять на скорость вращения генератора. Таким образом, управление скоростью генератора для поддержания его частоты становится критическим. Для этого используется устройство, называемое приводом с постоянной скоростью (CSDU).

CSDU состоит из гидравлического насоса, приводимого в действие двигателями. Затем насос приводит в действие гидравлический двигатель. Когда генератор отправляет сигнал о недостаточной или повышенной скорости на гидравлический насос, он изменяет подачу жидкости в гидравлический насос для управления скоростью генератора. Большинство IDG могут поддерживать частоту в пределах 5% от требуемых 400 Гц.

Работа IDG. Фото: wtruib.ru

Шинопроводы

Шинопроводы представляют собой металлические стержни, используемые для передачи электроэнергии от источников, таких как генератор, к отдельному оборудованию. В самолете есть много отдельных шин. Батареи, например, имеют свои шины, и есть главные шины, которые питаются от многих источников, таких как генераторы двигателей, генератор ВСУ, внешнее питание и т. д. Вы лучше поймете, что такое шины, когда мы рассмотрим разделенная шина и система параллельных шин в следующих параграфах.

Одними из самых важных автобусов в самолете являются автобусы Hot Battery. Эти шины подсоединены к батареям и функционируют, даже когда самолет полностью выключен. Двигательные огнетушители и системы эвакуационных трапов питаются от горячей аккумуляторной шины.

Эвакуационные трапы питаются напрямую от батарей. Фото: Airbus / Sylvain Ramadier

Система параллельных шин

В наши дни системы параллельных шин редко используются в самолетах из-за их сложности. В основном встречается в трех- или четырехмоторных самолетах. Как следует из названия, в системе с параллельными шинами генераторы соединены параллельно.

Перед параллельным подключением генераторов их следует синхронизировать таким образом, чтобы их выходное напряжение и частота были одинаковыми. Также фазы А, В и С на одном генераторе должны быть идентичны фазам А, В и С второго генератора, третьего генератора такого-то. Это предотвращает повреждение генераторов. Имейте в виду, что когда генераторы подключены параллельно, они работают вместе и разделяют электрические нагрузки.

В параллельной системе каждый генератор имеет свою шину, соединенную автоматическим выключателем генератора. Шина состоит из трех отдельных шин для каждой фазы (A, B и C). Затем эти шины подключаются к синхронизирующей шине через секционный выключатель. Эта шина синхронизации предназначена для обеспечения параллельной работы генераторов. Вспомогательная силовая установка (ВСУ) и внешнее питание также подключены к синхронизирующей шине.

В системе с параллельными шинами генераторы подключаются к шине синхронизации. Фото:
Flight-mechanic.com

Одним из основных преимуществ параллельных генераторов является то, что если один из генераторов выйдет из строя в полете, оставшиеся генераторы смогут эффективно распределить нагрузку. Другим преимуществом является то, что, опять же, в случае отказа генератора система не прерывается, поскольку другие генераторы остаются для питания шины синхронизации и, следовательно, подключенных к ней компонентов. В более старых самолетах, таких как Boeing 727, бортинженер может играть с частотой генераторов в самолете. Есть индикаторы синхронизации, которые загораются, когда генераторы не синхронизированы. Затем инженер может вручную регулировать частоту генератора, пока не погаснет свет. Если он не синхронизируется, генератор не может быть подключен к шине синхронизации.

Раздельная шинная система и разделенная параллельная шинная система

Большинство современных самолетов используют этот тип системы. В системе с раздельными шинами каждый генератор имеет свою шину, и параллельное соединение отсутствует. Каждый генератор индивидуально питает свою соответствующую шину. Если в этой системе выходит из строя генератор, оставшийся генератор питает шину вышедшего из строя генератора.

Боинг 747 — единственный современный самолет с частично параллельной системой, называемой системой разделенной параллельной шины. В этой системе есть две шины синхронизации, соединенные разделителем. Поскольку в самолете четыре генератора, по два генератора питают каждую из двух шин синхронизации. Этот тип системы, хотя и сложный, имеет преимущества как системы с разделенной шиной, так и системы с параллельной шиной. Поскольку возможности распределения нагрузки в параллельной системе намного лучше, нагрузка на отдельные генераторы снижается в условиях отказа.

В качестве примера мы можем сравнить систему B747 с системой другого четырехмоторного самолета — Airbus A340. В A340 используется система разделенных шин. В A340 в случае отказа генератора бортовой генератор будет питать неисправную шину генератора. Остальные генераторы не могут помочь приспособить неисправную шину генератора, поскольку это может сделать только внутренний генератор. Это означает, что требуется некоторое отключение нагрузки, чтобы не перегружать питающий генератор.

Электрическая система А340. Здесь генератор номер 1 вышел из строя, и его заменил генератор номер 2 на стороне. Фото: Airbus A340 FCOM

В B747 отказ одного генератора практически не влияет на электрическую мощность самолета. Три оставшихся генератора по-прежнему подключены к шинам синхронизации. Это означает, что три генератора могут разделить нагрузку и питать неисправную шину генератора через шину синхронизации. С помощью этой системы можно питать все четыре шины переменного тока в B747 от одного генератора (здесь можно ожидать некоторого сброса нагрузки, поскольку самолет работает на одном генераторе). В A340 отказ трех генераторов (один оставшийся) приведет к полному отключению одной стороны электрической системы переменного тока. Если два генератора справа выйдут из строя, правые шины переменного тока обесточатся. Это требует большого сброса нагрузки.

Аварийная электрическая система

Все транспортные самолеты имеют резервные электрические системы. Генераторы, которые являются основным источником электроэнергии, приводятся в действие двигателями, и отказ двигателя (двигателей) может нарушить работу генератора (генераторов). Неисправность самого генератора(ов) может остановить его работу. По этой причине становится необходимым средство аварийного электроснабжения.

Плунжерная воздушная турбина (RAT)

RAT представляет собой турбину, которая выпадает из самолета в случае потери основного электропитания.