Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. КоролЁва (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

КОПТЕВ А.Н.

АВИАЦИОННОЕ И РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВОЗДУЩНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Часть I. Системы электрооборудования

ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

С А М А Р А

Издательство СГАУ

2011

УДК

ББК

Коптев А.Н.

Авиационное и радиотехническое оборудование. Часть 1 Электрооборудование воздушных судов гражданской авиации: учеб. пособие / А.Н. Коптев.– Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011.– 257 с.: ил.

ISBN

Пособие является первым из серии «Авиационное и радиотехническое оборудование»

Излагаются основы построения, характеристики элементов, агрегатов и систем электрооборудования ЛА в целом. Рассмотрены вопросы развития и основные системы электроснабжения отечественных и зарубежных воздушных судов гражданской авиации. В рамках представления основных классов потребителей электрической энергии рассмотрены электроприводы агрегатов и систем ЛА, примеры электроприводов постоянного и переменного тока. Как отдельный энергоемкий потребитель первой категории рассмотрено внешнее и внутреннее освещение современных отечественных и зарубежных ВС гражданской авиации.

Учебное пособие предназначено для студентов 4-5 курсов обучающихся по специальности «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и их двигателей» и «Техническая эксплуатация авиационных электросистем и пилотажно-навигационных комплексов»

УДК

ББК

ISBN © Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2011

Содержание

Введение 4

1. Система электроснабжения переменным током самолетов гражданской авиации 10

1.1 Основные понятия и определения 10

1.2 Системы электроснабжения современных самолетов гражданской авиации 13

1.2.1 Основная система электроснабжения самолета Ан‑124‑100 14

1.2.2 Основная система электроснабжения переменным током самолета Ту-204 80

1.3. Системы электроснабжения самолетов фирмы «Боинг» (на примере В – 757, В – 767 , В - 777) 131

1.4. Системы распределения электрической энергии на современных самолетах (на примере Ту-204) 146

1.5. Потребители электрической энергии 151

1.5.1. Электропривод механизмов, агрегатов и органов управления летательных аппаратов 151

1.5.2. Примеры самолетного электропривода 180

1.6.Светотехническое оборудование современных самолетов 193

1.7 Преспективыви развития системы электроснабжения ВС гражданской авиации 217

Система электроснабжения АН-140 217

Система электроснабжения В-787 241

Система электроснабжения А380 243

Список исполозованных источников 250

Введение

Электрическое оборудование летательных аппаратов в зависимости от назначения каждого его элемента может быть подразделено на три основные группы:

1) система генерирования – источники электрической энергии, преобразователи, их защитные и регулирующие устройства;

2) система передачи и распределения энергии;

3) Потребители электрической энергии.

В первую группу входят:

а) основные источники электрической энергии – электрические генераторы постоянного и переменного тока;

б) аварийные источники электрической энергии – химические источники тока;

в) преобразователи электрической энергии, включающие электромашинные и статические преобразователи всех типов;

г) регулирующая, управляющая и защитная аппаратура: включающая регуляторы напряжения и частоты; устройства для защиты генераторов от обратных токов и обратной мощности, защиты от перенапряжений и перегрузок; устройства, обеспечивающие автоматическое распределение активных и реактивных мощностей между параллельно работающими генераторами; устройства включения и отключения генераторов на сеть.

Составными элементами второй группы являются:

а) электрическая (бортовая) сеть, включающая отдельные провода и жгуты электрических проводов;

б) аппаратура коммутации, управления и защиты;

в) распределительные устройства;

г) контрольно-измерительные приборы для наблюдения за режимом работы электрической системы летательного аппарата;

д) монтажное и установочное оборудование (разъемы, распределительные устройства, пульты и т.п.).

К третьей группе относятся потребители электрической энергии:

а) электрические двигатели, электромагниты и иные устройства, служащие для приведения в действие и управления исполнительными механизмами, агрегатами и различными органами летательного аппарата;

б) осветительное оборудование (внешнее, внутреннее освещение, огни предупреждения столкновений, освещение кабины экипажа и служебных отсеков);

в) противообледенительные и обогревательные устройства, а также холодильные установки;

г) средства связи и радиоаппаратура (радиолокация, радионавигация, аппаратура опознавания противостолкновения для управления воздушным движением);

д) системы автоматического управления;

е) контрольно-измерительная аппаратура и приборы, основанные на использовании электрической энергии, термометры, тахометры, топливомеры, компасы и т.п.;

Как отдельные элементы, так и весь комплекс сложного и разнообразного оборудования летательного аппарата работает в условиях, значительно отличающихся от условий, в которых действует наземное оборудование. Эти условия являются весьма сложными и тяжелыми. Они характеризуются широким диапазоном изменения температуры, давления, плотности, влажности и электропроводности воздуха, наличием механических сил, действующих на оборудование, изменением положения оборудования в пространстве, наличием паров топлива и масла. Таким образом, основные особенности работы электрооборудования летательных аппаратов связаны с высотой и скоростью полета, а также с механическими нагрузками и особенностями, обусловленными условиями эксплуатации и размещения оборудования.

Работа авиадвигателя и различных агрегатов, установленных на летательном аппарате, сопровождается выделением тепла. Это приводит к сильному нагреву расположенных вблизи них объектов электрооборудования. Например, температура мест крепления элементов электрооборудования на авиадвигателе может достигать 250^о С и выше.

Высота полета оказывает значительное воздействие на работу всего комплекса электрооборудования самолета.

Давление атмосферного воздуха у поверхности земли в средних широтах изменяется в пределах 730-780 мм рт. ст. С увеличением высоты давление падает. На высоте 12 км давление атмосферного воздуха примерно в 6 раз меньше давления у земли, а на высоте 20 км – в 16 раз; на высоте 35 км давление составляет около 4 мм рт. ст.

Плотность воздуха прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре. С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается. На высоте 12 км плотность воздуха примерно в 4 раза меньше плотности воздуха у земли, на высоте 20 км – в 14 раз.

Влажность воздуха (содержание в воздухе водяных паров) также изменяется. На высотах выше 9-10 км водяные пары почти полностью отсутствуют в воздухе.

Степень насыщенности воздуха водяными парами характеризуют относительной влажностью, под которой понимают отношение количества водяного пара в 1 м³ воздуха к количеству, которое насыщало бы воздух при той же температуре. В реальных условиях относительная влажность воздуха может достигать 95 ‑ 98%.

Электропроводность воздуха при нормальных атмосферных условиях чрезвычайно мала, и только высокие напряжения могут создать заметный электрический ток. С высотой она возрастает в связи с уменьшением плотности и увеличением интенсивности ионизации воздуха под действием космических лучей и ультрафиолетовых лучей Солнца.

К механическим силам, действующим на оборудование, относятся: силы инерции, возникающие при явлении ускорения и действующие длительно без перемены знака; вибрационные силы, обусловленные наличием на летательном аппарате вибраций, эти силы периодически меняют свое направление; аэродинамические силы, появляющиеся вследствие воздействия на летательный аппарат или его отдельные части аэродинамического потока воздуха; ударные силы, возникающие при посадке и взлете летательного аппарата, работе его агрегатов и систем (например, оружия).

Когда летательный аппарат испытывает ускорение, все элементы электрооборудования подвергаются перегрузке. Наибольшие перегрузки обусловлены действием сил инерции при взлете и посадке.

Изменение физических свойств окружающего воздуха оказывает влияние на работу электрооборудования летательного аппарата.

Изменение температуры вызывает изменение электрического сопротивления проводов, емкости аккумуляторов, вязкости смазочных веществ, применяемых в исполнительных механизмах электроприводов, и вследствие этого – изменение момента сопротивления электродвигателей, формы и размеров деталей, используемых в электротехнических устройствах, механической прочности материалов и т.д. Так, например, при температуре +50^оС электрическое сопротивление медных и алюминиевых проводов приблизительно в 1,4 раза больше, чем при температуре - 60^оС.

Изменение плотности, влажности и электропроводности воздуха влечет за собой изменение условий коммутации в электрических машинах постоянного тока, сопротивления изоляции, продолжительности горения электрической дуги и т.д. Так, например, продолжительность горения электрической дуги при напряжении 24 В на высотах 15-16 км удваивается по сравнению с продолжительностью горения у земли.

С изменением температуры и плотности воздуха изменяются условия охлаждения электрических машин, аппаратов и проводов. С подъемом на высоту, несмотря на понижение температуры атмосферного воздуха, удельная теплоемкость воздуха из-за уменьшения плотности снижается. Это ухудшает условия охлаждения электрических машин, аппаратов и проводов.

Механические силы, действующие на электротехнические установки, могут привести к различного рода повреждениям, например к обрыву проводов и обмоток, особенно в местах их пайки, к появлению трещин и порче электроизоляционных материалов, ускоренному износу осей и подшипников в электромеханизмах, нарушению нормальной работы упругих и подвижных элементов электроаппаратов (пружин, якорей электромагнитов и т.п.).

Надежная работа электрооборудования в условиях изменяющихся физических свойств среды и непрерывного воздействия вибраций и механических сил возможна лишь при строгом учете этих условий при конструировании и в процессе эксплуатации электрооборудования.

Важность и сложность функций, выполняемых электрооборудованием летательного аппарата, предопределяют основное требование, предъявляемое к нему надежность и безотказность действия. Из условий обеспечения его вытекает и ряд других требований, отличных от требований, предъявляемых к аналогичным видам наземного электрооборудования, например к автомобильным стационарным наземным установкам промышленного типа. Для выполнения основного требования в ряде случаев необходимо применять специальные конструкции и материалы, использовать особенные принципы при конструировании отдельных элементов и установок и руководствоваться иными соображениями при проектировании всей системы в целом. Кроме того, необходимо иметь в виду, что сроки службы электрооборудования летательных аппаратов устанавливаются более короткие, чем аналогичных видов обычного наземного оборудования, и что требование дешевизны в некоторых отдельных случаях не являются решающим.

В целом отдельные требования могут оказаться противоречивыми (например, иметь минимальные массы и габариты и максимальную прочность), и тогда задачей конструктора является компромиссное решение, обеспечивающее основные требования, которые являются решающими для данного конкретного случая.

Тактико-технические требования, предъявляемые к самолетному оборудованию, разработанные с учетом условий работы электрооборудования и его назначения включают следующие показатели.

Надежность и безотказность работы. Под надежностью и безотказностью работы понимается защита отдельных объектов (источников электрической энергии потребителей и сети) в случае аварий и коротких замыканий; блокировка для предотвращения возможных ошибок при управлении, которые могут привести к авариям; автоматическое поддержание работы оборудования в условиях чрезвычайных режимов по возможности длительное время (пониженное напряжение срабатывания для электромагнитов, дублирование цепи питания ответственных потребителей и т.п.).

Надежность оборудования приобретает все больший экономический смыслю Простои дорогого самолета приносят большие убытки эксплуатирующим авиакомпаниям.

Масса и габариты. Масса оборудования современного самолета составляет значительную величину, примерно равную полезной нагрузке самолета. Экономия в массе оборудования позволяет увеличить запас горючего, т.е. увеличить длительность полета, потолок и скорость набора высоты, полезную нагрузку, а также уменьшить посадочную скорость и разбег при взлете.

Необходимо учитывать, что кроме массы самого оборудования обычно приходится учитывать массу дополнительных опорных конструкций и крепежного материала для установки их на самолете.

В целом экономия массы электрического оборудования самолета имеет важное экономическое значение.

Прочность электрооборудования включает механическую, электрическую и термическую прочность.

Химическая стойкость электрооборудования связана с уменьшением коррозии электрических соединений, а также основных компонентов этого оборудования.

Простота эксплуатации и ремонта электрооборудования.

Экономические требования. Оптимальная стоимость при изготовлении и обслуживании электрооборудования.