Решетов С.А. Электроснабжение воздушных судов Учебник для вузов

Подождите немного. Документ загружается.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

ВОЗДУШНЫХ

СУДОВ

Под редакцией канд. техн. наук

С.А. Решетова

Допущено

Управлением

учебных заведений МГА

в качестве учебника

для студентов высших

учебных заведений

гражданской авиации

Библиотека МИИГА j

МОСКВА „ТРАНСПОРТ" 1991

рокофюзеляжного само-

овожилов отметил, что

овая классность, новый

1елил основные принци-

юсть, экономичность и

тва «Як» С. А. Яковле-

юстота, экономичность

:Ил» С. В. Ильюшин

;т?» ответил: «Самолет,

оторый развивается в

темы рассматриваются

>еспечения эксплуата-

еских условиях на его

энергии (ПрЭ), для

энергии (МЭ) авиа-

ую (ЭЭ), гидравличе-

ырабатывается элект-

пневматическая —

| от компрессора АД

)боты, поэтому отбор

важных приемников

эя А Б и статический

ания на стоянке при-

систему кондицио-

ользуется вспомога-

ератором СТГ. Топ-

троприводом. Стар-

ник питания посто-

зажигания, поэто-

0 мин источниками

двухконтурности

1чу ГН, поэтому на

водом от ветродви-

ить во вращение и

хматривается так-

!ческая. Ее широ-

остотой передачи,

5ством атоматиза-

:истемы передачи

1еньшей уязвимо-

УДК Г>2<>.7 0(И.(Ю1

(075.8)

ками электрической энергии. Большое

»"™"™

У*

ов ТШ

ов Ту-204,

ции.

Ил.

210,

табл.

11.

ч 7 Q 11 15 и 22

написаны

Предисловие, введение

гл. V-Л, Л ». •

Кононо

Решетовым;

гл. 4 — Н. 1.

поповичем,

и .

Клей-

вым;

гл 6, 8, 12, 13-Н. В.

Максимовым;

гл. 18 21 Г. Н. Меи

меновым.

Рецензенты: кафедра электрооборудования ВВИА имени

Е.

Жуковского;

Е. А.

Тимошенко

Заведующий редакцией Л.В.Васильева

Редактор

И. В.

Иванова

3206030000-257

э-ТШноТЙТ-

199

ISBN

5-277-01023-8 ©

Ко-лект».

авторов.

.99.

ВВЕДЕНИЕ

Характеризуя технический уровень советского широкофюзеляжного само-

лета-аэробуса Ил-86, генеральный конструктор

Г. В.

Новожилов отметил,

что

«... каждое новое поколение воздушных судов —это новая классность, новый

уровень техники, новые методы эксплуатации...»,

определил основные принци-

пы проектирования современных самолетов

—

безопасность, экономичность

комфорт. Генеральным конструктором самолетов семейства «Як»

С. А.

Яковле-

вым

эти

принципы сформулированы

так:

надежность, простота, экономичность

и комфорт. Генеральный конструктор самолетов серии «Ил»

С. В.

Ильюшин

на вопрос:

«А что

такое по-вашему современный самолет?» ответил: «Самолет,

который может непрерывно улучшать свои качества, который развивается

процессе эксплуатации».

данном учебнике изучаемые системы рассматриваются

с учетом этих основополагающих принципов.

Способы отбора мощности

от

авиадвигателя.

Для

обеспечения эксплуата-

ции воздушного судна

(ВС)

практически

любых климатических условиях

на его

борту установлено различное оборудование

—

приемники энергии (ПрЭ),

для

функционирования которых

полете часть механической энергии

(МЭ)

авиа-

двигателя

(АД)

преобразуется

другие виды: электрическую

(ЭЭ),

гидравличе-

скую

(ГЭ),

пневматическую

(ПЭ).

Электрическая энергия вырабатывается элект-

рогенератором

(ЭГ),

гидравлическая

—

гидронасосом

(ГН),

пневматическая

—

пневмокомпрессором

(ПК) или

отбирается непосредственно

от

компрессора

АД

(рис.

В.1). При

отборе

ПЭ от АД

ухудшается режим

его

работы, поэтому отбор

ПЭ ограничен

(в

среднем

до 10 %). Для

питания жизненно важных приемников

энергии (категория

используется аккумуляторная батарея

А Б и

статический

или электромашинный преобразователи

рода тока.

Для автономного воздушного запуска основных

АД,

питания

на

стоянке при-

емников электрической энергии ПрЭЭ

подачи воздуха

систему кондицио-

нирования,

также аварийного электропитания

полете используется вспомога-

тельная силовая установка

ВСУ,

запускаемая стартером-генератором

СТГ,

Топ-

ливо

к ВСУ

подается центробежными Насосами

ЭЦН с

электроприводом. Стар-

тер-генератор может использоваться

и как

аварийный источник питания посто-

янного тока. Высотность запуска

ВСУ

ограничена .системой зажигания, поэто-

му

при

снижении

до

высоты

Я = 3 ... 6 км в

течение

10 ... 30 мин

источниками

аварийной энергии являются

А Б и Я.

Повышенная степень двух контур ности

современных

ГТД

уменьшает скорость авторотации

АД и

подачу

ГН,

поэтому

на

самолетах Ту-204

Ил-96-300 установлен аварийный

ГН с

приводом

от

ветродви-

гателя

ВД. С

помощью

ВД при

необходимости можно приводить

во

вращение

аварийный электрогенератор

ЭГ

. На

современных

ВС

предусматривается так-

же установка

ЭГ

приводом

от

гидромоторов

ГМ.

Наиболее универсальным видом энергии является электрическая.

Ее

широ-

кое применение объясняется следующими преимуществами: простотой передачи,

распределения

трансформации

другие виды энергии; удобством атоматиза-

ции управления; простотой эксплуатации; меньшей массой системы передачи

энергии благодаря отсутствию тросов, валов, трубопроводов; меньшей уязвимо-

-?7£,

Топливный

бак

АД

СВ

Топливо

зг

ГН

ПН

р.

гм

ЗГа

U.1

р.

ПрЭ

4г А6

а/

Рис.

В.1.

Функциональная схема отбора мощности

от

авиадвигателя

-27В

стг

ВСУ

зг

стью электрооборудования

экстремальных ситуациях полета; простотой резерви-

рования.

Основные приемники электроэнергии. Электрооборудование

ВС

включает

системы генерирования, преобразования

распределения энергии

приемники

ЭЭ (ПрЭЭ),

которым

соответствии

с ЕН ЛГС

относятся системы, устройства

отдельные блоки,

для

работы которых необходима

ЭЭ.

Наиболее энергоемкую

группу ПрЭЭ составляют электроприводы

(ЭП). На

различных

ВС

установлено

большое число

ЭП,

выполненных

виде самостоятельных блоков

редуктором.

Так,

на

самолете Ил-86 установлены

125 ЭП (25

типов),

на

самолете Ил-62—68

ЭП

(15

типов).

Число электродвигателей

(ЭД) в

составе различного оборудования значи-

тельно больше.

Так, на

самолете Ил-62 установлено

106 ЭД и 78

электромагнит-

ных приводов (ЭМП).

Мощность

ЭП

изменяется

от

долей ватта

до 60 кВт при

моментах

на

валу

0,5 ... 600 Н-м и

частоте вращения

0,02 ... 100 с—

В табл.

В.1

приведены технические характеристики

ЭП

основных систем

Ил-62.

Время

их

работы

полете неодинаково

характеризуется

так

назы-

Таблица

В.1

Система ЭД.

шт.

ЭМП,

шт.

Мощность,

кВт

Масса,

кг

Энергия,

потребляемая

за

8 ч

полета,

кВт-ч

(%)

Топливная

30 24

32,9

276

162 (80,82)

Кондиционирова-

162 (80,82)

ния

—

0,66

57,4

2,74 (1,37)

Противообледени-

2,74 (1,37)

тельная

0,39

41,5

0,56 (0,28)

Механизации кры-

41,5

0,56 (0,28)

ла

управления

171,3

29,12 (14,52)

Запуска

АД

15 13,26

88,4

3,27 (1,63)

Гидравлическая

3 10

87,9

0,87 (0,43)

Бытового оборудо-

0,87 (0,43)

вания

—

1,74

1,89 (0,94)

Всего

на

самолете

106 78

122,94

777,5

100,45

(100)

ваемым коэффициентом неодновременности,

или

относительным временем включе-

ния

t =

где /

—

время работы привода; Г

— время полета. Характерно

увеличение относительной энергии приводов топливной системы, работающих

полете длительное время.

Особое значение

обеспечении безопасности полета имеет

АД,

который обо-

рудован рядом электрических систем (зажигания, привода топливных насосов,

управления режимами работы, запуска

и др.).

Поэтому среди многочисленных

факторов, определяющих надежную работу

АД,

выделяется защита

АД от

воз-

никновения пожара,

для

обнаружения которого устанавливаются системы сигна-

лизации пожара (ССП). Надежная работа

ССП

непосредственно влияет

на

эко-

номические показатели

ВС. Два

важнейших требования

к ССП:

высокая чувст-

вительность

отсутствие ложных срабатываний, которые сами

по

себе взаимно

противоречивы. Повышенная чувствительность может увеличивать число ложных

срабатываний,

в том

числе

от

наводок

цепях управления. Ложное срабатывание

приводит

срабатыванию первой очереди огнетушителей, включаемых автома-

тически. После этого следует вынужденная посадка, требующая дополнительного

расхода топлива,

что для

различных

ВС

составляет:

5,4 т

(Ил-86)-

3 1

(Ил-761-

3,15

(Ил-62);

2,35

(Ту-154);

1,7

(Ан-12);

1,45 т

(Ту-134).

' ''

Среди других типов

ПЭЭ

отметим такие достаточно мощные системы,

как

противообледенительные системы

подъемно-транспортные устройства.

Существенно повышает экономичность полета разработанная

последние

годы электроимпульсная противообледенительная система, потребляющая

ЭЭ

почти

в 100 раз

меньше,

чем

электротепловая.

Появление транспортных самолетов типов Ил-76, Ан-124, Ан-225 привело

созданию погрузочно-разгрузочных комплексов, оборудованных лебедками,

тельферами

бортовыми погрузочными кранами,

которых применяются

ЭД

мощностью

1; 1,5 и 3 кВт со

ступенчатым измерением частоты вращения.

Основные этапы развития электрооборудования. Впервые идея использова-

ния

ЭЭ на ВС

высказана русским инженером

изобретателем

А. Н.

Лодыгиным,

спроектировавшим

в 1869 г.

летательный аппарат тяжелее воздуха («электро-

лет»),

котором привод винтов должен

был

осуществлять

ЭД с

питанием

от АБ.

Эта идея

не

была реализована вследствие низкого уровня характеристик

АБ и

ЭД

в тот

период.

Им же

была предложена идея электроосвещения

на

самолете.

Первым практическим применением

ЭЭ на

самолете было зажигание горючей

смеси

АД с

помощью искры, полученной

от

индукционных катушек

магнита

(на-

пример,

на

одном

из

первых самолетов

А. Д.

Можайского

в 1879 г.). На

самолете

«Илья Муромец», кроме зажигания, применялись электроосвещение, электро-

обогрев, радиосвязь,

а для

питания этих устройств

—

генераторы, приводимые

во вращение

от АД или

ветродвигателей

(ВД).

1918

...1920

гг.

произошел переход систем электроснабжения

перемен-

ного

на

постоянный

ток

низкого напряжения

(U — 6 В), что

было удобно

для не-

посредственного питания ламп.

В 1923 ... 1924 гг.

значения напряжения повыше-

ны

до 12 В, а в 1930 г. — до 24 В. Это

существенно уменьшило массу сети

которая обратно пропорциональна квадрату напряжения:

= jr Р, где р—

удельное сопротивление проводника;

U —

MJlU

—

относительные допустимые

потери напряжения

сети;

Р —

мощность, передаваемая

на

расстояние

Даль-

нейшему росту напряжения препятствовало наличие щеточно-коллекторного

уз-

ла двигателей постоянного тока (ДПТ), особенно

при

увеличении высоты полета.

Необходимость обеспечения высотных полетов

увеличение потребных мощно-

стей привели

созданию систем электроснабжения

(СЭС)

трехфазного перемен-

ного тока повышенного напряжения

(U = 208 В, 400 Гц).

Постоянный

ток

стал

вырабатываться трансформаторно-выпрямительными устройствами мощностью

3 и 6 кВт.

К моменту появления самолетов

ЭП уже

довольно широко использовался

на

транспорте

и в

промышленности. Этому способствовало изобретение

ДПТ в

1834 г.

академиком

Б. С.

Якоби

асинхронного двигателя

М. О.

Доливо-Добро-

Вольским в 1889 г. Одним из первых ЭП, нашедших применение на самолете,

был электростартер для запуска поршневых АД. В дальнейшем ЭП стали исполь-

зовать для привода масляных и топливных насосов, вращения роторов гироско-

пов В 1925 1926 гг. для измерения неэлектрических величин были применены

электрические приборы (тахометры, термометры, топливомеры) С ростом числа

приемников ЭЭ росла и мощность источников питания. Так, в 1934 г. мощность

ПЭЭ на самолете «Максим Горький», на котором были установлены два Э1 по-

стоянного и два ЭГ переменного тока напряжением 120 В, составила 31 Ь кВт.

Быстрое развитие самолетного электрооборудования началось с lajy г.—

года создания пикирующего бомбардировщика ПЕ-2, на котором осуществлялся

электрический привод шасси, стабилизатора, тормозных щитков, триммера, фа-

ры Только через 3 года такие ЭП появились в США, Англии, Германии. Даль-

нейшее расширение областей применения ЭП связано с созданием систем следя-

щего привода, приводов уборки и выпуска шасси, агрегатов управления режима-

ми работы АД, грузовых лебедок.

В истории науки и техники есть события, определяющие новые рубежи на-

учно-технического прогресса. Для гражданской авиации таким событием был

ввод в эксплуатацию в 1956 г. реактивных самолетов.

На первом этапе появления самолетов с ТРД со сравнительно малой тя-

гой при скорости полета, не превышающей скорости звука, область применения

ЭП существенно расширилась. Важным достижением на этом этапе явилось соз-

дание СТГ, работающего при запуске АД как двигатель, а после запуска. — как

генератор, используя принцип обратимости электрической машины Широкое

применение нашли следящие приводы радиолокационных антенн, стабилизации

положения платформ, управления режимами работы АД. Разработано свыше

30 типов систем запуска, более 20 типов АД. Для привода наиболее ответственных

агрегатов и устройств разработана целая серия механизмов повышенной надеж-

ности (МПН), оборудованных двумя ЭД, работающими через механический диф-

ференциал на общий вал. Применение комбинированных муфт «сцепления — тор-

можения» обеспечило надежную работу механизма при отказе одного из ЭД.

Применение планетарных редукторов позволило проектировать компактные кон-

струкции, а использование шариковых винтовых передач существенно повысило

к.п.д. системы передачи механической энергии. „„„„„„

При переходе к около -и сверхзвуковым скоростям полетов резко возросли

аэродинамические силы и моменты, действующие на органы управления, шарнир-

ные моменты механизации крыла, привода шасси. Одновременно росли требова-

ния к быстродействию приводов. В этих условиях стали проявляться недостатки

ЭП заключающиеся в ограничении ускорений. В результате в ряде систем с мощ-

ными приводами ЭП был заменен гидравлическим, имеющим существенно мень-

шую постоянную времени и лучшие энергетические характеристики при боль-

ших мощностях. Возникшее соперничество электрических и гидравлических при-

водов обусловило совершенствование как тех, так и других и широкое примене-

ние обоих типов приводов на современных ВС. Так, на самолете Ту-154 приводы

предкрылков и стабилизатора электрические, а привод закрылков — гидрав-

лический.

Важным этапом повышения эффективности авиационного электрооборудова-

ния явился переход (начиная с самолетов Ту-154 и Ил-62)^ на СЭС переменного

тока 208 В 400 Гц с вращением ЭГ от приводов постоянной скорости, в послед-

нее время - интегральной конструкции. Применение переменного напряжения

позволило использовать бесконтактные асинхронные ЭД, имеющие лучшие энер-

гетические характеристики и показатели надежности, получать различные уров-

ни постоянного и переменного напряжения с помощью вторичных блоков пита-

ния Однако применение переменного тока создало и некоторые трудности: слож-

ность обеспечения параллельной работы, необходимость Р

асп

еле

ия

ных и реактивных мощностей, невозможность непосредственного использования

АБ для аварийного питания жизненно важных приемников энергии.

Перед разработчиками возникла задача одновременно реализовать преи-

мущества постоянного и переменного токов. Предпосылками такой реализации

явились создание высоковольтных сильноточных полупроводниковых приборов

(транзисторов, тиристоров) с рабочим напряжением до 2 кВ и током до 100 А и

разработка бесконтактных ДПТ (БДПТ) с полупроводниковым коммутатором,

выполняющим роль механического коллектора. Эти предпосылки стали реаль-

ными после создания на основе самариевокобальтовых сплавов магнитов высо-

ких энергий (в 10 раз и более превышающих удельную энергию обычных магни-

тов).

Появление таких магнитов позволило спроектировать СЭС постоянного

тока повышенного напряжения (270 В) с бесконтактными ЭГ и серию БДПТ

мощностью до 10 кВт и более. Вследствие высокой коэрцитивной силы магнитов

СЭС и БДПТ выдерживают значительные перегрузки по току; отсутствие кол-

лектора снимает ограничения по высотности их использования, а применение

однопроводной сети ведет к дальнейшему уменьшению ее массы. Вновь появи-

лась возможность использования АБ в качестве аварийного источника, правда,

при значительном числе последовательно соединенных аккумуляторов.

Однако внедрение СЭС постоянного тока 270 В встречает и определенные

трудности: гашение дуги постоянного тока при пробое, необходимость разработ-

ки новых типов защиты, коммутационной аппаратуры. Одной из принципиаль-

ных задач, от которых зависит возможность внедрения 7аких систем на ВС, яв-

ляется разработка мощных (ж 10 кВт) рулевых приводов постоянного тока.

Решение этой проблемы позволило бы поставить принципиально новую задачу-

создание самолета с полностью электрическим оборудованием (СПЭО) без гид-

роприводов, j.

Основные требования, предъявляемые к электрооборудованию. К самолет-

ному электротехническому оборудованию предъявляется ряд специфических тре-

бований: работа в широком диапазоне температур окружающей среды (—60 ...

160 °С), при разреженности воздуха (давление до 15 мм рт. ст.), воздействии

вибраций в диапазоне частот 5 ...

2000

Гц при перегрузках 2 ... 20g и удар-

ных перегрузок до 15 g, повышенной влажности воздуха (до 98 %); обеспе-

чение высокого сопротивления изоляции и прочности на пробой в условиях

воздействия инея, росы, топливных паров и других воздействий. При этом си-

стема должна иметь высокую надежность и безопасность. Большинство агрегатов

выполняются в пожаро -и взрывобезопасном исполнении. Одновременно предъ-

являются повышенные требования к массе и габаритным размерам, что обуслов-

лено как условиями компоновки, так и необходимостью затрат топлива на тран-

спортирование массы. Так, уменьшение массы оборудования на 1 кг самолета

Ил-86 дает экономию топлива примерно 30 000 л в год (или 600 000 л за полный

срок службы). Кроме того, самолетное оборудование должно работать в любом

положении в пространстве, обеспечивать быстрый выход на режим, быть простым

в эксплуатации, ремонтопригодным.

Одной из важнейших проблем, наметившихся при проектировании новых

самолетов, является попытка создания самолета без использования гидроприво-

дов.

Решению этой проблемы способствует рассматриваемое здесь электрообо-

рудование, в частности новые типы следящих приводов (см. гл.7). Для оценки

эффективности применяемых силовых приводов в гл. 22 приведены аналитичес-

кие модели.

РАЗДЕЛ I

ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Глава 1

ЭЛЕМЕНТЫ АВИАЦИОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И КЛАССИФИКАЦИЯ

Электропривод — система, конструктивно связанная с объектом

управления (исполнительным механизмом) и состоящая в общем слу-

чае из электромеханического преобразователя электрической энергии

в механическую, устройств передачи энергии к объекту управления,

средств защиты от электрических и механических перегрузок и управ-

ляющих устройств. В простейшем случае ЭП — одиночный ЭД,

непосредственно связанный с исполнительным механизмом (ИМ).

В определении подчеркивается., что в общем случае ЭП — это система,

которая должна не только сообщить ИМ движение, но и обеспечить оп-

тимальный режим работы привода и ИМ. Поэтому в систему, кроме ЭД,

входят управляющие и преобразовательные устройства.

Основными элементами ЭП (рис. 1.1) являются: управляющее уст-

ройство УУ, регулирующее устройство РУ, электромеханический пре-

образователь ЭМП электрической энергии в механическую, системы

распределения электрической СР

и механической СР

энергий, систе-

мы защиты от электрических СЗ

и механических СЗ

перегрузок. На

схеме также показаны источник электрической энергии ИЭЭ, исполни-

тельный механизм ИМ, управляемый приводом. В качестве УУ

применяются простейшие концевые автоматы (концевые выключатели,

механизмы концевых выключателей типа МКВ, переключатели); про-

граммные механизмы, управляющие логические устройства, ЦВМ и

датчики параметров (температура, скорость, давление, ускорение),

вырабатывающие соответствующие сигналы управления.

В качестве РУ обычно используются регуляторы напряжения, час-

тоты, регуляторы отношения U/f и модуляторы. Системами защиты от

электрических перегрузок являются стандартные автоматы типов

CJ,

ОС

Рис.

1.1. Структурная схема типового электропривода

АЗС,

АЗФ или специальные аппараты типа КЗД (коробка защиты

двигателя), предохраняющие ЭД от обрыва фаз и коротких замыканий

(в зоне до КЗД). В состав КЗД входят автоматы времени, осуществля-

ющие задержку включения отдельных агрегатов привода. Для защи-

ты от механических перегрузок применяются различные муфты. Для

передачи механической энергии используют редукторы, тросы, тяги,

барабаны и другие элементы. Редукторы обеспечивают согласование

параметров ЭД и ИМ, чаще всего понижают частоту вращения ротора

ЭД при пропорциональном увеличении момента.

По виду структурных схем ЭП делят на разомкнутые и замкнутые.

Управление ЭП с разомкнутой структурой может осуществляться как

автоматизированным управляющим устройством (ЭП триммеров, шас-

си,

механизации крыла), так и автоматическим (запуск АД). ЭП с зам-

кнутой схемой содержат обратные электрические или кинематические

связи. К числу таких ЭП относят следящие, с программным управле-

нием и адаптивные приводы (автоматически изменяющие структуру или

параметры). Автоматизация управления обеспечивает более точное вы-

полнение операций, большее быстродействие и надежность, позволяя

экипажу сосредоточить внимание на выполнении важнейших опера-

ций, обеспечивающих безопасность полета. Так, на самолете Ту-154

совмещенная автоматическая система управления, предкрылками,

закрылками и стабилитроном уменьшает число операций, выполня-

емых пилотом при взлете, с 42 до 8. Отметим, что речь идет об автома-

тизации процесса управления. Систему включает пилот. Возможна

классификация ЭП и по другим признакам: по типу исполнительного

двигателя (ЭД или ЭМ); роду тока; способу возбуждения; режиму ра-

боты; характеру движения выходного вала; числу ЭД в электромеха-

низме (1, 2, реже 3); способу резервирования многодвигатель-

ных приводов; функциональному назначению. Заметим, что по функ-

циональному назначению классификация практически незавершима

вследствие непрерывного увеличения функций, выполняемых ЭП

(рис.

1.2).

Установленная мощность ЭП систем равна 25 ... 40 % общей мощ-

ности ПЭЭ. Наиболее энергоемкими являются приводы силовых устано-

вок, взлетно-посадочных и подъемно-транспортных устройств, механи-

зации крыла, рулей и насосов гидравлических и топливных систем.

На ВС, оборудованных СЭС постоянного тока, запуск АД обыч-

но осуществляется СТГ мощностью до 24 кВт. Применение СЭС пере-

менного тока напряжением 200 В, 400 Гц исключило необходимость

работы СТГ в генераторном режиме и обусловило более рациональный

запуск АД от воздушного стартера. Электрический запуск в настоящее

время применяется в основном для ВСУ типов ТА-6, ТА-8, в которых

обычно используется генератор типа ГС-12ТО мощностью 12 кВт.

Значительная часть мощности ПЭЭ приходится на приводы топ-

ливных и гидравлических насосов. Так, в топливной системе самолета

Ту-154 работают 16 ЭД переменного тока (4 двигателя мощностью 900

Вт каждый и 12 двигателей мощностью по 180 Вт) и 3 ДПТ. Суммар-

Электрическое оборудование

ВС \

—т-

! Системы управления

силовыми установками

их

агрегатами

-| Системы зажигания

_Г

Системы управления

взлетно-посадочными

устройствами

Пусковые устройства

(стартеры, панели

пуска)

Шаа

привод топливных

насосов

-J

Тормозной и/иток

Системы автогрл/оги

рования воздушных

Сайтов

Регуляторы темпера-

тиры гаоа турбины

Системы управления

- режимами работы

авиадвигателей

Системы сигнализа-

ции пожара

Системы управления

входными устройст-

вами ______

_| Автомат тяги

Системы

электропривода

органов //правления

Механизация

*ры -

ла

Тормозной пара

шют

Носовой обтека-

7пель

Система охлажде -

пая тормозов

шисси

Система торможе-

ния колес шасси

и антиюзовая

автоматика

Система предпо-

садочной раскрут-

ки колес шасси

Электропривод

фары

Электронныерегуля-

торы^

| Рули, элероны

Триммеры

механиз-

мы триммерного

Эффекта

Механизмы загрузки

штурвалов

полет-

ные оагружатели___

ёустерное управле-

ние рулями

Механизм изменения

передаточного числа

кинематической

цепи управления

рулями

Системы стопоре-

ния рулей

| Рулевые машины

Система привода

балансировки

ста- -

билизатора

| Датчики усилий

_| 1/пппвляемый стабилизатор

Рис

1 2

Классификация электрооборудования

по

назначению

ЭД

(6...10 кВт и

оолее;

мощными приемниками энер-

ских нососных станции.

™

"°^Тстоойств

механизации

гии являются приводы взлетно посадо^У^™^

саМ

олетах

крыла. Привод основных опор шасси

ВС

^°°Р

п4

ОСНОВН

ые опо-

гидравлический. Исключение состоялл_Ш1-18. Сейчас

ры шасси которого У

авлялис

^ (электромеха-

мощностью

Ха?а

ктер развития современной

ловидных крыльев, обладающих

ШИ

рокофюзеляжных

ми

на

малых скоростях,

^^^^^^

гр

?„иченные длины

самолетов

на

аэродромы различных

кат

взлетно-посадочных полос) обусловил'применение

™

ной механизации крыла (предкрьики,^^^

^^^^^ода'крылков

»П?вГс

Ж°Га

6 кВт.

В системах привода органов управления самолетов чаще исполь-

зуются относительно маломощные

ДПТ и

двухфазные асинхронные

ЭД мощностью

до 25 Вт в

составе электрических рулевых машин.

Широкое применение нашли электромеханизмы типа МП-100

посту-

пательным движением выходного вала

усилием

1000, 2000 и 3000 Н

для привода механизмов триммирования, загрузки штурвалов, стопо-

рения рулей.

При

увеличении потребных усилий

до 10 кН и

более при-

меняется

ГП.

ЭП

подъемно-транспортных устройств (тельферы, лебедки, транс-

портеры) нашли применение достаточно мощные

ЭД (1000 и 3000 Вт).

В других системах (кондиционирования, обогрева, противообледени-

тельной, высотной

и др.)

применяются относительно маломощные

(до

10 Вт)

приводы заслонок, некоторые

из них

оборудованы двумя

ЭД

разной мощности.

Так,

электромеханизм МПК-15-5 оборудован

ДПТ

типа Д10-АРУ мощностью

10 Вт и

двигателем

Д1,6

мощностью

1,6 Вт.

Проблема создания СПЭО выявила целесообразность применения

БДПТ, преимущества которых наиболее полно реализуются

точных

регулируемых приводах рулей

системах управления

АД.

1.2.

МУФТЫ АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЗМОВ

27В

Электромагнитные устройства управления

ЭП.

Муфты выполня-

ют функции: сцепления, расцепления

торможения элементов

про-

цессе управления режимами работы (пуск, реверсирование, торможе-

ние);

защиты привода

и ИМ от

механических перегрузок; управления

направлением передачи механической энергии. Первую группу

со-

ставляют регулирующие устройства

электромагнитным управле-

нием Муфты сцепления работают

дискретном режиме

по

принципу

«Да-Нет» (включено-выключено)

осуществляют сцепление валов

привода

и ИМ при

подаче

на

обмотку муфты электрического сиг-

нала

(=27 В). При

снятии сигнала

якорь муфт прижимается

корпу-

су пластинчатыми

или

цилиндри-

ческими пружинами, осуществляя

торможение связанной

с ним ки-

нематической цепи.

Такие муфты «сцепления-тор-

можения» нашли широкое приме-

нение

в МПН.

Муфта

(рис. 1.3)

состоит

из

якоря

связанного

через пластинчатые пружины

6 с

валом ИМ, диска

закрепленного

на валу ЭД,

обмотки

3. При по- р

ис

j 3

муфта «сцепления-тормо-

даче напряжения якорь, преодоле- жения»

ИМ

От Ж

вая усилие пружины, притягивается к диску, соединяя валы!

Путь магнитного потока показан штриховой линией. Для исключения

шунтирования потока в диске расположено диамагнитное кольцо 2.

Значение передаваемого момента характеризуются соотношением

=|x

где ц.

— коэффициент трения поверхностей якоря и сердечника; R

средний радиус; F

силы пружин F

сила сжатия, равная разности электромагнитной силы F

их

Величина F

определяется формулой Максвелла

5/2(x

где В—индукция в воздушном зазоре; S —площадь якоря; ц„ = 4л-10"' Гн/м —

магнитная проницаемость воздуха.

При отключении ЭД напряжение с обмотки снимается, подвижная

часть с якорем отходит от диска. Это уменьшает момент инерции вра-

щающейся системы и время выбега. При моменте М

> 10 Н-м муфта

иногда снабжается специальными кулачками для улучшения сцепле-

ния. Время срабатывания 0,1 ... 0,3 с. Различным токам г

... ^соот-

ветствуют различные моменты М

... М

(рис. 1.4), при превышении

которых начинается проскальзывание. Характеристики имеют участок

с жесткостью, равной нулю, что позволяет использовать такие муфты и

для защиты приводов. Однако стабильность передаваемого момента

невысока вследствие зависимости коэффициента трения от температу-

ры и состояния поверхностей. По этим же причинам, а также

вследствие износа поверхностей в режиме проскальзывания плавное

управление такими муфтами не применяется.

Более универсальны порошковые и гистерезисные муфты, с помо-

щью которых возможно как плавное.так и прерывистое регулирование

момента. Для реверсирования применяются две муфты, соединенные с

ЭД так, что их ведомые части вращают вал привода в противополож-

ные стороны. В ферропорошковой муфте (рис. 1.5, а) вал ЭД через ре-

дуктор tj связан с ведущими частями 1 муфт, а ведомые части 2 через

понижающий редуктор i'

соеди-

нены с выходным валом. Вра-

щение в требуемом направлении

достигается включением соот-

ветствующей муфты. Принцип

работы основан на взаимодейст-

вии магнитных и механических

сил в заполненном ферромагнит-

ным порошком 3 рабочем зазо-

ре,

разделяющим ведущую и ве-

домую части. При протекании

тока в обмотках управления ОУ

возникает магнитный поток, под

действием которого частицы на-

Рис.

1.4. Механическая характеристика

муфты «сцепления-торможения»

Рис.

1.5. Ферропорошковая муфта

полнителя намагничиваются и, взаимодействуя с соседними части-

цами, образуют магнито-связанные цепочки, ориентированные вдоль

силовых линий. Множество цепочек, связывая ведущую часть с ве-

домой, приводит последнюю в движение. При отсутствии тока в ОУ

ведущая часть вращается вместе с ЭД, Наполнитель свободно пересы-

пается в зазоре, ведомая часть муфты неподвижна. С увеличением

тока управления /

сцепление частиц и момент, передаваемый

муфтой, увеличиваются (рис. 1.5, б). Начальный момент М

обус-

ловлен силами трения частиц и в уплотнениях и составляет для

муфт небольшой мощности около 10 % номинального. В рабочем диа-

пазоне характеристика линейна: AM =

где С

— коэффи-

циент, зависящий от размеров муфты и материала магнитопровода.

11ри определенном токе /

магнитопровод насыщается и дальнейшее его

увеличение не приводит к существенному увеличению индукции в за-

зоре и передаваемого момента. Механические характеристики со (М)

при различных токах /

представляют собой семейство параллельных

линии с нулевой жесткостью. При увеличении момента нагрузки М

до

значения, определяемого током управления, обе части муфты имеют

одну и ту же частоту вращения. При дальнейшем увеличении мо-

мента М

происходит резкое расцепление частей муфт, частота враще-

ния на выходе снижается до нуля.

Отметим характерные особенности систем привода с муфтами Ве-

дущие нереверсивные части муфт совместно с ротором ЭД обладают от-

носительно большим моментом инерции, что позволяет запасать кине-

тическую энергию и использовать ее для ускорения процессов разгона

и торможения ИМ и, следовательно, в некоторых случаях уменьшать

потребную мощность ЭД. К положительным качествам относится и

большое усиление по мощности. Так, для муфт с выходной мощностью

50 ... 400 Вт мощность управления составляет 1,5 ... 5 Вт, а для мощ-

ности 1 ... 2 кВт — несколько десятков ватт. Важным является и то,

что в таких приводах могут применяться нерегулируемые ЭД.

Однако для систем с муфтами характерны недостатки, отсутствую-

щие у систем с управляемыми ЭД: более сложная конструкция; выделе-

ние большого количества теплоты в муфтах требует теплоотвода; огра-

ничение угловой скорости ведущих частей (примерно 200 с

-1

), связан-

ное с наличием уплотнений и нарушением работы при больших центро-

бежных ускорениях, действующих на наполнитель; резкое ухудшение

динамических свойств при больших инерционных нагрузках, непо-

стоянство магнитных свойств порошка, а следовательно, и характе-

ристик муфт в зависимости от температуры, влажности, срока службы

и т. п.; большие габаритные размеры и масса. Такие муфты использу-

ются в механизмах автомата тяги типа ИМАТ.

Гистерезисные муфты лишены большинства недостатков, прису-

щих порошковым. Они также состоят из двух частей: ведущей и ведо-

мой. На ведомой нанесен гистерезисный слой из материала с

большими удельными потерями на гистерезис, а ведущая (индук-

тор) представляет собой двух- или многополюсную магнитную систе-

му с постоянными магнитами (МП). В синхронном режиме момент на

ведомом валу М

где р — число пар полюсов индуктора;

— удельные потери на гистерезис за цикл перемагничивания,

пропорциональные площади петли гистерезиса материала; V

— объ-

ем перемагничиваемого гистерезисного слоя. Гистерезисный момент

не зависит ни от скорости индуктора, ни от скорости гистерезис-

ного слоя относительно индуктора, что и является главным преиму-

ществом этих муфт. Процесс синхронизации движения частей муфт

происходит при постоянном моменте (в большинстве случаев за доли

секунды). Вследствие отсутствия порошка максимальная угловая

скорость подвижных частей значительно выше, чему порошковых муфт

и достигает 1200 с

-1

. Срок службы гистерезисных муфт больше, ста-

бильность характеристик достаточно высокая, поэтому иногда их ис-

пользуют для защиты ЭП от поломки при постановке выходного вала

на внешние упоры или превышении предельного момента.

Режим торможения в авиационных электромеханизмах применяет-

ся для быстрой и точной остановки привода, сводя к минимуму выбег

вала. В многодвигательных агрегатах типа МПН, работающих на об-

щий выходной вал, чрезвычайно важен также режим торможения отка-

завшего канала для нормальной работы другого. В противном случае

исправный ЭД будет через дифференциал вращать вал поврежденного

ЭД, а выходной вал будет неподвижен или вращаться под действием

нагрузки в обратном направлении. Торможение обеспечивается элект-

ромагнитными, пружинными (пластинчатыми или цилиндрическими)

и необратимыми механическими муфтами.

Отличие электромагнитной муфты торможения от муфты сцепле-

ния состоит в том, что в нерабочем состоянии (при отсутствии пита-

ния ЭД и муфты) вал ЭД заблокирован на корпус. При подаче пита-

ния ротор растормаживается, создается возможность движения

(рис.

1.6, а). При отсутствии питания якорь 4, перемещаясь по закреп-

ленным в корпусе 5 штифтам 2, прижимается пружиной / к диску 3,

укрепленному на валу. Вал затормаживается. При подаче питания в

обмотку 6 якорь 4 притягивается к корпусу, освобождая вал. Така

Рис.

1.6. Электромагнитная муфта торможения

схема управления нашла применение в основном в маломощных сис-

темах, например в приводе фары типа ПРФ-4 с двигателем Д12-

ТФ мощностью 12 Вт, так как при торможении приходится гасить ки-

нетическую энергию подвижной части системы. В случае необходимо-

сти применения такой муфты в достаточно мощном приводе (1 кВт)

для увеличения электромагнитной силы используют две обмотки уп-

равления (одна с параллельным, другая с последовательным возбуж-

дением), как, например, в электромеханизме МУС-5 привода стабили-

затора самолета Ту-134, оборудованном двумя электродвигателями

Д-1000 мощностью 1 кВт каждый.

Для повышения эффективности торможения в электромеханизме

МВЕ25Д5 системы автоматического триммирования самолета Ил-86

применены муфты торможения с двумя якорями (рис.1.6, б). Муфты

предназначены для торможения ЭД при отключении их от сети и

блокирования кинематической цепи при отказе одного из ЭД в составе

МПН. Для исключения передачи вращения от исправного ЭД через

дифференциал на вал поврежденного вместо электромагнитных муфт

могут быть использованы необратимые муфты.

Одна из конструкций необратимой муфты основана на роликовой

обгонной муфте (муфте свободного хода). Для обеспечения^ четкой

работы такой муфты ее детали должны выполняться с высокой точно-

стью.

Наиболее технологична муфта, передающая вращение с ведуще-

го вала в обоих направлениях и исключающая передачу вращения с

ведомого вала. Ее работа основана на заклинивании несимметрично

расположенных в муфте роликов (при попытке вращения со стороны

ведомого вала), т. е. такие муфты выполняют функцию управления на-

правлением передачи момента. Эта муфта используется в электромеха-

низме систем дистанционного управления регулятором подачи топли-

ва.

Одно из основных требований к схемам включения муфт — обеспе-

чение совместной работы нескольких ЭД в составе МПН, так как лож-

Рис.

1.7. Схемы включения обмоток муфт

ное включение муфты при отключенном ЭД нарушает функционирова-

ние всего МПН. Наибольшее применение нашли схемы последователь-

ного и параллельного включения. При последовательном включении

(пис 1 7 а) муфта срабатывает одновременно с включением ЭД, кото-

рый выходит на режим под нагрузкой. Включение муфты при отсутст-

вии тока в якоре ЭД исключено. При включении обмотки параллель-

но якорю (рис 1 7 б) или независимом питании возможна задержка

включения муфты, чем обеспечивается достижение определенной угло-

вой скорости на холостом ходу. Для исключения срабатывания муфты

пои отсутствии напряжения на якоре ЭД питание муфты осуществля-

ется от дополнительных щеток (рис. 1.7,

в),

установленных „

якоре

(электромеханизм привода закрылков самолета

1у-134А).

Включение муфт ЭД переменного тока может осуществляться от

выпрямителя, питающегося тем же напряжением что и ЭД. Ло также

исключает ложное срабатывание муфты (рис: 1.7, г) при отсутствии

питания якоря ЭД. „ ,„,.,„_.„

Механические устройства защиты электроприводов. Для защиты

авиационных ЭП от перегрузок широко применяют

™

2™?Г.1

щиеся фрикционные и сигнальные моментные муфты. В последнее

время начинают использовать и пружинные фрикционные муфты.

Обычные фрикционные муфты характеризуются ™

™

™*™

J™

передаваемого момента вследствие изменения коэффициента трения в

достаточно широких пределах при изменении температуры. Этот не-

достаток устранен в саморегулирующихся фрикционных муфтах

(рис 1 8) оборудованных шариковым регулятором. При отсутствии

перегрузки вращение корпуса / через сепаратор 2 с ™P

HKa

"« * п^

дается упорному кольцу 4, закрепленному шпонкой б и кольцом b

бакане 7, в котором размещены ведущие диски 8. Ведомые диски 9

набраны на рифленом валу 10. Регулировка усилия сжатия дисков

пружиной 13 осуществляется гайкой 11 через упорный подшипник 12

и нажимную обойму 14. Стакан 7 имеет продольные канав «и Для осе-

вого перемещения дисков 8. Моменты к выходному валу передаются

силами трения дисков. „

„„_.„

При возникновении перегрузки выше расчетной

ша

ик

«^

по-

мещаются по канавкам углового профиля кольца 4 отжимая (на рисун-

ке вправо) кольцо 4 и связанный с ним стакан 7. Последний своим вы-

ступом перемещает нажимную обойму 14, сжимая пружину и тем. са-

мым ослабляя сжатие дисков. Диски, проскальзывая относительно

друг друга, создают возможность ведущей части муфты вращаться на

упорном подшипнике 12 при неподвижном выходном валу. При умень-

шении момента шарики становятся на место, пружины сжимают пакет

дисков, момент передается от ведущих дисков к ведомым и далее к ИМ.

В процессе проскальзывания в трущихся парах дисков (сталь по

металлокерамике) выделяется большое количество теплоты, поэтому

время действия этого режима ограничено 3 с. С позиций теории авто-

матического регулирования такая муфта — усилительное звено с

жесткой отрицательной обратной связью, что и обеспечивает стабили-

зацию момента. При передаче момента в месте соединения шариков с

кольцом 4 возникает сила F

, направленная против силы пружины

Значение F

пропорционально передаваемому моменту, т. е.

Максимальное значение момента, передаваемого ЭД

выходному валу, равно моменту трения в момент проскальзывания:

Мц.

max = Ш^ср (fnp—тих^о.с) •

Записав уравнение относительно М

тах

, получим

Мд.

тах = И-тЛ

р^пр/(1 + М^т^ср^о.с)

•

Если принять, что

РТЯСР^О.О

> 1, то, пренебрегая единицей, по-

лучим M„.

max

NR}

т. е. передаваемый момент не зависит от

коэффициента трения ц

. Выделяющаяся в процессе проскальзывания

муфты теплота может вывести ее из строя, поэтому такие муфты при-

годны лишь для защиты от кратковременных (импульсных) перегру-

зок.

Рис.

1.8. Саморегулирующаяся фрикционная муфта