04 марта 2016г.
Аннотация: Рассмотрены особенности и ограничения при разработке системы генерирования электроэнергии 12В постоянного тока двухдвигательного самолета МВЕН-3 «Мурена», оборудованного двумя генераторами разного типа и мощности, установленными на каждом двигателе. Ограничения обусловлены компоновочной схемой самолета, требованием минимизации массы и наилучшим использованием установленной мощности источников электроэнергии при частичной и аварийной работе системы.
Исходные данные для разработки технического предложения на систему электроснабжения легкого самолета МВЕН-3 «Мурена» предоставлены ОАО «МВЕН» (г.Казань) в документах [1,2].
Основные летно-технические характеристики самолета: Самолет многоцелевой четырехместный общего назначения;
Корпус самолета нетокопроводный
Длина самолета, м 8,1
Размах крыла, м 11
Взлетный вес, кг 1260
Двигатель Rotax-914 (2шт.)
Мощность, л.с. 2х115
Минимальная скорость, км/ч 100
Крейсерская скорость, км/ч 190 - 310
Максимальная дальность полета, км 1500
Парашютная система спасения самолета вместе с экипажем
Силовая установка включает в себя два поршневых двигателя «Rotax-914 UL» с электронной системой зажигания и карбюратором «BING» [3], двигатели не сертифицированы для применения в авиации. На каждом двигателе установлены по два генератора постоянного тока разной номинальной мощности: P12W250 12B 25A (250 Вт) – основной и F3A-P12W600 12B 42A (600 Вт) – дополнительный. Основной генератор однофазного переменного тока, встроенный в двигатель, снабженный выносным выпрямителем-регулятором. Дополнительный генератор автомобильного типа - трехфазный с встроенным выпрямителем и интегральным регулятором напряжения.
Для запуска двигателей используются электрические стартеры мощностью 600 Вт с кратковременно (1 с.)потребляемым током 300 А. Для нормальной работы стартера рекомендуется использовать аккумулятор стартерного типа с номинальным напряжением 12 В и минимальной емкостью 16 А∙ч [3].
В базовой комплектации самолета при нормальной работе системы электроснабжения в предполетной подготовке и в полете максимальная длительная нагрузка не превышает 734 Вт (61,15 А). При установленной мощности четырех генераторов 1700 Вт выполняется требование двукратного резерва мощности на самолете согласно [4,5]. Мощность потребителей первой категории составляет 481 Вт (40,13 А). Остальные потребители суммарной мощностью 21,02 Вт при аварийной работе системы, вызванной отказом всех генераторов, могут быть обесточены.
При проектировании структуры системы генерирования задача состояла в том, чтобы при ненормальной работе наилучшим образом использовать более чем двукратный резерв мощности. Это первая особенность.
При отказе всех генераторов для продолжения полета в течение 20 минут, посадки из условия трехкратного запуска одного двигателя и питания радиостанции после посадки расход емкости аккумуляторных батарей равен 7,2 А∙ч. Исходя из этого достаточно иметь одну аккумуляторную батарею емкостью 16 А∙ч. Для возбуждения генераторов и их последующей нормальной работы необходимо иметь два аккумулятора: один параллельно работающий с генераторами левого двигателя, другой параллельно работающий с генераторами правого борта. Это вторая особенность, исключающая наличие в системе только одной главной аккумуляторной батареи, что увеличивает массу системы генерирования.
Для ограничения массы системы электроснабжения, установленной главным конструктором самолета на уровне 60-65 кг, потребовалась минимизация количества контакторов в силовых цепях источников и в шиносоединительных цепях.
Узкая номенклатура контакторов с напряжением управления 12 В и электромонтажом под винт, пригодных для авиационных условий – следующее ограничение.
В результате анализа особенностей, требований и ограничений предложена структурная схема системы генерирования (Рисунок 2), а размещение органов управления и индикации на приборной панели (рис. 3). Система генерирования состоит из двух электрически независимых подсистем: левой и правой. Общим элементов подсистем является разъем аэродромного питания (РАП).
В распределительной сети имеются:
- шины плюсовые +Ш1 и +Ш2;
- шина минусовая –Ш;
- шины отключаемые +Ш1откл и +Ш2откл;
- шина аварийная плюсовая +ШАВ;
Предусмотрено ручное соединение шин +Ш1 и +Ш2 кнопочным переключателем СОЕДИН. Плюсовые шины распределительной коробки и приборной панели соединяются трехканальной расщепленной линией. В каждой подсистеме оба генератора параллельно работающие между собой и аккумуляторной батареей, подключаются одним контактором К1 (К2) типа КНЕ-220У и одним кнопочным переключателем типа ПКН-117 с встроенной сигнальной лампой. По аналогичной схеме подключаются аккумуляторы и РАП. При параллельной работе генераторов разной мощности для распределения токов нагрузки пропорционально их номинальным мощностям регулятор напряжения дополнительного генератора имеет уровень настройки на 0,5 вольта превышающий уровень настройки основного генератора.
Компьютерное моделирование двух параллельно работающих источников при нагрузке 60А, имитирующих основной и дополнительный генераторы с напряжениями 13,7В и 14В, то есть с разницей 0,3В, показало, что мощность отдаваемая основным генератором превышает номинальную.
При частичной работе системы вследствие отказа
части генераторов, или регуляторов напряжения, или короткого замыкания на фидере генератора, или обрывом фидера, или понижением
напряжения генератора
ниже параллельно
работающего аккумулятора логика
управления контакторами и индикаторами следующая.
При отказе любого
генератора, когда он не отдает
ток в сеть, на приборной
панели включается соответствующий светодиод.
Если левая (правая) бортовая сеть питается
только от аккумулятора, то включается светодиод ЛЕВ. ОТ АКК. (ПРАВ. ОТ АКК.).
Аэродромный источник
подключается к бортовой
сети после сочленения соединителя РАП с защитой от неправильной полярности по цепи управления контактором РАП.
При отказе одного
дополнительного генератора или двух генераторов в левой (правой)
подсистеме, или трех генераторов (двух основных
и одного дополнительного), или при питании
сети только от аккумуляторов автоматически включается реле К6 соединения шин +Ш1 и +Ш2 и обесточиваются отключаемые шины +Ш1откл и +Ш2откл.
Для реализации функций сигнализации, автоматического управления контакторами в шиносоединительных цепях разработана схема блока коммутации шин БКМШ12В в двух исполнениях. В первом исполнении логические
функции реализуются аппаратно
на основе транзисторных матриц 256 НТ. При этом в схеме блока не требуется стабилизатор и преобразователь уровня напряжения. Во втором исполнении функции реализуются программно микроконтроллером ATmega. Схема требует стабилизатор напряжения на 5В и схемы преобразователей
уровня входных сигналов 12/5В с датчиков тока.
Так как в левой и правой подсистеме пара генераторов подключается к сети одним контактором, поэтому при отказе
одного из генераторов он не может быть отключен от сети, что является
недостатком схемы.
В силу электрических схем основного и дополнительного генераторов и их регуляторов напряжения при отказах генераторы не могут быть развозбуждены.
Разработанная схема системы генерирования постоянного тока 12В по структуре
и аппаратным средствам не имеет аналогов среди
систем генерирования, установленных на легких
самолетах нормальной категории.
Список литературы
1.
Лицо четырехместного
самолета МВЕН-3
«Мурена» от 28.09.2006г.
2.
Технические условия на проектирование самолета МВЕН-3 «Мурена».
3.
Двигатель «Rotax912UL» с электронной системой зажигания и карбюратором «BING». Руководство по эксплуатации (AIRCRAFT ENGINES).
4.
Авиационные правила. Часть 23 «Нормы летной годности гражданских самолетов». М.- Межгосударственный авиационный комитет.- 200 – 115 с.
5.
Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие технические требования к структуре типовых систем. ОСТ 1 00818
– 86 с.
