Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Этот вертолет используется для сбора информации о соединениях врага, дислоцирующихся в труднодоступных локациях, и для наблюдения за ними. Но его применение ограничено крайне низкими показателями защиты.

Раздел 7. Авиационная техника

Авиационные преобразователи электрической энергии

Авиационные преобразователи электрической энергии являются вторичными источниками электрического тока. Они преобразуют электрическую энергию с данными параметрами в электрическую же энергию, но с другими параметрами. Параметрами электрической энергии, подвергающимися преобразованию (изменению), могут быть род тока, уровень напряжения, частота тока, число фаз и т. п. Один преобразователь может изменять один или несколько параметров электрической энергии. На летательных аппаратах преобразователи применяются для питания отдельных групп потребителей, требующих для своего функционирования параметры электрической энергии, отличные от тех, которые выдают основные (первичные) источники, т. е. генераторы. Преобразователи могут применяться также в качестве резервных источников электрической энергии. Наиболее часто используются преобразователи рода тока и уровня напряжения: инверторы, выпрямители, трансформаторы. Инверторы, т. е. преобразователи постоянного тока в переменный, выполняются электромашинными или статическими. Электромашинный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и синхронного генератора переменного тока (иногда нескольких генераторов), имеющих общий вал. При подаче постоянного тока на электродвигатель он начинает вращать общий вал преобразователя, и на выходе генератора преобразователя появляется напряжение переменного тока. Электромашинные преобразователи имеют в своем составе системы запуска преобразователя, стабилизации напряжения и частоты тока.

На самолете МИГ-29 в качестве резервного источника переменного тока применяется электромашинный преобразователь ПТО-1000/1500 М, имеющий два генератора переменного тока (трехфазный и однофазный) и соответственно два выхода. Он преобразует постоянный ток напряжением 27 В в переменный трехфазный напряжением 37 В частотой 400 Гц и переменный однофазный напряжением 120 В частотой 400 Гц. Мощность трехфазной части преобразователя составляет 1000 ВА, однофазной – 1500 ВА. Статические инверторы выполняются на основе полупроводниковых приборов (транзисторов). Выпрямительные устройства обычно имеют в своем составе понижающий трансформатор и полупроводниковые выпрямительные диоды.

На вертолете МИ-24 устанавливаются два выпрямительных устройства типа ВУ-6 мощностью по 6 кВт. Основными источниками электрической энергии на ЛА являются электрические генераторы. Они преобразуют механическую энергию вращательного движения в электрическую. Принцип действия авиационных генераторов аналогичен общепромышленным. Авиационные генераторы имеют некоторые конструктивные особенности и особенности характеристик. Отличительной характеристикой авиационных генераторов является их высокая удельная мощность (до 3,3 кВт/кг), т. е. отношение мощности к массе. Этот показатель у авиационных генераторов в 6—10 раз выше, чем у общепромышленных. Это достигается за счет повышенных частот вращения генераторов (n = 4000 : 12 000 об/мин), применения высококачественных электротехнических материалов с высокой степенью их использования (повышенные плотности токов, повышенные тепловые нагрузки), использования эффективных систем охлаждения. Но срок службы авиационных генераторов значительно снижается, составляя до 3000 ч, в то время как у общепринятых промышленных генераторов он исчисляется десятками лет.

Важным при эксплуатации генераторов является вопрос их охлаждения, так как мощность, которую можно получить от генератора при его работе долгое время, в основном определяется количеством тепловых потерь, отводимых от него, т. е. степенью его охлаждения. Охлаждение генераторов при полетах ЛА на сравнительно небольших высотах и дозвуковых скоростях осуществляется путем продува через них встречного потока забортного воздуха. Воздух поступает в генератор через специальный входной патрубок. Для охлаждения генератора при его работе на земле на валу генератора имеется вентилятор (осуществляет самовентиляцию). Но в этом случае (из-за недостаточной эффективности охлаждения) от генератора можно получить мощность не более 30% от номинальной при его работе не более 30 мин. На больших высотах полета интенсивность охлаждения уменьшается вследствие снижения плотности и, следовательно, весового количества воздуха, прогоняемого через генератор, а также вследствие снижения коэффициента теплоотдачи его нагретых частей. Также значительно уменьшается интенсивность охлаждения с увеличением скорости полета (при сверхзвуковых полетах), так как из-за аэродинамического нагрева при торможении воздуха в вентиляционной системе генератора температура охлаждающего воздуха значительно повышается. Поэтому генераторы ЛА, эксплуатирующиеся на больших высотах полета и больших сверхзвуковых скоростях, имеют специальные системы охлаждения: масляную, воздушно-испарительную и др. В воздушно-испарительной системе охлаждения воздушный поток используется для транспортировки хладагента (спиртоводная смесь) в генератор в дисперсном состоянии. В генераторе хладагент распыляется, и образуется тонкая пленка на поверхности активных элементов генератора, которая, испаряясь, охлаждает генератор.

На ЛА используются генераторы постоянного и переменного тока. Генераторы постоянного тока имеют в своем составе щеточно-коллекторный узел (механический выпрямитель) на основе подвижных контактных соединений. Наличие щеточно-коллекторного узла (механического контакта) снижает надежность работы генератора (особенно при высотных полетах), увеличивает трудозатраты на необходимое обслуживание генератора, не позволяет повысить напряжение генератора (принято U = 28,5 В). На новых ЛА применяются так называемые бесконтактные генераторы постоянного тока, которые вместо щеточно-коллекторного узла снабжены полупроводниковым выпрямителем (полупроводниковыми диодами). Это позволяет исключить основные недостатки, присущие щеточно-коллекторным генераторам. Генераторы переменного тока выполняются бесконтактными. Генератор переменного тока типа ГТ – это так называемый генератор с вращающимися полупроводниковыми выпрямителями. Для обеспечения бесконтактности и автономности возбуждения этот генератор выполнен в виде агрегата, состоящего из возбудителя, подвозбудителя и основного генератора. Возбудитель применяется для обеспечения автономности возбуждения генератора, и его возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, выполненных в виде «звездочки», расположенной на роторе. При вращении ротора в трехфазной якорной обмотке подвозбудителя наводится переменная электродвижущая сила (ЭДС) и возникает переменный ток, который выпрямляется в регуляторе напряжения (в состав генератора не входит) и протекает по обмотке возбуждения возбудителя.

В якорной обмотке возбудителя возникает ЭДС, протекает ток, который выпрямляется и подается на обмотку возбуждения основного генератора, и в трехфазной обмотке якоря основного генератора наводится переменная ЭДС. Авиационные генераторы приводятся во вращение от авиационных двигателей через редукторы.

Приводы генераторов постоянного тока – обычные механические редукторы. Так как частота вращения авиационных двигателей не постоянна, а зависит от режима их работы (малый газ, максимум, крейсерский режим и т. д.), то и генераторы постоянного тока вращаются не с постоянной частотой, а имеют определенный диапазон частот вращения порядка 4000—9000 об/мин (генераторы с расширенным диапазоном частот вращения). Чтобы частота тока у генератора переменного тока на выходе была стабильной, он должен иметь постоянную частоту вращения. Поэтому между авиационными двигателями и генераторами переменного тока устанавливаются специальные приводы постоянной частоты вращения (ППЧВ), иногда называемые приводами постоянной скорости (ППС).

ППЧВ представляет собой устройство, имеющее входной и выходной валы и систему стабилизации частоты вращения выходного вала. Таким образом, генератор переменного тока, сочлененный с выходным валом ППЧВ, имеет постоянную частоту вращения. ППЧВ бывают (по виду использующейся в них промежуточной энергии) гидравлическими, пневматическими, электромеханическими, механическими. На ЛА, в зависимости от их конструкции, типа и мощности потребителей электрической энергии, может устанавливаться различное количество генераторов (от 1 до 12) различной мощности. В настоящее время на ЛА наиболее широко применяются следующие типы генераторов. Генераторы постоянного тока: типов ГСР, ГСБК мощностью Р = 3 : 24 кВт, напряжением 28,5 В. Буквы в обозначении генераторов означают: Г – генератор; С – самолетный; Р – с расширенным диапазоном частот вращения; БК – бесконтактный. Цифры в маркировке генератора означают его номинальную мощность в кВт.