Концептуальное проектирование электроснабжения легкового самолета

Согласно нормам АП23 спроектировано электроснабжение для легкого самолета. Произведен анализ нагрузочных данных. Решена проблема развязки генераторов.

Бортовые энергетические системы обеспечивают работоспособность основных функциональных систем летательного аппарата, двигателя и бортового оборудования.

Надежность системы электроснабжения является главным фактором безопасности полета летательного аппарата. Для надежности функционирования и повышения живучести бортовой системы электроснабжения летательного аппарата предусматривают комплекс мер: используются основные и резервные источники электроэнергии. Основные источники электроэнергии обеспечивают потребности в нормальных условиях полета. При нехватке мощности или неисправности основных источников потребители питаются от резервного питания летательного аппарата. Аварийные источники электроэнергии обеспечивают электроснабжением только  жизненно важные системы летательного аппарата(потребители первой категории), без которых невозможно осуществить дальнейшее функционирование и безопасное завершение полета.

Электроснабжение  начинается с основного источника электроэнергии самолёта, которым является генератор. Требования к системам генерирования сформулированы в пункте 23.1351(с) АП 23:

(c) Система генерирования. Если система электроснабжения питает жизненно важные для безопасности полета приемники электроэнергии, то на самолете должен быть установлен по меньшей мере один генератор.

Кроме того:

(1) каждый генератор должен длительно обеспечивать отдачу своей номинальной длительной мощности;

(2) аппаратура регулирования напряжения генератора должна надежно обеспечивать отдачу мощности генератором в установленных пределах;

(3) должны быть предусмотрены автоматические средства, предотвращающие повреждение любого генератора и угрозу электрической системе самолета в случае протекания обратного тока. Также должны быть предусмотрены средства, предназначенные для отключения генератора от аккумуляторной батареи и от других генераторов

(4) должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие немедленную сигнализацию членам экипажа об отказе любого генератора; и

(5) каждый генератор должен иметь средства защиты от перенапряжения, сконструированные и установленные таким образом, чтобы предотвращалось повреждение системы электроснабжения или питаемого этой системой оборудования в результате перенапряжения данного генератора [1].

Не менее значимым элементом системы электроснабжения является аккумуляторная батарея (АКБ). Основной задачей АКБ является запуск двигателя. Также, он является основным источником резервного электроснабжения на борту, способна компенсировать недостаточную мощность и сгладить скачки напряжения генератора. Требования к АКБ сформированы в пункте 23.1353 (с) АП 23.

Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется главным образом с помощью синхронных генераторов [2]. Рабочие свойства синхронного генератора оцениваются по его характеристикам, важнейшим из которых являются характеристики холостого хода, трехфазного короткого замыкания, индукционная нагрузочная, внешние и регулировочные [3]. Как правило, синхронные генераторы и двигатели эксплуатируются с номинальным коэффициентом мощности cos φ = 0,8…0,9 [4].

На самолете, для которого проектируется система электроснабжения, установлены два двигателя, на каждом из которых установлены по два генератора 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.

При проектировании структуры системы генерирования задача состояла в том, чтобы при ненормальной работе наилучшим образом использовать более чем двукратный резерв мощности.

При исправной работе правого и отказе левого дополнительного генератора или, наоборот, при исправной работе левого и неисправности правого схема должна подключить левую или правую шину соответственно для подзарядки и обеспечения электроснабжения бортовой сети самолета.

Для реализации данной возможности в схему подключается устройство развязки бортовых сетей (УРБС). УРБС предназначен для автоматического подключения/отключения дополнительного аккумулятора к бортовой сети и развязки его с основным.

Данное устройство измеряет напряжение правой и левой АКБ и при разрядке ниже 12,8В подключает дополнительную шину для зарядки АКБ. УРБС представляет собой  силовое реле со встроенным микроконтроллером. Снабжен  герметичным разъемом (типа «Super Seal») соответствующим IP67.

В данной работе разработана схема электроснабжения легкого самолета c резервированием советующая АП 23. Схема в автоматическом режиме определяет неисправность правой или левой бортовой сети и подключает дополнительную. Так же в системе осуществлено принудительное включение при отказе автоматики.