Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Марта 2014 в 10:30, лекция
1. Назначение, роль и краткий обзор развития ЭО.
2. Условия работы ЭО и основные ТТТ, предъявляемые к нему.
3. Типовые элементы систем АО.
ТЕМА № 1.
"ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭО ЛА."
Занятие N 1
"Роль ЭО ЛА."
Содержание:
1. Назначение, роль и краткий обзор развития ЭО.
2. Условия работы ЭО и основные ТТТ, предъявляемые к нему.
3. Типовые элементы систем АО.
Литература:
1. А.А.Лебедев «Автоматическое и электрическое оборудование ЛА»; стр. 3-19.
2. А.А.Лебедев
«Системы электронной
1. НАЗНАЧЕНИЕ, РОЛЬ И КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЭО.
ЭО предназначено для решения комплекса вопросов управления, жизнеобеспечения и надежности работы ЛА и всех его систем. Оно представляет собой автономную систему, состоящую из трех основных частей:
В качестве источников эл.энергии применяются генераторы постоянного и переменного однофазного и трехфазного тока, химические источники тока различных типов. К устройствам преобразования относятся электромашинные и статические преобразователи.
К устройствам передачи и распределения эл.энергии относятся эл.провода, шины, управляющая, защитная и коммуникационная аппаратура, распределительные шины и монтажно-установочное оборудование.
Приемниками эл.энергии могут быть системы зажигания на силовых установках, привод и агрегаты управления различными механизмами в системах управления ЛА и его силовой установкой. Эл.энергия обеспечивает работу навигационного, пилотажного, радиоэлектронного, противообледенительного, осветительного оборудования, систем посадки, кондиционирования воздуха, вооружения и т.д.
Широкое применение эл.энергии по сравнению с другими видами энергии (пневматической, гидравлической, механической, химической) обусловлено целым рядом преимуществ, основными из которых являются : легкость получения, простота распределения и передачи к приемникам эл.энергии, легкость трансформации в другие виды энергии, удобство автоматизации процессов и регулирования, меньшая уязвимость в боевых условиях, относительно небольшая масса элементов систем, простота эксплуатации.
Роль ЭО значительно возросла с усложнением задач, выполняемых ЛА. Полеты на больших скоростях, в любых метеорологических условиях, в любое время суток и года, на всех высотах и растущие требования к надежности и безопасности полетов привели к качественному изменению ЭО, увеличению его объема и расширению решаемых им задач.
Использование эл.энергии на ЛА стало возможным в результате работ ученых и изобретателей 19-го века. Среди этих работ выдающееся место занимают труды русских электротехников.
Впервые в мире применение эл. энергии на ЛА было предложено русским ученым А.Н.Лодыгиным в 1869 г., который спроектировал электролет. В качестве привода воздушных винтов предлагался электродвигатель, а источником питания служил аккумулятор.
На заре развития авиации, когда полеты совершались на малых высотах и только днем, эл.энергия использовалась для зажигания топливо - воздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания.
Первая мировая война расширила сферу применения самолетов. Полеты производились на относительно большое расстояние и в ночное время. Это привело к появлению на самолетах радиооборудования и светотехнических средств. Источниками энергии служили генераторы переменного тока мощностью менее 200 В*А с приводом от ветрянки.
Построенные в 1913 - 1915 гг. на Русско - Балтийском заводе четырехмоторные тяжелые бомбардировщики «Илья - Муромец» и «Русский Витязь» были самыми электрифицированными самолетами в мире. Эл. энергия применялась для освещения кабин, питания радиостанции и прожектора, обогрева экипажа и для системы зажигания.
С 1925-1926 гг. на самолетах стали использоваться электрические методы измерения неэлектрических величин (эл. тахометры, термометры, бензиномеры, газоанализаторы и т.д.).
С 1930 г. на самолетах появился электрогидравлический привод шасси, а также эл.стартер запуска АД.
В 1934 г. на самолете «Максим Горький» конструкции А.Н. Туполева впервые в мире была установлена электростанция с системами постоянного тока U=27,5В и переменного трехфазного тока U=120В, f=50Гц. Для создания такой электростанции были разработаны и построены в ВЭИ под руководством профессора МЭИ члена-корреспондента Академии наук СССР А.Н.Ларионова и доцента С.В.Краузе генераторы двойного тока: генератор МГ-25 3-х фазного переменного тока P=6кВА, U=120В и постоянного тока P=5,8кВт, U=27,5В и генератор МГ-10 3-х фазного тока P=3кВА, U=120В и постоянного тока P=3кВт, U=27,5В.Привод генераторов осуществлялся от автономных бензиновых двигателей.
Переломным этапом в развитии ЭО самолетов, в особенности эл.привода, явилось создание в 1939 г. пикирующего бомбардировщика Пе-2 под руководством В.М.Петлякова. На Пе-2 впервые в истории авиации были применены дистанционные системы управления силовыми эл.механизмами привода шасси, стабилизатора, посадочных щитков, триммерами и др. Большую работу по электрификации самолета выполнили коллективы во главе с А.А.Енгибаряном и К.В.Роговым.
Мощность устанавливаемых генераторов постоянного тока составляла 1000-1500 Вт, а их число достигало 4-х на самолет. Лишь спустя три года после создания самолета Пе-2 аналогичные электросистемы стали внедряться на самолетах США, Англии и Германии.
В послевоенный период, с созданием самолетов с ТРД и ТВД двигателями существенно увеличился объем бортового ЭО и мощности самолетных электросистем сильно возросли. Установленная мощность электростанций на самолетах в 1955-1960 гг. достигла 200 кВт. Увеличение мощности систем электроснабжения потребовало увеличения мощности самолетных генераторов, так на самолете ТУ-114 установлено восемь генераторов постоянного тока P=18 кВт, четыре генератора переменного тока P=30 кВА и две аккумуляторные батареи Q=28 Ач.
В целях уменьшения массовых показателей электросистем и улучшения работы ЭО в 50-х годах на борту ЛА появились системы переменного тока. Эти системы потребовали разработки привода постоянной скорости. Одновременно велись работы по созданию мощных статических преобразователей частоты, позволяющих создавать электрические системы переменного тока постоянной частоты без применения привода постоянной скорости.
При создании электрических систем переменного тока был решен ряд сложных проблем : выбраны величины и частоты напряжения, фазность и схемы электросети, разработаны конструкции бесконтактных генераторов с малой удельной массой разработан привод постоянной скорости с точной ее стабилизацией, обеспечена устойчивая параллельная работа генераторов с достаточно равномерным распределением активной и реактивной мощности, создана надежная защита электросистем и др.
Серьезной проблемой стало обеспечение охлаждения генераторов в условиях полета со сверхзвуковыми скоростями и на больших высотах, при которых принцип охлаждения продувом встречным потоком воздуха из-за аэродинамического нагрева становится невозможным.
При создании электросистем современных ЛА большое значение имели работы ученых, инженеров и конструкторов: академика В.С.Кулебякина, профессора К.С.Боброва, И.М.Синдеева и многих других.
2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТТТ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕМУ.
Условия работы ЭО изменяются в широких пределах от жаркого влажного климата тропиков до сухого морозного на Крайнем Севере и на больших высотах. Окружающие условия работы ЭО ЛА могут изменяться и за очень короткое время в течении полета. С увеличение высоты полета (H) понижаются давление (P) и температура (t), уменьшаются плотность и влажность воздуха. Плотность воздуха при подъеме на H=35км уменьшается в 180 раз по сравнению с плотностью у земли. На H=0-11км t различна в зависимости от географического места и времени года и может изменяться от +50 до -70. На H=11-35км t практически остается постоянной. При числах М полета, равных 2,4 и 6, средние температуры на обшивке ЛА будут соответственно 200, 400 и 600 градусов Цельсия, это происходит вследствие адиабатического сжатия воздуха в пограничном слое.
Влажность воздуха с подъемом на высоту падает, и на H=9-10 км водяные пары в атмосфере практически отсутствуют.
Электропроводность воздуха с подъемом на высоту возрастает из-за уменьшения плотности и увеличения интенсивности ионизации воздуха космическими и ультрафиолетовыми лучами.
С подъемом на высоту плотность воздуха сильно падает, что приводит к резкому ухудшению условий охлаждения тепловыделяющих элементов и устройств.
Возрастание электропроводности воздуха и ухудшение условий охлаждения приводят к необходимости увеличения геометрических размеров элементов и снижению их удельных энергетических нагрузок.
Большой диапазон изменения t затрудняет выбор смазки и изоляции.
Уменьшение влажности, содержания кислорода и плотности воздуха с подъемом на высоту в сильной степени ухудшает условия работы щеточно-коллекторных узлов электрических машин.
При пилотировании современных самолетов перегрузки могут достигать 10-20. Такие же перегрузки могут появляться при вибрациях, частота которых на самолете может быть от 0,5 до 2500 Гц и амплитуда от нескольких миллиметров до долей миллиметра.
При больших вибрационных и инерционных нагрузках для надежной работы контактных систем требуется улучшение электромеханических характеристик электромагнитных устройств. Одновременно с этим необходимо увеличение механической прочности устройств.
Исходя из назначения и реальных внешних условий работы к автоматическому и электрическому оборудованию ЛА предъявляются следующие ТТТ :
Многие из этих требований являются противоречивыми, поэтому при конструировании выбираются оптимальные варианты.
3. ТИПОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АО.
В состав сложных систем АО входят отдельные элементы, являющиеся общими для многих приборов и агрегатов. Этими типовыми элементами приборов и систем АО являются :
Датчики сигналов - устройства, преобразующие измеряемый параметр в эл.сигнал. Часто измеряемым параметром является механическое перемещение.
В параметрических датчиках (потенциометрические, емкостные) механическое перемещение вызывает изменение некоторых их параметров и это определяет изменение сигнала на выходе.
Потенциометрический датчик - это изоляционный каркас с намотанным на него высокоомным проводом, сигнал с него снимается скользящим контактом (щеткой).
Рис. функциональных потенциометров :
а). с профилированием каркаса ;
б). с шунтированием участка потенциометра резисторами.
а) б).
Схемы включения потенциометров :
однополярная двухполярная
Индуктивный датчик - работает на принципе изменения индуктивности или взаимоиндуктивности.
Выходная характеристика индуктивного однотактного датчика в области больших и малых зазоров нелинейна. Это обусловлено тем, что при малых зазорах магнитное сопротивление магнитопровода ограничивается свойствами материала сердечника, а при больших зазорах индуктивное сопротивление обмотки уменьшается и становится соизмеримым с ее активным сопротивлением. Так как недостатком этого датчика является сравнительно большая сила притяжения якоря к магнитопроводу, а также изменение угла сдвига фазы между ___ и ___ при изменении ___, то используют двухтактные датчики, работающие на принципе взаимоиндукции (трансформаторные датчики).
Емкостные датчики - работают на принципе изменения электрической емкости конденсатора, которая выражается формулой :
C= (e*e0*S)/d ; где :
e - диэлектрическая проницаемость ; e0 - электрическая постоянная ;
S - площадь пластин конденсатора ; d - расстояние между пластинами.
Тахогенератор переменного тока - датчик генераторного типа. Конструктивно это электрическая машина с полым магнитным ротором.
К обмотке возбуждения (ОВ) подводится питание переменным током частотой 400 Гц. При неподвижном роторе пульсирующий магнитный поток возбуждения (Фв) наводит в роторе (как и во вторичной обмотке трансформатора) ЭДС, под действием которой течет ток. В генераторной обмотке (ОГ), расположенной под углом 90 градусов к ОВ, ЭДС не наводится.