Уразбахтина Н. Г

Уфа 2011

Проектирование электрооборудования летательных аппаратов

Учебное пособие

И письменной речи (начальный этап) на английском языке.

Пособие по обучению практике устной

(под ред. Серкиной О.В.)

ЛР № 040327

Подписано в печать. Формат 60Х84 1/16

Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman.

Усл.п.л. 25,7. Заказ № ____. Тираж 100 экз.

Оригинал-макет подготовлен в

Белгородском государственном университете

308007 г. Белгород, ул. Студенческая, 14

[1] All bold-faced words and expressions make up Active Vocabulary of the Unit and are to be learnt by heart.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Электрооборудования летательных аппаратов

и наземного транспорта

Н. Г. Уразбахтина

Проектирование электрооборудования летательных аппаратов

Уфа 2011

УДК [629. 73.064](07)

ББК [39.52] (Я73)

Э455

Рецензенты: Гл. конструктор свечного производства ФГУП УАПО,

канд. техн. наук, доцент И. Х. Байбурин

Вед. конструктор ОКБ ФГУП УАП, канд. техн. наук, доцент В. Н. Рынгач

У Проектирование электрооборудования летательных аппаратов:

учеб. пособие /Н. Г. Уразбахтина.–Уфа: УГАТУ, 2011.– 176с.

ISBN

Рассмотрены основные вопросы проектирования электрооборудования летательных аппаратов, этапы проектирования конструкторской документации и правила оформления текстовых и графических документов, вопросы составления технического задания на проектирование, условий эксплуатации ЛА, а также вопросы проектирования сетей свмолетов и надежности работы ЭЛА. Соответствует программе специальных дисцмплин федерального компонента ГОС «Проектирование электрооборудования летательных аппаратов» и «Конструирование электрооборудования летательных аппаратов».

Предназначено для студентов по направлению подготовки дипломированных специалистов 140600 – "Электромеханика, электроэнергетика и электротехнологии", специальности 140609 «Электрооборудование летательных аппаратов» и для бакалавров направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника», профиль 15 – «Электрооборудование летательных аппаратов».

Табл. 10. Ил. 568. Библиогр.: 27 назв.

Научный редактор д-р техн. наук, проф. Гизатуллин Ф.А.

УДК [629. 73.064](07)

ББК [39.52] (Я73)

ISBN © Уфимский государственный

авиационный технический университет, 2011

оглавление

1.
2.
3.

предисловие

Авиационная и ракетно-космическая техника является одним из основных символов прогресса современной цивилизации. Это наиболее капитало- и наукоемкий вид техники, характеризующий уровень развития не только машиностроительных отраслей, но и всей экономики страны.

Современный летательный аппарат представляет собой техническую систему высокой сложности, в которой особое место отводится бортовому оборудованию, позволяющему выполнять полетное задание независимо от погодных условий и времени суток. Бортовое оборудование совершенствовалось одновременно с развитием авиационной и ракетно-космической техники и в настоящее время является сложнейшим комплексом, во многом определяющим тактико-технические и эксплуатационные характеристики ЛА.

В настоящее время фактически все бортовое оборудование ЛА в той или иной степени является потребителем электроэнергии, при этом с развитием авиационно-космической техники повышается количество систем оборудования, потребляющих только электрическую энергию.

Наряду с этим неуклонно увеличивается общее энергопотребление, что делает установленную мощность электростанций некоторых самолетов соизмеримой с мощностью подстанций небольших городов. Все это означает, что электрооборудование стало важнейшей системой, отказ которой может привести к непоправимым последствиям.

Основные этапы развития авиационного электрооборудования выглядят следующим образом [1].

С 40-х годов прошлого века электроэнергия выбрана в качестве основного и единственного вида вспомогательной энергии (самолет Пе-2). Эксплуатация одного из самых массовых бомбардировщиков ВВС сняла все вопросы о надежности электрооборудования и целесообразности его применения.

В связи с появлением дальнего стратегического бомбардировщика Ту-4 проведена полная замена электро-оборудования. Установленная мощность систем электроснабжения (СЭС) возросла до 60 кВт.

50-е годы – появление нового поколения авиационной техники с двигателями на реактивной тяге. Для самолетов с газотурбинными двигателями была разработана и внедрена СЭС с использованием стартер-генераторов, в результате чего широкое применение получили смешанные СЭС постоянного (27 В) и переменного (200/115 В, 300 – 900 Гц) тока. Установленная мощность электросистем возросла до 144 кВт по постоянному и 120 кВА по переменному току (Ту-114).

60–70-е годы – практически завершен многолетний поиск лучшей конструктивной схемы для без щеточных машин переменного тока 208/120 В стабильной частоты 400 Гц. На крупных самолетах внедрена в качестве основной система электроснабжения переменного тока 200/115 В постоянной частоты 400 Гц. Интенсивное развитие полупроводниковой техники и успехи в области создания новых электротехнических и конструкционных материалов и технологий стали началом нового этапа развития авиационной электротехники. Наиболее значительными «базовыми» решениями, определившими смену поколений систем электрооборудования, стали:

• системы с непосредственным жидкостным охлаждением, в которых в качестве хладагента использовалось синтетическое масло или топливо;

• конструктивная интеграция генератора с приводом постоянной частоты вращения;

• применение новых материалов: для магнитопроводов генераторов – сталей с высоким содержанием кобальта; для обмоток – проводов с полиамидной изоляцией; для корпусных деталей – магниевых сплавов;

• широкое использование статических преобразователей, систем регулирования, защиты и управления на новой элементной базе, переход от раздельных блоков к унифицированным много­
функциональным агрегатам.

80–19-е годы – ввод в эксплуатацию нового поколения самолетов гражданского (Ту-204, Ил-96-300) и военного (МиГ-29, Су-27) назначения, в оборудовании которых широко используются средства аналоговой и цифровой вычислительной техники, микроэлектроники, а также электрифицированные исполнительные агрегаты и мощная радиоэлектронная аппаратура. Для тяжелого транспортного самолета Ан-124 создано новое электрооборудование для погрузочно-разгрузочных комплексов, обеспечивающих транспортировку бронетехники и крупногабаритных грузов.

На самолете Ан-70 внедрена новая для отечественной авиации СЭС с непосредственным приводом генераторов, в которой для получения электроэнергии переменного тока стабильной частоты используется статический преобразователь частоты. Ожидается, что подобная структура станет одной из базовых при формировании СЭС перспективных самолетов.

Для самолетов последнего поколения и их модификаций реализуется концепция «интеллектуального» борта, предусматривающего широкомасштабное использование цифровых систем с микроЭВМ и микропроцессорами, мультиплексных каналов информационного обмена на всех уровнях интеграции, электронной индикации поступающей информации, а также реконфигурации микропроцессорных вычислительных комплексов при отказах.

Внедрение цифровой вычислительной техники влечет за собой кардинальные изменения принципов управления и функционирования СЭС, предусматривающих полную автоматизацию управления системой электроснабжения, создание безынерционных систем защиты, оптимизацию процессов регулирования параметров качества электроэнергии, обеспечение адаптации структуры СЭС к изменению условий работы и технического состояния, расширение возможностей контроля и диагностики оборудования СЭС.

Введение

Этапы проектирования состоят из отдельных проектных процедур, каждая из которых заканчивается частным проектным решением. При грамотном проектировании процесс начинается с синтеза алгоритма функционирования системы. В процессе синтеза мы имеем несколько совокупностей исходных данных, условий и ограничений. Процедура синтеза заключается в создании проектного решения по заданным требованиям, свойствам и ограничениям.

В процессе синтеза создается структура схемы. Что касается чисто употребляемого термина параметрический синтез, то это фикция: есть синтез структуры, есть оптимизация параметров – процедуры принципиально различные. Одна (синтез) основана на построении структуры на базе исходных требований, другая (оптимизация) – на определении параметров элементов заданной схемы с использованием методов анализа.

Процедура анализа состоит в определении свойств заданного описания, например расчета частотных или переходных характеристик схем, определения реакции схемы на заданное воздействие и т.д. Анализ позволяет оценить степень соответствия проектного решения заданным требованиям.

Типичной проектной процедурой является оптимизация, которая приводит к оптимальному (по заранее определенному критерию) проектному решению.

Целью проектирования является создание аппаратуры, электрооборудования, которые будут обеспечивать заданное функционирование, и будут оптимизированы по широкому спектру функциональных, конструкторско-технологических, экономических и эксплуатационных показателей.

В этом случае рассматриваются несколько вариантов решения поставленной задачи, подсказанных, как правило, предшествующим опытом, интуицией, а выбирается лучший из них. Такой подход называется эвристическим многовариантным анализом или дискретным выбором варианта построения системы.

Однако в связи с все возрастающей сложностью электрооборудования и с повышением требований к нему, необходимые расчеты оказываются все более трудоемкими, а количество вариантов, целесообразных для рассмотрения, катастрофически возрастает.

Часто на этапе проектирования трудно предвидеть некоторые требования, определяемые особенностями эксплуатации изделия. В результате этого создание нового электрооборудования затягивалось раньше на долгие годы. Представляемые к испытаниям опытные образцы часто оказывались не удовлетворяющими заданным требованиям, а доводка аппаратуры происходила в процессе испытаний, что делало такое проектирование дороже во много раз.

Такое противоречие и вызвало интенсивное развитие новой технологии проектирования электрооборудования, базирующейся на системном подходе и совершенствовании процессов проектирования с применением математических методов и средств вычислительной техники. Замена макетирования и натурного моделирования математическим моделированием с использованием эффективных методов многовариантного проектирования и оптимизации повысила качество управления проектированием.

В настоящее время тенденции к автоматизации всего процесса проектирования электрооборудования привели к появлению систем автоматического проектирования (САПР), решающих задачи функционального моделирования, моделирования работы отдельных схем и т.д. Эти САПР позволяют моделировать работу аппаратуры и обладают средствами анализа процессов, происходящих в модели. К числу таких САПР, например, относятся системы System View фирмы Elanix, MatLab – Simulink, LabView и другие [11-13].

Трансформация макетирования и натурного моделирования в математическое моделирование с возможностью представления объекта его экспериментальными ха­рактеристиками привело к появлению на рабочих местах проектировщиков специали­зированных САПР виртуальных инструментов. Эти САПР обладают средствами для создания виртуальных устройств различного назначения: осциллографов, анализаторов спектра, а также средствами обработки данных, полученных как в режиме реального времени от физического объекта, так и в виде файлов данных, LabView является именно такой САПР. Виртуальный инструмент можно использовать при анализе и верификации модели, созданной САПР функционального проектирования. Поэтому комбинирование САПР функционального моделирования и САПР виртуальных инструментов позволя­ет не только создать модель, но и детально исследовать ее поведение.

Дата добавления: 2014-12-27