Разработка эскизного проекта

Разработка эскизного проекта электрооборудования начинается с выбора потребителей электроэнергии. От правильного выбора потребителей зависит качество всего проекта электрооборудования самолета: количество и качество энергосистем, весовые данные, количество вновь заказываемых готовых изделий и т.д. На авиационных ЛА масса гидравлического оборудования составляет 1–1,5 % взлетной массы для тяжелых, 2–3 % для легких маневренных самолетов и 1–2 % для вертолетов.

Установочная мощность этого оборудования в зависи­мости от типа ЛА составляет 0,75 кВт–2 МВт, давление 7–28 МПа, объем рабочей жидкости 6–850 л, длина трубопро­водов 40–5000 м, рабочий диапазон температур от - 60 до + 80 °С [1].

Рис. 3.5. Размещение оборудования на самолете Су-ЗОМКИ

Рис. 3.6. Размещение оборудования на вертолете Ка-50

Рис. 3.7. Размещение оборудования на базовом блоке орбитальной долговременной станции «Мир» на момент запуска:

1 – стыковочный агрегат; 2 – узел подстыковки манипулятора; 3 – переходной отсек; 4 – привод вращения солнечной батареи; 5 – оборудование слу­жебных систем; 6 – индивидуальная кабина; 7 – отсек личной гигиены; 8 – двигатели системы ориентации; 9 – агрегатный отсек; 10 – антенна связи через спутник; 11 – переходная камера; 12 – бегущая дорожка; 13 – шлюзовая камера; 14 – стол; 15 – велоэргометр; 16 – устройство для измерения массы тела;

17 – центральный пост управления; 18 – гироплата

В табл. 3.2 приведены основные потребители электроэнергии современных самолетов с указанием потребляемой мощности и режима работы.

Таблица 3.2

Технические параметры электроприводов основных систем самолета Ил-62
Система	ЭД, шт.	ЭМП, шт.	Мощность, кВт	Масса, кг	Энергия, потребл. за 8 ч полета, кВт·ч (% общего потребления)
Топливная			32,9		162(80,82)
Кондиционирования		–	0,66	57,4	2,74(1.37)
Противообледенения			0,39	41,5	0,56(0.28)
Механизация крыла и управления				171.3	29,12(14,52)
Запуска авиационного двигателя			13.26	88.4	3,27(1,63)
Гидравлическая				87.9	0,87(0,43)
Бытового оборудования		–	1,74		1,89(0,94)
Всего			122,95	777.5	200,45(100)

После выбора потребителей составляют предварительную спецификацию электрооборудования, в которую вносятся все основные потребители электроэнергии с указанием их типа и потребляемой мощности. Типовой состав потребителей электроэнергии на космическом аппарате показан в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Основные потребители электрической энергии современных самолетов

Потребитель	Мощность, Вт	Режим работы
I. Топливная и масляная системы
Подкачивающий насос Электрический бензокран Электромагнитный клапан Насос перекачки Управление юбками капота	200–300 100–150 300–500 500–600	Длительный 1–2 сек. 1–2 сек. 15–20 сек. 10–20 сек.
Продолжение табл. 3.3
Управление воздушным радиатором Управление масляным радиатором Электрический масляный насос Электрогидронасос Электрический флюгерный насос Электростартер поршневого двигателя Электростартер реактивного двигателя Электронасос антиобледенения для винта Пусковой вибратор Пожарный кран Соленоидный кран противообледенителя Реле стартера	250–300 250–300 300–500 1500–3000 4000–4500 8000–10000 10000–15000 30–50 130–150 100–150	15–20 сек. 15–20 сек. Длительный Длительный 5–10 сек. 20–60 сек 30–90 сек. 1–2 час. Длительный 1–2 сек. 1–2 час. 20–90 сек
2. Вентиляция и обогрев
Механизм управления воздушными радиаторами Механизм управления противообледенительной системой Обогрев стекол кабины Обогрев ПВД Обогрев комбинезона Обогрев автопилота Обогрев заборника воздуха Обогрев передних кромок крыла Обогрев передних кромок оперения Электрический чайник Электрическая плитка Кипятильник Электрообогревательная печь Электрообогрев герметической кабины	250-300     200-500 750-4500 30-100 300-500 100-150 5000-1500 300-600 200-500 500-1500 1000-2500 1500-3000	10-15 сек.     0-15 сек. 1-2 часа 1-2 часа Длительный Длительный 1-2 часа 1-2 часа 1-2 часа 30 мин. 30 мин. 30 мин. Длительный Длительный
3. Освещение
Посадочные фары Рулежные фары Аэронавигационные огни Ультрафиолетовое облучение Лампа белого света	600-800 65-70 5-30 15-40	5 мин. 10 мин. Длительный Длительный Длительный
Переносной прожектор Плафоны Сигнальная лампа Кодовые огни Переносная лампа Ручной прожектор	150-300 10-150 5-10 80-100 10-100	5 мин на земле Длительный Длительный 5 мин. Длительный 1-5 мин.
Окончание табл. 3.3
4. Электрические измерительные приборы
Бензиномер Масломер Термометр воздуха Термометр масла Манометр бензина	30-40 25-30 5-10 5-10 --	Длительный Длительный Длительный Длительный --

В спецификации также указывают количество и тип предполагаемых источников электроэнергии.

Согласно предварительной спецификации при эскизном проектировании на общем виде самолета (компоновочном чертеже) предварительно определяют места установки основных объектов электрооборудования с указанием их веса и предполагаемого веса конструкции крепления.

Рис. 3.8. Компоновочный чертеж носовой части фюзеляжа: 1 – верхний электрощиток летчика (3,6 кГ); 2 – приборная доска летчика (4,1 кГ);

3 – антенна радиостанции кругового обзора (32 кГ); 4 – этажерка преобразователя (8,5 кГ); 5 – этажерка преобразователя (5 кГ)

На рис. 3.8 показан компоновочный чертеж носовой части фюзеляжа реактивного тяжелого самолета. После окончательного определения центра тяжести самолета, выбранные места установки оборудования закрепляют за ним. Определив тип, количество, режим работы и последовательность включения потребителей электроэнергии, составляют таблицу электрических нагрузок (табл. 3.2), согласно которой строят графики нагрузок источников электроэнергии – циклограммы.

Циклограммой (графиком) нагрузок называется зависимость потребляемой приемниками мощности от времени полета. При ее формировании полет разбивается на отдельные этапы, количество и содержание которых зависят от типа и назначения ЛА, характера и времени полета и т.п.

Рис 3.9. График нагрузки источников электроэнергии двухмоторного

пассажирского самолета, построенный на основании табл. 3.2

График нагрузок источников электроэнергиипредставляет собой зависимость загрузки источников электроэнергии (в ваттах или амперах) от времени полета самолета. По графикам нагрузок выбирают основные и резервные источники электроэнергии постоянного и переменного тока.

Пример графика нагрузок источников электроэнергии винтового двухмоторного пассажирского самолета приведен на рис. 3.9. При относительно небольшом количестве потребителей электроэнергии график нагрузок оформляется так, как показано на рис. 3.10 применительно к реактивному самолету-истребителю.

Рис 3.10. График нагрузок источников электроэнергии двухмоторного реактивного самолета и зависимость температуры электролита

аккумулятора (Ө) от времени полета самолета (t)

Пример условной качественной циклограммы нагрузок, характерной для самолета, беспилотного ЛА (крылатой ракеты морского базирования), пилотируемой орбитальной станции и орбитального корабля многоразового использования типа Space Shuttle, показан на рис.3.11.

Для самолетов гражданской авиации типичными для энергопотребляющего оборудования этапами полета являются подготовка к полету, руление, взлет и набор высоты, полет по маршруту, снижение, посадка и руление. При этом наиболее тяжелому энергопотребляющему этапу соответствует, как правило, ночной полет в условиях обледенения при максимальном включении обогревательных элементов, осве­тительных устройств, бытового оборудования и противообледенительной системы.

а

б в

г

Рис. 3.11. Циклограммы нагрузок переменного и постоянного тока правого борта самолета Ил-76 (а), орбитального транспортного корабля многоразового использования (б), качественные циклограммы нагрузки крылатой ракеты подводного базирования (в) и орбитальной пилотируемой станции (г)

Применительно к военным самолетам к самому энергоемкому этапу могут относиться в зависимости от назначения ЛА ночной полет на перехват с одновременной работой средств управления и вооружения, воздушный бой, дозаправка топливом в полете, преодоление зоны ПВО и т.п. Например, для крылатой ракеты подводного базирования характерны следующие этапы полета:

Предстартовая подготовка, в течение которой питание бортовой аппаратуры обеспечивается сначала корабельным источником питания, а затем к нему кратковременно параллельно подключается бортовой химический источник тока – ампульная батарея.

Старт, где до запуска маршевого двигателя (ракета находится в подводном положении или работает стартовый двигатель) и после его запуска до выхода бортового генератора на расчетный режим электропитание обеспечивается батареей.

Обычно продолжительность этого этапа составляет несколько десятков секунд.

Полет на маршевом участке, в течение которого рабо­тает генератор, потребляя механическую энергию с вала отбора мощности маршевого двигателя. На этом этапе воз­можны кратковременные всплески потребляемой мощности, вызванные работой специальной аппаратуры.

Длительность этого этапа составляет 1,5–2 ч.

Снижение и полет на малой высоте к цели. Продолжи­тельность этапа – несколько минут, источником электроэнергии является генератор. В циклограмме потребляемой мощности пилотируемой станции можно выделить следующие режимы работы.

Сеансы повышенного энергопотребления бортовой аппаратуры, которые могут быть связаны с работой космических технологических установок, научно-исследовательского оборудования и т.п. Обычно такой этап длится от нескольких десятков минут до одного-двух часов и более.

Сеансы радиосвязи, во время которых осуществляется голосовая связь или передача на землю телеметрической информации о работе бортовых систем станции.

Эти сеансы длятсядо нескольких десятков минут, пока станция находится в зоне радиовидимости наземных средств слежения.

Дежурный режим, в течение которого непрерывно работают системы, от которых зависит нормальное функционирование КА (система обеспечения жизнедеятельности, дежурная радиосвязь, система ориентации и др.). Этот режим длится наибольшее время и, как правило, совпадает с отдыхом экипажа.

Кроме того, во время работы станции возможны импульсные потребления электроэнергии в течение 50–200 мс, связанные с пусковыми токами электродвигателей, электромагнитных клапанов и других потребителей, а также со срабатыванием пиропатронов.

Циклограмма нагрузки орбитального корабля многоразового использования имеет много общего с циклограммами потребления электроэнергии орбитальной станции и самолета. Энергопотребление велико, когда все системы и устройства работают или находятся в режиме горячего резерва. Для этого класса ЛА наиболее энергоемкие этапы полета связаны спосадкой, экспериментами на орбите, с дистанционным выполнением операций и взлетом, в процессе которого функционируют вместе с маршевыми двигателями все бортовые системы корабля. Во время отдыха астронавтов энергопотребление минимально [1].

После выбора потребителей и источников электроэнергии составляют общую принципиальную электрическую схему самолета.

Общая принципиальная электрическая схемасамолета дает представление о принципиальных электрических связях между электрифицированными установками; по схеме наиболее просто выясняется принцип действия установок, защитной и коммутационной аппаратуры.

На принципиальных схемах все элементы электрической сети и электрифицированные установки изображают условно, а электрические соединения между ними показывают прямыми линиями, пересекающимися под прямым углом. Именно на принципиальных схемах каждому элементу схемы присваивают порядковый номер, с которым этот элемент идет во все последующие схемы. По порядку этих номеров составляют спецификацию к принципиальной схеме. Принципиальная схема не дает представления о компоновке элементов электрооборудования и конструкции сети.

Общая принципиальная электрическая схема среднего и тем более тяжелого самолета громоздка и сложна. Поэтому ее выполняют в виде отдельных принципиальных электрических схем для источников электроэнергии с одинаковыми электрическими параметрами и для групп потребителей, родственных по назначению.

Количество отдельных принципиальных схем электрооборудования тяжелого самолета составляет несколько десятков, в том числе принципиальные электрические схемы распределения электроэнергии постоянного и переменного тока, запуска авиадвигателей, автоматики топлива, обогрева, освещения и сигнализации, противообледенительных систем и т. д.

На рис. 3.12 приведены принципиальные электрические схемы источников питания постоянного тока пассажирского реак­тивного самолета, при этом показаны лишь два генератора вместо восьми, имеющихся в системе. Основными источниками электроэнергии являются генераторы с номинальным напряжением 28,5 В; резервными источниками служат аккумуляторные батареи напряжением 24 В.

На схеме введены обозначения: 17 – переключатели питания шины приборов от аккумуляторов 2ПП-45 (2 шт.), 18 – выключатель включения аккумулятора В-45 (2 шт.), 19 – выключатель аккумуляторов В-45 (1 шт.), 20 – амперметр аккумуляторов А-3 (1 шт.), 21 – переключатель амперметров аккумуляторов 2ПП-45 (1 шт.), 22 – контактор включения аккумуляторов КМ-600Д (1 шт.), 23 – контактор включения розетки аэродромного питания КМ-600Д (2 шт.), 24 – контактор включения аккумулятора КП-400Д (2 шт.), 25 – аккумулятор левый 12САМ-55 (1 шт.), 26 – аккумулятор правый 12САМ-55 (1 шт.), 27 – реле блокировки аккумуляторов ТКЕ-52ПД (2 шт.), 28 – реле блокировки аэродромного питания ТДЕ-210 (2 шт.), 29 – выключатель аэродромного питания В-45 (2 шт.), 30 – основная розетка аэродромного питания ШРАП-500 (1 шт.), 31 – выключатель обогрева В-45 (1 шт.), 32 – обогрев аккумулятора (4 шт.), 33 – термовыключатель обогрева аккумулятора (2 шт.), 34 – вспомогательная розетка аэродромного питания ШРАП-500 (1 шт.).

Основными источниками электроэнергии являются генераторы с номинальным напряжением 28,5 В; резервными источниками служат аккумуляторные батареи напряжением 24 В.

На самолете установлено восемь генераторов, работающих параллельно, и две совместно работающие с ними аккумуляторные батареи. В нормальном режиме батареи работают параллельно с генераторами; в аварийном режиме они отключаются от основной сети и могут работать параллельно или по очереди.

Рис.3.12. Принципиальная электрическая схема источников постоянного тока пассажирского реактивного самолета (аккумуляторная часть)

Аккумуляторные батареи питают важные приборы и агрегаты, необходимые для продолжения полета и обеспечения посадки самолета при обесточенной основной сети и неработающих генераторах [7].

Каждый генератор работает в комплекте со следующей аппаратурой – дифференциально-минимальным реле, регулятором напряжения, трансформатором устойчивости, конденсатором уровня помех, выносным регулировочным сопротивлением и балластным сопротивлением. Параллельная работа генераторов осуществляется при помощи уравнительных обмоток регуляторов напряжения и балластных сопротивлений в минусовых цепях генераторов.

В системе предусмотрено отключение генератора от сети и его продув при пожаре.

Аккумуляторные батареи (см. рис. 3.12) подключаются к шине аккумуляторов посредством двух контакторов и двух выключателей.

Шина аккумуляторов присоединяется к основной бортсети черезшунт с помощью контактора, который управляется одним выключателем аккумуляторов.

Аккумуляторные батареи подключаются к бортсети самолета только при положении «Включено» сдвоенного переключателя и выключателя аккумуляторов, а также при нормально-замкнутых контактах блокировочного реле.

Питание бортовой электросети на стоянке самолета и запуск авиадвигателей осуществляются от аэродромных источников электроэнергии через основную и вспомогательную розетки аэродромного питания. Чтобы не допустить разрядки бортовых аккумуляторных батарей при подключенном источнике аэродромного питания, предусмотрена автоблокировка.

Подключение источника неправильной полярности невозможно, так как детекторное реле разрывает цепь обмотки контактора включения аэродромного питания к бортсети.

При разработке эскизного проекта, когда неизвестны схемы готовых изделий, можно выполнять упрощенную принципиальную электрическую схему, в которой готовые изделия не раскрываются, а указываются лишь их внешние соединения с остальной схемой.

На рис. 3.13 показана упрощенная принципиальная электрическая схема источников питания трехфазного переменного тока напряжением 36 Вчастотой 400 Гцдля многомоторного самолета. Источниками питания являются два преобразователя рода тока: один преобразователь используется в качестве основного (рабочего), другой – резервный. При выходе из строя основного преобразователя происходит автоматическое включение резервного при помощи коробки переключения.

В процессе составления принципиальной электрической схемы выбирается тип самолетной электрической сети: система распределения и способ передачи электроэнергии, система коммутации и т.п.

Рис. 3.13. Упрощенная принципиальная электрическая схема источников трехфазного переменного тока многомоторного самолета: 1 – реле включения сети, 2 – преобразователь рабочий, 3 – коробка переключающих реле рабочего преобразователя, 4 – коробка переключающих реле резервного преобразова-теля, 5 – переключатель преобразователя, 6 – преобразователь резервный, 7 – вольтметр (1 шт.), 8 – лампа сигнализации работы резервного преобразователя

Из принципиальной схемы определяется тип и количество всей защитной, коммутационной и сигнальной аппаратуры, аппаратуры управления и контрольно-измерительных приборов потребителей и источников электроэнергии. При эскизном проектировании должна быть выбрана система маркировки проводов и жгутов, содержащая указания о цвете проводов для различных систем и сведения о системе маркировки. В настоящее время приняты следующие цвета проводов: голубой – радиооборудование, зеленый – электрообору­дование экспериментальных установок, желтый – сетевой провод переменного тока, белый – все остальное электрооборудование и т. д.

Маркировка проводов осуществляется путем сочетания буквенно-цифровых индексов. В основу выбора буквенного индекса положено наименование источников или потребителей электрической энергии или их назначение. Каждому потребителю или группе их присваивается буквенный индекс и в дополнение к нему приписывается цифровая нумерация.

Вот несколько примеров буквенно-цифровых индексов маркировки проводов: Г – генераторы, А – автоматы, П – приборы, Р – радио, М – механизмы, О – освещение, АП – питание автопилота, ЗП1 – зажигание первого двигателя, HI – панель АЗС летчиков, Н4 – панель АЗС штурмана, АНО – аэронавигационные огни, СПУ – самолетное переговорное устройство, РА1 – питание СПУ, ОГ1 – белое освещение летчиков и т. д.

Пример маркировки проводов фидера представлен на рис. 3.14.

Рис 3.14. Маркировка проводов фидера самолетной электросистемы

Бирка каждого провода фидера составляется из букв, присвоенных данному фидеру (например АК), и порядковых цифр 1, 2, АКит.д., т. е. провода этого фидера будут иметь маркировку АК1, АК2, АКЗ и т.д. Бирка провода АК с цифрой 1 присваивается только проводам, непосредственно соединенным с шиной источника питания, с цифрой 2 – проводам, соединенным с выключателем, с цифрой 3 – проводам, подключенным к кнопке.

Соединение двух проводов с различными бирками не допускается и может иметь место лишь в отдельных исключительных случаях. Буквенно-цифровая маркировка проводов и жгутов дает возможность быстро ориентироватьпри монтаже и демонтаже электрической проводки. При эскизном проектировании выполняется расчет магистральной электрической сети и построение ее схемы; расчет распределительной сети выполняется при рабочем проектировании.

Расчет магистральной сети оформляется в виде расчетного листа, на котором изображается магистральная сеть, а также наносятся исходные и расчетные данные около каждого провода: длина провода, величина тока, проходящего по проводу при наиболее тяжелом режиме работы схемы, расчетное сечение провода и действительная потеря напряжения в данном проводе.

К расчету магистральной сети составляется пояснительная записка. Пример оформления расчетного листа магистральной сети с обозначением исходных и расчетных данных приведен на рис. 3.15.

Рис 3.15. Расчетный лист магистральной электрической сети самолета:

l – длина участка магистральной сети (м), I – ток, проходящий по участку

сети при наиболее тяжелом режиме работы схемы, S – расчетное сечение участка сети (мм²), ΔU – действительная потеря напряжения

на участке сети

После окончания эскизного проектирования составляется краткое описание электрооборудования самолета, где приводятся основные электрические, конструктивные и эксплуатационные сведения. Таким образом, эскизный проект электрооборудования самолета, как правило, включает следующие документы:

1) список потребителей электрической энергии с указанием их типа и потребляемой мощности;

2) график и таблицу нагрузок источников электрической энергии;

3) схему распределения и коммутации электрической энергии;

4) общую принципиальную электрическую схему для легкого самолета или отдельные принципиальные электрические схемы всего комплекса электрооборудования для среднего и тяжелого самолета;

5) таблицу применяемой маркировки проводов;

6) схему магистральной сети и пояснительную записку к ее расчету;

7) краткое описание электрооборудования самолета.