Samolot bardziej elektryczny

Transkrypt

1 Samolot bardziej elektryczny Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych

2 Samolot bardziej elektryczny System energetyczny współczesnych samolotów Samolot bardziej elektryczny Urządzenia elektryczne na pokładzie samolotu Programy badawcze 2

3 Autonomiczne systemy elektroenergetyczne pokładowe ASE systemy mobilne znajdujące się na samolotach, statkach i samochodach, stacjonarne ASE systemy służące do zasilania w energie elektryczną budynków i domów Zastosowanie Moc [kw] Prędkość obrotowa [obr/min] Samochód hybrydowy Mały generator wiatrowy Samolot Agregat prądotwórczy (CHP)

4 System energetyczny samolotu 4

5 System energetyczny samolotu Energia hydrauliczna kontrola lotu, podwozie, hamulce, drzwi bar 250kW Energia pneumatyczna klimatyzacja, sprężone powietrze, odladzanie, rozrusznik do 20bar1200kW Energia elektryczna awionika, pompy, odmrażanie, oświetlenie 115VAC 230kVA Samolot konwencjonalny Energia mechaniczna silnik pomp paliwowych silnik pomp olejowych rozrusznik kW 5

6 System energetyczny samolotu Kontrola lotu System Złożoność Konserwacja Rozwój technologii Elektryczny złożony prosta zaawansowana/ w trakcie rozwoju Hydrauliczny prosty złożona i zaawansowana niebezpieczna Mechaniczny bardzo złożony częsta, wolna bardzo zaawansowanaa Pneumatyczny Systemy lądowania prosty złożona bardzo zaawansowana Samolot konwencjonalny Pompa hydruliczna Energia hydrauliczna Odladzanie Energia mechanicza Przekładnia Silnik główny Kompresor Energia pneumatyczna Generator elektryczny System dystrybucji EE Energia elektryczna ECS Silniki elektryczne Odbiory eletryczne 6

7 System elektroenergetyczny Baterie Dystrybucja: 28VDC AC/DC Konwersja Dystrybucja AC 115VAC Główne źródła energii AC 7

8 System elektroenergetyczny Energia Elektryczna [kw lub kva] System DC Samolot Bardziej Elektryczny More Electrical Aircraft System AC & DC Samolot Elektryczny All Electrical Aircraft 8 od 90kVA do 1.5MVA

9 System elektroenergetyczny 9

10 Podstawowe typy ASE dr inż. Michał Michna 10

11 System elektroenergetyczny Variable Input Shaft Speed Constant Speed Drive Syn Gen 3 Phase 115VAC 400Hz Integrated Drive Generator (CF) Variable Input Shaft Speed Syn Gen Przekształtnik z obwodem pośredniczącym DC 3 Phase 115VAC 400Hz Variable Speed Constant Frequancy (DC Link) 11

12 System elektroenergetyczny Variable Input Shaft Speed Syn Gen Cycloconverter 3 Phase 115VAC 400Hz VSCF (Cyclonverter) Variable Input Shaft Speed Syn Gen 3 Phase 115VAC Hz Variable Frequancy Generator 12

13 Samolot bardziej elektryczny Energia Elektryczna [MW lub MVA] 2,0 1,5 1,0 0,5 Samolot Bardziej Elektryczny More Electrical Aircraft Airbus A380 Samolot elektryczny All Electrical Aircraft Boeing 787 Bez systemów penumatycznych Bez systemów hydraulicznych Silnik bardziej elektryczny Silnik elektryczny

14 Samolot bardziej elektryczny MEA more electrical aircraft Airbus A380 Boeing

15 Samolot bardziej elektryczny (B787) Rozruch przez silniki elektryczne 180kVA Maty elektryczne do odladzania skrzydeł 100kVA Pompy hydrauliczne napędzane silnikami elektrycznymi 4x100kVA Elektryczne systemy klimatyzacji oraz utrzymania ciśnienia w kabinie 500kVA Eliminacja systemu pneumatycznego Zaawansowany technologicznie system elektroenergetyczny 15

16 Samolot bardziej elektryczny (B787) Hybrydowy system EE 235V AC, ± 270VDC, 28VDC Zdalne sterowanie dystrybucją energii Generatory synchroniczne VF 2x250kVA na silnik 2x225kVA APU Przekształtniki 235AC na ± 270DC 16 Kadłub kompozytowy APU rozrusznik/generat or Elektryczne hamulce Układy zasilania i sterowania silników elektrycznych Rozruch elektryczny 3x gniazda 115VAC do zasilana z ziemi Układy energoelektroniczne chłodzone wodą

17 Samolot bardziej elektryczny Odbiorniki Silniki elektryczne Odladzanie Energia elektryczna System EE Generator Elektryczny Silnik Główny Kompresor Dodatkowa energia pneumatyczna Klimatyzacja Podwozie Avionika 17

18 Samolot bardziej elektryczny wzrost całkowitej sprawności systemu zmniejszenie wagi, objętości układów wykonawczych zmniejszenie kosztów zwiększenie niezawodności i bezpieczeństwa zmniejszenie kosztów utrzymania i serwisu zwiększenie funkcjonalności łatwość implementacji wykorzystanie technologii przyjaznych środowisku 18

19 Maszyny elektryczne na pokładzie samolotu Generacja energii elektrycznej 19

20 Generacja energii elektrycznej 1 generator główny, 2 generator pomocniczy (auxiliary power unit APU), 3 generator bezpieczeństwa (ram air turbine RAT), 4 generator naziemny (ground power unit GPU) 20

21 Samolot konwencjonalny B777 Źródła energii: Dwa generatory kva, 115Vac, 400Hz Jeden generator pomocniczy (APU) kva, 115Vac, 400Hz Cztery generatory z magnesami trwałymi 950 W zintegrowane w dwa generatory zapasowe Jedna turbina bezpieczeństwa 7.5kVA Ram Air Turbine (RAT) dr inż. Michał Michna 21

22 System elektroenergetyczny Typ generatora Samoloty cywilne Samoloty wojskowe IDG/CF 115 VAC/400Hz B777 2 x 120kVA A340 4 x 90 kva B737NG 2 x 90 kva MD-12 4 x 120 kva B747-X 4 x 120 kva B717 2 x 40 kva B x 120 kva Do728 2 x 40 kva VSCF (Cycloconverter) 115 VAC/400Hz F-18E/F 2 x 60/65 kva VSCF (DC link) 115 VAC/400Hz VF 115 VAC/ Hz VF 230 VAC/ Hz 270 VDC B777 2 x 20 kva (Backup) MD-90 2 x 75 kva Horizon 2 x 20/25 kva A380 4 x 150 kva B787 4x250kVA Boeing JSF 2 x 50 kva LM F-22 Raptor 2 x 70 kva BJSF X-32A/B/C 2 x 50 kva 22

23 Generator energii elektrycznej 23

24 Generator synchroniczny Stojan Wirnik wydatnobiegunowy TWORNIK WYTWARZA STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA TWORNIKA MAGNEŚNICA WYTWARZA STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA WZBUDZENIA moc znamionowa 10 kva napięcie twornika 3 x 231V prąd twornika 25 A napięcie wzbudzenia 30 V prąd wzbudzenia 10 A częstotliwość 50 Hz prędkość obrotowa 1500 obr/min masa 112 kg 24

25 Generator główny Generator synchroniczny 90 kw Hamilton Sundstrand, Rockford, IL, U.S.A 25

26 Generator główny Napięcie przemienne AC GCU Napięcie stałe DC Trój fazowe napięcie generowane o stałej amplitudzie Generator z magnesami trwałymi Stojan Wirnik Wirnik Stojan Wzbudnica z prostownikiem na wirniku Stojan Wirnik Wirnik Stojan Generator główny 26

27 Generator główny regulator wzbudzenie wzbudzenie twornik przed wzbudnica wzbudnica twornik generator synchroniczny 27

28 rpm rpm CSD rpm rpm PMG Exciter Main IDG PMG Exciter Main VFG 28

29 MEA główny generator 29

30 Generator pomocniczy APU auxiliary power unit Boeing light switch 2. APU fuel line 3. generator, 4. oil filter 5. fuel nozzles 6. upper shroud 7. bleed air valve, 8. start motor, 9. oil tank, 10. bleed air manifold, 11. exhaust muffler 31

31 Generator awaryjny RAT ram air turbine Airbus A320 32

32 Starter/generator Wysokoobrotowy silnik z magnesami trwałymi 33

33 MOET More Open Electrical Technologies /<##>

34 More-Electric Technology for Next-Generation Aircraft Electro-mechanical actuators Electric wing ice protection Power electronics (liquid-cooled) All-electric APU ±270V DC power system All-electric air conditioning Electric engine start 35 Project co-funded by the European Commission within the Sixth Framework Programme

35 MOET sterowanie bezczujnikowe wysokoobrotowej maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi do napędu w układach wentylacji, chłodzenia i odladzania (Liebherr), modelowanie pokładowego systemu generacji i dystrybucji energii elektrycznej z uwzględnieniem wysokoobrotowego generatora synchronicznego (ThalesGroup) oraz układów transformacji napięcia ATU + ATRU 36

36 Modelowanie elementów systemu Program symulacyjny SYNOPSYS/SABER Model w postacie wielowrotnika Prostota użytkowania i implementowania poszczególnych elementów systemu Testowanie stabilności modeli przed opublikowaniem 38

37 Model generatora 39

38 Koherencja model behawioralny i pomiary 40

39 Test ring Installation of a Variable Frequency Starter Generator on the reversible drive stand 41

40 Literatura Airbus A380 Boeing Goodrich Hamilton Sundstrand MOET Thales Group The Joint Strike Fighter Program 42

41 Dziękuję za uwagę 43