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, konferencje 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 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 4

5 System energetyczny samolotu 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 prosty złożona bardzo zaawansowana Kontrola lotu Systemy lądowania 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 5

6 System elektroenergetyczny A350 B787 A380 A /600 B B737-NG B777 A330 A /300 A320 B747 Concorde Caravelle zainstalowana moc elektryczna [kva] 6

7 Zainstalowana moc elektryczna [kva] System elektroenergetyczny B A B747 A /300 A /600 A350 Concorde B Caravelle A320 A330 B737-NG B Pierwszy lot 7

8 System elektroenergetyczny 8

9 System elektroenergetyczny Zmienna prędkość obrotowa Constant Speed Drive Syn Gen 3 Phase 115VAC 400Hz Integrated Drive Generator (CF) Constant frequency AC power is most commonly used on turbofan aircraft today System is expensive to purchase & maintain; primarily due to complexity of Constant Speed Drive (CSD) Single company monopoly on supply of CSD/IDG Alternate methods of power generation are under consideration 9

10 System elektroenergetyczny Baterie Dystrybucja: 28VDC AC/DC Konwersja Dystrybucja AC 15VAC/400Hz Główne źródła energii AC 10

11 Pokładowy ASE Airbus A330 11

12 Samolot bardziej elektryczny Airbus A380 Boeing 787 Airbus A350 XWB 12

13 Pokładowy ASE Awionika E E E Pompy paliwa E E E Oświetlenie E E E Akcesoria pokładowe E E E Rozruch P E E ECS P E E Odladzanie P E E Hamowanie H H E Sterowanie lotem H E Podwozie H E E E Turbowentylator M M E 1 Konwencjonalny 2 3 E P H M Samolot bardziej elektryczny (More Electric Aircraft MEA) Samolot elektryczny (All Electric Aircraft AEA) Energia elektryczna Energia pneumatyczna Energia hydrauliczna Energia mechaniczna 13

14 Samolot bardziej elektryczny Airbus A380 2 systemy hydrauliczne 2 systemy elektryczne 115VAC, VFG System pneumatyczny Boeing systemy hydrauliczne (kontrola lotu) bez systemy pneumatycznego (bleedless) System elektryczny 230VAC, VFG rozruch, odladzanie, hamowanie Airbus A350XWB 2 systemy hydrauliczne 2 systemy elektryczne 230VAC, VFG System pneumatyczny 14

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 Odbiorniki Silniki elektryczne Odladzanie Energia elektryczna System EE Generator Elektryczny Silnik Główny Kompresor Dodatkowa energia pneumatyczna Klimatyzacja Podwozie Avionika 16

17 System elektroenergetyczny Variable Input Shaft Speed Syn Gen 3 Phase 115VAC Hz Variable Frequancy Generator Simplest form of generating power, cheapest and most reliable Variable frequency has impact upon other aircraft subsystems Motor controllers may be needed for certain aircraft loads Beginning to be adopted for new programmes: gains outweigh disadvantages 17

18 Samolot bardziej elektryczny 18

19 Samolot bardziej elektryczny 19

20 Samolot bardziej elektryczny (B787) 20

21 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 21

22 Maszyny elektryczne na pokładzie samolotu Generacja energii elektrycznej 22

23 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) 23

24 Generator energii elektrycznej 24

25 MEA główny generator 25/<##>

26 MEA główny generator 26/<##>

27 MEA główny generator 27/<##>

28 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 28

29 Generator główny Generator synchroniczny 90 kw Hamilton Sundstrand, Rockford, IL, U.S.A 29

30 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 30

31 rpm rpm CSD rpm rpm PMG Exciter Main IDG PMG Exciter Main VFG 31

32 MEA główny generator 32

33 MEA główny generator 33/<##>

34 MEA główny generator 34/<##>

35 MEA główny generator 35/<##>

36 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 36

37 37

38 Generator pomocniczy APU 38

39 39

40 Generator awaryjny RAT ram air turbine Airbus A320 40

41 Literatura Airbus A380 Boeing Goodrich Hamilton Sundstrand MOET Thales Group The Joint Strike Fighter Program 41