سیستم برق هواپیما

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1024

سپاس: 679

جنسیت:

تماس:

سیستم برق هواپیما

پست توسط rohamjpl »

عناصر اصلی تولید برق شامل باتری ها ، واحدهای قدرت کمکی (APU) ، ژنراتورهای متصل به موتور هواپیما و توربین هوایی قوسی (RAT) است که برای برق اضطراری استفاده می شود.یک سیستم الکتریکی هواپیما یک شبکه مستقل از اجزای تولید کننده ، انتقال ، توزیع ، استفاده و ذخیره انرژی الکتریکی است.تصویر
یک سیستم الکتریکی یک جزء لاینفک و ضروری در همه طرحها به جز ساده ترین طراحی هواپیما است. ظرفیت و پیچیدگی سیستم الکتریکی بین یک هواپیمای سبک تک پیستونی ، تک موتوره و یک هواپیمای جت تجاری مدرن و چند موتوره بسیار متفاوت است. با این حال ، سیستم الکتریکی هواپیماها در هر دو انتهای طیف پیچیدگی دارای بسیاری از اجزای اساسی مشابه است.
همه سیستم های الکتریکی هواپیما دارای قطعاتی با قابلیت تولید برق هستند. بسته به هواپیما ، از ژنراتورها یا دینام ها برای تولید برق استفاده می شود. این موتورها معمولاً با موتور کار می کنند ، اما ممکن است از APU ، موتور هیدرولیک یا توربین هوایی Ram (RAT) نیز استفاده کنند. خروجی ژنراتور معمولاً 115-120V/400HZ AC ، 28V DC یا 14V DC است. برق ژنراتور ممکن است بدون تغییر استفاده شود یا از طریق ترانسفورماتورها ، یکسو کننده ها یا اینورترها جهت تغییر ولتاژ یا نوع جریان هدایت شود.
خروجی ژنراتور معمولاً به یک یا چند گذر توزیع هدایت می شود. قطعات جداگانه از گذرگاه با محافظت از مدار به شکل یک قطع کننده مدار یا فیوز موجود در سیم کشی تغذیه می شوند.
خروجی ژنراتور برای شارژ باتری (های) هواپیما نیز استفاده می شود. باتری ها معمولاً از انواع سربی-اسیدی یا NICAD هستند ، اما باتری های لیتیومی روز به روز رایج تر می شوند. از آنها برای راه اندازی هواپیما و به عنوان منبع اضطراری نیرو در صورت خرابی سیستم تولید یا توزیع استفاده می شود.
سیستم های الکتریکی اولیه هواپیما
برخی از هواپیماهای تک موتوره بسیار ساده دارای سیستم برقی نیستند. موتور پیستون مجهز به سیستم جرقه زنی مگنتو است که خودکار تغذیه می شود و مخزن سوخت به گونه ای قرار گرفته است که موتور را به طور گرانشی تغذیه می کند. هواپیما با استفاده از یک چرخ دنده و میل لنگ یا با "حرکت دستی" موتور راه اندازی می شود.
اگر بخواهید یک استارت برقی ، چراغ ، ابزارهای برقی پرواز ، وسایل ناوبری یا رادیوها وجود داشته باشد ، یک سیستم الکتریکی به یک ضرورت تبدیل می شود. در بیشتر موارد ، سیستم با استفاده از یک گذرگاه توزیع ، یک باتری و یک ژنراتور یا دینام با موتور واحد تغذیه DC می کند. مقررات ، به شکل سوئیچ روشن/خاموش ، برای جدا کردن باتری از گذرگاه و جداسازی ژنراتور/دینام از گذرگاه در نظر گرفته می شود. یک آمپرمتر ، بار سنج یا چراغ هشدار نیز برای نشان دادن خرابی سیستم شارژ تعبیه شده است. قطعات الکتریکی به نوار باس متصل می شوند که از قطع کننده مدار یا فیوزهایی برای محافظت از مدار استفاده می کند. ممکن است مقرراتی در نظر گرفته شود که به منبع تغذیه خارجی مانند باتری اضافی یا واحد قدرت زمینی (GPU) متصل شود تا به استارت موتور کمک کند یا در حالی که موتور در حال کار نیست ، برق را تأمین کند.
سیستم های الکتریکی پیشرفته هواپیما
سیستم های الکتریکی پیچیده تر معمولاً سیستم های ولتاژ چندگانه هستند که از ترکیبی از اتوبوس های AC و DC برای تغذیه اجزای مختلف هواپیما استفاده می کنند. تولید برق اولیه معمولاً AC با یک یا چند واحد اصلاح کننده ترانسفورماتور (TRU) است که تبدیل ولتاژ DC را برای تغذیه اتوبوس های DC فراهم می کند. تولید AC ثانویه از APU معمولاً برای استفاده در زمین در مواقع کار نکردن موتورها و برای استفاده در هوا در صورت خرابی قطعات ارائه می شود. تولید درجه سوم به شکل موتور هیدرولیک یا RAT نیز ممکن است در سیستم گنجانده شود تا در صورت خرابی های متعدد ، افزونگی ایجاد شود. قطعات ضروری AC و DC به اتوبوس های خاص متصل می شوند و تقریباً در همه شرایط خرابی ، نیروهایی برای تأمین برق این اتوبوس ها در نظر گرفته شده است. در صورت از بین رفتن تمام توان AC ، اینورتر استاتیک در سیستم گنجانده شده است تا گذرگاه Essential AC از باتری های هواپیما تغذیه شود.
مقررات قوی نظارت و هشدار خرابی سیستم در سیستم الکتریکی گنجانده شده است و در صورت لزوم به خلبانان ارائه می شود. هشدارها ممکن است شامل خرابی/خرابی ژنراتور ، خرابی TRU ، خرابی باتری ، خرابی/خرابی گذرگاه و نظارت بر قطع کننده مدار باشد ، اما محدود به آن نمی شود. سازنده همچنین روشهای دقیق جداسازی سیستم الکتریکی را ارائه می دهد تا در صورت آتش سوزی الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.
مطابق با مقررات قابل اجرا ، قطعاتی مانند ابزارهای آماده به کار و روشنایی مسیرهای اضطراری هواپیما دارای منبع تغذیه پشتیبان خود هستند در حالی که ژنراتورها منبع اصلی نیروی هواپیما هستند ، چندین منبع تکمیلی در هواپیما برای افزونگی ضروری هستند ، بنابراین GE بر روی تعدادی از فناوری های جدید از جمله سلولهای سوختی ، خازنهای فوق العاده و پرانرژی کار می کند. لیتیوم یون با چگالی بالا ...نتیجه تصویر برای سیستم قدرت هواپیما
یک هواپیما شامل دو مدار اصلی الکتریکی و یک مدار متناوب است. دو مدار ، یکی در هر طرف هواپیما ، به یک ژنراتور متصل است. این ژنراتور است که با استفاده از انرژی مکانیکی تامین شده توسط یکی از موتورها ، برق تولید می کند. این همان چیزی است که ما آن را تولید برق می نامیم. آبان 18 ، 1394 AP
برق مورد نیاز سیستمهای هواپیما، معمولاً از یکی از دو منبع مستقل زیر تأمین می شود:
ژنراتور: معمولا به تعداد موتورهای هواپیما ژنراتورهایی متصل به اونها وجود دارد که برق مورد نیاز هواپیما را تأمین می کنند که البته این برق AC است.
باتری ها: که برق آنها DCهست و برق اضطراری هم به آنها وصل است.
این دو معمولا در تمامی هواپیماها وجود دارد و مشترک است که در زیر به توضیح آنها می پردازیم:
هواپیماهای برق مستقیمتصویر
در موتورهای این نوع هواپیماها ژنراتور برق مستقیم نصب شده است. در بیشتر موارد این ژنراتور نقش استارتر را نیز ایفا می کند، به این صورت که از طریق دستگاه برق 28 ولت زمینی که از بیرون به هواپیما وصل می شود یا توسط باطریهای هواپیما که دارای ولتاژ 24هستند می توان موتورها را استارت زده و روشن کرد، پس از روشن شدن موتور این استارتر به طور خودکار به ژنراتور تبدیل شده، نیروی الکتریکی مورد نیاز هواپیما را تامین می کند.
آشنایی با سیستم برق هواپیماها(1)تصویر
ژنراتور سومی نیز به این ترمینال وصل می گردد که روی یک متور جت کوچک که معمولا در انتهای هواپیما قرار دارد نصب شده است. این موتور قادر است روی زمین برق هواپیما همچنین هوای لازم جهت تهویه هواپیما را تامین نماید، معمولا این موتور هنگام پرواز خاموش است ولی در صورت از دست رفتن ژنراتور اصلی هواپیما می تواند در پرواز نیز روشن و ژنراتور آن مورد استفاده قرار گیرد.این موتور APU نام دارد.
روی زمین می توان از دستگاه مولد زمینی 28 ولت نیز استفاده کرد که در این صورت نیازی به روشن کردن APU نبوده و باطری های هواپیما نیز مصرف نخواهند شد تا انرژی آنها جهت حالت اضطراری و همچنین ایستگاه هایی که مولد زمینی ندارند حفظ شود.
برق 28 ولت تولیدی از ترمینال اصلی به ترمینال های فرعی و از آن طریق به مصرف کننده ها داده می شود.
لازم به ذکر است برخی مصرف کننده های الکترونیکی نیاز به برق 115 ولت با فرکانس ثابت 400 هرتز دارند که برای تولید این برق از اینورتر استفاده می شود(اینورتر یک مبدل الکترونیکی است که برق 28 ولت مستقیم را به 115 ولت 400 هرتز تبدیل می کند). در شکل زیر اینورتر دیده می شود که یکی ترمینال سامانه های طرف خلبان و دیگری طرف کمک را تغذیه می نماید، در صورت از کار افتادن هریک از این اینورترها، اینورتر اضطراری را می توان جایگزین آن کرد که کلید تبدیل آن در شکل دیده می شود، روی زمین می توان دستگاه مولد 115 ولت 400 هرتز نیز به هواپیما وصل کرد که آن هم در سمت راست شکل دیده می شود.
هواپیماهای برق متناوب
آشنایی با سیستم برق هواپیماها
در این نوع هواپیماها از ژنراتورهای با خروجی 115 ولت 400 هرتز 3 فاز استفاده شده این هواپیما دو ژنراتور روی موتورها و ژنراتور سوم روی APU نصب شده که توسط سامانه کنترل خودکار ترمینال ها می توانند به ترمینال های مربوطه وصل شوند، ترمینال ها دارای سه فاز هستند که هر فاز به مصرف کننده مربوط خود متصل می شود. در این مثال در شرایط عادی ژنراتور شماره 1 ترمینال AC شماره 1 و همچنین ترمینال ضروری را تغذیه می کند و ژنراتور شماره 2 ترمینال AC شماره 2 را تغذیه می کند. ژنراتور شماره 3 نیز آماده است تا در صورت از کار افتادن هر یک از ژنراتورها به طور خودکار توسط سامانه کنترلی گفته شده جایگزین ژنراتور معیوب گردد، اصولا در شرایط عادی قبل از بلند شدن هواپیما، APU را خاموش می کنند، اگر از ژنراتور سوم به هر علتی نتوان استفاده نمود در صورت از کار افتادن هریک از ژنراتورها ژنراتور سالم به طور خودکار تمامی ترمینال ها را تغذیه خواهد نمود. هنگامی که هواپیما روی زمین باشد می توان از دستگاه مولد زمینی 115 ولت 400 هرتز 3 فاز استفاده نمود.
سیستم‌های الکتریکی از نظر سرویس‌دهی به دو گروه اصلی و اضطراری و از نظر ولتاژ الکتریکی به دو گروه AC و DC دسته‌بندی می‌شوند.
ژنراتورهای اصلی هواپیما برق سه فاز ۱۱۵/۲۰۰ VAC را در فرکانس ۴۰۰ هرتز را تولید می‌کنند.
در صورت قطع توان ژنراتورهای اصلی، ژنراتورهای اضطراری که شامل واحد توان کمکی و باتری‌ها هستند، وظیفه تأمین انرژی هواپیما را برعهده دارند.
برق جریان متناوب هواپیما در مواقع اضطراری از طریق ژنراتور APU تأمین می‌گردد.
این ژنراتور می‌تواند در حین پرواز جایگزین یک یا هردوی ژنراتورهای موتورگرد (اصلی) شود.
همچنین این ژنراتور در روی زمین هم در صورت نبودن منبع ولتاژ خارجی، برق هواپیما را تأمین می‌کند.
برق DC هواپیما توسط دو باتری تأمین می‌شود که هر کدام از آن‌ها توان نامی ۲۳ آمپر ساعت دارند.
این منابع تغذیه اصولاً برای موارد راه‌اندازی APU در پرواز و در روی زمین و تغذیه شبکه DC/AC اضطراری استفاده می‌شوند.
دلیل استفاده از برق 400 هرتز در هواپیما
در طراحی هواپیما مهندسین می بایست یکسری توافقات را به منظور موازنه بهینه در خصوص راه حل ها در نظر بگیرند که گاهی ممکن است بین یکی با دیگری تناقض بوجود آید. یک مثال خوب در این رابطه سیستم الکتریکی هواپیماست. کوچک وسبک تر شدن منابع تغذیه مزیت استفاده از سیستم برق 400هرتز به جای 60 هرتزمی باشد. داخل هواپیما که محدودیت جا وجود دارد این یک مزیت بسیارمهم بشمار می آید و کاهش وزن به منظور حصول حداکثر کارایی الزامی است. با این حال برای کاهش وزن بهایی باید پرداخت وآن بهره وری کمتر سیستم های الکتریکی فزکانس بالاست. حال اجازه دهید برای درک بهتر اهمیت موازنه در طراحی وارد مبحث سیستم های الکتریکی هواپیما شویم. هواپیماهای اولیه بدلیل اینکه فاقد تجهیزاتی بودند که مصرف کننده برق باشند نیازی به الکتریسیته نداشتند. تغییرات از دهه سوم قرن معاصر میلادی که هواپیماها مجهز به رادیوها وتجهیزات ناوبری که با جریانDCباطریها تغذیه می شدند شروع شد. پیشرفت های بعدی باعث شد ژنراتورهای کوچکی که توان DC(معمولا” 28 ولت ) تولید می کردند بکار گرفته شود. امروزه بجز هواپیماهای کوچک معمولی تمایلی به استفاده از سیستم های الکتریکی یکسویه وجود ندارد.همزمان با عصر ظهور موتورهای جت ، هواپیماها بصورت چشمگیری پیچیده شدند و طیف گسترده ای از تجهیزات الکتریکی بکار گرفته شد. هواپیما های مدرن نظامی با رادارهای قدرتمند ، حسگرها، تسلیحات ، ونمایشگرهای مدرن داخل کاکپیت تجهیز شده اند که برای کار نیاز به مقدار زیادی الکتریسیته دارند. هواپیماهای تجاری نیز برای سیستم های تهویه ، آشپزخانه ، نمایشگر های کاکپیت ، تجهیزات ارتباط رادیویی ، رادارهای هواشناسی و سیستم های سرگرمی داخل پرواز نیاز به توان الکتریکی دارند. منابع تغذیه DCجوابگوی نیازهای الکتریکی جهت تجهیزات عملیات پرواز ، راه اندازی ، تجهیزات گرمایی ، تجهیزات اویونیک ، چراغ های روشنایی داخل وخارج در هواپیماهای بزرگ نمی باشند.
این هواپیماها در عوض سیستم های الکتریکی AC را بکار می گیرند که معمولا” برق 115 ولت با فرکانس 400 هرتز تولید می کند. هواپیماها به تعدادی از سیستم های تولید الکتریسیته ، شامل هردوسیستم اصلی وجایگزین به منظور تغذیه بدون وقفه تجهیزات حیاتی در شرایط اضطراری مجهز هستند . توان اصلی) (mainمعمولا” توسط ژنراتورهای ACکه مستقیما” به موتورهای JETمتصل هستند فراهم می شود. هواپیماهای تجاری و بعضی از هواپیماهای نظامی به یک واحد تغذیه کمکی به نام APU (auxiliary power unit) مجهز هستند که اساسا” یک موتور جت کوچک است که از آن به عنوان یک منبع اضافی تولید توان استفاده می گردد. APU همیشه در حال کار و مکمل منبع تغذیه اصلی وهمچنین جایگزین آن در مواقع از دست دادن موتور می باشد.
APU
چنانچه APU هم از دست برود ، بسیاری از هواپیماها به یک منبع تغذیه دیگری به نام RAT (ram air turbine)که می تواند هنگام نیاز وارد عمل شود مجهز هستند. RAT در مواقع اضطراری برای تولید توان کافی به منظور پرواز هواپیما تا جایی که بتواند فرود امنی داشته باشد مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین RAT مانندAPUعمل می نماید. با این تفاوت که APU اساسا” یک موتور جت کوچک می باشد که برای تولید توان پشتیبان از همان سوخت معمول JETاستفاده می نماید ، ولی RATاز یک موتور ملخی تشکیل شده است که با جریان هوایی که از سرعت حرکت هواپیما تولید می شود می چرخد. این ملخ گردان ، توان لازم برای حرکت یک توربین را فراهم می نماید تا الکتریسیته ضروری که برای فعال نگه داشتن سیستم های حیاتی هواپیما مانند هیدرولیک ، تجهیزات کنترل پرواز وهمچنین دستگاههای کلیدی خودکار هواپیما(avionic)نیاز است را تولید کند. در شرایط عادی پرواز کل این مجموعه به داخل بدنه یا بال های هواپیما تا شده و مخفی می گردد.
RAT
ژنراتورهای هواپیما که با استفاده از یک آلترناتور، برق 115 ولت در فرکانس 400 هرتز تولید می کنند توان AC مورد نیاز را فراهم می نمایند. مزیت آلترناتورهای فرکانس بالا نیاز آن به حلقه های مسی کمتر برای تولید جریان الکتریکی مورد نیاز می باشد.این کاهش در مواد تشکیل دهنده به آلترناتورها اجازه می دهد تا ضمن کوچک شدن وزن وفضای کمتری را به خود اختصاص دهند.
گرچه فرکانس کاری قریب به اتفاق شبکه های توزیع برق 50 یا 60 هرتز می باشد با این وجود هواپیماهای بزرگ به طور معمول از سیستم های قدرت با فرکانس 400 هرتز بهره می گیرند. مطابق با یک قاعده مرسوم در طراحی هواپیما با کاهش یک پوند از وزن طراحی در واقع حداقل 5 پوند از وزن نهایی هواپیما کاسته می شود. دلیل این امر کاهش سوخت وهمچنین سبک تر شدن ساختار بدنه هواپیما برای حمل سوخت کمتر تا رسیدن به مقصد می باشد. از آنجایی که کاهش وزن ودر نتیجه کاهش هزینه های یک هواپیما اهمیت بسزایی دارد ، استفاده از ژنراتورهای الکتریکی سبک وکوچک 400 هرتز ، یک مزیت مهم در مقایسه با سیستم های 50 یا 60 هرتز به شمار می رود. با توجه به اینکه توان با ولتاژ متناسب است (P = VI)و طبق فرمول : Vl = L di/dt در یک میدان مغناطیسی با در نظر گرفتن قانون القای فاراده چنانچه فرکانس افزایش یابد ، dtکاهش یافته (f=1/t) یعنی سرعت قطع شار مغناطیسی توسط هادی بالارفته در نتیجه کاهش جریانی که به دلیل کاهش وزن سیم پیچ وهسته رخ می دهد را جبران می نماید پس برای داشتن یک توان ثابت ، با کاهش dt ، diنیز باید کاهش یابد واین بدان معنی است که جریان کمتری مورد نیاز است تا همان مقدار توان حاصل شود ودر نتیجه به میدان مغناطیسی که با هسته وسیم پیچ های کمتری ایجاد شده نیاز خواهد بود. واین یعنی کاهش وزن بنابراین ظرفیت ترابری هواپیما افزایش میابد.
حال به معایب کار در فرکانس 400 هرتز می پردازیم ، اشکال کار در فرکانس 400 هرتز این است که سیستم های فرکانس بالا دچار افت ولتاژ می شوند. مهمترین این افت ها از افت راکتیو نتیجه می شود. تلفات به دو دلیل یک طول هادی و دیگری فرکانس داخل هادی می باشد. با افزایش فرکانس افت ولتاز بیشتری اتفاق می افتد. در فرکانس 400 هرتز افت راکتیو می تواند تا هفت برابر بزرگتر از فرکانس 60 هرتز باشد .
این اختلاف به فهم اینکه چرا درشبکه های توزیع برق ازفرکانس 60هرتز به جای 400 هرتز داخل هواپیما استفاده می شود کمک می کند. فرکانس پائین تر افت توان را در مسافت های طولانی کاهش می دهد. طول هواپیما در مقایسه با ابعاد شبکه توزیع دلیل خوبی است که از افت ناشی از فرکانس 400 هرتز در مقایسه با مزیت دیگر آن بطور کامل چشم پوشی کنیم. در پایان به این نکته نیز باید توجه نمود که با توجه به مزیت فرکانس بالا برای استفاده در هواپیما چرا از فرکانس های بالاتر از 400 هرتز استفاده نمی گردد تا سیستم های الکتریکی داخل هواپیما فوق العاده سبکتر شود ، دلیل آن این است که فرکانس 400 هرتز بهینه بوده و در صورت بکارگیری فرکانس های بیشتر از آن ، مدارات شروع به تشعشع می نمایند که خود باعث ایجاد اختلال در عملکرد سیستم های الکترونیکی خواهد شد.
در حال حاضر ، DC آسان تر از AC تولید می شود و به راحتی به AC برعکس می شود
برای تولید AC با فرکانس خاص ، به یکی از موارد زیر نیاز دارید
موتوری که با سرعت ثابت می چرخد.
یک جعبه انتقال متغیر که سرعت چرخش را عادی می کند.
DC را به نحوی تولید کنید و سپس آن را به AC معکوس کنید.
ژنراتور در تصویر معمولی برای هواپیماهای تک راهرو و بسیاری از هواپیماهای دو راهرو است و دارای رتبه قدرت زیر است:
رتبه: 90 کیلو ولت آمپر
5 دقیقه. امتیاز: 112.5kVA
5 ثانیه امتیاز: 150kVA
فرکانس: 400 ± 5Hz (3)
ولتاژ: 115/200V
اندازه: 375L × 460W × 330Hmm
وزن: 54.0 کیلوگرم (خشک)
.
تصویر

ارسال پست