система генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту самолета

Формула изобретения

1. Система для генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту летательного аппарата "безотводного" типа, то есть с архитектурой электропитания без пневматических контуров, характеризующаяся тем, что содержит первые цепи распределения электроэнергии для подачи электропитания на нагрузки большой мощности, специфичные для летательного аппарата "безотводного" типа, включающие двигатели компрессоров системы кондиционирования воздуха; и вторые цепи распределения электроэнергии для подачи электропитания на другие нагрузки, которые являются обычными нагрузками и включают в себя по меньшей мере одну из следующих нагрузок: техническая нагрузка, авиационное электронное оборудование, освещение, топливный насос, коммерческая нагрузка, причем первые и вторые цепи распределения электроэнергии разделены и получают питание от отдельных генераторов (SG-B, SG-Y; SG-G1, SG-G2), приводимых в действие двигателями летательного аппарата (Eng1, Eng2), в конфигурации нормальных условий работы.

2. Система по п.1, характеризующаяся тем, что содержит, по меньшей мере, две указанные первые цепи (В, Y) распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности и, по меньшей мере, две указанные вторые цепи (Gl, G2) распределения электроэнергии для других нагрузок.

3. Система по п.1, в которой каждая указанная первая цепь (В, Y) представляет собой трехфазную систему переменного напряжения 115 или 230 В.

4. Система по п.3, в которой частота составляет от 360 до 800 Гц.

5. Система по п.3, в которой частота составляет от 800 до 2000 Гц.

6. Система по п.3, в которой частота для указанных первых цепей составляет от 800 Гц до 2 кГц, а частота для указанных вторых цепей составляет от 360 до 800 Гц.

7. Система по п.2, в которой каждый генератор (SG-B, SG-Y) для указанной первой цепи представляет собой многофазное устройство, количество фаз которого равно или больше трех.

8. Система по п.7, в которой количество фаз равно пяти или шести.

9. Система по п.1, в которой каждая указанная первая цепь включает в себя один или два многофазных выпрямительных моста с шестью или более диодами для преобразования трехфазного переменного напряжения 230 В в постоянное напряжение +/- 270 В (RU-B1, RU-B2, RU-Y1, RU-Y2).

10. Система по п.1, в которой все генераторы идентичны друг другу.

11. Система по п.10, в которой каждый генератор представляет собой бесщеточный трехфазный синхронный генератор реверсивного или другого типа.

12. Система по п.11, в которой каждый генератор представляет собой генератор, генерирующий 115 или 230 В переменного напряжения с частотой от 360 до 800 Гц.

13. Система по п.1, характеризующаяся тем, что содержит две указанные первые цепи (В, Y) распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности, две указанные вторые цепи (G1, G2) распределения электроэнергии для других нагрузок.

14. Система по п.13, в которой каждая указанная первая цепь распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности содержит электрический стартер-генератор (SG-B; SG-Y), шинопровод переменного тока (АС-В; AC-Y), два простых шестидиодных выпрямительных моста с уменьшенной фильтрацией (RU-B1, RU-B2; RU-Y1, RU-Y2), два шинопровода постоянного тока (DC-B1, DC-B2; DC-Y1, DC-Y2), два обратных преобразователя с уменьшенной фильтрацией (MCU-B1, MCU-В2; MCU-Y1, MCU-Y2), трансформатор-выпрямитель (TRU-B, TRU-Y), шинопровод (DC-B; DC-Y), батарею (ВАТТ-В, BATT-Y).

15. Система по п.13, в которой каждая указанная вторая цепь распределения электроэнергии для других нагрузок содержит электрический стартер-генератор (SG-G1, SG-G2), шинопровод переменного тока (AC-G1; AC-G2), преобразователь (ATU-G1; ATU-G2), шинопровод переменного тока (АС-1; АС-2).

16. Система по п.13, характеризующаяся тем, что содержит первую объединительную коробку, которая сводит вместе две указанные первые цепи (В1 и В2), вторую объединительную коробку, которая сводит вместе две указанные первые цепи (Y1 и Y2), третью объединительную коробку, которая сводит вместе указанные вторые цепи (G1 и G2) с напряжением 230 и 115 В переменного напряжения и цепи постоянного напряжения 28 В (DC-B и DC-Y), и аварийную резервную объединительную коробку.

17. Система по п.1, характеризующаяся тем, что содержит четыре указанные первые цепи распределения электроэнергии (В1, В2, Y1, Y2) для нагрузок большой мощности, две указанные вторые цепи распределения электроэнергии (G1, G2) для других нагрузок.

18. Система по п.17, характеризующаяся тем, что содержит шесть идентичных стартеров-генераторов (SG-B1, SG-G1, G-G1, G-G2, SG-B2, SG-Y2).

19. Система по п.17, характеризующаяся тем, что содержит первую объединительную коробку, которая сводит вместе две первые цепи (В1 и В2), вторую объединительную коробку, которая сводит вместе две другие первые цепи (Y1 и Y2), третью объединительную коробку, которая сводит вместе вторые цепи (G1 и G2) с переменным напряжением 230 и 115 В, и цепи постоянного напряжения 28 В (DC-B и DC-Y), и аварийную резервную объединительную коробку.

20. Система по п.17, характеризующаяся тем, что содержит переход между стартерами-генераторами и соответствующими объединительными коробками в разных положениях в фюзеляже.

21. Система по п.1, характеризующаяся тем, что содержит четыре оптимизированные первые цепи распределения электроэнергии (B1, B2, Y1, Y2) для нагрузок большой мощности, две вторые цепи распределения электроэнергии (G1, G2) для других нагрузок.

22. Система по п.21, характеризующаяся тем, что содержит четыре мощных стартера-генератора (SG-B1, SG-Y1, SG-B2, SG-Y2), специально выделенных для оптимизированных первых цепей, и два обычных генератора (G-G1, G-G2).

23. Система по п.22, в который основной каскад стартеров-генераторов содержит многофазный синхронный генератор переменного напряжения: трехфазный, пятифазный, шестифазный или с двумя трехфазными системами с разностью между углами фаз 30°.

24. Система по п.22, в которой обычные генераторы представляют собой трехкаскадные бесщеточные трехфазные синхронные устройства.

25. Система по п.21, в которой используется диапазон частоты переменного напряжения от 800 до 2000 Гц для цепей распределения электроэнергии, для оптимизированных нагрузок большой мощности.

26. Система по п.21, характеризующаяся тем, что содержит первую объединительную коробку, которая сводит вместе две первые цепи (B1 и B2), шинопровод постоянного тока (DC-B12) и трехфазный обратный преобразователь (INV-B), вторую объединительную коробку, которая сводит вместе две другие первые цепи (Y1 и Y2), шинопровод постоянного тока (DC-Y12) и трехфазный обратный преобразователь (INV-Y), первую полупанель (АС1), которая сводит вместе технические шинопроводы с переменным напряжением 115 В (АС-В и AC-G1) и коммерческие шинопроводы (СОМ-В и COM-G1), вторую полупанель (АС2), которая сводит вместе технические шинопроводы с переменным напряжением 115 В (AC-G2 и AC-Y) и коммерческие шинопроводы (СОМ-G2 и COM-Y), третью полупанель (DC1), которая сводит вместе шинопроводы (DC-B, DC-G11 и DC-G1), преобразователи энергии (BBCU-В, BBCU-G1), трансформатор-выпрямитель (TRU-G1), четвертую полупанель (DC2), которая сводит вместе шинопроводы (DC-G2, DC-Y и DC-G22), преобразователи энергии (BBCU-G1, BBCU-Y), трансформатор-выпрямитель (TRU-G2).

27. Система по п.21, характеризующаяся тем, что содержит исполнительные элементы с прерывистым потреблением энергии, получающие питание от батареи (ВАТТ-В), конструкция и размеры которой выбраны таким образом, чтобы обеспечить подачу питания для высоких, но коротких прерывистых пиков потребления энергии.

28. Система по п.1, характеризующаяся тем, что летательный аппарат представляет собой самолет.

29. Летательный аппарат, характеризующийся тем, что содержит систему по п.1.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту самолета.

Рассматриваемый самолет предпочтительно представляет собой самолет, в котором системы, не связанные с двигательной установкой, в принципе, получают электрическое питание, такой как самолет, называемый "безотводным", то есть самолет, который имеет архитектуру электрического питания без пневматических цепей.

В остальной части описания для простоты самолет "безотводного" типа рассматривается как пример.

Уровень техники

Системы, не относящиеся к двигательным установкам, в существующих конструкциях самолета получают питание от трех контуров, которые отбирают энергию от реактивных двигателей: контур гидравлического питания, контур электрического питания и контур пневматического питания.

Гидравлическая энергия в основном используется для подвода энергии к первичным и вторичным исполнительным механизмам управления полетом, системам выпуска и убирания посадочных шасси, системам направления переднего колеса и системам торможения.

Электрическое питание в основном используется для подачи питания к техническим нагрузкам, таким как авиационное электронное оборудование, освещение, топливные насосы и различные вентиляторы, а также к коммерческим нагрузкам, таким как служба обеспечения бортовым питанием (области кухни или "кухни-буфета"), а также для систем развлечения пассажиров.

Пневматическое питание в основном используется для подачи воздуха под давлением в кабину и для системы кондиционирования, для систем защиты от обледенения крыла и гондолы двигателя, а также для запуска двигателей.

В последнее время появились новые конструкции систем, не связанных с двигательными установками, в которых требуется большая степень использования электрической энергии, в контексте исследовательских проектов или предпроектных конструкторских исследований. Такие как:

- гидравлический контур и системы сервоуправления, связанные с ним, могут быть заменены электрическими исполнительными механизмами;

- отбор воздуха из двигателя, обеспечивающий питание модулей кондиционирования воздуха ("узлы охлаждения") и системы предотвращения обледенения крыла, может быть исключен и заменен более мощными системами генерирования электричества.

В последнем случае архитектура называется "безотводной". Существует описание, содержащее сравнение такой структуры с обычной конструкцией самолета в документе [1], ссылка на который сделана в конце описания. Как показано на фиг.1, такая "безотводная" архитектура включает в себя, в частности, следующее оборудование:

- два стартера-генератора SG-B1 и SG-B2, приводимые в движение от одного и того же двигателя Eng-1, каждый из которых подает энергию в шинопровод АС-В1 или АС-В2 в виде трехфазного переменного напряжения 230 В, частота которого изменяется от 360 до 800 Гц,

- по этим щинопроводам АС-В1 и АС-В2 энергию от стартеров-генераторов распределяют непосредственно к сбалансированным трехфазным нагрузкам, получающим питание с переменным напряжением 230 В, например к нагревающим сопротивлениям, предотвращающим формирование обледенения на передней кромке крыльев, представленным на схеме двумя полумесяцами WIPS-B1 и WIPS-B2,

- автотрансформатор ATU-B2, который преобразует переменное напряжение 230 В в переменное напряжение 115 В для подачи питания к трехфазным или однофазным нагрузкам на 115 В, обычно меньшей мощности, чем нагрузки с питанием 230 В, через шинопровод АС-2,

- модули автотрансформатора-выпрямителя ATRU-B1 и ATRU-B2, которые преобразуют трехфазное переменное напряжение 230 В из щинопроводов АС-В1 и АС-В2 в двухфазное постоянное напряжение +/-270 В, подаваемое в шинопроводы DC-B1 и DC-В2,

- обратные преобразователи MCU-B1 и MCU-B2, соединенные с высоким постоянным напряжением +/-270 В, которые обеспечивают питание и управление напряжением и током модулей компрессора с электродвигателем САС-1 и САС-2 системы кондиционирования воздуха ECS1 для регулирования их скорости и крутящего момента,

трансформатор-выпрямитель TRU-B, который преобразует трехфазное переменное напряжение 230 В в однофазное постоянное напряжение 28 В, которое подается к маломощному авиационному электронному оборудованию через шинопровод DC-B,

- зарядное устройство батареи ВС-В и батарея В, соединенные с шинопроводом НОТ-В, в который постоянно подается питание от батареи.

На фиг.1, а также на следующих фигурах компоненты, обозначенные, например, как SC/B1, SC/B2 , представляют собой контакторы, которые обеспечивают возможность соединения или разрыва соединения между различными компонентами, определенными выше.

Схематично основная система генерирования электропитания для такой существующей конструкции системы основана, в случае самолета с двумя двигателями, как показано на фиг.2, на четырех каналах B1, В2, Y1 и Y2 распределения, которые комбинируют электрические нагрузки, называемые "обычными", с новыми, так называемыми "силовыми" электрическими нагрузками, которые являются специфичными для самолета с "безотводной" системой. В такой системе генерирования используются компоненты в архитектуре, показанной на фиг.1, вместе с другими компонентами, которые используются с тем же назначением, что и эти компоненты, которые называются аналогично. На этом чертеже также показаны два стартера-генератора ASG-B и ASG-Y, приводимые в движение от вспомогательной силовой установки APU-GT. Эти два вспомогательных стартера-генератора могут подавать питание в шинопроводы АС-В1, АС-В2, AC-Y1 и AC-Y2, когда основные стартеры-генераторы недоступны. Резервный аварийный генератор Emer-G, получающий питание от турбины с воздушным приводом (RAT (ПВТ) или "турбина"), может подавать питание в случае потери питания от основной системы генерирования в шинопровод AC-EMER с трансформатором-выпрямителем TRU-E, который установлен между этим шинопроводом AC-EMER и щинопроводом постоянного тока DC-E.

На фиг.2 входы ЕР-В, ЕР-В2, EP-Y1 и EP-Y представляют собой соединения с заземлением для подключения внешних электрических силовых модулей к земле.

Такая существующая система генерирования, преобразования и распределения электроэнергии ниже называется системой "4М", где М обозначает "Смешанная", что относится к четырем каналам B1, B2, Y1 и Y2, которые смешивают силовые нагрузки и обычные нагрузки.

Основной недостаток архитектуры такой существующей системы "4М" состоит в необходимости использования тяжелого электрического оборудования в основном из-за ограничений по качеству электрического питания, установленных авиационными стандартами или директивами самих производителей самолетов.

Таким образом, текущие ограничения по низкому уровню подавления гармоник требуют, например, для преобразования трехфазного переменного напряжения 230 В в +/-270 В постоянного напряжения использовать так называемый "ATRU" (МАТВ) - "автотрасформатор-выпрямитель", состоящий из автотрансформатора с разностью угла фазы 40 градусов, как описано в ссылочном документе [2], и выпрямительный мост из восемнадцати диодов, как описано в ссылочном документе [3].

Кроме того, существующие ограничения требуют использовать крупные пассивные компоненты фильтров, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, на входах и выходах электрического оборудования, такого как генераторы, силовые электрические преобразователи, обратные преобразователи и электрические нагрузки. Такие фильтрующие компоненты требуются для того, чтобы гармоники, генерируемые силовыми нагрузками (кондиционирование воздуха и т.д.), не создавали помехи для обычных нагрузок.

Кроме того, электрические цепи такой архитектуры "4М", основное напряжение которой составляет переменное напряжение 230 В, требуют преобразования энергии, подаваемой из внешних наземных модулей, которая в настоящее время представляет собой переменное напряжение 115 В. Существующие решения предлагают конкретные варианты преобразования через автотрансформаторы между шинопроводами переменного напряжения 230 В и переменного напряжения 115 В или через обмотки внутреннего автотрансформатора выпрямителя "МАТВ".

Таким образом, использование электрических систем в новом самолете требует, чтобы архитектура электрических цепей была по-новому определена, поскольку существующее переменное напряжение 115 В и постоянное напряжение 28 В больше не соответствуют требованиям питания. Логический подход мог бы состоять в повышении напряжения и использовании выпрямителей и обратных преобразователей для привода и управления вращением электрических двигателей. Однако архитектура, соответствующая такому решению, приводит к существенному увеличению веса самолета.

Назначение изобретения, таким образом, состоит в том, чтобы предложить конструкцию архитектуры, которая была бы более легкой благодаря отделению нагрузок, которые производят гармоническое "загрязнение" от нагрузок, для которых требуется высококачественное напряжение.

Сущность изобретения

Изобретение относится к системе для генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту летательного аппарата, например самолета "безотводного" типа; то есть которая имеет архитектуру электропитания без пневматических контуров. Система характеризуется тем, что цепи распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности, специфичных для летательного аппарата "безотводного" типа, и цепи распределения электроэнергии для обычных нагрузок, включающих в себя технические нагрузки, такие как авиационное электронное оборудование, освещение, топливные насосы и коммерческие нагрузки, разделены и получают питание от отдельных генераторов, приводимых в движение двигателями летательного аппарата.

В предпочтительных формах конструкции такая система включает в себя:

- по меньшей мере, две первые цепи распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности, и

- по меньшей мере, две вторые цепи распределения электроэнергии для обычных нагрузок.

Каждая первая цепь предпочтительно представляет собой трехфазную систему переменного напряжения 115 В или 230 В. Частота может составлять от 360 Гц до 800 Гц или от 800 Гц до 2000 Гц.

Частота для силовых цепей предпочтительно составляет от 800 Гц до 2 кГц, и частота для обычных цепей составляет от 360 Гц до 800 Гц.

Каждый генератор для такой первой цепи предпочтительно представляет собой многофазное устройство, количество фаз которого равно или больше трех. Каждая первая цепь включает в себя один или два многофазных выпрямительных моста с шестью или больше диодами для преобразования трехфазного переменного напряжение 230 В в постоянное напряжение +/-270 В.

Предпочтительно все генераторы идентичны друг другу. Каждый генератор представляет собой бесщеточный трехфазный синхронный генератор реверсивного или другого типа, который генерирует 115 В или 230 В переменного напряжения с частотой от 360 Гц до 800 Гц.

В первом примере варианта конструкции (архитектура "2Р2С") система в соответствии с изобретением включает в себя:

- две цепи распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности,

- две цепи распределения электроэнергии для обычных нагрузок.

Каждая цепь распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности включает в себя:

- электрический стартер-генератор,

- два простых шестидиодных выпрямительных моста с уменьшенной фильтрацией,

- два первых шинопровода постоянного тока,

- два обратных преобразователя с уменьшенной фильтрацией,

- трансформатор-выпрямитель,

- второй шинопровод постоянного тока,

- батарею.

Каждая цепь распределения электроэнергии для обычных нагрузок включает в себя:

- электрический стартер-генератор,

- первый шинопровод переменного тока,

- преобразователь,

- второй шинопровод переменного тока.

Такая система предпочтительно включает в себя:

- первую объединительную коробку, которая сводит вместе две первые силовые цепи,

- вторую объединительную коробку, которая сводит вместе две вторые силовые цепи,

- третью объединительную коробка, которая сводит вместе обычные цепи с напряжением 230 В и 115 В переменного напряжения и цепи постоянного напряжения 28 В, и

- аварийную резервную объединительную коробку.

Во втором примере варианта конструкции (архитектура "4Р2С") система в соответствии с изобретением включает в себя:

- четыре цепи распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности,

- две цепи распределения электроэнергии для обычных нагрузок.

Она включает в себя шесть идентичных стартеров-генераторов и два автотрансформатора.

Она предпочтительно включает в себя:

- первую объединительную коробку, которая сводит вместе две первые силовые цепи,

- вторую объединительную коробку, которая сводит вместе две вторые силовые цепи,

- третью объединительную коробку, которая сводит вместе обычные цепи с переменным напряжением 230 В и 115 В, и цепи постоянного напряжения 28 В, и

- аварийную резервную объединительную коробку.

Она предпочтительно включает в себя переход между стартерами-генераторами и соответствующими объединительными коробками в разных положениях в фюзеляже.

В третьем примере варианта конструкции (архитектура "4Р*2С") система в соответствии с изобретением включает в себя:

- четыре оптимизированные цепи распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности,

- две цепи распределения электроэнергии для обычных нагрузок.

Она предпочтительно включает в себя четыре мощных стартера-генератора, специально выделенных для оптимизированных мощных цепей, и два обычных генератора. Основной каскад стартеров-генераторов предпочтительно включает в себя многофазный синхронный генератор переменного напряжения с множеством фаз, количество которых равно или больше трех, в конкретных случаях с пятью или шестью фазами, где такой основной каскад также может состоять из двух 30° трехфазных систем. Обычные генераторы могут быть трехкаскадными бесщеточными трехфазными синхронными устройствами. Используется диапазон частоты переменного напряжения от 800 до 2000 Гц для оптимизированных цепей распределения электроэнергии для нагрузок большой мощности.

Эта система предпочтительно включает в себя:

- первую объединительную коробку, которая сводит вместе две силовые цепи, шинопровод постоянного тока и трехфазный обратный преобразователь,

- вторую объединительную коробку, которая сводит вместе две силовые цепи, шинопровод постоянного тока и трехфазный обратный преобразователь,

- первую полупанель, которая сводит вместе технические шинопроводы с переменным напряжением 115 В и коммерческие шинопроводы,

- вторую полупанель, которая сводит вместе технические шинопроводы с переменным напряжением 115 В и коммерческие шинопроводы,

- третью полупанель, которая сводит вместе шинопроводы, преобразователи энергии и трансформатор-выпрямитель,

- четвертую полупанель, которая сводит вместе шинопроводы, преобразователи энергии и трансформатор-выпрямитель.

При сравнении с существующими системами система в соответствии с изобретением предлагает следующие предпочтительные характеристики:

- архитектуру генерирования и преобразования электроэнергии, которая разделена на две отдельные цепи распределения - нагрузки, которые генерируют гармоническое "загрязнение", и нагрузки, которые требуют высококачественного напряжения,

- архитектуру генерирования и преобразования электроэнергии, которая повышает надежность, безопасность и доступность благодаря большему количеству основных источников электроэнергии для улучшенного разделения цепей распределения и повышения избыточности,

- разделение и изменение конфигурации системы генерирования, запуска, преобразования и распределения электроэнергии на три отдельные "синюю", "зеленую" и "желтую" электрические цепи, каждая из которых разделяется на две подцепи, причем энергию в первую подцепь подают от первого двигателя, а энергию во вторую подцепь подают от второго двигателя,

- архитектуру генерирования и преобразования электроэнергии, которая обеспечивает технологическую разнородность основных источников электроэнергии для улучшения безопасности подачи энергии в критические нагрузки,

- использование электрических стартеров-генераторов более высокой частоты для улучшения отношения мощность/вес и уменьшения объемов по сравнению с существующими электрическими генераторами IDG (или ГВП, "Генераторы со встроенным приводом"), VSCF (или ПСПЧ, "С переменной скоростью с постоянной частотой"), VFG (или ГПЧ, "Генераторы с переменной частотой"), VFSG (или СГПЧ, "Стартеры - генераторы с переменной частотой")),

- уменьшение массы стартера-генератора для каждой цепи питания в результате ослабления конструктивных ограничений, связанных с качеством напряжения в сети,

- уменьшение массы компонентов фильтрации, связанное с электронными силовыми обратными преобразователями и выпрямителями, благодаря разделению "силовой цепи" с мощными электронными средствами, создающими помехи, от "обычной цепи" с нагрузками, для которых требуется электрическое питание высокого качества,

- уменьшение массы фильтрующих компонентов, связанное с силовыми электронными обратными преобразователями и выпрямителями, благодаря более высокому частотному диапазону напряжения, генерируемого более высокоскоростными стартерами-генераторами,

- использование простых, легких выпрямительных мостов с уменьшенной фильтрацией вместо тяжелых и сложных МАТВ ("модулей автотрансформатор -выпрямитель"),

- увеличение отношения мощность/вес электрогенераторов, приводимых в движение вспомогательными силовыми модулями питания, благодаря использованию более высокой скорости вращения,

- использование стартеров-генераторов, состоящих из многофазных синхронных устройств с больше чем тремя фазами, в жизнеспособной архитектуре самолета.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано схематичное представление цепи электропитания связанной с двигателем, которая соответствует существующей архитектуре "4М".

На фиг.2 показано схематичное представление системы генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска, которая построена в соответствии с существующей архитектурой "4М".

На фиг.3 показано схематичное представление цепи электропитания, связанной с двигателем, которая построена в соответствии с первым вариантом выполнения архитектуры согласно изобретению.

На фиг.4 показано схематичное представление данного первого примера варианта выполнения для архитектуры "2Р2С" в соответствии с изобретением.

На фиг.5 показано схематичное представление второго примера варианта конструкции для архитектуры согласно изобретению: архитектура "4Р2С".

На фиг.6 показано схематичное представление третьего примера варианта конструкции архитектуры по изобретению: архитектура "4Р*2С".

Подробное описание изобретения

В системе генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту самолета в соответствии с изобретением используются отдельные электрические цепи распределения для силовых нагрузок, с одной стороны, и для обычных нагрузок, с другой стороны. В эти отдельные цепи электроэнергия поступает от отдельных генераторов, приводимых в движение двигателями самолета. Данный двигатель, однако, может приводить в движение несколько генераторов.

По сравнению с существующей описанной выше архитектурой "4М" разделение нагрузок, которые генерируют гармоническое "загрязнение", и нагрузок, которые требуют высококачественного напряжения, в отдельные электрические цепи распределения означает, что ограничения на фильтрацию, накладываемые обычными нагрузками в силовых цепях в существующем самолете, могут быть устранены.

Такая система, в случае самолета с двумя двигателями, состоит из

- одной или больше электрических цепей распределения для нагрузок с большой мощностью, называемых "Р",

- одной или больше электрических цепей распределения для обычных нагрузок, называемых "С".

Таким образом, примеры вариантов воплощения для такой новой архитектуры далее называются в соответствии с количеством силовых цепей и обычных цепей "2Р2С", "4Р2С" и "4Р*2С".

Система в соответствии с изобретением позволяет уменьшить общую массу электрической системы и количество элементов электрического оборудования в самолете, а именно основных и вспомогательных стартеров-генераторов, статических преобразователей электропитания, выпрямителей, обратных преобразователей и трансформаторов, путем уменьшения их соответствующих компонентов фильтрации.

Различные режимы конструкции системы в соответствии с изобретением и используемого оборудования будут проанализированы ниже. Такие варианты воплощения относятся к

- архитектуре силовой цепи,

- системе генерирования для силовой цепи,

- преобразователям для силовой цепи,

- обычной цепи.

Выбор одного из вариантов воплощения зависит от преимуществ, которые ожидается получить.

Все следующее описание выполнено для случая, включающего в себя основной модуль генерирования, который приводится в движение с помощью двигателей, но также действительно для вспомогательных модулей генерирования, приводимых в движение от вспомогательного силового модуля (APU, ВСМ) с турбинным двигателем или модуля типа топливного элемента, или для аварийного резервного модуля генерирования от турбины с воздушным приводом, батареи или модуля типа топливного элемента.

1. Архитектура силовой цепи

Как показано на фиг.3, в силовой цепи по причинам, связанным со стоимостью технического обслуживания, и для того, чтобы свести к минимуму количество электрических генераторов, один стартер-генератор SG-B подает питание через основную шину АС-В электропитания переменного напряжения ко всем силовым нагрузкам, представленным системой WIPS-B защиты от обледенения крыла и двумя цепями силового питания с выпрямителями RU-B1 и RU-B2, и двумя обратными преобразователями MCU-B1 и MCU-B2 для модулей двигателей компрессоров САС1 и САС2 системы ECS1 кондиционирования воздуха.

В другом варианте воплощения, как представлено на фиг.5 и 6, для предотвращения неполного использования генераторов обычной цепи в случае, когда они представляют собой генераторы идентичного размера с генераторами силовой цепи, используют два генератора для подачи питания в две отдельные силовые цепи. Такое разделение системы генерирования на несколько подсистем генерирования означает, что диаметр каждого из генераторов может быть уменьшен. В результате этого получают:

- общий диаметр гондолы двигателя и поэтому аэродинамическое сопротивление могут быть уменьшены,

- количество источников электроэнергии увеличивается, что обеспечивает повышенную избыточность и улучшенное разделение электрических цепей,

- надежность и безопасность электрического питания для систем пользователя улучшается, а также повышается рабочая надежность и доступность самолета,

- соединение такой архитектуры генерирования электроэнергии с архитектурой управления полетом при использовании электрических исполнительных механизмов упрощается в результате увеличения количества источников электропитания.

2. Система генерирования для силовой цепи

Для того чтобы сохранить возможность взаимного соединения с обычной цепью, каждая силовая цепь представляет собой трехфазную систему переменного напряжения, с или без распределенной нейтрали, с напряжением 115 В или 230 В для предотвращения чрезмерной массы проводов, в зависимости от требуемой мощности систем пользователя, с постоянной частотой, равной 400 Гц или переменной частотой от 360 до 800 Гц.

Для уменьшения массы стартеров-генераторов при заданной мощности повышение электрической частоты может быть получено

- путем увеличения скорости вращения, или

- путем увеличения количества пар полюсов, или

- путем комбинирования этих двух решений.

Частота, таким образом, может меняться от 800 до 2000 Гц, что соответствует частоте для восьмиполюсного стартера-генератора, работающего со скоростью 12000 и 30000 оборотов в минуту. Такое увеличение частоты означает, что количество и поэтому вес фильтрующих компонентов для статических электронных преобразователей каждой силовой цепи можно уменьшить.

Снижение ограничений по качеству напряжения силовой цепи возможно: это позволяет увеличить отношение мощность/вес стартеров-генераторов, благодаря фокусированию на геометрической конструкции и учету веса, без необходимости учета ограничения по внутренним электрическим параметрам.

Для увеличения отношений мощность/вес и мощность/объем и для того, чтобы оптимизировать структуру выпрямления, каждый генератор для силовой цепи предпочтительно построен с использованием многофазного устройства, количество фаз которого равно или больше трех и предпочтительно равно пяти или шести.

3. Преобразователи для силовой цепи

Функция преобразования-выпрямления, преобразующая трехфазное первичное переменное напряжение 230 В в постоянное напряжение +/-270 В, необходимое в электрическом регуляторе скорости, предпочтительно обеспечивается с использованием легкого и простого шестидиодного трехфазного выпрямительного моста в случае архитектуры "2Р2С" и "4Р2С", в то время как тяжелый и сложный восьмидиодный выпрямитель с автотрансформатором и межфазной индуктивностью необходимы в архитектуре "4М", для того чтобы удовлетворять обычным стандартам качества цепи.

В случае многофазного модуля генерирования с количеством фаз, большим трех, как описано выше, многофазный выпрямитель без автотрансформатора уменьшает пульсацию его выходного напряжения и передает в цепь меньшее количество поступающих в него гармоник.

Если, как описано выше, существует возможность снижения качества напряжения в силовых цепях, при этом статические фильтры мощного электронного преобразователя, обратные преобразователи или прерыватели, соединенные с силовыми цепями, можно свести к минимуму. Такое уменьшение количества фильтров, которое не зависит от уменьшения количества описанных выше компонентов фильтрации, можно скомбинировать с последним.

4) Обычная цепь

Все генераторы, подающие энергию в силовые цепи или подающие энергию в обычные цепи, предпочтительно могут быть идентичными по причинам, связанным со стоимостью технического обслуживания, и для поддержания взаимозаменяемости друг с другом. Эти генераторы могут быть бесщеточными трехкаскадными трехфазными синхронными генераторами, называемыми ГПЧ ("Генераторы переменной частоты"), или такими генераторами, которые имеют функцию реверсивной работы так, что они могут выполнять функцию электрического запуска двигателя, называемую СГПЧ ("Стартеры -генераторы с переменной частотой"). Генератор, который обеспечивает трехфазное переменное напряжение 115 В при постоянной частоте 400 Гц или с частотой, изменяющейся в диапазоне от 360 до 800 Гц, означает, что функция преобразования переменного напряжения 230 В в переменное напряжение 115 В, обычно выполняемая с помощью специального автотрансформатора, может быть выполнена без него.

Но два различных типа генераторов также можно использовать для силовых цепей и обычных цепей, для того чтобы обеспечить технологическое различие между основными источниками электроэнергии, поддерживая, таким образом, улучшенную безопасность источника питания для критических нагрузок.

Три примера вариантов конструкции для систем, соответствующих изобретению, будут описаны ниже, называемые "2Р2С", "4Р2С" и "4Р*2С", которые выбраны из различных упомянутых выше вариантов конструкции. Эти варианты конструкции описаны в порядке повышения сложности, то есть в порядке ввода модификаций с повышающейся сложностью.

А. Первый пример: архитектура 2Р2С

Такая архитектура "2Р2С" в случае самолета с двумя двигателями состоит из:

- двух электрических цепей распределения для нагрузок большой мощности, называемых "Р",

- двух электрических цепей распределения для обычных нагрузок, называемых "С".

На фиг.4, таким образом, представлены четыре идентичных стартера-генератора SG-B, SG-G1, SG-G2 и SG-Y, четыре простых выпрямителя RU-B1, RU-B2, RU-Y1 и RU-Y2, четыре обратных преобразователя MCU-B1, MCU-B2, MCU-Y1 и MCU-Y2 с уменьшенными цепями фильтрации, два автотрансформатора ATU-G1 и ATU-G2 и три трансформатора-выпрямителя TRU-B, TRU-Y и TRU-G.

В соответствии с фиг.3 электрическая энергия, отбираемая от двигателя самолета Eng1 или Eng2, распределяется через цепи "Р" и цепи "С".

"Р" электрическая цепь В (или Y) распределения, в частности, включает в себя:

- электрический стартер-генератор SG-B (SG-Y),

- первичный шинопровод предпочтительно переменного напряжения 230 В, АС, АС-В (AC-Y), который непосредственно распределяет энергию от стартера-генератора SG-B (SG-Y) на сбалансированную трехфазную нагрузку WIPS-B (WIPS-Y),

- два простых шестидиодных выпрямительных моста с уменьшенной фильтрацией RU-B1 и RU-B2 (RU-Y1 и RU-Y2),

- два шинопровода, предпочтительно +/-270 В постоянного напряжения, DC-B1 и DC-B2 (DC-Y1 и DC-Y2),

- два обратных преобразователя с уменьшенной фильтрацией MCU-B1 и MCU-B2 (MCU-Y1 и MCU-Y2), которые управляют скоростью и крутящим моментом двигателей большой мощности или стартерами-генераторами в режиме стартера,

- два модуля компрессора двигателя САС-1 и САС-2 (САС-3 и САС-4) для системы кондиционирования воздуха ECS 1 (ECS-2),

- трансформатор-выпрямитель TRU-B (TRU-Y),

- шинопровод DC-B (DC-Y),

- зарядное устройство батареи ВС-В (BC-Y),

- батарея ВАТТ-В (BATT-Y).

"С" электрическая цепь G1 (или G2) распределения, в частности, включает в себя:

- электрический стартер-генератор SG-G1 (SG-G2),

- первичный шинопровод предпочтительно переменного напряжения 230 В, АС-G1 (AC-G2), который непосредственно распределяет энергию от стартера-генератора SG-G1 (SG-G2) на сбалансированную трехфазную нагрузку WIPS-G1 (WIPS-G2),

- преобразователь переменное напряжение 230 В/ переменное напряжение 115 В ATU-G1 (ATU-G2), в случае необходимости,

- шинопровод для переменного напряжения 115 В, AC 1 (AC-2).

Как показано на фиг.4, система в соответствии с изобретением, соответствующая этой архитектуре, предпочтительно включает в себя:

- "синюю" объединительную коробку (или электрическую панель) или "Панель В", которая сводит вместе силовые полуцепи В1 и В2,

- "желтую" объединительную коробку или "Панель Y", которая сводит вместе силовые полуцепи Y1 и Y2,

- "зеленую" объединительную коробку или "Панель G", которая сводит вместе обычные цепи G1 и G2 с переменным напряжением 230 В и 115 В, и цепи постоянного напряжения 28 В DC-B и DC-Y, и

- аварийную резервную объединительную коробку или "Панель EMER", которая включает в себя аварийную резервную обычную цепь.

Каждая из этих цепей включает в себя компоненты, которые аналогичны представленным на фиг.3 и которые были описаны выше.

На всех чертежах состояния упомянутых разомкнутых или замкнутых контакторов, обозначенных, например С, GLC, ЕРС, EGC, BTC, SIC и SC, соответствуют конфигурации полета в нормальных условиях.

В архитектуре, представленной на фиг.3, когда во время полета или на земле двигатели Eng1 или Eng2 были запущены и находятся в обычной конфигурации (отсутствие неисправности оборудования); двигатель Eng-1 механически приводит во вращение электрический стартер-генератор SG-B. Этот генератор SG-B подает энергию к электрическим нагрузкам "силовой" цепи, подключенным к шинопроводу АС-В, DC-B1 и DC-B2.

Двигатель самолета Eng-1 также механически приводит в движение электрический стартер-генератор SG-G1. Этот стартер-генератор SG-G1 передает энергию в электрические нагрузки "обычной цепи", подключенные к шинопроводам AC-G1.

Электрические стартеры-генераторы SG-B и SG-G1 представляют собой идентичные элементы оборудования для поддержания взаимозаменяемости, для обеспечения возможности изменения конфигурации цепи и для получения доступа к шинопроводам в ненормальных условиях. С другой стороны, их соединения с электрическими цепями и их соответствующие функции в архитектуре "2Р2С" отличаются друг от друга.

Такие стартеры-генераторы могут представлять собой бесщеточные трехкаскадные реверсивные трехфазные синхронные устройства, которые можно использовать в режиме генератора или в режиме стартера. Учитывая требования повышения мощности в будущих самолетах, выбирают выходное напряжение линии относительно нейтрали этих стартер-генераторов так, чтобы оно имело среднеквадратичное значение 230 В вместо широко используемого в авиации напряжения 115 В, с частотой цепи, изменяющейся от 360 до 800 Гц и пропорционально скорости вала высокого давления (HP, ВД) двигателя Eng-1.

"С" электрическая цепь распределения передает питание к нагрузкам переменного тока, для которых требуется электрическое питание с напряжением высокого качества. Таким образом, технические нагрузки и коммерческие нагрузки подключены к шинопроводам АС-G1.

Нагрузки, которые не создают загрязнения с точки зрения подавления гармоник и которые могут работать с напряжениями плохого качества, такие как система нагревательных резистивнык элементов, которые обеспечивают защиту от обледенения крыла WIPS-B или WIPS-G1, можно запитать энергией либо "обычной" или "силовой" цепи, и такое питание выбирают так, чтобы обеспечить сбалансированный размер генераторов SG-B и SG-G1.

Нагрузки для низкого постоянного напряжения, такие как авиационное электронное оборудование, как показано на фиг.4, подключены к шинопроводам DC-B, DC-G и DC-Y, и питание в них можно подавать в зависимости от конфигурации цепи с использованием трансформаторов-выпрямителей TRU-B, TRU-G и TRU-Y или с использованием батарей ВАТТ-В, BATT-G и BATT-Y, через зарядные устройства батарей ВС-В, BC-G и BC-Y.

Соответствующая силовая цепь в штатном режиме со стартером-генератором SG-В передает питание в шестидиодные трехфазные выпрямители RU-B1 и RU-B2, которые преобразуют трехфазное переменное напряжение шины АС-В в выпрямленное постоянное напряжение, которое распределяется через шинопроводы DC-B1 и DC-B2. Как пояснялось выше, легкий шестидиодный выпрямитель RU-B1 достаточен по сравнению с тяжелым восемнадцатидиодным автотрансформатором-выпрямителем ATRU-B1, показанным на фиг.1 и 2, даже, несмотря на то, что шестидиодный выпрямитель вырезает много гармоник, поскольку так называемые нагрузки "силовой" цепи могут принимать напряжение с намного более низким качеством по сравнению с текущими стандартами.

Шинопроводы DC-B1 и DC-B2 передают питание в трехфазные обратные преобразователи MCU-B1 и MCU-B2, которые подают питание в модули компрессора двигателя САС1 и САС2 системы кондиционирования воздуха ECS1 и регулируют их скорость, крутящий момент и мощность, модифицируя действие тока и напряжения в соответствии с потребностями системы кондиционирования воздуха самолета ECS1.

Разделение нагрузок, которые генерируют гармоническое загрязнение, и нагрузок, для которых требуется напряжение высокого качества, по отдельным распределительным цепям, означает, что компоненты фильтрации, связанные с обратными преобразователями MCU-B1 и MCU-B2, можно в значительной степени уменьшить, уменьшая, таким образом, массу таких элементов оборудования.

В примере варианта воплощения, показанном на фиг.4, когда самолет находится на земле, стартеры-генераторы SG-B и SG-G1 используются в режиме стартера для механического привода двигателя Eng-1 во время последовательности запуска. Затем запускают двигатель Eng-2, используя стартеры-генераторы SG-G2 и SG-Y. Источники питания для электрического запуска двигателей могут представлять собой вспомогательный модуль питания BCM-GT или один или больше наземных модулей ЕР-В, EP-G1, EP-G2, EP-Y, или другой двигатель Eng-1 или Eng-2, если он уже был запущен.

Обратные преобразователи MCU-B1 и MCU-B2, в дополнение к их функциям управления модулями компрессора двигателя САС1 и САС2, также можно использовать для подачи питания и управления стартерами-генераторами SG-B и SG-G1 в режиме запуска двигателя Eng-1. Во время запуска, когда питание подают на земле через наземные точки подключения ЕР-В и EP-G1, один из обратных преобразователей, например MCU-B1, также можно использовать в режиме трехфазного выпрямителя для преобразования переменного напряжения 115 В, подаваемого наземным модулем, подключенным к точке ЕР-В, для подачи постоянного тока в шинопроводы DC-B1 и DC-B2. Другой обратный преобразователь MCU-B2 обеспечивает питание и управление стартера-генератора SG-G1.

В. Второй пример: архитектура 4Р2С

Архитектура "4Р2С" в случае самолета с двумя двигателями состоит из следующего:

- четыре электрические цепи распределения для нагрузок большой мощности, называемых "Р",

- две электрические цепи распределения для обычных нагрузок, называемых "С".

Как показано на фиг.5, этот пример варианта воплощения включает в себя четыре идентичных мощных стартера-генератора SG-B1, SG-Y1, SG-B2 и SG-Y2 и два обычных генератора G-G1 и G-G2. Он включает в себя, как уже было показано на фиг.4: четыре простых выпрямителя RU-B1, RU-B2, RU-Y1, RU-Y2, четыре обратных преобразователя с уменьшенной фильтрацией MCU-B1, MCU-B2, MCU-Y1, MCU-Y2 и два автотрансформатора ATU-G1 и ATU-G2.

Преимущества, представленные для архитектуры "2Р2С", также относятся к архитектуре "4Р2С".

В таком примере каждая "Р" цепь с большой нагрузкой разделена на две цепи "В1" и "В2" (или "Y1" и "Y2"). Такое разделение позволяет по сравнению с архитектурой "2Р2С" достичь улучшения размеров мощных стартеров-генераторов и уменьшения массы самолета.

Для того чтобы сохранить возможность взаимной замены стартеров-генераторов и снизить затраты на техническое обслуживание и хранение запасных частей, шесть стартеров-генераторов SG-B1, SG-Y1, SG-G1, SG-G2, SG-B2, SG-Y2 (шесть на самолет, количество которых составляет три на каждый двигатель Eng1 и Eng2 для самолета с двумя реактивными двигателями), каждый из которых подает питание в шинопровод АС-B1, AC-Y1, AC-G1, AC-G2, АС-В2, AC-Y2, представляют собой идентичные устройства, хотя их функции или соответствующие системы распределения могут быть достаточно различными. Существуют поэтому шесть идентичных стартеров-генераторов (даже, если функция стартера не используется в обоих генераторах, связанных с обычными цепями), и два автотрансформатора ATU-G1 и ATU-G2.

Архитектура "4Р2С" повышает надежность и безопасность электрического источника питания, и доступность, и функциональную надежность самолета, поскольку имеется большее количество источников электрической энергии. Кроме того, она обеспечивает лучшее разделение цепей распределения и повышает избыточность системы электрического питания.

Таким образом, упрощается включение "более электрической" или "полностью электрической" архитектуры управления полетом, подключенной к такой архитектуре питания "4Р2С".

Как показано на фиг.5, архитектура управления полетом, называемая "3Н", на основе трех гидравлических контуров, идентифицированных тремя различными цветами, синий, зеленый и желтый, используется для идентификации шести электрических цепей, присутствующих в случае архитектуры "4Р2С", установленной в самолете с двумя двигателями. С левой стороны на фиг.5, первая цепь идентифицирована как "В1", и вторая цепь называется "В2"; и при этом возможно изменить конфигурацию этих двух "синих" цепей друг с другом. Две центральные зеленые цепи обозначены как "G1" и "G2". Справа две желтые цепи обозначены как "Y1" и "Y2".

Как показано на фиг.5, электрические объединительные коробки, связанные с этой архитектурой "4Р2С", составляют:

- "синюю" объединительную коробку или "Панель В", которая сводит вместе силовые цепи В 1 и В2,

- "желтую объединительную коробку" или "Панель Y", которая сводит вместе силовые цепи Y1 и Y2,

- "зеленую объединительную коробку" или "Панель G", которая сводит вместе обычные цепи G1 и G2 с напряжением 115 В и на 230 В переменного напряжения и сводит вместе цепи постоянного напряжения 28 В DC-B и DC-Y,

- "аварийную, резервную" объединительную коробку или "Панель EMER", которая включает в себя аварийную, резервную обычную цепь.

Работа архитектуры "4Р2С" очень похожа на работу архитектуры "2Р2С". Незначительные различия будут понятны в результате сравнительного анализа фиг.4 и 5.

Однако одно конкретное преимущество архитектуры "4Р2С" состоит в том, что в ней установлен специфичный переход между соответствующими стартерами-генераторами и объединительными коробками в разных положениях фюзеляжа самолета, например с левой и правой стороны (называемой "Панелью В" и "Панелью Y" или "стороной 1" и "стороной 2"), для исключения чрезмерных изменений конфигураций и передач между шинопроводами в случае остановки двигателя. Стартер-генератор SG-Y1, приводимый в движение двигателем Eng1, передает энергию в электрическую объединительную коробку "Панель Y". Стартер-генератор SG-B2, приводимый в движение двигателем Eng2, передает энергию в электрическую объединительную коробку "Панель В". Таким образом, в случае остановки двигателя Eng2, например, может получиться следующая конфигурация при отсутствии передачи между электрическими объединительными коробками:

- Электрическая объединительная коробка "Панель В" все еще получает энергию от стартера-генератора SG-B1.

- Электрическая объединительная коробка "Панель G" все еще получает энергию от генератора G-G1.

- Электрическая объединительная коробка "Панель Y" все еще получает энергию от стартера-генератора SG-Y1.

С.Третий пример: архитектура 4Р*2С

Архитектура "4Р*2С" в случае самолета с двумя двигателями состоит из следующего:

- четыре электрические цепи распределения, оптимизированные для нагрузок большой мощности, обозначенных как "Р*", то есть которые включают в себя сложные модификации,

- две электрические цепи распределения для обычных нагрузок, обозначенных как "С".

Преимущества, описанные для архитектуры "4Р2С", применимы к архитектуре "4Р*2С", за исключением момента, относящегося к полной взаимозаменяемости между шестью стартерами-генераторами, и за исключением преимущества, которое не существует в архитектуре "4Р*2С", но которое компенсируется тем фактом, что не требуется преобразователь переменное напряжение 230 В/ переменное напряжение 115 В.

Как показано на фиг.6, такая архитектура 4Р*2С включает в себя четыре мощных стартера-генератора SG-B1, SG-Y1, SG-B2 и SG-Y2 и два обычных стартера-генератора G-G1 и G-G2, но в ней отсутствует автотрансформатор. Это вводит технологическое различие между мощным стартером-генератором и обычным генератором, различие, преимущества которого можно оценить во время анализа безопасности.

Ограничения размеров мощного стартера-генератора, относящиеся к качеству напряжения цепи, здесь снижены, поэтому его масса может быть уменьшена.

Кроме того, по сравнению с архитектурой "4Р2С" используют очень высокую скорость вращения и/или оптимизированное количество полюсов мощного стартера-генератора. Это обеспечивает возможность:

- уменьшения его массы и диаметра,

- расширения диапазона электрической частоты, что обеспечивает возможность еще больше уменьшить массу выпрямительных фильтров и обратных преобразователей по сравнению с архитектурой "4Р2С".

Уменьшение массы основных стартеров-генераторов, приводимых в движение двигателями, в результате чего происходит увеличение скорости вращения ротора и/или уменьшение ограничений на качество электрической энергии в цепи, также можно применять к вспомогательным стартерам-генераторам, приводимым в движение от вспомогательного силового модуля (ВСМ).

Четыре основных стартера-генератора SG-B1, SG-Y1, SG-B2, SG-Y2, предназначенные для оптимизированных цепей питания "P*", представляют собой электрические устройства, которые разработаны специально для подачи питания в силовые цепи и полностью свободны от конструктивных ограничений, накладываемых на используемые в настоящее время авиационные генераторы.

Для того чтобы уменьшить массу стартеров-генераторов при заданной мощности, можно увеличить скорость вращения и количество пар полюсов, без необходимости поддержания переменной частоты в диапазоне от 360 до 800 Гц, например в диапазоне от 800 до 2000 Гц, что соответствует частоте стартера-генератора с восемью полюсами, вращающегося в диапазоне от 12000 до 30000 оборотов в минуту.

Кроме того, ослабление ограничений в отношении качества напряжения в "P*" цепях означает, что отношение мощность/вес стартеров-генераторов может быть увеличено в результате фокусирования на геометрической конструкции и массе без необходимости учета ограничений в отношении внутренних электрических параметров.

Основной каскад стартеров-генераторов SG-B1, SG-Y1, SG-B2 и SG-Y2 в "Р*" цепях предпочтительно представляет собой многофазные синхронные генераторы переменного тока: трехфазные, пятифазные, шестифазные или с двумя трехфазными системами, с разностью углов фазы 30°, что позволяет построить параллельные источники питания на основе двух простых трехфазных выпрямительных мостов, каждый, состоящий из шести диодов. Эти устройства, которые можно назвать многофазными устройствами, означают, что для того, чтобы гарантировать минимальное качество напряжения в цепи, нет необходимости использовать автотрансформатор с задержкой фазы для операции выпрямления переменного напряжения 230 В в постоянное напряжение +/-270 В.

Оба генератора G-G1 и G-G2 обычных цепей "С" представляют собой трехкаскадные бесщеточные трехфазные синхронные устройства, которые предпочтительно генерируют переменное напряжение 115 В в точке регулировки, что позволяет устранить преобразователь 230 В переменного напряжения/115 В переменного напряжения, требуемый в архитектурах "2Р2С" и "4Р2С".

Архитектура "4Р*2С" позволяет уменьшить количество и массу фильтрующих компонентов, связанных с преобразователями электроэнергии, то есть выпрямителей и обратных преобразователей для нагрузок большой мощности. Таким образом, операция преобразования первичного трехфазного переменного напряжения 230 В в цепи в постоянное напряжение +/-270 В в шине, требуемое для регулятора электрической скорости, может быть выполнена с использованием простого и легкого многофазного выпрямительного моста с шестью или больше диодами.

Кроме того, использование более высокого диапазона переменной частоты для "Р*" цепей, например 800-2000 Гц, означает, что масса фильтрующих компонентов, связанных с этими цепями, может быть дополнительно уменьшена.

Как показано на фиг.6, электрические объединительные коробки, связанные с этой архитектурой "4Р*2С", включают в себя:

- объединительную коробку "Панель В", которая сводит вместе силовые цепи В1 и В2, шинопровод постоянного тока DC-B12 и трехфазный обратный преобразователь, INV-В,

- объединительную коробку "Панель Y", которая сводит вместе силовые цепи Y1 и Y2, шинопровод постоянного тока DC-Y12 и трехфазный обратный преобразователь INV-Y,

- первую полупанель АС1, которая сводит вместе технические шинопроводы с 115 В переменного напряжения АС-В и AC-G1, и коммерческие шинопроводы СОМ-В и COM-G1,

- вторую полупанель АС2, которая сводит вместе технические шинопроводы с переменным напряжением 115 В AC-G2 и AC-Y и коммерческие шинопроводы COM-G2 и COM-Y,

- третью полупанель DC1, которая сводит вместе шинопроводы DC-B, DC-G11 и DC-G1, мощные преобразователи BBCU-B, BBCU-G1, трансформаторный выпрямитель TRU-G1, которые могут быть соединены с инструментами командира воздушного судна ("Cpt lnstr"),

- четвертую полупанель DC2, которая сводит вместе два шинопровода DC-G2, DC-Y и DC-G22, мощные преобразователи BBCU-G1, BBCU-Y, трансформаторный выпрямитель TRU-G2, которые могут быть соединены с инструментами второго пилота ("F/O Instr").

По сравнению с распределением электрических панелей, предложенным во втором примере варианта "4Р2С", данный третий пример варианта "4Р*2С" основан на идентичных объединительных коробках "два на два" и исключает необходимость использования обычной аварийной резервной объединительной коробки "EMER-Panel" с другой конструкцией, чем у основной обычной объединительной коробки Панель G.

На фиг.6, во время полета или на земле, двигатели запущены, и в обычной конфигурации (без поломки оборудования), двигатель самолета Eng-1 механически приводит во вращение электрические стартеры-генераторы SG-B1 и SG-Y1. Стартер-генератор SG-B1 передает энергию в электрические нагрузки "силовой" цепи В1, подключенной к внутренним шинопроводам АС-В1 и DC-B1 электрической объединительной коробки "Панели В". Стартер-генератор SG-Y1 подключен к электрической объединительной коробке "Панель Y".

Стартер-генератор SG-B2 передает энергию к электрическим нагрузкам, так называемой "силовой" цепи В2, подключенной, соответственно, к шинопроводам АС-В2 и DC-B2.

Стартеры-генераторы SG-B1 и SG-B2 представляют собой идентичные элементы оборудования, что позволяет изменять конфигурацию внутренних цепей В1 и В2 и осуществлять доступ к шинопроводам в ненормальных условиях.

"Силовой" стартер-генератор, кроме того, представляет собой бесщеточное, трехкаскадное, реверсируемое многофазное синхронное устройство, которое можно использовать в режиме генератора или в режиме стартера. Учитывая требования повышения мощности в будущих самолетах, выходное напряжение между фазой и нейтральным проводом этих стартеров-генераторов предпочтительно имеет среднеквадратичное значение 230 В вместо 115 В, широко используемого в авиации. Частота в силовых цепях изменяется в диапазоне от 800 до 2000 Гц и пропорциональна скорости вала высокого давления двигателя Eng-1.

Двигатель Eng-1 также механически приводит во вращение электрогенератор G-G1. Трехфазный статор основного каскада генератора G-G1 генерирует энергию в виде трехфазного переменного напряжения 115 В для электрической нагрузки "обычной" цепи, подключенной к шинопроводам AC-G1. "Обычная" цепь передает энергию к нагрузкам переменного тока, для которых требуется электрическое питание с высоким качеством напряжения. Таким образом, технические нагрузки и коммерческие нагрузки подключены к шинопроводам AC-G1.

Нагрузки, которые не создают загрязнения с точки зрения подавления гармоник и которые могут работать с напряжением низкого качества, такие как система нагревательных резистивных элементов, которые обеспечивают защиту крыла от обледенения WIPS-B1 или WIPS-B2, могут быть запитаны электроэнергией либо по шинопроводам АС-В1, АС-В2 или DC-B1, DC-B2. Выбор такого источника питания делают так, чтобы обеспечить баланс между размерами генераторов SG-B1 и SG-G1 и выпрямителей RU-B1 и RU-B2.

Низковольтные нагрузки 28 В постоянного напряжения, такие как авиационное электронное оборудование, подключены к шинопроводам DC-G1 и могут получать энергию в зависимости от конфигурации цепи, через трансформатор-выпрямитель TRU-G1 или батарею BATT-G1, через зарядное устройство батареи BC-G1. Конструкцию и размеры такой батареи постоянного напряжения 28 В, известной как "мощная батарея", выбирают так, чтобы обеспечить подачу питания в аварийном, резервном режиме.

Силовая цепь В1, связанная в нормальном режиме со стартером-генератором SG-B1, подает питание к шестифазному двенадцатидиодному выпрямителю RU-B1, который преобразует шестифазное переменное напряжение в шинопроводе АС-В1 в выпрямленное постоянное напряжение, распределяемое с помощью шинопроводов DC-B1 и DC-B. Как пояснялось выше, легкий 12-диодный выпрямитель достаточен, даже если он подавляет больше гармоник, чем автотрансформатор МАТВ, поскольку нагрузки "силовой" цепи могут быть запитаны с более низким качеством напряжения по сравнению с текущими стандартами.

Шинопроводы DC-B1 и DC-B2 подают энергию в шестифазные обратные преобразователи MCU-B1 и MCU-B2, которые передают энергию в модули компрессора двигателя САС1 и САС2 системы кондиционирования воздуха ECS1, и регулируют их скорость, крутящий момент и мощность, модифицируя действие тока и напряжения в соответствии с требованиями системы кондиционирования воздуха самолета.

Шинопровод DC-B и его симметричный компонент - шинопровод DC-Y - подают энергию к электрическим исполнительным механизмам управления полетом, которые не показаны. Трехфазный обратный преобразователь INV-B преобразует высокое напряжение постоянного тока +/-270 В в шинопроводе DC-B в трехфазное переменное напряжение 115 В с постоянной частотой 400 Гц для питания технических нагрузок по шинопроводу АС-В или коммерческих нагрузок по шинопроводу СОМ-В.

Реверсивные мощные электронные преобразователи типа прерывателей BBCU-B и BBCU-G1 используют для подачи энергии среднего постоянного напряжения через шинопроводы DC-B и DC-G1 в исполнительные механизмы с прерывистым потреблением мощности, такие как электрическая система торможения. Когда нормальная подача питания через шинопровод DC-B 12 недоступна, эти исполнительные механизмы могут получать питание от батареи ВАТТ-В. Конструкция и размеры такой батареи, так называемой "мощной батареи", выбирают так, чтобы обеспечить источник питания для высоких, но коротких пиков потребления с прерывистой мощностью. В случае потери нормального источника питания через шинопровод DC-B12 преобразователь BBCU-G1 и шинопровод DC-G1 используют для перезаряда батареи ВАТТ-В.

Так же, как и в отношении двенадцатидиодных выпрямителей, используемых вместо восемнадцатидиодного выпрямителя с автотрансформатором, разделение нагрузок, которые генерируют гармоническое загрязнение, и нагрузок, для которых требуется напряжение высокого качества, на отдельные цепи распределения, означает, что фильтрующие компоненты, связанные с обратными преобразователями MCU-B1 и MCU-B2, можно значительно уменьшить, уменьшая, таким образом, массу таких элементов оборудования.

На фиг.6, когда самолет находится на земле, стартеры-генераторы SG-B1 и SG-Y1 используют в режиме стартера для механического привода двигателя Eng-1 во время последовательности запуска. Затем двигатель Eng-2 запускают, используя стартеры-генераторы SG-B2 и SG-Y2. Источники питания для электрического запуска двигателей могут представлять собой вспомогательный модуль питания BCM-GT или один или больше наземных модулей ЕР-В, EP-Y, или другой двигатель Eng-1 или Eng-2, если он был уже запущен.

Обратные преобразователи MCU-B1 и MCU-B2, в дополнение к их функциям управления модулями компрессора двигателя САС, также можно использовать для подачи питания и управления стартерами-генераторами SG-B1 и SG-Y1 в режиме запуска двигателя Eng-1. Во время запуска, питание для которого обеспечивается на земле через точки питания на земле ЕР-В и EP-Y, некоторые обратные преобразователи, например MCU-B2 и MCU-Y2, также можно использовать в режиме трехфазного выпрямителя для преобразования переменного напряжения 115 В, подаваемого наземными модулями, подключенными к точкам ЕР-В и EP-Y, в постоянное напряжение, для шинопроводов DC-B1/DC-B2 и DC-Y1/DC-Y2. Другие обратные преобразователи MCU-B1 и MCU-Y1 обеспечивают питание и управление стартерами-генераторами SG-B1 и SG-Y1.

Источники информации

1. US 2004129835.

2. FR 2870039.

3. FR 2875971.