Вспомогательная силовая установка самолета

Примечания [ править ]

1. ^ Постоянная подача сжатого воздуха была необходима, чтобы поддерживать баллонеты дирижабля в надутом состоянии и, таким образом, поддерживать структуру газового мешка . В нормальном полете он собирался из воздушной струи воздушного винта.
2. ^ Неисправности APU Early Shuttle:
   • STS-2 (ноябрь 1981 г.): Во время удержания на стартовой площадке высокое давление масла было обнаружено в двух из трех ВСУ. Необходимо было промыть коробки передач и заменить фильтры, что вынудило перенести запуск.
   • STS-3 (март 1982 г.): одна ВСУ перегрелась во время всплытия, и ее пришлось отключить, хотя позже она работала нормально при входе в атмосферу и приземлении.
   • STS-9 (ноябрь – декабрь 1983 г.): при посадке загорелись две из трех ВСУ.

Вспомогательная силовая установка вертолета

Вспомогательное устройство для вертолета несколько отличается от того, которое монтируется на борту самолета. Основными комплектующими для устройства стали пара двигателей, а также редуктор. Если возникнет такая необходимость, то мощности одного двигателя будет достаточно, чтобы продолжить полет. Стоит также отметить, что правый и левый двигатели установки взаимозаменяемы. Однако это при условии того, что есть возможность разворота выхлопного патрубка. Сам же двигатель включает в себя такие элементы, как компрессор с поворотными лопатками, камера сгорания, турбина компрессора и сводная турбина, которая передает мощность через вал-рессору к редуктору ВР-8. Также здесь имеется выхлопное устройство и коробка приводов агрегатов.

Назначение

ВСУ применяются в самой разной технике (например, используются в самоходной «зенитке» ЗСУ-23-4). То есть развитие технологии связано не только с самолетостроением, но и с производством таких транспортных средств, как танки, машины военного назначения, паровозы и пр. Однако наибольшее распространение установки получили именно в авиастроении (на лайнерах и вертолетах). Причем чаще всего их ставят в воздушных ТС пассажирских и транспортных типов.

Кроме поддержки главных двигателей, ВСУ также используют для вырабатывания электричества во время наземных работ, для поддержания нужного уровня давления гидросистем, а также для кондиционеров. Ведь не каждое аэродромное техобслуживание обладает нужным для этого оборудованием.

Компрессоры ВСУ применяют и при воздушном снабжении рабочих механизмов в процессе стоянки — когда пассажиры занимают места в салоне, в авиалайнере уже включен свет и работают кондиционеры. На стоянке дополнительная силовая машина может работать как турбостартер, приводящий в действие гидронасосы и генераторные составляющие. Такая схема присуща самолетам СУ-27, оборудованным движками АЛ-31Ф, либо для МИГ-29, с установленными РД-33.

То есть главные задачи ВСУ:

• поставка электроэнергии;
• нагнетание давления в механизме гидравлики;
• обеспечение работы кондиционеров.

Запуск двигателей

Мощности СУ используют при пуске двигателей. На новых самолетах ВСУ работает в качестве газотурбинных мини-двигателей, их еще называют турбовальными. При этом незадействованная турбина такого механизма функционирует для поддержания всех доступных устройств лайнера. Нужно сказать, что типы моторов могут различаться по способу функционирования — от турбовальных, дизельных и бензиновых до паровых агрегатов.

Для пуска с помощью СУ, мощности направляются на раскручивание ротора. От ВСУ к движку тянутся воздуховоды (с внешней стороны лайнера видны специальные люки для движения воздуха). Пилот при пуске отключает ВСУ от кондиционеров в салоне и направляет воздух к мотору. В результате воздушные массы стимулируют раскрутку турбин до требуемых оборотов, после чего поджигается смесь камеры сгорания, и движок запускается.

Функция подстраховки

ВСУ в самолете используют в качестве альтернативного источника энергии для наиболее важных систем, а значит, для большей безопасности пассажиров. Если во время полета выходят из строя генераторы либо другие энергетические агрегаты, ВСУ запускается в аварийном режиме: борт снабжается энергией вплоть до посадки самолета.

Движение на сверхпроводимости

Сверхпроводимостью называется обращение в ноль электрического сопротивления при достижении проводником некоторой (критической) температуры. Низкотемпературная сверхпроводимость связана с прекращением теплового движения атомов вещества и образованием куперовских квазичастиц (связанных пар электронов). Высокотемпературные сверхпроводники имеют отличающиеся от низкотемпературных свойства, прежде всего квазидвумерность и многозонность, которые приводят к появлению сверхпроводимости, как правило, при температурах до минус 243 °C. Двумерность обусловлена слоистой структурой сверхпроводника, а многозонность — различием в организации кристаллических решеток слоев и их взаимодействием.

Использование высокотемпературных сверхпроводников в электродвигателях позволяет значительно снизить вес и размеры машин и силовых установок на их основе.

 Народный банк Китая принял решение использовать двухуровневую структуру, чтобы «в полной мере использовать ресурсы, таланты, технологические наработки различных коммерческих организаций и стимулировать их инновационную активность»

ВТСП-провода позволяют создавать моторы и генераторы с уникальными характеристиками. Благодаря высокой плотности тока обмотки из ВТСП-ленты создают гораздо большее магнитное поле, чем обмотки из обычных проводов, и в сверхпроводниковых вращающихся машинах достигается более высокая плотность энергии. Кроме того, для вращающихся машин на основе ВТСП характерен очень высокий КПД даже при низких скоростях вращения. ВТСП-системы электродвижения, включающие в себя двигатели, генераторы, кабельные системы, накопители энергии и системы защиты, позволят кратно повысить топливную эффективность, снизить шум и заметность, улучшить динамику.

ВТСП-электродвигатели могут найти применение в электрических или гибридных силовых установках самолетов местных воздушных линий, перспективных винтокрылых летательных аппаратах и аэротакси с вертикальным взлетом и посадкой.

Двигатель Oswald Elektromotoren имеет мощность 1 мегаватт с плотностью мощности 20 киловатт на килограмм. Такой силовой агрегат рассчитан на работу с общей эффективностью более 99,9% при тепловых потерях менее 1%.

В перспективе Oswald Elektromotoren планирует повысить мощность силового двигателя с 1 до 10 мегаватт и более. В компании уверяют, что конечная конфигурация силового агрегата будет определяться требованиями заказчика. Программа ASuMED, стартовавшая в 2007 году, должна завершиться в феврале-марте 2020 года созданием полностью готового демонстратора.

Среди трудностей, с которыми столкнулись немецкие инженеры, — разработка устройства системы охлаждения для статора и ротора, а также контроль намагниченности сверхпроводящих элементов. В качестве источника низких температур криостата для статора выбран водород, для ротора — гелий.

Сергей Самойленков, генеральный директор компании — национального чемпиона «СуперОкс»

«СуперОкс»

«Сложность охлаждения ВТСП-статора состоит в том, что материалы криостата будут находиться в зоне действия высоких переменных магнитных полей, которые вызывают интенсивный нагрев металлических материалов, увеличивая тепловую нагрузку на криогенный контур и понижая эффективность всей системы», — рассказал «Стимулу» Сергей Самойленков, генеральный директор компании — национального чемпиона «СуперОкс», которая также занимается разработкой ВТСП-электродвигателя. В «СуперОкс» разработана технология криостата для статора электродвигателя, не содержащего металлических деталей в активной части электродвигателя.

По словам руководителя компании, охлаждение ротора требует разработки вращающегося ввода хладагента с вакуумным уплотнением, что значительно усложняет и утяжеляет конструкцию ротора. «СуперОкс» выбрала иной технологический подход, не требующий вращающегося криостата

Вдобавок это позволяет сделать вал ротора полым и обеспечить через него управление винтом переменного шага — важное дополнение для авиации.

Предназначение механизации

Применяя такие крылья, удалось достичь сильного увеличения значения подъемной силы аппарата. Значительное увеличение этого показателя привело к тому, что сильно уменьшился пробег самолета при посадке по полосе, а также уменьшилась скорость, с которой он приземляется или взлетает. Назначение механизации крыла также в том, что она улучшила устойчивость и повысила управляемость такой большой авиамашины, как самолет. Это особенно стало заметно, когда летательный аппарат набирает высокий угол атаки. К тому же стоит сказать, что существенное снижение скорости посадки и взлета не только увеличило безопасность выполнения этих операций, но и позволило сократить затраты на строительство взлетных полос, так как появилась возможность их сокращения по длине.

Переговоры России и Украины: свежие новости на сегодняшний день, 4 апреля 2022

Переговоры между Россией и Украиной разделили на четыре основных направления, сообщают источники, близкие к администрации президента.

Первое направление касается внеблокового статуса Украины, и в его рамках обсуждается, должна ли эта страна в дальнейшем сохранять нейтральность или может стать членом НАТО. После переговоров в Стамбуле 29 марта глава российской делегации, помощник президента Владимир Мединский уже говорил, что украинская сторона согласна на нейтральный статус страны. С некоторыми оговорками с этим согласился и его украинский визави Давид Арахамия.

При этом до сих пор нет согласия по вопросу гарантий такого внеблокового статуса между сторонами: украинцы хотят гарантий своей безопасности, которые напоминали бы ст. 5 договора НАТО, то есть обещали прямую военную помощь в случае угрозы.

Гендиректор Российского совета по международным делам Андрей Кортунов считает, что по вопросу о внеблоковом статусе Украины принципиальных разногласий нет. Но, отмечает он, сейчас переговоры идут между Россией и Украиной, а гарантии безопасности должны предоставлять несколько государств, а в каком объеме они готовы их предоставить, пока неизвестно: «Но если такие гарантии давать, то их нужно проводить через парламенты стран-гарантов, и не факт, что они будут готовы на это».

То есть существует много нюансов, требующих проработки, резюмирует Кортунов. На прошлой неделе представитель правительства Великобритании заявил, что гарантии Украине возможны, но не такие, как в случае членства страны в НАТО. 3 апреля и украинский президент Владимир Зеленский заявил, что США не предоставили стране «гарантии безопасности».

Вторым направлением переговоров является вопрос демилитаризации, а по сути — ограничений в отношении украинской армии, говорит источник «Ведомостей». Украина настаивает на том, чтобы сохранить текущую численность войск, в то время как, по мнению России, она должна быть меньше в несколько раз и не иметь ряда дальнобойных систем, продолжает он.

По словам Кортунова, позиция России заключается в том, что армия Украины не должна быть больше 50 000 человек. А Украина, по словам эксперта, предлагает взять за образец Финляндию — оценить численность армии этой страны и провести корреляцию с учетом численности ее населения: «А это уже иные цифры». В Финляндии в 2020 г. было 21 500 солдат на 5,5 млн человек (на Украине проживает более 42 млн), следует из данных британского справочника Military Balance.

Политическое устройство Украины также является предметом переговоров. По этому вопросу есть разногласия, согласен Кортунов, ведь Россия будет настаивать на категорическом устранении праворадикальных политических группировок:

Самым сложным, по словам этого источника, является четвертое направление переговоров — о границах Украины. В этом вопросе нет признаков компромисса.

Публично российская сторона не раз заявляла, что ее позиция состоит в том, что Крым — российский, и этот статус обсуждению не подлежит, как и признание независимости республик Донбасса в границах Луганской и Донецкой областей. Одновременно появились признаки того, что в Херсонской области и части Запорожской создаются местные органы власти, в том числе при российской поддержке. Украинская же сторона требует вывода российских войск на линию 23 февраля.

Обозначенные направления охватывают весь спектр вопросов, который необходим для мирного урегулирования, и без их решения политического соглашения не получится, считает руководитель Совета по внешней и оборонной политике Федор Лукьянов:

По их итогам можно будет прикидывать, какие из обсуждавшихся на переговорах вариантов применимы, считает эксперт. В пример он приводит территориальный вопрос, по которому не может быть компромисса без военного успеха или поражения.

Но, вероятно, это небыстрый процесс, ведь «любой из четырех блоков не будет работать без полной смены нынешней власти» на Украине. По словам источника в Госдуме, помочь в эффективном проведении переговоров могут достигнутые успехи при проведении военной спецоперации. Он отметил, что ранее министр иностранных дел Сергей Лавров говорил о прогрессе в переговорах по внеблоковому и безъядерному статусу Украины.

Представитель МИДа к моменту сдачи номера в печать не ответил на запрос журналистов.

Устройство

ВСУ оборудована специальным генератором и компрессором — первый питает электрическую составляющую самолета, второй применяется для пуска движков и для работы кондиционеров. В левой нижней части расположен воздухозаборник, отверстие которого при отключении прикрывается специальной створкой. Справа выведена насадка для дренажа. Если происходит утечка топливных либо масляных жидкостей, лишняя консистенция сливается через насадку. Вверху и правее расположено отверстие выхода охлаждающего воздуха для воздушно-масляных радиаторов. Включается ВСУ при помощи электрического стартера.

«Требуется больше энергии»

Как полагают эксперты, российские предприятия находятся в начале пути создания гибридных авиационных двигателей. При этом испытания демонстратора ГСУ свидетельствуют о том, что у нашей страны есть все шансы стать лидером в области развития систем электродвижения для вертолётов и региональных самолётов.

«В России по этому направлению уже достигнуты достаточно серьёзные результаты. Однозначно, в этом сегменте научно-технического прогресса мы одни из первых. Сама технология гибридных и электрических двигателей прорывная. Если всё удачно сложится, то мы сможем создать турбовинтовой самолёт на электротяге», — заявил в беседе с RT заслуженный лётчик России Владимир Попов.

По словам эксперта, в перспективе Россия получит серьёзную экономическую выгоду от практической реализации концепции ГСУ: такие авиационные двигатели будут более простыми в эксплуатации и экологичными. Кроме того, самолёты будущего смогут заряжать аккумуляторы с помощью энергии Солнца.

«В дальнейшем можно размещать солнечные батареи на поверхности крыла и фюзеляжа — они будут подпитывать самолёт в полёте. Когда самолёты летают на больших высотах, за облаками, там всегда много солнца. Более того, даже в лунную ночь можно преобразовывать свет от естественного спутника Земли в электрическую энергию», — рассуждает Попов.

Также по теме

«Широкий спектр применения»: как российская промышленность создаёт новые авиационные двигатели

Весной следующего года в России начнутся испытания элементов авиационных двигателей нового поколения ПД-8 и ПД-35. Об этом сообщил…

В то же время, как пояснили эксперты, российским инженерам предстоит решить массу сложных задач. Прежде всего, им необходимо значительно повысить ёмкость аккумуляторов и уменьшить массогабаритные характеристики ГСУ. Завершение работ на этом направлении — это перспектива 2030-х годов.

«Гибридная установка — это двигатель внутреннего сгорания, работающий на топливе аккумулятор и сам электродвигатель. Все эти агрегаты пока очень много весят. Соответственно, для подъёма самолёта в воздух и обеспечения более-менее далёкого полёта требуется больше энергии», — отметил обозреватель журнала «Арсенал Отечества», авиационный эксперт Дмитрий Дрозденко.

Преграды на пути создания компактной и мощной ГСУ может убрать появление более совершенных высокотемпературных сверхпроводников, подчеркнул эксперт. Появление таких материалов наряду с увеличением ёмкости аккумуляторов станет по-настоящему революционным событием, считает собеседник RT.

«В принципе, проекты с электрификацией авиации упираются в отсутствие требуемых источников питания. Когда аккумуляторы будут содержать в себе хотя бы в два раза больше энергии при том же весе, это будет прорыв. Именно над этим, как я полагаю, сегодня усердно работают российские специалисты», — резюмировал Дрозденко.

Оперение

На фюзеляже размещено оперение, то есть все части, которые обеспечивают устойчивость и управляемость машины в небе. Оперение бывает горизонтальным и вертикальным. Первое придает самолету продольную устойчивость относительно невидимой линии, проведенной через крыло самолета. Оно закрепляется обычно в хвостовой части машины — либо на самом фюзеляже, либо наверху киля. Хотя возможно и расположение оперения в передней части самолета. Такая схема называется уткой.

Американский самолет «Нортроп YB-49» сконструированный по схеме «летающее крыло»: и крыло, и оперение выполнены вместе с фюзеляжем

Горизонтальное оперение состоит из неподвижного стабилизатора — двух плоских «крылышек», размещенных чаще всего в хвостовой части, и шарнирно подвешенного к нему руля высоты.

Вертикальное оперение обеспечивает машине устойчивость и неподвижность в поперечном направлении, то есть относительно ее продольной оси. Иначе говоря, оно необходимо, чтобы самолет не «завалился» в полете на крыло, как это произошло с первой машиной Можайского. Вертикальное оперение шарнирно, то есть подвижно, состоит из киля и подвешенного к нему руля направления, который позволяет изменить направление движения машины в воздухе.

Хвостовое оперение «Боинга 747»:
1 — стабилизатор; 2 — руль высоты; 3 — киль; 4 — руль направления

В полете на оперение действуют те же нагрузки, что и на крыло самолета. Соответственно, и составлено оно из элементов, имеющих формы и профили, как у крыла. Оперение может быть трапециевидным, овальным, стреловидным и треугольным. Существуют схемы вообще без оперения. Они называются «бесхвостка» и «летающее крыло».

Турбореактивный

Однопоточный турбореактивный двигатель

Схема однопоточного турбореактивного двигателя.

Первые турбореактивные двигатели, построенные после Второй мировой войны, были «чистыми» однопоточными, однокорпусными турбореактивными двигателями: одна турбина приводила в действие компрессор, и весь воздушный поток проходил через корпус реактора. По причинам эффективности сжатия возникла необходимость разделить компрессор на две части, низкого давления и высокого давления, вращающихся с разными скоростями. Затем были разработаны однопоточные двухкорпусные турбореактивные двигатели: первая турбина приводила в действие компрессор высокого давления, а вторая – компрессор низкого давления.

Двухстворчатый турбореактивный двигатель (см. Ниже) не всегда бывает двухствольным. Старшие поколения имели один вал для привода турбин низкого и высокого давления. Сегодня байпасные реакторы обычно имеют два или даже три корпуса, чтобы обеспечить разные скорости вращения ступеней компрессоров низкого и высокого давления или даже компрессоров низкого, среднего и высокого давления для моделей с тройным корпусом.

Однопоточный турбореактивный двигатель использовался на всех типах самолетов, разработанных с конца Второй мировой войны . Его низкая эффективность в дозвуковом режиме, а также стандарты снижения шума привели к тому, что он постепенно исчез в пользу байпасного двигателя для коммерческих самолетов. Максимальный КПД силовой установки 75% достигается на скоростях выше 1,5 Маха. Поэтому он продолжает оснащать военные самолеты (в частности, перехватчики), которым требуются хорошие скоростные характеристики на всех высотах, хотя в этой области применения обходные турбореактивные двигатели также начали заменять значительное их количество.

Турбореактивный двигатель

Схема двухконтурного ТРД (или ТРДД ).

Этот тип двигателя, также обычно называемый «  турбовентиляторным  » или даже «турбовентиляторным», сочетает в себе «чистый» турбореактивный двигатель (однопоточный), в котором циркулирует первичный поток, горячий поток, с лопастным колесом, обозначенным «  вентилятором  ». управляет вторичным концентрическим потоком, холодным потоком. Соотношение между холодным потоком или вторичным потоком и горячим потоком или первичным потоком называется степенью разбавления . Ранние турбовентиляторные турбовентиляторные двигатели имели коэффициент разрежения 1,5: 1, но теперь отношения превышены 15: 1. В ТРДД с высоким разрежением на полной мощности, то есть на полной мощности. Взлет – вентилятор производит около 80% от общей тяги, создаваемой двигателем.

Максимальный КПД силовой установки 70% достигается около 0,8 Маха . Он пропорционален степени разбавления. Когда самолет летит со скоростью 0,8 Маха , воздух не циркулирует с одинаковой скоростью по всей конструкции, и могут происходить трансзвуковые явления. Таким образом, скорости порядка 0,8–0,9 Маха стали стандартом почти для всех гражданских транспортных самолетов, что объясняет большое развитие этого типа подруливающего устройства.

Производные этих двигателей, турбовентиляторы с редуктором и винтовые вентиляторы , используют все более высокие степени разбавления, чтобы получить значительную тягу и снизить потребление.

Электричество на самолете

Хочу рассказать читателям Geektimes про электричество на самолете. О том, откуда оно берется, как преобразуется и куда тратится. Описывать всё это я буду на основе самолета CRJ-200. Что касается остальных типов самолетов, то многое похоже, принципы повторяются, разница в нюансах.

Система переменного тока

Основными источниками электроэнергии для данной системы являются 2 генератора (IDG — integrated−drive generators), которые установлены на коробке приводов каждого двигателя и приводятся во вращение от вала турбины высокого давления.

Мощность каждого составляет 30kVA. Поскольку обороты реактивного двигателя непостоянны, для того, чтобы на выходе генератора получить стабильную частоту в 400Hz, нужно чтобы вал генератора вращался с постоянным значением оборотов. Для этого внутри генератора установлен механизм, который этим и занимается. На советской технике он назывался привод постоянных оборотов, а здесь CSD — constant speed drive. Он преобразовывает переменную частоту вращения на входе в постоянные 12 000 оборотов в минуту на выходе. На фотографии выше левая часть — CSD, а правая — собственно генератор. Так же предусмотрена возможность отключения генератора от коробки приводов. Отключение может быть как ручное, так и автоматическое. Автоматически генератор отключается в двух случаях: когда температура масла в CSD превысит допустимое значение или когда возникнет очень большой крутящий момент на валу, например, внутри что-то развалится и его заклинит. Ручным отключением пользуются пилоты, если с генератором что-то случается в полёте.

Дополнительным источником переменного тока служит генератор вспомогательной силовой установки (ВСУ – небольшой газотурбинный двигатель, установленный в хвосте самолета). Генератор здесь такой же, как и на двигателе, за исключением того, что он без привода постоянных оборотов. ВСУ в отличие от двигателя всегда вращается с постоянными оборотами, и надобность в нем отпала. Этот генератор может использоваться для питания самолета в воздухе, в случае отказа одного из генераторов, установленных на двигателе. Так же его используют для того, чтобы запитать самолет на земле, когда двигатели не работают.

Аварийным источником переменного тока служит ADG — air driven generator, турбина, которая раскручивается набегающим потоком воздуха.

Выпускается вручную или автоматически, когда становится совсем плохо с электричеством. На одном валу с турбиной стоит генератор, который дает нам 15kVA переменного трехфазного тока 115V 400Hz. От него запитываются только жизненно-важные потребители.

Система постоянного тока

Основными источниками постоянного тока на самолете служат 5 выпрямительных устройств TRU — transformer rectifier units.

Они преобразуют переменный ток 115V 400Hz в постоянный 28V. Максимальный ток, который может выдать такой выпрямитель – 100A. На фотографии можно сравнить, какой толщины провода подходят к выпрямителю, и какой уходят.

Еще одними источниками постоянного тока служат 2 никель-кадмиевых аккумулятора: Main Battery и APU Battery. Main Battery – 24V 17Ah. APU Battery – 24V 43Ah.

Каждый аккумулятор имеет своё зарядное устройство, которое поддерживает аккумулятор в полностью заряженном состоянии.

Наземное питание

Для питания самолета электроэнергией на земле предусмотрено 2 разъема. Один в носу – для подключения переменного тока.

Второй в задней части самолета – для постоянного:

На практике вторым пользуются ну крайне редко. Основным является переменное напряжение, а из него уже можно получить всё остальное.

На этом всё. Если к данной тематике будет интерес, планирую продолжить. В планах рассказать о том, как это всё коммутируется, распределяется и резервируется. А в дальнейшем — кто это всё потребляет и для чего.

Бронетехника[ | код]

Современные танки, САУ и другие бронемашины зависимы от электропитания бортовой сети и давления в гидросистеме. Поэтому ВСУ используется на некоторых танках для выработки электроэнергии во время стоянок без значительных затрат топлива и демаскирующего теплового излучения, связанных с работой основного двигателя. Примером может служить танк М1 «Абрамс». Из советских/российских танков вспомогательной силовой установкой оснащены танки Т-80, ряд модификаций Т-90, боевые машины пехоты БМП-3 и все машины на платформе Армата. Впервые ВСУ была применена на танке M4 Шерман во времена Второй мировой войны.

Также газотурбинными ВСУ оснащаются некоторые боевые и специальные машины, имеющие большое энергопотребление в боевом режиме, например, ЗСУ-23-4 «Ши́лка», а также почти все современные мобильные системы ПВО.