История развития авиационного электрооборудования

Назначение и объем электрооборудования самолетов.

Вводная часть

Организационная часть занятия

1. представиться;

2. довести цели и задачи изучения данного предмета, общий порядок его изучения.

В настоящее время нет такой области техники, где бы не применялось электричество. Это обусловлено преимуществами электрической энергии перед другими видами энергии.

Термин «авиационное оборудование» (АО) на современных летательных аппаратах (ЛА) объединяет большое количество разнообразных бортовых систем и комплексов. К ним относятся системы электроснабжения и системы и системы электрооборудования планера и двигателя, внутренние и внешние светотехнические устройства, системы автоматического управления (САУ) полетом, навигационные системы и пилотажно-навигационные комплексы, системы приборного оборудования, системы обеспечения жизнедеятельности экипажа, оптико-электронные системы и ряд других систем.

При помощи электрической энергии осуществляется запуск авиадвигателей; работа многочисленных механизмов, приборов, аппаратов и радиоустройств; обогрев и сигнализация; обеспече­ние жизнедеятельности человека на больших высотах.

Объем электрооборудования зависит от многих факторов. Важ­нейшие из них: назначение самолета; его величина; скорость, дальность и высота полета; тип авиадвигателя. Однако для ориен­тировочных анализов общих закономерностей электрификации самолетов и для сравнения их электрооборудования ограничимся лишь двумя показателями: назначением и величиной самолета.

По назначению самолеты можно разделить на военные, транс­портные, пассажирские, специальные (например, сельскохозяйст­венного назначения, спортивные, учебные, заправщики и др.).

Историю самолетного электрооборудования можно разделить на несколько этапов.

Первый этап (1869—1910 гг.) охватывает время от первых проектов и попыток использования электричества в авиации до начала практического применения его на самолетах. Первый проект самолетного электрооборудования разработал в 1869г. выдающийся русский электротехник А. Н. Лодыгин. На его вертолете («электролете») предусматривался электрический движитель, комплекс электрооборудования, включавший аккуму­лятор, и изобретенные автором проекта лампы накаливания. Элек­трическая энергия поступала от аккумуляторов, гальванических батарей или подавалась с земли по проводам. В течение этого периода были разработаны некоторые специальные малогабарит­ные и легкие образцы электрооборудования, в частности, светиль­ники и прожекторы. В прожекторах был применен легкий ме­талл - алюминий.

Второй этап (1910-1930 гг.) - этап формирования самолетно­го электрооборудования. На первых самолетах источником элект­роэнергии служил аккумулятор. Он использовался для зажигания горючей смеси в авиадвигателях и для освещения. Затем на от­дельных самолетах появились и генераторы. Так, в 1912г. для освещения, обогрева и радиосвязи на бомбардировщике «Илья Муромец» был установлен генератор переменного тока (1000 Гц, 2 кВА); он был разработан под руководством В. П. Вологдина. С 1919г. на самолетах стали применять постоянный ток напряже­нием 8В, а с 1923г. 12В. Генераторы вращались от ветрян­ки — специального воздушного винта, насаженного на вал гене­ратора. С 1926 г. от ветрянок стали переходить на привод от авиадвигателя. К этому времени относится появление авиацион­ных электрических приборов - стартеров, новых типов магнето, самолетных фар и светильников.

Третий этап (1930—1945 гг.) характерен стремительным разви­тием самолетного электрооборудования, обусловленным быстрым совершенствованием поршневой авиации. С ростом нагрузки бор­товой сети ее напряжение с 1933 г. было повышено до 24 В.

В 1935-1937гг. на заводе им. «Пенсе» под руководством А.К. Голдобенкова была разработана первая серия самолетных генераторов постоянного тока напряжением 27 В, мощностью 350, 500 и 1000 Вт и вибрационные регуляторы напряжения к ним.

В 1936 г. впервые в авиации на некоторых бомбардировщиках типа СБ была применена однопроводная система электроснабже­ния. С 1938 г. она была принята в США, а в середине 40-х годов на самолетах всех стран.

Важной вехой в истории авиационного электрооборудования стал 1939г. На бомбардировщике Пе-2 впервые в авиации ши­роко был использован электропривод. Это приве­ло к повышению использования электроэнергии на самолетах.В 1943г. на самолетах широко стали применяться угольные регуляторы напряжения. В 1944г. появились новые провода (типа БПВЛ) с хлорвиниловой изоляцией. К 1945г. для авиации была разработана серия генераторов типа ГСР мощностью до 9 кВт, высотностью до 15-18 км с охлаждением путем продува.

В то время в инженерно-авиационной службе еще не существовало инженеров по АО, хотя механики и техники по этому оборудованию уже были. Все это оборудование, включая радиотехнические системы, объединялось термином «спецобрудование».

Отражением развития оборудования самолетов явилось введение в 1938 году должности инженера авиационного полка по спецоборудованию в подчинении у которого находились: техник по приборам, техник по радио и радиомеханик, техник по электрооборудованию.

Подготовка инженеров данного профиля для научно-исследовательских институтов и учебных заведений с 1923 года велась на кафедре «Электрорадиотехника» в ВВИА имени проф. Н.Е, Жуковского.

В апреле 1941 года в ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского был создан факультет электроспецоборудования, который уже в октябре 1941 года выпустил первый поток инженеров за счет переподготовки инженеров, окончивших гражданские ВУЗы, аналогичный факультет был создан в Ленинградской ВВИА им. А.Ф. Можайского (ныне Военная инженерно-космическая академия им. А.Ф. Можайского г. Санкт-Петербург).

Четвертый этап (1946-1959 гг.) характеризуется широким практическим применением реактивных самолетов. Это повлияло на электрооборудование авиадвигателей: оказались ненужными магнето, стали непригодными применявшиеся до этого электро­инерционные стартеры. Новые стартеры и стартер-генераторы ста­ли с автоматическим управлением.

Тяжелые самолеты продолжали выпускаться с поршневыми двигателями. К таким самолетам относится Ту-4 (1947 г.), для ко­торого были разработаны новые системы электроснабжения и электропривода; электрические механизмы; осветительные уст­ройства. В дальнейшем эти системы получили широкое примене­ние и на других самолетах.

В 1956г. был создан первый в мире - пассажирский реактивный самолет Ту-104. Для запуска авиадвигателей на этом самолете был применен турбостартер, что коренным образом изменило элек­трическую часть системы запуска. С появлением других тяжелых самолетов подобного типа росла мощность их электросистемы. Стала ясной необходимость нового повышения напряжения само­летной электросети. Для этого наиболее удобной оказалась сис­тема трехфазного тока. В это время были разработаны самолетные системы 208/120В трехфазного тока и щеточные генераторы (ти­пов СГС и СГО), работавшие при нефиксированной частоте.

В середине 50-х годов появились надежные силовые кремние­вые выпрямители, на базе которых началось производство бесще­точных генераторов переменного тока и статических преобразова­телей. На их основе к концу 50-х годов начался серийный выпуск агрегатов системы электроснабжения трехфазного тока 208/120 В фиксированной частоты.

Так, в конце четвертого этапа была подготовлена принципи­ально новая техническая база систем электрооборудования само­летов, основанная на полупроводниковой электронике.

Пятый, современный, этап, начавшийся примерно с 1960г., свя­зан с ростом производства тяжелых реактивных самолетов, увели­чением скорости, дальности и высоты полета. В связи с этим воз­росла мощность электросистем. Это привело к полной перестройке систем электроснабжения, начавшейся с тяжелых самолетов. Для них в качестве основного был принят переменный трехфазный ток 208/120В фиксированной частоты, разработаны принципиально новые бесконтактные генераторы трехфазного тока (серии ГТ), ППС и статические преобразователи рода тока. Новая система электроснабжения была осуществлена на самолете Ил-62, а затем и на других самолетах С. В. Ильюшина, А. Н. Туполева, П. О. Су­хого.

На легких и средних самолетах сохранились электрические системы постоянного тока со щеточными генераторами и преобра­зователями. К началу семидесятых годов дальнейшее совершенст­вование щеточных генераторов постоянного тока стало техниче­ски невозможным. На смену им пришли бесконтактные генерато­ры (серии ГСБК) С бесконтактной аппаратурой управления. Бесконтактные генераторы оказались более надежными, чем кон­тактные, и позволили получить большую мощность на единицу массы. Таким образом, продолжается совершенствование и систем постоянного тока, базирующееся на новой технической базе источ­ников электроэнергии.

В течение рассматриваемого этапа были созданы новые гер­метичные коммутационные и защитные аппараты; электромеханиз­мы переменного тока; осветительные и светосигнальные устройст­ва, система красного света в кабинах и маяки.

Таким образом, на пятом этапе происходит значительная каче­ственная реконструкция электрооборудования самолетов, опреде­лившая направление его развития на дальнейшие годы.

Большой вклад в теоретическое обоснование конструкторских решений, в разработку теории авиационного электрооборудования внесли А. И. Бертинов, Д. Э. Брускин, М. М. Красношапка, Н. Т. Коробан, А. Н. Ларионов, В. Т. Морозовский, В. Д. Нагорский, К. Д. Рунов, И. М. Синдеев.