stringtranslate.com

Вспомогательная силовая установка

ВСУ Honeywell GTCP36, установленная в хвосте бизнес-джета
Выхлоп ВСУ в хвостовом обтекателе самолета Airbus A380

Вспомогательная силовая установка ( ВСУ ) — это устройство на транспортном средстве , которое обеспечивает энергией функции, отличные от движения . Они обычно встречаются на больших самолетах и ​​военно-морских кораблях, а также на некоторых крупных наземных транспортных средствах. ВСУ самолетов обычно вырабатывают  напряжение 115 В переменного тока частотой 400  Гц (а не 50/60 Гц в сети) для работы электрических систем самолета; другие могут вырабатывать напряжение 28 В постоянного тока . [1] ВСУ могут обеспечивать питание через однофазные или трехфазные системы.

Транспортный самолет

История

Впускной распределитель Jumo 004 с ручкой стартера с тяговым шнуром для ВСУ Riedel и его отверстиями доступа к свечам зажигания
Двухтактный двигатель Riedel, использовавшийся в качестве первого образца ВСУ для вращения центрального вала немецких реактивных двигателей BMW 003 и Junkers Jumo 004 времен Второй мировой войны ( показан вариант со шнуровым стартером).
ВСУ Riedel, установленная на сохранившемся реактивном двигателе BMW 003 (показан вариант с электростартером).

Во время Первой мировой войны британские дирижабли класса Coastal , один из нескольких типов дирижаблей, эксплуатируемых Королевским флотом , несли вспомогательный двигатель ABC мощностью 1,75 лошадиных сил (1,30 кВт). Они питали генератор для радиопередатчика судна и, в случае чрезвычайной ситуации, могли питать вспомогательный воздуходув. [Примечание 1] [2] Одним из первых военных самолетов с фиксированным крылом, использовавших ВСУ, был британский ночной истребитель времен Первой мировой войны Supermarine Nighthawk , противодиверсионный цеппелин . [3]

Во время Второй мировой войны ряд крупных американских военных самолетов были оснащены ВСУ. Они обычно были известны как патт-патт , даже в официальных учебных документах. Патт-патт на бомбардировщике B-29 Superfortress был установлен в негерметичной секции в задней части самолета. Использовались различные модели четырехтактных, двухцилиндровых или V-образных двигателей. Двигатель мощностью 7 лошадиных сил (5,2 кВт) приводил в действие генератор постоянного тока P2 , номиналом 28,5 В и 200 А (несколько таких же генераторов P2 , приводимых в действие основными двигателями , были источником постоянного тока B-29 в полете). Патт-патт обеспечивал питание для запуска основных двигателей и использовался после взлета на высоту 10 000 футов (3000 м). Патт-патт перезапускался, когда B-29 снижался для посадки. [4]

Некоторые модели B-24 Liberator имели патт-патт, установленный в передней части самолета, внутри отсека носового колеса. [5] Некоторые модели транспортного самолета Douglas C-47 Skytrain имели патт-патт под полом кабины. [6]

В качестве механических «стартовых» ВСУ для реактивных двигателей

Первые немецкие реактивные двигатели, построенные во время Второй мировой войны , использовали механическую систему запуска APU, разработанную немецким инженером Норбертом Риделем . Она состояла из двухтактного плоского двигателя мощностью 10 лошадиных сил (7,5 кВт) , который для конструкции Junkers Jumo 004 был спрятан во впускном отводе, по сути, функционируя как пионерский пример вспомогательного силового агрегата для запуска реактивного двигателя. Отверстие в крайней носовой части отвода содержало ручную тяговую рукоятку, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. Два отверстия доступа к свечам зажигания существовали во впускном отводе Jumo 004 для обслуживания цилиндров агрегата Riedel на месте, в целях технического обслуживания. Два небольших бака «предварительного смешивания» для бензина/ масла Riedel были установлены в кольцевом впуске. Двигатель считался чрезвычайно короткоходным (диаметр цилиндра / ход поршня: 70 мм / 35 мм = 2:1), поэтому он мог поместиться во впускной коллектор реактивных двигателей, таких как Jumo 004. Для снижения он имел встроенную планетарную передачу . Он был произведен компанией Victoria в Нюрнберге и служил механическим стартером в стиле ВСУ для всех трех немецких проектов реактивных двигателей, которые достигли, по крайней мере, стадии прототипа до мая 1945 года — Junkers Jumo 004 , BMW 003 (который, как ни странно, использовал электрический стартер для ВСУ Riedel) [7] и прототипов (построено 19) более совершенного двигателя Heinkel HeS 011 , который устанавливался прямо над впускным каналом в изготовленном Heinkel листовом металле носовой части гондолы двигателя. [8]

Boeing 727 в 1963 году стал первым реактивным лайнером, оснащенным газотурбинной ВСУ, что позволило ему работать в небольших аэропортах, независимо от наземных объектов. ВСУ можно узнать на многих современных авиалайнерах по выхлопной трубе в хвосте самолета. [9]

Разделы

Типичная газотурбинная ВСУ для коммерческих транспортных самолетов состоит из трех основных секций:

Силовая часть

Силовая секция — это газогенераторная часть двигателя, которая производит всю мощность на валу для ВСУ. [10] В этой секции двигателя воздух и топливо смешиваются, сжимаются и воспламеняются, создавая горячие и расширяющиеся газы. Этот газ очень энергичен и используется для вращения турбины, которая, в свою очередь, питает другие секции двигателя, такие как вспомогательные коробки передач, насосы, электрогенераторы и, в случае турбовентиляторного двигателя, главный вентилятор. [11]

Секция компрессора нагрузки

Компрессор нагрузки обычно представляет собой компрессор, установленный на валу, который обеспечивает пневматическую мощность для самолета, хотя некоторые ВСУ извлекают отбираемый воздух из компрессора силовой секции. Существуют два приводимых в действие устройства, помогающих контролировать поток воздуха: направляющие лопатки входного отверстия, которые регулируют поток воздуха к компрессору нагрузки, и клапан управления помпажем, который поддерживает стабильную или свободную от помпажем работу турбомашины. [10]

Секция коробки передач

Коробка передач передает мощность от главного вала двигателя на охлаждаемый маслом генератор для получения электроэнергии. Внутри коробки передач мощность также передается на вспомогательные устройства двигателя, такие как блок управления топливом, модуль смазки и вентилятор охлаждения. Также имеется стартерный двигатель, подключенный через зубчатую передачу для выполнения функции запуска ВСУ. Некоторые конструкции ВСУ используют комбинированный стартер/генератор для запуска ВСУ и выработки электроэнергии, чтобы уменьшить сложность.

На Boeing 787 , самолете, который больше зависит от своих электрических систем, APU поставляет только электричество в самолет. Отсутствие пневматической системы упрощает конструкцию, но высокий спрос на электроэнергию требует более тяжелых генераторов. [12] [13]

В настоящее время ведутся исследования бортовых ВСУ на твердооксидных топливных элементах ( SOFC ). [14]

Производители

На рынке вспомогательных силовых установок доминирует Honeywell , за ней следуют Pratt & Whitney , Motorsich и другие производители, такие как PBS Velká Bíteš , Safran Power Units , Aerosila и Klimov . Местные производители включают Bet Shemesh Engines и Hanwha Aerospace . Доля рынка в 2018 году варьировалась в зависимости от платформ применения: [15]

4 июня 2018 года Boeing и Safran объявили о своем партнерстве 50/50 по проектированию, производству и обслуживанию ВСУ после получения нормативного и антимонопольного разрешения во второй половине 2018 года. [16] Boeing произвел несколько сотен малых турбовальных двигателей T50 / T60 и их производных в начале 1960-х годов. Safran производит ВСУ для вертолетов и бизнес-джетов , но прекратил выпуск больших ВСУ с тех пор, как Labinal вышел из совместного предприятия APIC с Sundstrand в 1996 году. [17]

Это может поставить под угрозу доминирование Honeywell и United Technologies . [18] Honeywell занимает 65% рынка ВСУ для магистральных самолетов и является единственным поставщиком для Airbus A350 , Boeing 777 и всех узкофюзеляжных самолетов : Boeing 737 MAX , Airbus A220 (ранее Bombardier CSeries), Comac C919 , Irkut MC-21 и Airbus A320neo, поскольку Airbus исключил опцию P&WC APS3200 . P&WC претендует на оставшиеся 35% с Airbus A380 , Boeing 787 и Boeing 747-8 . [17]

Для того, чтобы СП Boeing/Safran достигло $100 млн дохода от услуг, потребуется не менее десятилетия. В 2017 году рынок производства стоил $800 млн (88% гражданских и 12% военных), в то время как рынок MRO стоил $2,4 млрд, поровну распределенных между гражданскими и военными. [19]

Космический корабль

Вспомогательные силовые установки Space Shuttle обеспечивали гидравлическое давление. У Space Shuttle было три резервных ВСУ, работающих на гидразиновом топливе. Они включались только для подъема, входа в атмосферу и посадки. Во время подъема ВСУ обеспечивали гидравлическую мощность для карданного подвеса трех двигателей Shuttle и управления их большими клапанами, а также для перемещения поверхностей управления . Во время посадки они перемещали поверхности управления, опускали колеса и приводили в действие тормоза и рулевое управление носового колеса. Посадка могла быть выполнена при работе только одной ВСУ. [20] В первые годы существования Shuttle возникли проблемы с надежностью ВСУ, в трех из первых девяти миссий Shuttle возникли неисправности. [Примечание 2]

Бронетехника

Вспомогательные силовые установки (APU) устанавливаются на некоторых танках для обеспечения электропитания без высокого расхода топлива и большой инфракрасной сигнатуры основного двигателя. Еще во время Второй мировой войны американский танк M4 Sherman имел небольшую, работающую на поршневом двигателе APU для зарядки аккумуляторов танка, чего не было у советского танка Т-34 . [25]

Коммерческие автомобили

Полуприцеп или вагон для перевозки охлажденных или замороженных продуктов питания могут быть оборудованы независимой ВСУ и топливным баком для поддержания низких температур во время перевозки без необходимости использования внешнего источника питания, поставляемого транспортным средством. [ необходима ссылка ] [26]

На некоторых старых дизельных двигателях для запуска основного двигателя вместо электродвигателя использовался небольшой бензиновый двигатель (часто называемый «пони-двигателем»). Выхлопной тракт пони-двигателя обычно был расположен так, чтобы нагревать впускной коллектор дизеля, чтобы облегчить запуск в холодную погоду. Они в основном использовались на крупных единицах строительного оборудования. [27] [28]

Топливные элементы

В последние годы производители грузовиков и топливных элементов объединились для создания, тестирования и демонстрации ВСУ на топливных элементах, которая устраняет почти все выбросы [29] и использует дизельное топливо более эффективно. [30] В 2008 году спонсируемое Министерством энергетики партнерство между Delphi Electronics и Peterbilt продемонстрировало, что топливный элемент может обеспечить питание электроники и кондиционера Peterbilt Model 386 в условиях имитации «холостого хода» в течение десяти часов. [31] Delphi заявила, что система мощностью 5 кВт для грузовиков класса 8 будет выпущена в 2012 году [ требуется обновление ] по цене 8000–9000 долларов, что будет конкурентоспособно с другими двухцилиндровыми дизельными ВСУ «среднего класса», если они смогут уложиться в эти сроки и сметы расходов. [30]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Для поддержания баллонетов дирижабля в надутом состоянии и, таким образом, для сохранения структуры газового мешка требовалась непрерывная подача сжатого воздуха . В нормальном полете он собирался из потока воздуха от пропеллера с помощью воздухозаборника.
  2. ^ Ранние неисправности ВСУ шаттла:
    • STS-2 (ноябрь 1981 г.): Во время задержки на стартовой площадке в двух из трех ВСУ было обнаружено высокое давление масла. Необходимо было промыть коробки передач и заменить фильтры, что заставило перенести запуск. [21]
    • STS-3 (март 1982 г.): Одна ВСУ перегрелась во время подъема и ее пришлось отключить, хотя позже она работала нормально во время входа в атмосферу и посадки. [22] [23]
    • STS-9 (ноябрь–декабрь 1983 г.): Во время посадки загорелись две из трех ВСУ. [24]

Ссылки

  1. ^ "400 Гц электрические системы". Спросите ракетостроителя . Aerospaceweb.org.
  2. ^ Эбботт, Патрик (1989). Британский дирижабль на войне, 1914–1918 . Теренс Далтон. стр. 57. ISBN 0861380738.
  3. ↑ Эндрюс и Морган 1987, стр. 21.
  4. ^ Вольф, Уильям (2005). Boeing B-29 Superfortress: окончательный вид: от чертежной доски до дня победы над Японией . Шиффер. стр. 205. ISBN 0764322575.
  5. ^ Ливингстон, Боб (1998). Под Южным Крестом: B-24 Liberator в южной части Тихого океана . Turner Publishing Company. стр. 162. ISBN 1563114321.
  6. ^ Этель, Джеффри; Дауни, Дон (2004). Полет на горбу: в оригинальном цвете времен Второй мировой войны . Издательство Zenith. стр. 84. ISBN 0760319154.
  7. ^ Шульте, Рудольф К. (1946). "Анализ конструкции турбореактивного двигателя BMW 003 - "Запуск двигателя"". legendsintheirowntime.com . Военно-воздушные силы США - разработки турбореактивного двигателя и турбины Gus, штаб-квартира, AAF. Архивировано из оригинала 29 сентября 2018 г. . Получено 3 сентября 2016 г. . Процедура запуска следующая: пусковой двигатель подзаряжается путем замыкания электрического переключателя подкачки, затем включаются зажигание турбореактивного двигателя и зажигание и электростартер двигателя Riedel (этот двигатель также можно запустить вручную, потянув за трос). После того, как агрегат Riedel достигнет скорости около 300 об/мин, он автоматически включает вал компрессора турбореактивного двигателя. Приблизительно при 800 об/мин пускового двигателя включается пусковой топливный насос, а при 1200 об/мин включается основное (J-2) топливо. Стартерный двигатель остается включенным до тех пор, пока турбореактивный двигатель не достигнет 2000 об/мин, после чего стартерный двигатель и пусковое топливо выключаются, турбореактивный двигатель быстро разгоняется до номинальной скорости 9500 об/мин на топливе J-2.
  8. ^ Ганстон 1997, стр. 141.
  9. ^ Ванхонакер, Марк (5 февраля 2015 г.). «Что это за дыра в хвосте самолета?». Slate . Получено 20 октября 2016 г. .
  10. ^ ab "APU и его преимущества | AERTEC Solutions". www.aertecsolutions.com . 10 мая 2015 г. Архивировано из оригинала 20-06-2018 . Получено 20-06-2018 .
  11. ^ "Турбореактивные двигатели". www.grc.nasa.gov . Получено 2022-03-20 .
  12. ^ Синнет, Майк (2007). «Экономия топлива и повышение эксплуатационной эффективности» (PDF) . Boeing . Получено 17 января 2013 г.
  13. ^ Огандо, Джозеф, ред. (4 июня 2007 г.). «Boeing's 'More Electric' 787 Dreamliner ускоряет эволюцию двигателя: на 787 Boeing исключил отбор воздуха и в значительной степени полагался на электрические стартер-генераторы». Design News . Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 г. . Получено 9 сентября 2011 г. .
  14. ^ Спенсер, Джей (июль 2004 г.). «Топливные элементы в воздухе». Boeing Frontiers . 3 (3).
  15. ^ «Дело M.8858 – Boeing/Safran/JV (Вспомогательные силовые установки), решение Комиссии в соответствии со статьей 6(1)(b) Совета, Регламентом № 139/2004 и статьей 57 Соглашения о Европейском экономическом пространстве». EUR-Lex . Европейская комиссия. 27 сентября 2018 г. стр. 14. Получено 11 августа 2022 г.
  16. ^ "Boeing, Safran договорились о проектировании, строительстве и обслуживании вспомогательных силовых установок". Safran (пресс-релиз). 4 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 2018-06-17.
  17. ^ Стивен Тримбл (5 июня 2018 г.). «Как предприятие Boeing-Safran изменит рынок ВСУ?». Flightglobal .
  18. ↑ Стивен Тримбл (4 июня 2018 г.). «Boeing и Safran объединяются, чтобы подорвать рынок ВСУ». Flightglobal .
  19. ^ Кевин Майклс (27 июня 2018 г.). «Мнение: почему Boeing погружается в производство ВСУ?». Aviation Week & Space Technology .
  20. ^ "Гидравлическая система". spaceflight.nasa.gov . NASA. Архивировано из оригинала 2 июня 2001 года . Получено 8 февраля 2016 года .
  21. ^ "Архивы миссии космического челнока STS-2". www.nasa.gov . NASA . Получено 18 февраля 2016 г. .
  22. ^ "Архивы миссии космического челнока STS-3". www.nasa.gov . NASA . Получено 18 февраля 2016 г. .
  23. ^ Lousma, Jack R. (15 марта 2010 г.). «Jack R. Lousma Edited Oral History Transcript». Проект устной истории NASA Johnson Space Center (интервью). Интервью взято Ross-Nazzal, Jennifer . Получено 18 февраля 2016 г.
  24. ^ "Архивы миссии космического челнока STS-9". www.nasa.gov . NASA . Получено 18 февраля 2016 г. .
  25. ^ Лоза, Димитрий (21 сентября 2010 г.). "IRemember.ru Воспоминания о Второй мировой войне". iremember.ru/en . IRemember . Получено 13 июня 2017 г. . Еще одним большим плюсом Шермана была зарядка его аккумуляторов. На нашем Т-34 для зарядки аккумуляторов приходилось запускать двигатель, все 500 лошадиных сил. В боевом отделении Шермана стоял вспомогательный бензиновый двигатель, маленький, как у мотоцикла. Заводили его, и он заряжал аккумуляторы. Для нас это было большим делом!
  26. ^ «Освобождение от ограничений по массе транспортных средств для ВСУ».
  27. ^ Орлеманн, Эрик. Caterpillar Chronicle: История величайших землеройных машин . стр. 35. ISBN 9781610605779.
  28. ^ "Уиллард против Caterpillar, Inc. (1995)". Justia Law . Получено 13 декабря 2016 г. .
  29. ^ Бродерик, Кристи-Джой; Тимоти Липман; Мохаммад Фарши; Николас Лютси; Гарри Дуайер; Дэниел Сперлинг; Уильям Гоуз; Брюс Харрис; Фой Кинг (2002). «Оценка вспомогательных силовых установок на топливных элементах для большегрузных дизельных грузовиков» (PDF) . Исследования в области транспорта, часть D . Elsevier Sciences Ltd. стр. 303–315. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-04-03 . Получено 2011-09-27 .
  30. ^ ab Weissler, Paul (2010-05-12). "Вспомогательная силовая установка на топливных элементах для грузовиков Delphi появится на дорогах в 2012 году". Электрификация транспортных средств . Получено 27.09.2011 . и Delphi заявляет, что в 2012 году на рынке появится вспомогательная силовая установка мощностью 5 кВт.
  31. ^ Якобс, Майк (2009-03-19). «Твердооксидный топливный элемент успешно обеспечивает питание кабины грузовика и спального места в ходе испытаний, спонсируемых Министерством энергетики». NETL: Пресс-релиз . Национальная лаборатория энергетических технологий . Получено 27 сентября 2011 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Вспомогательные силовые установки .