stringtranslate.com

Вспомогательная силовая установка

ВСУ Honeywell GTCP36, установленный в хвостовой части бизнес-джета
Выхлоп ВСУ в хвостовой части самолета Airbus A380

Вспомогательная силовая установка ( ВСУ ) — это устройство на транспортном средстве , которое обеспечивает энергию для других функций, кроме движения . Их обычно можно встретить на больших самолетах и ​​военно-морских кораблях, а также на некоторых крупных наземных транспортных средствах. ВСУ самолета обычно вырабатывают  напряжение 115 В переменного тока частотой 400  Гц (а не 50/60 Гц в сети питания) для работы электрических систем самолета; другие могут производить напряжение 28 В постоянного тока . [1] APU могут обеспечивать питание через одно- или трехфазные системы.

Транспортный самолет

История

Впускной переключатель Jumo 004 с ручкой стартера для Riedel APU и отверстиями для доступа к свечам зажигания.
2-тактный двигатель Riedel , используемый в качестве новаторского образца ВСУ для вращения центрального вала немецкого BMW 003 времен Второй мировой войны и реактивных двигателей Junkers Jumo 004 (показан вариант пускового шнура).
ВСУ Riedel установлена ​​на сохранившемся реактивном двигателе BMW 003 (показан вариант с электростартером).

Во время Первой мировой войны британские дирижабли прибрежного класса , один из нескольких типов дирижаблей, эксплуатируемых Королевским флотом , несли вспомогательный двигатель ABC мощностью 1,75 лошадиных сил (1,30 кВт) . Они приводили в действие генератор радиопередатчика корабля и, в случае чрезвычайной ситуации, могли привести в действие вспомогательный вентилятор. [Примечание 1] [2] Одним из первых военных самолетов, использовавших ВСУ, был британский Supermarine Nighthawk времен Первой мировой войны, ночной истребитель против цеппелинов . [3]

Во время Второй мировой войны ряд крупных американских военных самолетов был оснащен ВСУ. Их обычно называли «патт-паттс» , даже в официальных тренировочных документах. Удар-удар 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 с номиналом 28,5 В и 200 А (несколько таких же генераторов P2 , приводимых в действие главными двигателями , были источником питания постоянного тока B-29 в полете). «Патт-патт» обеспечивал мощность для запуска основных двигателей и использовался после взлета на высоту 10 000 футов (3 000 м). Удар-удар возобновился, когда B-29 спускался на посадку. [4]

На некоторых моделях B-24 Liberator в передней части самолета, внутри отсека носового колеса, был установлен «патт-патт». [5] Некоторые модели транспортных самолетов Douglas C-47 Skytrain имели под полом кабины «патт-патт». [6]

В качестве механических «пусковых» ВСУ для реактивных двигателей.

Первые немецкие реактивные двигатели , построенные во время Второй мировой войны, использовали механическую систему запуска ВСУ, разработанную немецким инженером Норбертом Риделем . Он состоял из двухтактного плоского двигателя мощностью 10 лошадиных сил (7,5 кВт) , который в конструкции Junkers Jumo 004 был спрятан во впускном отводителе и, по сути, функционировал как новаторский пример вспомогательной силовой установки для запуска реактивного двигателя. В отверстии в крайней носовой части переключателя находилась ручная ручка, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. Во впускном коллекторе Jumo 004 имелись два отверстия для доступа к свечам зажигания для обслуживания цилиндров агрегата Riedel на месте в целях технического обслуживания. Два небольших бака для предварительной смеси бензина и жидкого топлива Riedel были установлены в кольцевом воздухозаборнике. Двигатель считался чрезвычайно короткоходным (диаметр / ход поршня: 70 мм / 35 мм = 2:1), поэтому его можно было разместить во впускном коллекторе реактивных двигателей, таких как Jumo 004. Для понижения мощности он имел встроенную планетарную передачу . Он был произведен компанией Victoria в Нюрнберге и служил механическим стартером в стиле APU для всех трех немецких конструкций реактивных двигателей, дошедших до мая 1945 года, по крайней мере, до стадии прототипа — Junkers Jumo 004 , BMW 003 (который, по-видимому, уникально использовать электростартер для ВСУ Riedel), [7] и прототипы (построено 19) более совершенного двигателя Heinkel HeS 011 , которые монтировали его чуть выше впускного канала в изготовленном Heinkel листовом металле носовой части гондолы двигателя. [8]

Боинг 727, выпущенный в 1963 году, был первым реактивным лайнером с газотурбинной ВСУ, что позволяло ему работать в небольших аэропортах независимо от наземных объектов. На многих современных авиалайнерах ВСУ можно узнать по выхлопной трубе в хвостовой части самолета. [9]

Разделы

Типичная газотурбинная ВСУ коммерческого транспортного самолета состоит из трех основных секций:

Силовая часть

Силовая часть представляет собой газогенераторную часть двигателя и вырабатывает всю мощность на валу для ВСУ. [10] В этой секции двигателя воздух и топливо смешиваются, сжимаются и воспламеняются, образуя горячие и расширяющиеся газы. Этот газ обладает высокой энергией и используется для вращения турбины, которая, в свою очередь, приводит в действие другие секции двигателя, такие как вспомогательные коробки передач, насосы, электрические генераторы, а в случае турбовентиляторного двигателя - главный вентилятор [11 ].

Секция нагрузочного компрессора

Нагрузочный компрессор обычно представляет собой компрессор, установленный на валу, который обеспечивает пневматическую мощность самолета, хотя некоторые ВСУ извлекают отбираемый воздух из компрессора силовой секции. Есть два приводных устройства, которые помогают контролировать поток воздуха: входные направляющие лопатки, которые регулируют поток воздуха к нагрузочному компрессору, и клапан регулирования помпажа, который поддерживает стабильную или безпомпажную работу турбомашины. [10]

Секция коробки передач

Коробка передач передает мощность от главного вала двигателя на генератор с масляным охлаждением для получения электроэнергии. Внутри коробки передач мощность также передается на вспомогательное оборудование двигателя, такое как блок управления подачей топлива, модуль смазки и вентилятор охлаждения. Также имеется стартер, подключенный через зубчатую передачу для выполнения функции запуска ВСУ. В некоторых конструкциях ВСУ используется комбинация стартера/генератора для запуска ВСУ и выработки электроэнергии, чтобы уменьшить сложность.

На Боинге 787 , самолете, который в большей степени зависит от своих электрических систем, ВСУ подает на самолет только электричество. Отсутствие пневмосистемы упрощает конструкцию, но большой спрос на электроэнергию требует более тяжелых генераторов. [12] [13]

В настоящее время исследуются бортовые твердооксидные топливные элементы ( ТОТЭ ). [14]

Производители

На рынке вспомогательных силовых установок доминирует компания 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 приложений: [15]

4 июня 2018 года Boeing и Safran объявили о партнерстве 50 на 50 в области проектирования, производства и обслуживания ВСУ после получения разрешений регулирующих и антимонопольных органов во второй половине 2018 года . начало 1960-х годов. Safran производит ВСУ для вертолетов и бизнес-джетов , но прекратила выпуск крупных ВСУ, поскольку Labinal вышла из совместного предприятия APIC с Sundстрандом в 1996 году. [17]

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

Чтобы СП Boeing/Safran достигло 100 миллионов долларов дохода от услуг, потребуется не менее десяти лет. Рынок производства в 2017 году стоил 800 миллионов долларов (88% гражданских и 12% военных), а рынок MRO оценивался в 2,4 миллиарда долларов, поровну распределенных между гражданскими и военными. [19]

Космический корабль

ВСУ космического корабля "Шаттл" обеспечивали гидравлическое давление. У космического корабля "Шаттл" было три резервных ВСУ, работавших на гидразиновом топливе. Они были включены только для подъема, входа в атмосферу и приземления. Во время подъема ВСУ обеспечивали гидравлическую энергию для подвески трех двигателей Шаттла и управления их большими клапанами, а также для перемещения поверхностей управления . При посадке они переместили рулевые поверхности, опустили колеса, включили тормоза и рулевое управление носовым колесом. Посадку можно было осуществить при наличии только одной работающей ВСУ. [20] В первые годы существования «Шаттла» были проблемы с надежностью ВСУ: в трех из первых девяти полетов «Шаттла» возникли сбои. [Заметка 2]

Бронированные автомобили

На некоторые танки устанавливаются ВСУ , обеспечивающие электроэнергию без высокого расхода топлива и сильной инфракрасной сигнатуры главного двигателя. Еще во время Второй мировой войны американский M4 Sherman имел небольшую ВСУ с поршневым двигателем для зарядки аккумуляторов танка, чего не было у танка Т-34 советского производства. [25]

Коммерческий транспорт

Полуприцеп или вагон для рефрижераторных или замороженных продуктов питания может быть оборудован независимой ВСУ и топливным баком для поддержания низких температур во время перевозки без необходимости использования внешнего источника питания от транспорта. [ нужна ссылка ] [26]

На некоторых старых машинах с дизельным двигателем для запуска основного двигателя вместо электродвигателя использовался небольшой бензиновый двигатель (часто называемый «двигателем пони»). Выхлопной тракт двигателя «пони» обычно устроен таким образом, чтобы нагревать впускной коллектор дизеля и облегчать запуск в холодную погоду. В основном они использовались на крупной строительной технике. [27] [28]

Топливные элементы

В последние годы производители грузовиков и топливных элементов объединились, чтобы создать, протестировать и продемонстрировать APU на топливных элементах, который устраняет почти все выбросы [29] и более эффективно использует дизельное топливо. [30] В 2008 году партнерство между Delphi Electronics и Peterbilt, спонсируемое Министерством энергетики, продемонстрировало, что топливный элемент может обеспечивать питание электроники и кондиционера Peterbilt Model 386 в моделируемых условиях «холостого хода» в течение десяти часов. [31] Delphi заявила, что система мощностью 5 кВт для грузовиков класса 8 будет выпущена в 2012 году и [ требует обновления ] по цене 8000–9000 долларов, которая будет конкурентоспособной с другими двухцилиндровыми дизельными ВСУ «среднего класса», если они будут способны для соблюдения этих сроков и сметы расходов. [30]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Чтобы поддерживать баллонеты дирижабля надутыми и, таким образом, поддерживать структуру газового мешка, требовалась непрерывная подача сжатого воздуха. В обычном полете он собирался из потока пропеллера воздухозаборником.
  2. ^ Ранние неисправности APU Shuttle:
    • STS-2 (ноябрь 1981 г.): во время стоянки на стартовой площадке в двух из трех ВСУ было обнаружено высокое давление масла. Необходимо было промыть коробки передач и заменить фильтры, что вынудило перенести запуск. [21]
    • STS-3 (март 1982 г.): одна ВСУ перегрелась во время подъема, и ее пришлось отключить, хотя позже она работала нормально при входе в атмосферу и приземлении. [22] [23]
    • СТС-9 (ноябрь – декабрь 1983 г.): при приземлении загорелись две из трех ВСУ. [24]

Рекомендации

  1. ^ «Электрические системы 400 Гц». Спросите ученого-ракетчика . Aerospaceweb.org.
  2. ^ Эбботт, Патрик (1989). Британский дирижабль на войне, 1914–1918 гг . Теренс Далтон. п. 57. ИСБН 0861380738.
  3. ^ Эндрюс и Морган 1987, с. 21.
  4. ^ Вольф, Уильям (2005). Boeing B-29 Superfortress: идеальный вид: от чертежной доски до VJ-Day . Шиффер. п. 205. ИСБН 0764322575.
  5. ^ Ливингстон, Боб (1998). Под Южным крестом: B-24 Liberator в южной части Тихого океана . Издательская компания Тернер. п. 162. ИСБН 1563114321.
  6. ^ Этелл, Джеффри; Дауни, Дон (2004). «Полет через горб»: в оригинальном цвете времен Второй мировой войны . Зенит Отпечаток. п. 84. ИСБН 0760319154.
  7. ^ Шульте, Рудольф К. (1946). «Анализ конструкции BMW 003 Turbojet - «Запуск двигателя»». Legendsintheirowntime.com . Военно-воздушные силы США - Разработка турбореактивных двигателей и турбин, штаб-квартира, AAF. Архивировано из оригинала 29 сентября 2018 года . Проверено 3 сентября 2016 г. Порядок запуска следующий: пусковой двигатель запускается замыканием электропраймера, затем включаются зажигание турбореактивного двигателя и зажигание и электростартер двигателя Риделя (этот двигатель можно запустить и вручную, потянув за трос). После достижения агрегатом Риделя частоты вращения около 300 об/мин он автоматически включает вал компрессора турбореактивного двигателя. Примерно при 800 об/мин пускового двигателя включается пусковой топливный насос, а при 1200 об/мин – основное (J-2) топливо. Стартер остается включенным до тех пор, пока турбореактивный двигатель не достигнет частоты вращения 2000 об/мин, при этом стартер и пусковое топливо отключаются, турбореактивный двигатель быстро разгоняется до номинальной скорости 9500 об/мин на топливе J-2.
  8. ^ Ганстон 1997, с. 141.
  9. ^ Ванхонакер, Марк (5 февраля 2015 г.). «Что это за дыра в хвосте самолета?». Сланец . Проверено 20 октября 2016 г.
  10. ^ ab «ВСУ и ее преимущества | AERTEC Solutions» . www.aertecsolutions.com . Архивировано из оригинала 20 июня 2018 г. Проверено 20 июня 2018 г.
  11. ^ «Турбореактивные двигатели». www.grc.nasa.gov . Проверено 20 марта 2022 г.
  12. ^ Синнет, Майк (2007). «Экономия топлива и повышение эксплуатационной эффективности» (PDF) . Боинг . Проверено 17 января 2013 г.
  13. ^ Огандо, Джозеф, изд. (4 июня 2007 г.). «Более электрический» 787 Dreamliner от Boeing ускоряет эволюцию двигателя: на 787 компания Boeing устранила отбор воздуха и в значительной степени полагалась на электрические стартер-генераторы». Новости дизайна . Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 года . Проверено 9 сентября 2011 г.
  14. ^ Спенсер, Джей (июль 2004 г.). «Топливные элементы в воздухе». Боинг Фронтирс . 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 Европейской экономической зоне» . ЭУР-Лекс . Европейская комиссия. 27 сентября 2018. с. 14 . Проверено 11 августа 2022 г.
  16. ^ «Boeing и Safran соглашаются спроектировать, построить и обслуживать вспомогательные силовые установки» . Safran (Пресс-релиз). 4 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 17 июня 2018 г.
  17. ↑ ab Стивен Тримбл (5 июня 2018 г.). «Как предприятие Boeing-Safran изменит ВСУ?». Флайтглобал .
  18. ↑ Стивен Тримбл (4 июня 2018 г.). «Партнеры Boeing и Safran намерены разрушить рынок APU» . Флайтглобал .
  19. ↑ Кевин Майклс (27 июня 2018 г.). «Мнение: почему Boeing погружается в производство ВСУ?». Неделя авиации и космических технологий .
  20. ^ «Гидравлическая система». spaceflight.nasa.gov . НАСА. Архивировано из оригинала 2 июня 2001 года . Проверено 8 февраля 2016 г.
  21. ^ "Архив миссии космического корабля "Шаттл" STS-2" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля 2016 г.
  22. ^ "Архив миссии космического корабля "Шаттл" STS-3" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля 2016 г.
  23. ↑ Лусма, Джек Р. (15 марта 2010 г.). «Джек Р. Лусма отредактировал стенограмму устной истории». Проект устной истории Космического центра имени Джонсона НАСА (интервью). Беседовала Росс-Наззал, Дженнифер . Проверено 18 февраля 2016 г.
  24. ^ "Архив миссии космического корабля STS-9" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля 2016 г.
  25. ↑ Лоза, Дмитрий (21 сентября 2010 г.). «IRemember.ru Воспоминания о Второй мировой войне». iremember.ru/ru . Я помню . Проверено 13 июня 2017 г. Еще один большой плюс «Шермана» заключался в зарядке аккумуляторов. На нашем Т-34 нужно было запустить двигатель, все его 500 лошадиных сил, чтобы зарядить аккумуляторы. В боевом отделении «Шермана» находился вспомогательный бензиновый двигатель, небольшой, как у мотоцикла. Запустите его, и он зарядит аккумуляторы. Для нас это было очень важно!
  26. ^ «Исключения по весу транспортных средств для ВСУ» .
  27. ^ Орлеманн, Эрик. Caterpillar Chronicle: История величайших землеройщиков . п. 35. ISBN 9781610605779.
  28. ^ «Уиллард против Caterpillar, Inc. (1995)» . Закон Юстии . Проверено 13 декабря 2016 г.
  29. ^ Бродерик, Кристи-Джой; Тимоти Липман; Мохаммад Фарши; Николас Луцей; Гарри Дуайер; Дэниел Сперлинг; Уильям Гаус; Брюс Харрис; Фой Кинг (2002). «Оценка вспомогательных силовых установок на топливных элементах для тяжелых дизельных грузовиков» (PDF) . Транспортные исследования , часть D. Elsevier Sciences Ltd., стр. 303–315. Архивировано из оригинала (PDF) 3 апреля 2012 г. Проверено 27 сентября 2011 г.
  30. ^ Аб Вайслер, Пол (12 мая 2010 г.). «Грузовик Delphi на топливных элементах APU отправится в путь в 2012 году» . Электрификация транспортных средств . Проверено 27 сентября 2011 г. и Delphi заявляет, что в 2012 году на рынке появится APU мощностью 5 кВт.
  31. ^ Джейкобс, Майк (19 марта 2009 г.). «Твердооксидный топливный элемент успешно приводит в действие кабину и спальное место грузовика в ходе испытаний, спонсируемых Министерством энергетики». NETL: Пресс-релиз . Национальная лаборатория энергетических технологий . Проверено 27 сентября 2011 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме вспомогательных силовых установок .