docSamolot bardziej elektryczny - Wydział Elektrotechniki i Automatyki
download 
Reklamacja Transkrypt
Samolot bardziej elektryczny - Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Samolot bardziej elektryczny dr inż. Michał Michna Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych Samolot bardziej elektryczny System energetyczny współczesnych samolotów Samolot bardziej elektryczny Urządzenia elektryczne na pokładzie samolotu Programy badawcze 2 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Autonomiczne systemy elektroenergetyczne pokładowe ASE – systemy mobilne znajdujące się na samolotach, statkach i samochodach, stacjonarne ASE – systemy służące do zasilania w energie elektryczną budynków i domów Zastosowanie Moc [kW] Prędkość obrotowa [obr/min] Samochód hybrydowy 30 – 130 0 – 13000 Mały generator wiatrowy 2 – 10 300 – 1700 Samolot 120 – 250 7500 – 23000 Agregat prądotwórczy (CHP) 1 – 150 2000 – 4000 3 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System energetyczny samolotu 4 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System energetyczny samolotu Energia hydrauliczna · kontrola lotu, · podwozie, · hamulce, · drzwi ... 206bar 250kW Energia pneumatyczna · klimatyzacja, · sprężone powietrze, · odladzanie, · rozrusznik… do 20bar1200kW Energia elektryczna · awionika, · pompy, · odmrażanie, · oświetlenie… 115VAC 230kVA Energia mechaniczna · silnik pomp paliwowych · silnik pomp olejowych · rozrusznik ... 100kW Samolot konwencjonalny 5 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System energetyczny samolotu Kontrola lotu System Elektryczny Złożoność złożony Konserwacja prosta Hydrauliczny prosty Mechaniczny Systemy Pneumatyczny lądowania bardzo złożony prosty złożona i niebezpieczna częsta, wolna złożona Pompa hydruliczna Energia mechanicza Przekładnia Energia hydrauliczna Silnik główny Rozwój technologii zaawansowana/ w trakcie rozwoju zaawansowana bardzo zaawansowanaa bardzo zaawansowana Samolot konwencjonalny Odladzanie Kompresor Energia pneumatyczna Generator elektryczny System dystrybucji EE Silniki elektryczne 6 Energia elektryczna ECS Odbiory eletryczne dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System elektroenergetyczny Baterie Dystrybucja: 28VDC AC/DC Konwersja Dystrybucja AC 115VAC Główne źródła energii AC 7 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System elektroenergetyczny Samolot Elektryczny All Electrical Aircraft Energia Elektryczna [kW lub kVA] 15000 Samolot Bardziej Elektryczny More Electrical Aircraft 1000 System AC & DC 500 System DC od 90kVA do 1.5MVA 8 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System elektroenergetyczny 9 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Podstawowe typy ASE dr inż. Michał Michna 10 Gdańsk 2011 System elektroenergetyczny Variable Input Shaft Speed Constant Speed Drive Syn Gen 3 Phase 115VAC 400Hz Integrated Drive Generator (CF) Przekształtnik z obwodem pośredniczącym DC Variable Input Shaft Speed 3 Phase 115VAC 400Hz Syn Gen Variable Speed Constant Frequancy (DC Link) 11 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 System elektroenergetyczny Cycloconverter Variable Input Shaft Speed 3 Phase 115VAC 400Hz Syn Gen VSCF (Cyclonverter) Variable Input Shaft Speed Syn Gen 3 Phase 115VAC 360-800Hz Variable Frequancy Generator 12 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Energia Elektryczna [MW lub MVA] Samolot bardziej elektryczny Samolot elektryczny All Electrical Aircraft 2,0 1,5 Silnik elektryczny Silnik bardziej elektryczny Bez systemów hydraulicznych Samolot Bardziej Elektryczny More Electrical Aircraft Bez systemów penumatycznych 1,0 Boeing 787 Airbus A380 0,5 13 2000 2015 dr inż. Michał Michna 2030 Gdańsk 2011 Samolot bardziej elektryczny MEA – more electrical aircraft Airbus A380 Boeing 787 14 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Samolot bardziej elektryczny (B787) Maty elektryczne do odladzania skrzydeł 100kVA Rozruch przez silniki elektryczne 180kVA Pompy hydrauliczne napędzane silnikami elektrycznymi 4x100kVA Eliminacja systemu pneumatycznego Elektryczne systemy klimatyzacji oraz utrzymania ciśnienia w kabinie 500kVA 15 Zaawansowany technologicznie system elektroenergetyczny dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Samolot bardziej elektryczny (B787) Przekształtniki 235AC na ± 270DC Hybrydowy system EE 235V AC, ± 270VDC, 28VDC Generatory synchroniczne VF • 2x250kVA na silnik • 2x225kVA APU Zdalne sterowanie dystrybucją energii Rozruch elektryczny Kadłub kompozytowy Elektryczne hamulce APU rozrusznik/generat or 16 Układy zasilania i sterowania silników elektrycznych 3x gniazda 115VAC do zasilana z Układy ziemi energoelektroniczne chłodzone wodą dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Samolot bardziej elektryczny Odbiorniki Silniki elektryczne Odladzanie Energia System EE elektryczna Generator Elektryczny Silnik Główny Kompresor Dodatkowa energia pneumatyczna Klimatyzacja Podwozie Avionika 17 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Samolot bardziej elektryczny wzrost całkowitej sprawności systemu zmniejszenie wagi, objętości układów wykonawczych zmniejszenie kosztów zwiększenie niezawodności i bezpieczeństwa zmniejszenie kosztów utrzymania i serwisu zwiększenie funkcjonalności łatwość implementacji wykorzystanie technologii przyjaznych środowisku 18 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Maszyny elektryczne na pokładzie samolotu Generacja energii elektrycznej 19 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generacja energii elektrycznej 1 2 3 4 generator generator generator generator 20 główny, pomocniczy (auxiliary power unit APU), bezpieczeństwa (ram air turbine RAT), naziemny (ground power unit GPU) dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Samolot konwencjonalny B777 Źródła energii: Dwa generatory - 120 kVA, 115Vac, 400Hz Jeden generator pomocniczy (APU) - 120 kVA, 115Vac, 400Hz Cztery generatory z magnesami trwałymi 950 W zintegrowane w dwa generatory zapasowe Jedna turbina bezpieczeństwa 7.5kVA Ram Air Turbine (RAT) dr inż. Michał Michna 21 Gdańsk 2011 System elektroenergetyczny Typ generatora Samoloty cywilne IDG/CF 115 VAC/400Hz B777 2 x 120kVA A340 4 x 90 kVA B737NG 2 x 90 kVA MD-12 4 x 120 kVA B747-X 4 x 120 kVA B717 2 x 40 kVA B767-400 2 x 120 kVA Do728 2 x 40 kVA VSCF (Cycloconverter) 115 VAC/400Hz F-18E/F 2 x 60/65 kVA VSCF (DC link) 115 VAC/400Hz B777 2 x 20 kVA (Backup) MD-90 2 x 75 kVA VF 115 VAC/400-760Hz Horizon 2 x 20/25 kVA A380 4 x 150 kVA VF 230 VAC/400-760Hz B787 4x250kVA 270 VDC 22 Samoloty wojskowe Boeing JSF 2 x 50 kVA LM F-22 Raptor 2 x 70 kVA BJSF X-32A/B/C 2 x 50 kVA dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generator energii elektrycznej 23 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generator synchroniczny Stojan Wirnik wydatnobiegunowy TWORNIK WYTWARZA STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA TWORNIKA MAGNEŚNICA WYTWARZA STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA WZBUDZENIA moc znamionowa 10 kVA częstotliwość 50 Hz 24 napięcie twornika 3 x 231V prąd twornika 25 A napięcie wzbudzenia 30 V prąd wzbudzenia 10 A prędkość obrotowa 1500 obr/min masa 112 kg dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generator główny Generator synchroniczny 90 kW Hamilton Sundstrand, Rockford, IL, U.S.A 25 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generator główny Napięcie przemienne AC Generator z magnesami trwałymi 26 GCU Napięcie stałe DC Stojan Stojan Wirnik Wirnik Wirnik Wirnik Stojan Stojan Wzbudnica z prostownikiem na wirniku dr inż. Michał Michna Trój fazowe napięcie generowane o stałej amplitudzie Generator główny Gdańsk 2011 Generator główny regulator wzbudzenie wzbudzenie twornik twornik przed wzbudnica 27 wzbudnica generator synchroniczny dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Exciter Main 24000 rpm PMG CSD VFG PMG Exciter Main 12000…24000 rpm 4500…9000 rpm 4500…9000 rpm 28 IDG dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 MEA – główny generator 29 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generator pomocniczy APU auxiliary power unit Boeing 737 1. light switch 2. APU fuel line 3. generator, 4. oil filter 5. fuel nozzles 6. upper shroud 7. bleed air valve, 8. start motor, 9. oil tank, 10. bleed air manifold, 11. exhaust muffler 31 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Generator awaryjny RAT ram air turbine Airbus A320 32 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Starter/generator Wysokoobrotowy silnik z magnesami trwałymi 33 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 MOET More Open Electrical Technologies www.eurtd.com/moet 2006-2009 34/<##> dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 More-Electric Technology for Next-Generation Aircraft www.moetproject.eu Electro-mechanical actuators Electric wing ice protection All-electric APU 35 Power electronics (liquid-cooled) ±270V DC power system All-electric air conditioning Electric engine start dr inż.co-funded Michał Michna Gdańsk 2011 Project by the European Commission within the Sixth Framework Programme MOET sterowanie bezczujnikowe wysokoobrotowej maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi do napędu w układach wentylacji, chłodzenia i odladzania (Liebherr), modelowanie pokładowego systemu generacji i dystrybucji energii elektrycznej z uwzględnieniem wysokoobrotowego generatora synchronicznego (ThalesGroup) oraz układów transformacji napięcia ATU + ATRU 36 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Modelowanie elementów systemu Program symulacyjny SYNOPSYS/SABER Model w postacie wielowrotnika Prostota użytkowania i implementowania poszczególnych elementów systemu Testowanie stabilności modeli przed opublikowaniem 38 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Model generatora Gdańsk 2011 dr inż. Michał Michna 39 Koherencja model behawioralny i pomiary Gdańsk 2011 dr inż. Michał Michna 40 Test ring Installation of a Variable Frequency Starter Generator on the reversible drive stand 41 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Literatura Airbus A380 www.airbus.com/en/aircraftfamilies/a380/ Boeing 787 www.boeing.com/commercial/787family/index.html Goodrich www.goodrich.com Hamilton Sundstrand www.hamiltonsundstrand.com MOET www.eurtd.com/moet/ Thales Group www.thalesgroup.com The Joint Strike Fighter Program www.jsf.mil 42 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011 Dziękuję za uwagę 43 dr inż. Michał Michna Gdańsk 2011
