МЕТОДИ ПОТУПЕННЯ ВАГИ - PDF Завантажити безкоштовно

1 МЕТОДИ ЗНИЖЕННЯ ВАГИ В ДИСЕРТАЦІЇ МЕРЕЖЕВ КАБІНИ ЕЛЕКТРОННОГО САМОЛОТА, затверджені Електротехнічним факультетом Університету Гельмута Шмідта/Університету Федеральних Збройних Сил у Гамбурзі для здобуття вченого ступеня доктора-інженера, представленого Dipl.-Ing. Йоганнес Бромбах з Берліна, Гамбург, 2014 рік

методи

2-й день усного іспиту: Перший рецензент: ун-т проф. Доктор-інж. хабіл. Детлеф Шульц Другий рецензент: ун-т-проф. Доктор-інж. Клаус Ф. Гофман

5 III ТЕЗИ Основними тезами цієї дисертації є такі: Електричні перетворювачі на стороні навантаження мають найбільшу частку ваги в мережі електричних кабін. Оптимальна інтеграція електричної системи кабіни постійного струму досягається завдяки безтрансформаторним архітектурам. Найбільша економія ваги в бортовій електричній системі відбувається завдяки введенню рівня постійної напруги для всіх навантажень. Сума технічних та конструктивних переваг мережі кабін напруги постійного струму передбачає економічну реалізацію. Технології акумуляторів можуть замінити поточне допоміжне та аварійне джерело живлення.

7 V ЗМІСТ Подяки. Я! Коротка версія. II! Тези. III! Зміст. V! Список використаних символів. IX! Список використаних індексів. XI! Використані скорочення. XII! 1! Вступ. 1! 1.1! Мотивація 1! 1.2! Мета роботи та процедура 2! 2! Витвір мистецтва. 7! 2.1! Постачання енергії для літака 7! 2.1.1! Історичний розвиток 8! 2.1.2! Енергетичні системи авіаційних двигунів 10! 2.1.3! Блок живлення змінного струму 12! 2.1.4! Джерело постійного струму 14! 2.2! Будівництво авіаційних мереж 14! 2.2.1! Структура мережі 15! 2.2.2! Електропроводка 16! 2.3! Захист мережі в бортових мережах 17! 2.3.1! Запобіжники 17! 2.3.2! Теплові вимикачі 19! 2.3.3! Електронні вимикачі 19! 2.4! Оптимізація наближається до 20! 2.4.1! Електрифікація енергетичних систем 20! 2.4.2! Управління електричним навантаженням 20! 2.4.3! Бортові мережі постійного струму 21! 2,5! Мережі постійної напруги в звичайному енергопостачанні 21! 2.5.1! Сучасний рівень 21! 2.5.2! Перемикання та захист високої постійної напруги 22! 3! Моделювання. 25! 3.1! Моделювання еталонного літака 26!

10 VIII 6.2! Інтеграція нових функцій 133! 6,3! Зниження експлуатаційних витрат 133! 7! Короткий зміст та перспективи! 7.1! Короткий зміст роботи 135! 7,2! Outlook 137! 8-й! Прикріплення. XV! 8,1! Параметри кабелю для літака XV! 8,2! Відповідні стандарти XV! 8,3! Експлуатаційні витрати сучасного літака XVI! 8.3.1! Вплив зміни ваги XVIII! 8.3.2! Вплив зміни споживання електроенергії XIX! 8,4! Технологія лабораторного налаштування та вимірювання, що використовується XX! 8.4.1! Блок живлення XX! 8.4.2! Електричні навантаження XX! 8.4.3! Система контролю та регулювання XXI! 8.4.4! Вимірювальна технологія XXI! 8.4.5! Лабораторне налаштування XXIII! 8.4.6! Демонстратор управління навантаженням XXIV! 8.4.7! Програмне забезпечення для керування живленням XXV! 8.4.8! Маленький демонстратор XXVI! 8,5! Архітектурні студії XXVII! 8,6! Моделювання нового типу захисту на відстань XXIX! 8,7! Ваги загальної архітектури HVDC XXX! 8,8! Вимірювання ємності та індуктивності кабелю XXXI! 9! Наукове підтвердження діяльності. XXXII! 10! Бібліографія. XXXVIII! Резюме. XIII!

11 IX СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ СИМВОЛІВ ФОРМУЛ Символи Одиниця Опис α W m -2 K -1 Коефіцієнт тепловіддачі g питома зміна споживання з β м кг 100! Km варіація ваги g питома зміна споживання з β W kwh! "Зміна споживання електричної енергії Δ - різниця ε r - діелектрична проникність µ r - коефіцієнт проникності ϕ V електричний потенціал ϕ - кут у радіанній мірі ρ Ws kg -1 щільність енергії ψ V s потік котушки ω s -1 кутова частота Δ - різниця ϕ W кг -1 щільність потужності θ K температура θ 0 C температура навколишнього середовища! K зміна часової температури a - параметри формули A m 2 площа B - коефіцієнт пучка BT щільність магнітного потоку! T пікове значення щільність магнітного потоку BW поточне значення b - параметр формули b - коефіцієнт експлуатаційного/корисного навантаження c - параметр формули CJK -1 теплоємність CF електрична потужність CF км -1 ємність d мм діаметр f Гц частота G - передавальна функція I., i A струм! Пікове значення струму j - комплексний оператор k - параметр K Витрати l m довжина L H індуктивність L H км -1 індуктивність покриття

12 X Символ формули Позначення одиниці м кг маса m Еквалайзер кг вага обладнання м кг км -1 питома вага кабелю n - число N - кількість витків O - обчислювальне зусилля r φ m круговий маршрут ts час T s період p% відсоток P, p W ефективна потужність R Ω опір R Ω км -1 питомий опір кабелю sjs -1 складна кутова частота sm шлях, відстань s - коефіцієнт масштабування v - відношення w кг,% абсолютної ваги, відносна вага W Ws енергія xm відстань, перпендикулярна напрямку польоту і горизонтальна до землі X Ω реактивний опір U, u V напруга ! V пікове значення напруги Q el Як електричний заряд y m відстань у напрямку польоту Y S допуск z m відстань, перпендикулярна до підлоги кабіни Z Ω імпеданс

13 XI СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ПОКАЗНИКІВ Індекси Значення Температура C у C 3 Ph 3-фазних провідниках співвідношення AC/DC A320 Airbus A320 (літаки на коротких та середніх дистанціях) змінна кількість змінного струму b робочий постійний падіння постійної величини падіння напруги e наземне середньоквадратичне значення ел. Час електричного розряду Час обладнання Fh Час польоту згідно з виміряною граничною межею j показники роботи j рік k з'єднання вапна з урахуванням K гас Kst кабельні траси Ktyp типи кабелів L навантаження навантаження навантаження сторона L1, L2, L3 позначення фази мінімальне мінімальне значення макс. Максимальне значення номінальний проектний розмір мережа сторона мережі n корисне навантаження нормалізований N нейтральний провідник Q джерело th тепловий w перетворювач 'нормалізований Значення ланки постійного струму

20 4 1 ВСТУП Електричні споживачі Електророзподіл Електричне виробництво Крок: 1 Підходи до зменшення ваги Визначення вагових пропорцій Визначення пропорцій споживання Підходи до зменшення споживання 2 Визначення ефективності підходів до оптимізації Визначення ефективності підходів до оптимізації Багатопараметричне варіювання 3 Ні Визначення оптимальної конструкції 4 Не виконано конкретних вимог до літаків? 5 Так Економічно доцільно? 6 Так Оптимізована електрична система Рисунок 1.3 Процедура багатопараметричної оптимізації електричної системи з метою зменшення ваги та споживання

21 1 ВСТУП 5 Ця робота розбита на сім розділів. Глава 1 описує мотивацію та мету роботи. У розділі 2 описується стан техніки. Тут представлена ​​структура бортових мереж сучасних комерційних літаків. Описано три основні компоненти генерації, розподілу та електричних навантажень сучасного літака. У главі 3 проаналізовано та охарактеризовано три електричні підсистеми сучасного літака на короткі та середні магістралі. Це створює базу даних та модель, яка служить відправною точкою для подальших досліджень. У розділі 4 результати перевіряються на моделюванні електричної системи транспортного засобу та визначаються важливі параметри відповідних компонентів електричної системи. У розділі 5 описується застосування різних стратегій оптимізації до моделі. Там результати оцінюються та математично обробляються. Розділ 6 показує технічний та економічний потенціал оптимізації на загальному рівні літаків. Розділ 7 узагальнює результати та дає погляд на подальші дослідження.

25 2 ПОПЕРЕДНЕ МИСТЕЦТВО HVDC: Високовольтний постійний струм VF: Змінна частота MEA: Більше електричних літаків CF: Постійна частота пар. Генератор: Генератори, підключені паралельно HVDC 230 V AC VF MEA 115 V AC VF Управління навантаженням 115 V AC CF 115 V AC CF (пар. Генеральний) 28 V DC (пар. Генеральний) 28 V DC Рисунок 2.1 Часове використання різних технологій у цивільна авіація (нові поставки), див. [Moi09] На малюнку 2.2 показано розвиток встановленої потужності генератора на борту літака. Видно, що спочатку збільшення розмірів літака (B747) спричинило збільшення експлуатаційних характеристик. Наступне збільшення енергоспоживання відбулося із введенням нових систем комфорту для пасажирів. Тут слід згадати одномісну розважальну систему під час польоту (IFE), яка все частіше використовується в нових літаках. B787 Вихід [ква] Дуглас DC-8 B A380 0 рік Рисунок 2.2 Розвиток встановленої потужності генератора у великих комерційних літаках, див. [Mec05]

27 2 Попереднє мистецтво 11 співвідношення ще більше зросло. Двигун Pratt & Whitney PW1100G A320neo матиме коефіцієнт обхідності 12: 1 і заощадить 15% пального в порівнянні з двигунами нинішнього покоління (джерело: Airbus). На рисунку 2.3 показана основна будова двовального редукторного турбовентиляторного двигуна. Повітряний повітродув (вентилятор) редукторний генератор тяги компресор низького тиску кровоплинний повітряний тяга гідравлічний насос паливний насос допоміжне обладнання носій високого тиску компресор високого тиску повітря повітряний стартер камера згоряння допоміжне обладнання вал низького тиску вал низького тиску хвиля високого тиску турбіна високого тиску тяга Рисунок 2.3 Майбутній двовальний авіаційний двигун (редуктований турбовентилятор) з підключеним допоміжним обладнанням два вали, що стикаються один з одним, що означає, що швидкості турбіни високого тиску і турбіни низького тиску можуть бути різними. У наведеному прикладі турбіна високого тиску приводить у дію лише компресор високого тиску