Забезпечення якості генерування змінного струму постійної частоти на експлуатаційних режимах ближньомагістральних літаків

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у відповідності до Державної програми розвитку авіаційного транспорту України на період до 2010 р., розробленої згідно з Указом президента України від 18 жовтня 2000 г. №1143/2000 та рішення Ради національної безпеки і оборони України від 27 вересня 2000 р. «Про стан транспорту і авіаційної промисловості». Дана робота є складовою частиною досліджень, що проводяться в Національному авіаційному університеті, і спрямована на подальше вдосконалення методів забезпечення безпеки, регулярності та ефективності ближньомагістральної авіації.

Дисертаційна робота виконувалась в рамках наступних держбюджетних науково - дослідних робіт:

? № 501ДБ08 «Теорія, методи та методики діагностики аеродинамічного стану зовнішнього обводу літального апарата у польоті» номер державної реєстрації 0108U004065;

? № 8/07.01.04 «Сучасні концепції підвищення ефективності електроенергетичних комплексів та процесу їх автоматизації на транспорті».

Об'єктом дослідження є процес генерування змінного струму постійної частоти на експлуатаційних режимах ближньомагістральних літаків.

Предметом дослідження - методи забезпечення якості генерування змінного струму постійної частоти на експлуатаційних режимах ближньомагістральних літаків.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є забезпечення якості генерування змінного струму постійної частоти на експлуатаційних режимах ближньомагістральних повітряних кораблів (ПК) шляхом удосконалення ППЧО на базі ЕДР.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі основні завдання:

? проаналізувати СЕП та принципи стабілізації частоти змінного струму і на підставі аналізу обґрунтувати можливість забезпечення якості змінного струму за рахунок удосконалення ППЧО на базі ЕДР;

? уточнити вимоги до структурно-функціональної надійності каналу генерування змінного струму постійної частоти заданої якості;

? обґрунтувати можливість технічного обслуговування удосконаленого каналу генерування змінного струму постійної частоти з контролем рівня параметрів;

? розробити математичні моделі та алгоритми для оцінювання основних властивостей й характеристик удосконаленої системи генерування з ЕДР, що враховують режими льотної експлуатації ближньомагістральних ПК;

? удосконалити методику визначення оптимальних щодо забезпечення стійкої роботи ЕДР в усьому діапазоні льотної експлуатації ПК, геометричних розмірів феромагнітної гільзи вторинного ротора асинхронної муфти (АМ) ЕДР.

Наукова новизна отриманих результатів. Наукові положення, отримані дисертантом, та їх новизна полягають у такому:

? уперше обґрунтовано можливість забезпечення потрібної якості змінного струму постійної частоти за рахунок конструктивного удосконалення ППЧО на базі ЕДР;

? розроблено нові математичні моделі ЕДР і виконано комплексний аналіз експлуатаційних властивостей та характеристик ЕДР з АМ спеціальної конструкції в сталих та перехідних режимах роботи рушійної установки ближньомагістральних ПК;

? уперше запропоновано метод розрахунку сталого режиму роботи електричного каскаду синхронної і асинхронної машин, який враховує розподілення потоків потужностей ЕДР на відміну від відомих методів розрахунку електричних машин;

? удосконалено методи й розроблено рекомендації щодо вибору конструктивних параметрів ЕДР з урахуванням специфіки експлуатаційних режимів роботи газотурбінних рушійних установок ближньомагістральних ПК;

? уточнено вимоги до структурно-функціональної надійності каналу генерування змінного струму постійної частоти та обґрунтовано можливість технічного обслуговування каналу генерування з контролем рівня параметрів.

Вірогідність запропонованої моделі підтверджується коректним застосуванням апробованого математичного апарату, узгодженістю результатів математичного моделювання режимів роботи ЕДР з АМ спеціальної конструкції з результатами відомих досліджень та теоретичних положень.

Практичне значення отриманих результатів.

Створені концептуальні засади забезпечення якості генерування змінного струму постійної частоти на експлуатаційних режимах ближньомагістральних ПК дали можливість реалізувати результати роботи при виконанні науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт щодо вдосконалення електропостачання літальних апаратів в Державному київському конструкторському бюро «Луч» (тема «Сапсан») та в навчальному процесі Національного авіаційного університету при підготовці спеціалістів та магістрів за спеціальністю 8.000008 «Енергетичний менеджмент». Окрім того, вони можуть бути корисні під час дослідження експлуатаційних характеристик СЕП сучасних ПК, впливу нестабільності частоти струму живлення на якість роботи радіоелектронного та пілотажно-навігаційного обладнання. Упровадження результатів дослідження підтверджено відповідними актами.

Особистий внесок здобувача. Результати досліджень, які увійшли до дисертаційної роботи, отримано особисто автором. В опублікованих роботах у співавторстві здобувачеві належить: в [1, 8] обґрунтовано можливість застосування електромеханічних приводів постійної частоти обертання на основі багатоступінчатих електродинамічних редукторів в системах електропостачання змінного струму постійної частоти сучасних літаків; в [5, 7] розроблено алгоритм і проведено розрахунок оптимальних параметрів вторинного ротора асинхронної муфти з феромагнітною гільзою; в [6] проведено аналіз існуючих математичних моделей дослідження якості стабілізації частоти СЕП з різними типами ППЧО та синтезовано модель електромеханічного ППЧО на базі ЕДР.

Апробація результатів роботи. Результати досліджень, які наведено в дисертаційній роботі, доповідалися автором і обговорювалися на Міжнародних науково-технічних конференціях: «Політ-2007» (Київ, 2007 р.); «Політ-2008» (Київ, 2008 р.); «Авіа-2008» (Київ, 2008 р); «Політ-2009» (Київ, 2009 р), «ISDMCI'2009» (Євпаторія, 2009 р.) та кафедральних семінарах.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 5 праць, перелік яких наведено наприкінці автореферату, та тези доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та 4 додатків. Обсяг основної частини роботи складає 139 сторінок. В роботі наведено 54 ілюстрації та 24 таблиць. Список використаних джерел містить 104 найменування на 10 сторінках. Обсяг роботи разом з додатками ? 180 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і завдання наукового дослідження, викладено основні наукові та практичні результати, які отримані у дисертації і виносяться на захист, наведено дані про зв'язок роботи з науковими програмами, відомості щодо реалізації і апробації результатів досліджень та публікації автора, визначено особистий внесок в роботах, що виконані у співавторстві.

Перший розділ роботи присвячено аналізу стану питання забезпечення необхідної якості генерування змінного струму постійної частоти ПК. Наведено аналіз авіаційних СЕП з урахуванням умов експлуатації та характерних відказів їх функціональних блоків. Показано, що на долю відмов СЕП ПК припадає 10 % загального числа відмов систем ПК, пов'язаних з технічними причинами. Проаналізовано типові структури первинних СЕП літаків, що експлуатуються. Основну увагу приділено аналізу різних класів систем генерування (СГ) змінного струму постійної частоти, як найбільш розповсюдженим на сучасних ПК. Проведено порівняльний аналіз переваг та недоліків і визначення доцільності використання в СГ різних методів стабілізації частоти змінного струму [1]. Встановлено, що застосування статичних перетворювачів для генерування змінного струму постійної частоти (системи змінна швидкість - постійна частота (ЗШПЧ)), не зважаючи на високу якість електроенергії, що генерується, та високі надійнісні показники, не виправдане з причин високих масогабаритних показників таких систем (1,75 кг/кВА), а також складності систем керування та охолодження. Показано, що основна доля відмов каналу генерування з привід-генераторними агрегатами (ПГА) різних принципів дії припадає на ППЧО - 29-37 % (з урахуванням інтегральної конструкції ППЧО). Проведений аналіз ППЧО показав, що внаслідок недостатньої жорсткості механічних характеристик турбомеханічних ППЧО, інерційності регулятора частоти в перехідних режимах роботи ПГА спостерігаються значні тренди частоти, що позначається на якості електроенергії і, як результат, ? на точності радіоелектронних і навігаційних комплексів ПК. Сучасні гідромеханічні ППЧО відрізняються високою конструктивною складністю, мають в своєму складі велику кількість вузлів і деталей, які працюють за значних механічних навантажень, що потребує використання спеціальних матеріалів і максимально можливої точності їх виготовлення. Вкрай складною є проблема ущільнень контактних поверхонь гідроприводу для усунення витоку робочого тіла.

На основі аналізу досвіду експлуатації вітчизняного гідромеханічного приводу ГП-21 на літаках цивільної авіації зроблено висновок, що за первинної вартості (приблизно 66 тис. дол.), яка становить 86 % від вартості всіх агрегатів системи генерування, на його ремонт витрачається до 80 % часу і засобів, потрібних на обслуговування всієї системи електропостачання ПК.

Проведений аналіз дозволив висвітлити проблему генерування змінного струму постійної частоти потрібної якості за змінної швидкості обертання ротора авіадвигуна на різних його експлуатаційних режимах. Запропоновано методи і обґрунтовано доцільність вирішення задачі генерування змінного струму постійної частоти потрібної якості за рахунок використання електромеханічних приводів постійної частоти обертання на базі удосконалених електродинамічних редукторів [8].

Матеріали другого розділу присвячено обґрунтуванню можливості забезпечення високої якості змінного струму постійної частоти за рахунок використання ППЧО на базі ЕДР. Для цього проведено дослідження рівня надійності запропонованої схеми агрегату порівняно з існуючими на даний час ППЧО. Відповідно до системного підходу визначено напрями обґрунтування надійності за етапами життєвого циклу ПК з визначенням вимог до кожного напряму. Згідно з вимогами забезпечення структурної надійності каналу генерування проведено порівняльну оцінку рівня надійності гідромеханічного ППЧО та електромеханічного на базі ЕДР (рис. 1).

З урахуванням припущення, що незмінними є імовірності відмов складових блоків СЕП, окрім ППЧО, надійність каналу генерування з різними типами ППЧО залежить від імовірності відмови ППЧО, тобто імовірність безвідмовної роботи каналу генерування можна визначити так:

де - імовірність безвідмовної роботи ППЧО, - імовірність безвідмовної роботи агрегатів каналу генерування.

Порівняльну оцінку ймовірності безвідмовної роботи ППЧО виконано на основі функціональних схем їх агрегатів: . Аналіз графіків імовірності безвідмовної роботи гідравлічного та електромеханічного ППЧО (рис.1) дозволив зробити висновок про те, що підвищення надійності ППЧО на 0.5 % приводить до підвищення надійності каналу генерування на 10 %.

На основі аналізу особливостей робочого процесу ЕДР [2], визначено їх істотні властивості та характеристики, що підтверджують доцільність застосування таких агрегатів для генерування змінного струму постійної частоти необхідної якості за змінної швидкості обертання ротора ГТД на різних режимах експлуатації ближньомагістральних ПК. Стабілізація швидкості обертання вторинного ротора АМ ЕДР при зміні режиму роботи ГТД забезпечується зміною величини ковзання вторинного ротора АМ:

де та кількість пар полюсів відповідно синхронної та асинхронної машин ЕДР.

Встановлено, що забезпечення стійкості роботи ЕДР у всьому діапазоні зміни швидкості ротора привідного ГТД в процесі льотної експлуатації досягається застосуванням асинхронної муфти з механічною характеристикою «екскаваторного» типу з високою жорсткістю початкової ділянки, розглянуто основні способи формування такої характеристики. Аналіз асинхронних машин з різними конструкціями роторів дозволив зробити висновок, що генерування змінного струму постійної частоти заданої якості забезпечується при застосуванні конструктивної схеми АМ з феромагнітною гільзою на подовженій частині короткозамкненого ротора (рис. 2), яка вносить в роторний контур додаткові активно-індуктивні опори та , величина яких залежить від величини енергії, що поглинається гільзою.

На основі побудованої схеми заміщення каскадного з'єднання синхронної машини (СМ) та АМ (рис. 3) за умови не насиченості магнітного ланцюга СМ, а також малих значень кута навантаження отримано співвідношення для визначення струмів первинного та вторинного роторів АМ, а також електромагнітного моменту АМ [3]:

де

;

;

; т

генерування струм частота

- приведені еквівалентні активний та індуктивний опори феромагнітної гільзи; та - активний та індуктивний опори первинного ротора АМ; та - приведені активний та індуктивний опори фази вторинного ротора АМ; - електрорушійна сила СМ; - кількість фаз первинного ротора АМ; - частота обертання поля відносно первинного ротора АМ; - ковзання АМ.

Для визначення та схеми заміщення АМ (рис. 3) вдосконалено методику розрахунку параметрів, що еквівалентно вносяться в роторний контур АМ та виконано їх розрахунок [3]. Внаслідок ефекту відбиття електромагнітної хвилі від зовнішньої поверхні тонкостінної феромагнітної гільзи виникає потреба розв'язання системи диференціальних рівнянь електромагнітного поля із знаходженням активної (S_p) та реактивної () складових вектора Умова-Пойтінга, що характеризує питому електромагнітну потужність, яка поглинається гільзою

- напруженість магнітного поля на внутрішній поверхні гільзи, - магнітна проникність на внутрішній поверхні гільзи, - кутова швидкість первинного ротора АМ, - електрична провідність сталі.

Де

,

- еквівалентна глибина проникнення електромагнітної хвилі в гільзу, та - радіальна товщина та осьова довжина гільзи, , - обмоточний коефіцієнт та кількість витків обмотки первинного ротора АМ.

Враховуючи вирази (6)-(7) визначаються еквівалентні параметри схеми заміщення феромагнітної гільзи:

В результаті отримано аналітичну залежність електромагнітного моменту ЕДР від відносної частоти обертання вторинного ротора муфти, яка враховує вплив параметрів феромагнітної гільзи та експлуатаційних режимів роботи силової установки ближньомагістрального ПК. Магнітна проникність феромагнітної гільзи є функцією струму вторинного ротора АМ (4), який залежить від величини ковзання, тому при розрахунках еквівалентних параметрів потрібно застосувати ітераційну процедуру пошуку з нульовими початковими значеннями величин та , та подальшим уточненням струму і розрахунком значень еквівалентних опорів гільзи. Проведений аналіз виявив, що зі збільшенням частоти струму ротора спостерігається більший темп зростання активної складової еквівалентного опору, порівняно з індуктивною, що зумовлює збільшення пускового моменту АМ. Однак різке збільшення активної складової (зростання осьової довжини гільзи) призводить до зниження жорсткості механічної характеристики АМ, вплив осьової товщини гільзи на еквівалентні параметри суттєво не проявляється. Вплив геометричних параметрів гільзи на величини активного і реактивного опорів зумовив необхідність пошуку такої комбінації осьової товщини та радіальної довжини гільзи, щоб забезпечити потрібний вигляд механічної характеристики АМ [4, 7].

Механічну характеристику АМ за постійної частоти обертання первинного вала, для обрахованих за формулами (4), (5), (7), (8) значень довжини і товщини феромагнітної гільзи: , , наведено на рис. 4.

Третій розділ присвячено створенню методик розрахунку, розробці та синтезу математичних моделей ЕДР з асинхронною муфтою спеціальної конструкції, що дозволяють проводити комплексний аналіз експлуатаційних властивостей та характеристик модернізованого електродинамічного редуктора як в сталих так і в перехідних режимах роботи силової установки ПК, що обладнані ГТД. Оцінку динамічних властивостей ППЧО на базі ЕДР (тривалість перехідного процесу та відхилення частоти при зміні навантаження) виконано на основі розробленої математичної моделі електромеханічного каскаду, що синтезована на основі відомого математичного опису СМ оберненої конструкції та АМ з використанням загальноприйнятих припущень [6]. Запис рівнянь даного каскаду здійснено в двофазній ортогональній системі координат d, q, 0. Це спростило запис рівнянь електромеханічного перетворення енергії з урахуванням наявності в каскаді СМ. Рівняння зв'язку, що характеризують схемотехнічні особливості роботи машин каскаду, мають вигляд:

; (9)

За умови, що відповідні параметри та потокозчеплення роторних контурів приведено до статорних контурів машин і потокозчеплення виражені через струми контурів, система диференціальних і алгебричних рівнянь математичного опису перехідних режимів роботи ЕДР (АМ працює в режимі двигуна) має вигляд:

де - активний опір обмотки якоря СМ; - активний опір обмотки збудження СМ; - струм в обмотці збудження СМ; , - індуктивності обмоток якоря СМ по по осям d та q; - індуктивність обмотки збудження; - взаємна індуктивність між обмотками СМ по осі d; ; ; - кутова швидкість первинного ротора АМ; , , , - складові струмів по осям d и q первинного та вторинного ротора АМ; s - ковзання ЕДР; - індуктивності обмоток АМ; - взаємна індуктивність обмоток машини.

Оскільки в роботі розглядаються лише електромеханічні процеси, то математична модель (10) спрощується і з урахуванням АМ спеціальної конструкції (рис.2) її записано в матричній формі:

Під час аналізу електромеханічних перехідних процесів додатково до системи рівнянь (11) було враховано автоматичну систему регулювання швидкості, а також рівняння руху валів машин:

Початкові умови інтегрування диференційних рівнянь ЕДР при дослідженні перехідних режимів роботи визначено на основі розрахунків статичних режимів роботи ЕДР за фіксованої швидкості обертання первинного вала ЕДР (рис. 5).

Дослідження динамічних властивостей ЕДР на основі синтезованої моделі, зокрема тривалості перехідного процесу, який викликано 100 % комутацією навантаження (не перевищує 0,5 с) та відхилень частоти (становить 2,5 % при відключенні та 2 % при підключенні навантаження) показало високу якість генерування електроенергії змінного струму постійної частоти.

Четвертий розділ роботи присвячено вирішенню питань, пов'яза-них з особливостями конструювання ЕДР для забезпечення вимог якості змінного струму постійної частоти відповідно до етапів польоту ПК, тобто для ряду швидкостей обертання ГТД: максимальний (злітний), крейсерський режими, режим наземного малого газу. Як приклад вибір конструктивної схеми ППЧО на базі ЕДР для бортових систем генерування змінного струму постійної частоти заданої якості виконано з врахуванням вимог до режимів роботи ГТД літака АН-70 на основі розрахованих енергетичних показників ЕДР у наведених режимах [4].

Співвідношення конструктивних параметрів машин ЕДР вибрано з умов забезпечення максимально можливих значень ККД ППЧО в заданих режимах експлуатації ПК (табл. 1).

Позначення в табл.: 1 - двоступінчатий ЕДР, 2 - ЕДР з полюсоперемикаючою АМ, 3 - триступінчатий ЕДР; , - кількість пар полюсів відповідно СМ та АМ ЕДР; - співвідношення мінімальної та максимальної швидкості обертання вхідного валу ЕДР; , , - потужність втрат ковзання в максимальному, крейсерському режимі та режимі наземного малого газу; _max, _кр.р, _ЗМГ - відповідно значення ККД в цих режимах.

З урахуванням вдосконаленої методики розрахунку еквівалентних параметрів гільзи, наведеної в розділі 2, розроблено алгоритм пошуку оптимальних параметрів, який дозволяє розрахувати ЕДР з удосконаленою АМ, що забезпечує стабілізацію змінного струму з заданою точністю за рахунок виконання вимог до механічної характеристики АМ і дає можливість покращити експлуатаційні характеристики каналу генерування. Критерій оптимізації геометричних розмірів феромагнітної гільзи, щодо забезпечення стійкої роботи ЕДР в усьому діапазоні льотної експлуатації ПК, сформульовано таким чином: знайти максимум пускового моменту при виконанні умов необхідної жорсткості механічної характеристики в діапазоні малих ковзань:

Розроблено алгоритм програмного розв'язання, який передбачає варіювання параметрів гільзи: довжини і товщини для пошуку механічної характеристики заданого вигляду, реалізація якого представлена на рис. 6 [5].

Обґрунтовано можливість технічного обслуговування каналу генерування з ППЧО на базі ЕДР з контролем рівня параметрів. Діагностування проведено за результатами оцінювання показника якості електроенергії (частоти змінного струму) за допомогою розробленої математичної моделі удосконаленого ЕДР. На основі інформації про значення частоти, що отримано за результатами контролю ЕДР (каналу генерування) і зони її допустимого відхилення, задану нормативними документами, здійснено прогноз можливого розвитку відмови каналу. За модель досліджуваного процесу прийнято поліноміальну залежність:

де i - номер параметра, - порядок номиналу; - випадкові коефіцієнти. З урахуванням нетривалого часу прогнозування (час польоту ПК) вибрано аналітичні методи прогнозування, а саме прогнозування з використанням методу найменших квадратів та методу емпіричних формул (рис. 7). Згідно розрахунків, система з прогнозуванням забезпечує безвідмовне функціонування каналу генерування з ЕДР на протязі 4 год 20 хв., цього часу достатньо для виконання польоту, а в разі виникнення екстремальної ситуації при заході на посадку - на відхід на друге коло.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. За результатами проведеного аналізу встановлено, що на долю відказів СЕП ПК припадає 10 % загального числа відказів систем та агрегатів ПК, основна доля відказів каналу генерування змінного струму постійної частоти припадає на приводи постійної частоти обертання - 29-37 %. Також показано, що системам генерування з турбомеханічними і гідромеханічними приводами постійної частоти обертання синхронних генераторів притаманні наступні недоліки: низькі надійнісні показники, малий ресурс роботи, складність апаратури керування, інерційність приводу, високі експлуатаційні витрати. Все це погіршує експлуатаційні характеристики СЕП і знижує якість функціонування бортових приймачів електричної енергії.

2. Запропоновано методи і обґрунтовано доцільність вирішення задачі підвищення головної експлуатаційної характеристики бортових СЕП - якості генерування змінного струму постійної частоти - за рахунок електромеханічних приводів постійної частоти обертання на базі удосконалених електродинамічних редукторів, які за загальним технічним ресурсом (5000 год.), якістю електроенергії (тривалість перехідних процесів становить , максимальне відхилення частоти не перевищує ) мають перевагу над найбільш досконалими системами генерування з гідромеханічними приводами (у яких , ) і не поступаються їм за масогабаритними та енергетичними показниками.

3. Проведено декомпозицію поняття «надійність» відповідно до стадій та етапів життєвого циклу СЕП з обґрунтуванням вимог до кожної виділеної складової і на основі аналізу вимог до структурної (конструктивної) надійності каналу генерування з приводом постійної частоти обертання на базі електродинамічного редуктора показано підвищення рівня надійності удосконаленого каналу генерування на 10% за рахунок спрощення конструкції приводу на стадії дослідження та проектування СЕП.

4. Розроблено і синтезовано нову математичну модель електродинамічного редуктора, що досить повно відображає сутність реальних фізичних процесів перетворення енергії і дозволяє проводити комплексний аналіз експлуатаційних властивостей та характеристик електродинамічного редуктора з асинхронною муфтою спеціальної конструкції як в сталих так і в перехідних режимах роботи силової установки ПК, що обладнані газотурбінними двигунами.

5. Запропоновано новий метод розрахунку сталих режимів роботи ЕДР, який, на відміну від існуючих, враховує розділення потоків потужностей електричних машин ЕДР, що дозволяє розрахувати відповідні залежності величини напруги, яка споживається муфтою від синхронної машини, у відповідності до зміни ковзання ЕДР.

6. Обґрунтовано можливість технічного обслуговування каналу генерування з приводом постійної частоти обертання на базі електродинамічного редуктора з модернізованою асинхронною муфтою з контролем рівня параметрів за частотою струму живлення з установленням попереджувального допуску на статичні й динамічні вихідні характеристики приводу.

7. В результаті удосконалення методики розрахунку частотозалежних параметрів вторинного ротора асинхронної муфти отримана аналітична залежність електромагнітного моменту модернізованого ЕДР від відносної частоти обертання вторинного ротора муфти, що враховує експлуатаційні режими роботи силової установки ближньомагістрального ПК. Також запропоновано алгоритм розрахунку оптимальних геометричних розмірів феромагнітної гільзи вторинного ротора муфти, за яких забезпечується необхідний вигляд механічної характеристики ЕДР, що впливає на точність регулювання частоти при зміні експлуатаційних режимів роботи силової установки ПК в поєднанні з мінімальною масою і габаритами ЕДР.

8. Розроблено рекомендації щодо вибору доцільних конструктивних параметрів приводу постійної частоти обертання на базі електродинамічного редуктора за допомогою розрахункових енергетичних показників роботи ЕДР на окремих рівнях для забезпечення максимально можливих значень коефіцієнту корисної дії приводу в заданих режимах експлуатації силової установки ПК.

9. Беручи до уваги утруднення в розрахунках надійності каналу генерування з приводом постійної частоти обертання на базі електродинамічного редуктора з-за відсутності функціональних представлень для параметрів потоку відказів його складових елементів, розв'язання задачі прогнозу технічного стану каналу генерування пропонується проводити на основі методів аналітичного прогнозування, які дозволяють отримати високу точність прогнозування на невеликих проміжках часу (на тривалість польоту літака).

10. Приймаючи, що відомими є середні характеристики надійності по кожному типу комплектуючих каналу генерування змінного струму постійної частоти, окрім ЕДР, можливо по отриманим результатам прогнозування стану ЕДР на заданий проміжок часу зробити висновок, що характеристики експлуатаційної надійності каналу генерування підвищуються (Т_сп на 15 % - 20 %, а на 10 %).

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Мазур Т.А., Романюк В.Е. Електромеханічні системи генерування змінного струму постійної частоти / Т.А. Мазур, В.Е. Романюк // Вісник НАУ. ? 2008. ? № 1. ? С. 67?73.

2. Мазур Т.А. Энергетические диаграммы преобразования энергии в дифференциальной системе привод-генераторного агрегата с каскадным генератором / Т.А. Мазур, В.Е. Романюк, С.В. Енчев // Електроніка та системи управління. - 2008. ? № 1 (15). ? С. 109?113.

3. Мазур Т.А. Особливості розрахунку статичних характеристик електродинамічного редуктора з частотозалежними параметрами вторинного ротора асинхронної муфти / Т.А. Мазур // Електроніка та системи управління. - 2008. - №2 (16). - С. 110-115.

4. Мазур Т.А. Особенности выбора конструктивних параметров машин электродинамического редуктора с учетом различных режимов эксплуатации / Т.А. Мазур // Електроніка та системи управління. - 2009. - № 1 (19). - С. 137-144.

5. Мазур Т.А. Автоматизация процесса проектирования асинхронной муфты с феромагнитной гильзой на ведомом роторе. / Д.М. Красношапка, В.Н. Казак, Т.А. Мазур // Проблеми інформатизації та управління. - 2009. - № 1(25). - С.82-86.

6. Мазур Т.А. Оценка влияния показателей качества электроэнергии на надежностные характеристики потребителей / В.М. Казак, Т.А. Мазур // Матеріали міжнар. конференції «ISDMCI'2009», (Євпаторія, 18-22 травня 2009). - 2009. -Т. 2. - С. 521-525.

7. T.Mazur Automatic control of process of design of the asynchronous muff with massive ferromagnetic cartridge case on the secondary rotor / D.M. Krasnoshapka, T.Mazur // Proceedings of the third world congress “Aviation in the XXI-st century”. - 2008. -vol. 1. - P. 15.5-15.9.

8. Мазур Т.А. Застосування електродинамічного редуктора в якості приводу постійної частоти обертання / Т.А. Мазур, А.І. Скалига // Матеріали VI Міжнар. науково-технічної конф. [„Авіа - 2007”], (Київ, 25-27 вер. 2007) / Національний авіаційний університет. - К.: НАУ, 2007. - С. 34.17-34.20.

АНОТАЦІЯ

Мазур Т.А. Забезпечення якості генерування змінного струму постійної частоти на експлуатаційних режимах ближньомагістральних літаків. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 ? експлуатація та ремонт засобів транспорту. ? Національний авіаційний університет, м. Київ, 2009.

Дисертацію присвячено вирішенню завдання забезпечення якості генерування змінного струму постійної частоти первинних систем електропостачання повітряних кораблів за рахунок застосування в якості приводу постійної частоти обертання електродинамічного редуктора удосконаленої конструкції.

Досліджено різновид приводу постійної частоти обертання на базі електродинамічного редуктора з асинхронною муфтою спеціальної конструкції - з феромагнітною гільзою на вторинному роторі. Визначено надійнісні показники пропонованого приводу порівняно з наявними типами приводів. Проаналізовано показники якості електроенергії в перехідних режимах роботи, пов'язаних з експлуатаційними режимами силової установки ПК. Удосконалено методику розрахунку параметрів, що вносяться в роторний контур асинхронної муфти феромагнітною гільзою. Обґрунтовано можливість технічного обслуговування удосконаленого каналу генерування первинної СЕП з контролем рівня параметрів за частотою струму живлення.

Ключові слова: привід постійної частоти обертання, електродинамічний редуктор, феромагнітна гільза, технічне обслуговування.

Мазур Т.А. Обеспечение качества генерирования переменного тока постоянной частоты на эксплуатационных режимах ближнемагистральных самолетов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 ? эксплуатация и ремонт средств транспорта. ? Национальный авиационный университет, г. Киев, 2009.

Диссертация посвящена решению задачи обеспечения качества генерирования переменного тока постоянной частоты первичных систем электроснабжения воздушных судов за счет применения в качестве привода постоянной частоты вращения электродинамического редуктора усовершенствованной конструктивной схемы.

Задача решается за счет: сравнительного анализа современных систем электроснабжения и принципов стабилизации частоты переменного тока; обоснования требований к структурно-функциональной надежности канала генерирования переменного тока постоянной частоты заданного качества; обоснования возможности технического обслуживания усовершенствованного канала генерирования переменного тока постоянной частоты с контролем уровня параметров; разработки математических моделей и алгоритмов для оценки эксплуатационных свойств и характеристик усовершенствованной системы генерирования с электродинамическим редуктором (ЭДР); усовершенствования методики определения оптимальных с точки зрения обеспечения устойчивой работы ЭДР во всем диапазоне летной эксплуатации ВС, геометрических размеров ферромагнитной гильзы вторичного ротора асинхронной муфты (АМ) ЭДР.

В первом разделе приведен сравнительный анализ систем электроснабжения, принципов и методов стабилизации переменного тока, позволивший выделить наиболее существенные недостатки применяемых методов обеспечения качества генерирования переменного тока постоянной частоты и обосновать возможность повышения главной эксплуатационной характеристики бортовых СЭС - частоты переменного тока - за счет применения в качестве привода постоянной частоты вращения модернизированного ЭДР.

Во втором разделе проведен анализ структурно-функциональной надежности канала генерирования переменного тока постоянной частоты с ЭДР и основных функциональных свойств редуктора, что позволило сделать вывод о целесообразности применения ЭДР для указанного канала на различных этапах полета ВС. Усовершенствована методика определения эквивалентно вносимых параметров ферромагнитной гильзы, в результате получена аналитическая зависимость электромагнитного момента ЭДР от относительной частоты вращения вторичного ротора АМ, учитывающая эксплуатационные режимы работы силовой установки ближнемагистральных ВС.

В третьем разделе разработана и синтезирована математическая модель ЭДР, что позволило выполнить комплексный анализ эксплуатационных свойств и характеристик ЭДР с асинхронной муфтой специальной конструкции в установившихся и переходных режимах работы силовой установки ближнемагистральных ВС, оборудованных ГТД. Показано, что предложенный метод стабилизации частоты переменного тока по техническому ресурсу (5000 ч.), качеству электроэнергии (длительность переходных процессов составляет , максимальное отклонение частоты не превышает ) имеют преимущество над наиболее совершенными системами генерирования с гидромеханическими приводами.

В четвертом разделе разработаны рекомендации по выбору целесообразных конструктивных параметров привода постоянной частоты вращения на базе электродинамического редуктора с помощью расчетных энергетических показателей работы ЭДР на отдельных ступенях, для обеспечения максимально возможных значений КПД ППЧВ в заданных режимах эксплуатации силовой установки ВС. Проведена оптимизация размеров ферромагнитной гильзы, обеспечивающих требуемые характеристики ЭДР. Обоснована возможность технического обслуживания канала генерирования с предлагаемым приводом постоянной частоты вращения с контролем уровня параметров на основании контроля по частоте питающего тока с установкой упреждающего допуска на статические и динамические выходные характеристики модернизированного ЭДР. Решена задача прогноза технического состояния канала генерирования на основе методов аналитического прогнозирования, позволяющих получать высокую точность прогнозирования на небольших промежутках времени (на время полета самолета). Показано, что применение предложенного метода стабилизации частоты переменного тока позволяет повысить характеристики эксплуатационной надежности канала генерирования: (Т_сп) на 15% -20%, а на 10%.

Ключевые слова: привод постоянной частоты вращения, электродинамический редуктор, ферромагнитная гильза, техническое обслуживание.

Mazur T. Quality of generation alternating current of constant frequency for operating modes of regional aircraft. - Manuscript.

Thesis for a Ph.D. degree in technical sciences of specialty 05.22.20 - maintenance and repair of vehicles. - National Aviation University, Kiev, 2009.

The thesis is devoted to solving the problem of quality generating constant frequency alternating current electricity in the primary system of electric power supply through the use of aircrafts electrodynamic reducer with advanced structure as a constant speed drive. In thesis the electrodynamic reducer with asynchronous special design muff is studied. The peculiarity of muff is that at the secondary rotor is ferromagnetic cartridge.

Detected conditions reliability proposed drive compared with existing types of drives. We analyze the power quality indices in transitional modes associated with aircraft flight regimes. Improved methods of calculation of parameters made in the rotor circuit asynchronous muff with ferromagnetic cartridge.

Keywords: drive of constant speed, electrodynamic reducer, ferromagnetic cartridge, asynchronous muff, technical maintenance.

Размещено на Allbest.ru