Самолета

Нагрузки и условия работы систем электроснабжения

Стойкость характеризуется способностью материалов и агрега­тов, не имеющих подвижных частей, выдерживать эксплуатацион­ные воздействия без изменения своих свойств. Понятие устойчиво­сти относится к приборам, машинам, механизмам и характеризу­ет не только их стойкость, но и способность сохранять свои номи­нальные параметры в указанных условиях.

Климатические: С увеличением высоты снижается плотность воздуха, его дав­ление и температура; изменяется влажность. За пределами тропосферы к этим факторам добавляется влияние озона и солнечной радиации.

Снижение плотности воздуха вызывает уменьшение его электрической проч­ности. В ионизированных слоях атмосферы воздух уже не может быть использован в качестве диэлектрика. На больших высотах ухудшается процесс гашения электрической дуги, возникающей при размыкании тока, и разрывная способность плавких предо­хранителей; увеличивается искра на контактах выключателей и коллекторах электрических машин. Снижение плотности воздуха уменьшает его способность отводить тепло.

Влажность резко умень­шается начиная с высоты 6км. Это влечет увеличение трения и износа щеток электрических машин. Под абсолютной влажностью подразуме­вается количество водяного пара в 1м³ воздуха.

Относительной влажностью называется отношение имеющейся абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности, возможной при данной температуре и давлении, выраженное в процентах. Относительная влажность с увеличением температуры возрастает, поэтому при снижении температуры часть парообраз­ной влаги конденсируется и выпадает в виде росы. Это происхо­дит при быстром наборе высоты. Влага может попасть на агрегаты самолета и непосредственно из окружающего воздуха.

Температура электроагрегата зависит от температуры окружа­ющей среды, теплового излучения соседних агрегатов и тепла, вы­деляемого током, проходящим через электроагрегат. Температура окружающей среды определяется географическими условиями, временем дня и года.

В тропосфере (до высоты 10-15 км) температура убывает в среднем на 6,5°С на 1 км. В стратосфере до высоты 30-35 км температура постоянна и равна -56,5°С, затем повышается и на высоте 50-55 км доходит до 0. Поэтому воздух в малой степени влияет на повышение температуры самолета. При большой ско­рости полета имеет значение аэродинамический нагрев, который зависит от высоты полета. Например, при скорости 2500 км/ч тем­пература обшивки достигает +130° С.

В течение одного полета температура электроагрегата может изменяться в широких пределах. Это влечет изменение свойств материалов, режимов работы агрегатов и образование внутренних напряжений, которые обусловлены температурными колебаниями размеров деталей. При этом в сопрягаемых деталях, имеющих разные температурные коэффициенты расширения, создаются уменьшения или увеличения зазоров DА, которое определяется уравнением: DD = D(_a1 - a2) (t – t0), где D - номинальный размер сопряжения; a1 и a2 - коэффициен­ты теплового линейного расширения сопрягаемых деталей; t0- исходная температура, при которой собран узел; t - температура, для которой определяется изменение зазора.

Колебания величины зазоров создают периодические прослабления и натяги, что способствует увеличению трения в подшипниках и разрушению деталей. При снижении температуры густеет смазка, увеличивая сопротивления в механизмах. При повышении температуры ухудшаются свойства диэлектриков.

Весьма чувствительны к изменению температуры аккумуляторы, конденсаторы и полупроводники. Например,, изменение температуры на ±20°С влечет изменение емкости бумажных конденса­торов на 5-8%, а слюдяных на 1-1,5%. Германиевый диод теряет свои выпрямляющие свойства при температуре +100°С, кремниевый - при +250-300°С.

С изменением температуры сопротивление проводников изме­няется по закону R2 = R1(1+at), где R1 — сопротивление проводника при начальной температур u1, R2 - то же при конечной температуре u. a - температурный коэффициент сопротивления; t =u1-u2- разница температур.

Пользуясь этой формулой, легко подсчитать, что при измене­нии температуры от -50 до +100°С сопротивление медного проводника увеличится почти в 2 раза.

Влияние озона. Оно сказывается на высотах более 12 км. Озон здесь образуется в результате воздействия ультрафиолетовой ра­диации на кислород воздуха. Будучи сильным окислителем озон делает хрупкими или разрушает материалы органического проис­хождения, например, натуральные резины.

Солнечная радиация представляет опасность для резинотехнических изделий, пластических масс, органических стекол. Они при воздействии прямых солнечных лучей теряют пластичность, происходит их коробление, растрескивание.

Динамические: Агрегаты электрооборудования должны надежно работать неза­висимо от положения в пространстве и возможных динамических воздействий: вибрационных и ударных.

Вибрацией называют длительные, знакопеременные, обычно синусоидальные, колебания. Такие колебания возбуждаются вра­щающимися частями машин: валами и турбинами авиадвигате­лей, лопастями винтов, роторами электрических машин и насосов. Вибрация вызывается также нестабильностью процесса горения в авиадвигателях и турбулентностью обтекания воздухом корпуса самолета. Источником вибраций могут быть и другие самолетные агрегаты, если они попадают в резонанс с собственной частотой колебаний.

Ударные нагрузки отличаются кратковременностью и большой начальной амплитудой колебаний, которые затухают. Эти нагруз­ки возникают при взлете и посадке самолета; изменении его ско­рости, направления и высоты полета; стрельбе; отрыве подвесных грузов и ракет; при неспокойной атмосфере.

Динамические воздействия от места их возникновения переда­ются к электроагрегатам через места их крепления и могут выз­вать нарушение работы агрегата, ускоренный его износ, отказы и самоотвинчивание резьбовых соединений.

4.2.Требования к электрооборудованию.

К электрооборудованию самолетов предъявляются требования минимальной массы, габаритов и стоимости; технологичности; удобства и безопасности в эксплуатации. Особенно высокой долж­на быть надежность. Она зависит от климатической, механической и электрической стойкости и устойчивости электроагрегатов.

Климатические требования. Для уменьшения влияния указанных воздействий применяют принудительный отвод тепла, коммутационную и защитную ап­паратуру помещают в герметичный корпус, в котором сохраняется нормальное давление.

Высота, на которую рассчитано самолетное электрооборудование, определяется потолком самолета. Эта высота может достигать 20-30 км.

Влага приводит к коррозии металлов и образованию токопроводящих дорожек на электрической изоляции. Самолетное электрооборудование должно надежно работать при относительной влажности 95-98%, замеренной при темпера­туре +40°С, а для тропических условий работы - до 100%.

Влияние озона. Устойчивость материа­лов к воздействию озона достигается присадкой антиозонаторов - специальных химических веществ.

Солнечная радиация. Эффективной защитой от солнечной радиации является применение лакокрасочных материалов, специальных добавок в материал изделий при производстве, укрытие самолетов чехлами при длительных стоянках, использование крытых ангаров.

Температурные влияния. Типичным требованием к агрегатам авиационного электрооборудования является надежность их работы в диапазоне температур от -60 до +60° (или до +80°С). При более высоких температурах окружающей среды требуемый положительный предел повышается и может быть задан до 200-300° С.

Для повышения температурной устойчивости в сопряжениях применяют детали из материалов, у которых минимальна разница температурных коэффициентов расширения.

От внешних источников тепла агрегаты изолируют теплоустой­чивыми материалами, помещают в герметические кабины или от­секи. Для защиты от низких температур агрегаты подогревают.

Агрегаты, нагревающиеся током, охлаждают. Простейшим яв­ляется естественное охлаждение (конвекция). Для этого корпус агрегата делают из материала хорошо проводящего тепло (дюр­алюминий), окрашивают в темный цвет, искусственно увеличива­ют поверхность охлаждения при помощи гофров или ребер на кор­пусе или делают отверстия в корпусе для вентиляции.

С увеличением высоты полета эффективность естественного теплоотвода падает. Так, на высоте 13 км. она становится незначи­тельной, а на высоте 30 км. практически прекращается. Для высот до 12-15 км. возможно охлаждение встречным потоком воздуха. Но при скоростях, превышающих 1М, воздух поступает настоль­ко нагретым, что охлаждение им становится невозможным. В этом случае нагревающиеся агрегаты охлаждают при помощи вентиля­тора, струи воздуха от трубопровода или при помощи протекаю­щей жидкости, чаще всего масла, которое подается от общей для самолета системы охлаждения.

Наиболее надежным способом защиты от атмосферных влия­ний и изменения наружной температуры является размещение агрегатов в герметичных отсеках, салонах, в которых предусмотрено кондиционирование воздуха. Защита от атмосферных воздействий возможна и путем герметизации агрегата - помещения его в спе­циальный герметический корпус. Современные сетевые и коммутационные аппараты выпускаются пыле - и влагонепроницаемыми. Это обозначается буквой Г в шифровке аппарата. Герметичные аппараты разборке и ремонту не подлежат.

Динамические воздействия. Динамическая сила F, действующая на агрегат при вибрации или ударе, приложена в центре агрегата и может действовать в направлении любой из осей самолета. При этом опасное сечение находится в местах крепления, где создаются максимальные концентрации напряжений.

Величина динамической силы определяется по второму закону Ньютона: F=ma, где m - масса агрегата, а - максимальное ускорение, создаваемое при динамическом воздействии на агрегат.

Зная величину и направление силы F, можно разложить ее на составляющие по осям самолета и определить интересующую составляющую. Затем по уравнениям прочности, приводимым в курсе теоретической механики, находят необходимые сечения крепежных элементов: болтов, заклепок, лап, полок, кронштейнов.

Агрегаты располагают так, чтобы направление их максималь­ной динамической устойчивости совпадало с направлением макси­мальной силы, возникающей при вибрации или ударах.

К оборудованию самолетов, имеющих мощные турбореактив­ные двигатели, и сверхзвуковых самолетов предъявляются также требования устойчивости к звуковым воздействиям.

Для обеспечения динамической устойчивости применяют мате­риалы, стойкие к вибрации и ударам, и на всех винтовых соедине­ниях предусматривают средства против самоотвинчивания.

В тех случаях, когда требуется снизить динамические усилия, действующие на электроагрегат, применяют амортизаторы. Они имеют упругий элемент, благодаря которому энергия вибраций в течение полупериода действия не успевает полностью передаться на агрегат, так как за импульсом одного знака следует импульс другого. Кроме того, часть энергии вибрации расходуется на прео­доление упругости материала. В качестве упругого материала используют резину или пружины.

Резиновые амортизаторы состоят из металличе­ского основания, которое крепится к элементам конструкции са­молета, металлической втулки, к которой крепят амортизируе­мый агрегат, и резиновой шайбы, соединяющей обе металличе­ские детали. Затухание колебаний происходит в результате внутреннего трения в материале резины. Резиновые амортизаторы дешевы, просты по конструкции. Недостатком их является ограниченный интервал допустимых рабочих температур, слабое погло­щение ударных перегрузок и то, что резина электрически изолиру­ет агрегат от корпуса самолета, в связи с чем для металлизации необходимо ставить гибкие перемычки.

Пружинные амортизаторы лишены этих недостатков. В конст­рукции имеются две пружины, между которыми находится основание амортизируемого агрегата. Па­нель может перемещаться вдоль штыря, прикрепленного к осно­ванию. Обе пружины работают на сжатие, поглощая каждая усилие определенного знака и разгружаясь при усилии другого знака. Затухание колебаний происходит в результате упругости пружины.

В пружинном амортизаторе возможно нарастание, амплитуды колебаний, которая достигает максимальной величины при равен­стве частот собственных и вынужденных колебаний. Такие амор­тизаторы должны быть рассчитаны на условия работы, при кото­рых не может наступить резонанс колебаний.

В пружинно-резиновом амортизаторе сочетается пружинный элемент с двумя резиновыми подушками, гасящи­ми толчки при больших амплитудах колебаний.

Требование минимальной массы. Задача уменьшения массы отдельного электроагрегата подчи­няется общей задаче снижения массы всего самолета. Эту связь наиболее полно отражает понятие «полетная масса».

В полетную массу М_п входит абсолютная масса М агрегата и дополнительная М_д, учитывающая массу всех дополнительных элементов, необходимых для работы этого агрегата: М_п=М+М_д.

В М_д входит: масса той части горюче - смазочных материалов, которые потребляются данным агрегатом (например, генератором); масса редукторов (например, у электромеханизмов); средств охлаждения; фильтров; приводов генераторов и преобразо­вателей.

Абсолютная масса снижается при использовании легких мате­риалов (например, алюминия, магния и сплавов на их основе); за­мене металлов легкими пластмассами; увеличении жесткости без утолщения детали. Снижение массы дает и применение высококачественных активных и конструктивных материалов, замена мед­ных проводников алюминиевыми, переход на питание током повы­шенного напряжения, разумный выбор запаса прочности и надеж­ности.

Дополнительная масса может быть снижена при специализа­ции назначения агрегата, совмещении нескольких функций в одном агрегате, рациональности кинематической схемы. Примером совмещения функций может быть деталь, изготовленная из диэ­лектрика, имеющего как конструкционное, так и изоляционное назначение, а также пружина, служащая упругим и токоведущим элементом.

Срок службы. Сроком службы, или ресурсом агрегата, называется гаранти­руемое заводом-изготовителем время безотказной работы, выра­женное в часах работы или для коммутационных аппаратов в циклах переключения. Авиационные электрические машины, аппа­раты и механизмы имеют срок службы до 2500-3000 часов. Срок службы может изменятся. Некоторые аппараты, напри­мер, выключатели, реле, контакторы, автоматы защиты ремонту не подлежат, поэтому их ресурс не может быть продлен.

Срок службы современных пассажирских самолетов достига­ет 25-30 тысяч часов. С этим сроком согласован срок службы статических элементов электрооборудования: щитков, коробок, све­тильников, электросети.

Дата добавления: 2014-01-07