Вспомогательная силовая установка
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 115 В напряжение 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
[ редактировать ]История
[ редактировать ]
Во время Первой мировой войны британские дирижабли прибрежного класса , один из нескольких типов дирижаблей, эксплуатируемых Королевским флотом мощностью 1,75 лошадиных сил (1,30 кВт) , несли вспомогательный двигатель ABC . корабля Они приводили в действие генератор радиопередатчика 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 против цеппелинов времен Первой мировой войны, ночной истребитель . [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. различные модели четырехтактных, двухцилиндровых или V-образных Использовались 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.
[ редактировать ]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. топлива Riedel Два небольших бака для предварительной смеси бензина и жидкого были установлены в кольцевом воздухозаборнике. Двигатель считался чрезвычайно короткоходным (диаметр / ход: 70 мм / 35 мм = 2:1), поэтому он мог поместиться во впускном отводе реактивных двигателей, таких как Jumo 004. Для уменьшения двигателя он имел встроенную планетарную передачу . Он был произведен Victoria в Нюрнберге и служил механическим стартером в стиле APU для всех трех немецких реактивных двигателей, дошедших до мая 1945 года, по крайней мере, до стадии прототипа — Junkers Jumo 004 , BMW 003 (который, судя по всему, использует электрический стартер). для ВСУ Риделя), [7] и прототипы (построено 19) более совершенного двигателя Heinkel HeS 011 , который устанавливался прямо над впускным каналом в листовом металле носовой части мотогондолы, изготовленном Heinkel. [8]
Боинг 727, выпущенный в 1963 году, был первым реактивным лайнером, оснащенным 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
[ редактировать ]Типичная газотурбинная ВСУ коммерческого транспортного самолета состоит из трех основных секций:
Силовая часть
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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]
бортовые твердооксидные топливные элементы ( ТОТЭ ). В настоящее время исследуются [14]
Производители
[ редактировать ]На рынке вспомогательных силовых агрегатов 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]
- Большие коммерческие самолеты: Honeywell 70–80%, Pratt & Whitney 20–30%, другие 0–5%.
- Региональные самолеты: Pratt & Whitney 50–60%, Honeywell 40–50%, другие 0–5%.
- Бизнес-джеты: Honeywell 90–100%, остальные 0–5%.
- Вертолеты: Pratt & Whitney 40–50 %, Motorsich 40–50 %, Honeywell 5–10 %, Safran Power Units 5–10 %, другие 0–5 %.
4 июня 2018 года Boeing и Safran объявили о своем партнерстве 50 на 50 в области проектирования, производства и обслуживания APU после получения разрешения регулирующих и антимонопольных органов во второй половине 2018 года. [16] компания Boeing произвела несколько сотен Т50 / Т60 малых турбовальных двигателей В начале 1960-х годов и их производных. Safran производит ВСУ для вертолетов и бизнес-джетов , но прекратила производство 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] Honeywell занимает 65% рынка магистральных ВСУ и является единственным поставщиком Airbus A350 , Boeing 777 и всех узкофюзеляжных самолетов : Boeing 737 MAX , Airbus A220 (ранее Bombardier CSeries), Comac C919 , Irkut 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
[ редактировать ]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 Шаттла трех двигателей 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 неисправности. [Примечание 2]
Бронированные автомобили
[ редактировать ] | В этом разделе отсутствует информация о современных ОБТ, особенно о M1 Abrams, которому дополнительно нужна помощь с расходом топлива на холостом ходу. ( октябрь 2021 г. ) |
устанавливаются ВСУ На некоторые танки , 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 у танка Т-34 советского производства. не было [25]
Коммерческий транспорт
[ редактировать ]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 дизельных двигателях 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
[ редактировать ]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. [ нужно обновить ] по цене 8000–9000 долларов, которая была бы конкурентоспособной с другими двухцилиндровыми дизельными ВСУ «среднего класса», если бы они были в состоянии уложиться в эти сроки и смету затрат. [30]
См. также
[ редактировать ]- Система воздушного запуска
- Вспомогательная гидравлическая система
- Стартер двигателя Коффман
- Воздушная турбина Ram
- Источник бесперебойного питания
Примечания
[ редактировать ]- ^ дирижабля Чтобы поддерживать баллонеты надутыми и, таким образом, поддерживать структуру газового мешка, требовалась непрерывная подача сжатого воздуха. В обычном полете он собирался из потока пропеллера воздухозаборником.
- ^ 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]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Электрические системы 400 Гц» . Спросите ученого-ракетчика . Aerospaceweb.org.
- ^ Эбботт, Патрик (1989). Британский дирижабль на войне, 1914–1918 гг . Теренс Далтон. п. 57. ИСБН 0861380738 .
- ^ Эндрюс и Морган 1987, с. 21.
- ^ Вольф, Уильям (2005). Boeing B-29 Superfortress: идеальный вид: от чертежной доски до VJ-Day . Шиффер. п. 205. ИСБН 0764322575 .
- ^ Ливингстон, Боб (1998). Под Южным крестом: B-24 Liberator в южной части Тихого океана . Издательская компания Тернер. п. 162. ИСБН 1563114321 .
- ^ Этелл, Джеффри; Дауни, Дон (2004). «Полет через горб»: в оригинальном цвете времен Второй мировой войны . Зенит Отпечаток. п. 84. ИСБН 0760319154 .
- ^ Шульте, Рудольф К. (1946). «Анализ конструкции BMW 003 Turbojet – «Запуск двигателя» » . Legendsintheirowntime.com . ВВС 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 зажигание турбореактивного двигателя и зажигание и электростартер двигателя Риделя включаются (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.
- ^ Ганстон 1997, с. 141.
- ^ Ванхонакер, Марк (5 февраля 2015 г.). «Что это за дыра в хвосте самолета?» . Сланец . Проверено 20 октября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б «ВСУ и ее преимущества | AERTEC Solutions» . www.aertecsolutions.com . Архивировано из оригинала 20 июня 2018 г. Проверено 20 июня 2018 г.
- ^ «Турбореактивные двигатели» . www.grc.nasa.gov . Проверено 20 марта 2022 г.
- ^ Синнет, Майк (2007). «Экономия топлива и повышение эксплуатационной эффективности» (PDF) . Боинг . Проверено 17 января 2013 г.
- ^ Огандо, Джозеф, изд. (4 июня 2007 г.). «Более электрический» 787 Dreamliner от Boeing ускоряет эволюцию двигателя: в 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.
- ^ Спенсер, Джей (июль 2004 г.). «Топливные элементы в воздухе» . Боинг Фронтирс . 3 (3).
- ^ «Дело M.8858 – Boeing/Safran/СП (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.
- ^ «Boeing и Safran соглашаются проектировать, производить и обслуживать вспомогательные силовые установки» . Safran (Пресс-релиз). 4 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 17 июня 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Стивен Тримбл (5 июня 2018 г.). «Как предприятие Boeing-Safran изменит APU?» . Флайтглобал .
- ^ Стивен Тримбл (4 июня 2018 г.). «Партнерство Boeing и Safran призвано разрушить рынок APU» . Флайтглобал .
- ^ Кевин Майклс (27 июня 2018 г.). «Мнение: почему Boeing погружается в производство ВСУ?» . Неделя авиации и космических технологий .
- ^ «Гидравлическая система» . spaceflight.nasa.gov . НАСА. Архивировано из оригинала 2 июня 2001 года . Проверено 8 февраля 2016 г.
- ^ «Архив миссии космического корабля «Шаттл СТС-2»» . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля 2016 г.
- ^ "Архив миссии космического корабля "Шаттл СТС-3"" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля 2016 г.
- ^ 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.
- ^ "Архив миссии космического корабля "Шаттл СТС-9"" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля 2016 г.
- ^ Лоза, Дмитрий (21 сентября 2010 г.). «IRemember.ru Мемуары 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!
- ^ «Освобождение от массы автомобиля для ВСУ» .
- ^ Орлеманн, Эрик. Caterpillar Chronicle: История величайших землеройщиков . п. 35. ISBN 9781610605779 .
- ^ «Уиллард против Caterpillar, Inc. (1995)» . Закон Юстии . Проверено 13 декабря 2016 г.
- ^ 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.
- ^ Jump up to: а б 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.
- ^ 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
[ редактировать ]