МЕТОДИ ЗА ОТСЛАБВАНЕ В - PDF Безплатно изтегляне
1 МЕТОДИ ЗА НАМАЛЯВАНЕ НА ТЕГЛОТО В ДИСЕРТАЦИЯ НА МРЕЖИ НА КАБИНАТА НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ САМОЛЕТ, одобрени от Електротехническия факултет на Университета Хелмут Шмит/Университета на Федералните въоръжени сили в Хамбург, за да придобият академичната степен на докторант, представена от Dipl.-Ing. Йоханес Бромбах от Берлин Хамбург, 2014 г.
2-ри ден на устния изпит: Първи рецензент: Унив.-проф. Д-р инж. хабил. Детлеф Шулц Втори рецензент: Унив.-проф. Д-р инж. Клаус Ф. Хофман
5 III ТЕЗИ Основните тези на тази дисертация са както следва: Електрическите преобразуватели от страна на товара имат най-голям дял от теглото в мрежата на електрическата кабина. Оптималната интеграция на електрическата система на кабината с постояннотоково напрежение се постига чрез архитектури без трансформатори. Най-голямото спестяване на тегло в бордовата електрическа система е резултат от въвеждането на ниво на постояннотоково напрежение за всички товари. Сборът от техническите и структурните предимства на мрежата от кабини с постояннотоково напрежение предполага икономическо изпълнение. Батерийните технологии могат да заменят настоящото спомагателно и аварийно захранване.
7 V СЪДЪРЖАНИЕ Благодарности. Аз! Кратка версия. II! Дисертации. III! Съдържание. V! Списък на използваните символи. IX! Списък на използваните индекси. XI! Използвани съкращения. XII! 1! Въведение. 1! 1.1! Мотивация 1! 1.2! Цел на работата и процедура 2! 2! Състояние на техниката. 7! 2.1! Доставка на енергия за самолет 7! 2.1.1! Историческо развитие 8! 2.1.2! Енергийни системи на самолетни двигатели 10! 2.1.3! AC захранване 12! 2.1.4! DC захранване 14! 2.2! Изграждане на въздухоплавателни мрежи 14! 2.2.1! Структура на мрежата 15! 2.2.2! Окабеляване 16! 2.3! Мрежова защита в бордовите мрежи 17! 2.3.1! Предпазители 17! 2.3.2! Термични прекъсвачи 19! 2.3.3! Електронни прекъсвачи 19! 2.4! Оптимизацията наближава 20! 2.4.1! Електрификация на енергийните системи 20! 2.4.2! Управление на електрическото натоварване 20! 2.4.3! DC бордови мрежи 21! 2.5! Мрежи с постояннотоково напрежение при конвенционално енергийно захранване 21! 2.5.1! Състояние на техниката 21! 2.5.2! Превключване и защита на високи постояннотокови напрежения 22! 3! Моделиране. 25! 3.1! Моделиране на еталонен самолет 26!
10 VIII 6.2! Интегриране на нови функции 133! 6.3! Намаляване на оперативните разходи 133! 7! Обобщение и Outlook! 7.1! Обобщение на работата 135! 7.2! Outlook 137! 8-ми! Прикачен файл. XV! 8.1! Специфични за самолета параметри на кабела XV! 8.2! Съответни стандарти XV! 8.3! Експлоатационни разходи на модерен самолет XVI! 8.3.1! Влияние на промяна на теглото XVIII! 8.3.2! Влияние на промяна в консумацията на електричество XIX! 8.4! Използвана технология за лабораторна настройка и измерване XX! 8.4.1! Захранване XX! 8.4.2! Електрически товари XX! 8.4.3! Система за контрол и регулиране XXI! 8.4.4! Измервателна технология XXI! 8.4.5! Лабораторна настройка XXIII! 8.4.6! Демонстратор за управление на натоварването XXIV! 8.4.7! Софтуер за управление на захранването XXV! 8.4.8! Малък демонстратор XXVI! 8,5! Архитектурни изследвания XXVII! 8.6! Симулация на нов тип защита от разстояние XXIX! 8,7! Тегла на цялостната архитектура HVDC XXX! 8,8! Измерване на капацитети и индуктивности на кабела XXXI! 9! Научно доказателство за дейност. XXXII! 10! Библиография. XXXVIII! Продължи. XIII!
11 IX СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНИТЕ СИМВОЛИ НА ФОРМУЛА Символи Единица Описание α W m -2 K -1 Коефициент на топлопреминаване g специфична промяна в консумацията с β m kg 100! Km изменение на теглото g специфична промяна в консумацията с β W kwh! "Промяна в консумацията на електрическа енергия Δ - разлика ε r - диелектрична константа µ r - коефициент на пропускливост ϕ V електрически потенциал ϕ - ъгъл в радианна мярка ρ Ws kg -1 енергийна плътност ψ V s поток на бобината ω s -1 ъглова честота Δ - разлика ϕ W kg -1 плътност на мощността θ K температура θ 0 C температура на околната среда! K темпорална промяна на температурата a - параметри на формулата A m 2 площ B - коефициент на снопа BT плътност на магнитния поток! T пикова стойност плътност на магнитния поток BW настояща стойност b - параметър на формула b - съотношение на работен/полезен товар c - параметър на формула CJK -1 топлинен капацитет CF електрически капацитет CF km -1 капацитет d mm диаметър f Hz честота G - трансферна функция I., i A ток! Пикова стойност на тока j - сложен оператор k - параметър K Разходи l m дължина L H индуктивност L H km -1 индуктивност покритие
12 X Символ на формула Обозначение на единицата m kg маса m EQ kg тегло на оборудването m kg km -1 специфично тегло на кабела n - брой N - брой завъртания O - изчислително усилие r φ m кръгово разстояние ts време T s период p% интерес P, p W ефективна мощност R Ω съпротивление R Ω км -1 специфично съпротивление на кабела sjs -1 сложна ъглова честота sm траектория, разстояние s - коефициент на мащабиране v - съотношение w kg,% абсолютно тегло, относително тегло W Ws енергия xm разстояние, перпендикулярно на посоката на полета и хоризонтално спрямо земята X Ω реактивно съпротивление U, u V напрежение ! V пикова стойност напрежение Q el Като електрически заряд y m разстояние в посока на полета Y S допускане z m разстояние, перпендикулярно на пода на кабината Z Ω импеданс
13 XI СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНИТЕ ИНДЕКСИ Индекси Значение C Температура в C 3 Ph 3-фазни проводници a Съотношение AC/DC A320 Airbus A320 (самолети с къси и средни разстояния) Променливо променливо количество AC b Експлоатационен постоянен спад спад на напрежението e Земя rms стойност el време на електрически разряд Eq Оборудване Fh Часове на полета според измерената гранична граница j експлоатационни индекси j година k свързване с вар, импулсни K керосин Kst кабелни трасета Ktyp типове кабели L натоварване натоварване страна L1, L2, L3 обозначение на фаза мин. Минимална стойност макс. Стойност на DC връзка
20 4 1 ВЪВЕДЕНИЕ Електрически консуматори Електрическо разпределение Електрическо производство Стъпка: 1 Подходи за намаляване на теглото Определяне на пропорциите на теглото Определяне на пропорциите на потребление Подходи за намаляване на потреблението 2 Определяне на ефективността на подходите за оптимизация Определяне на ефективността на подходите за оптимизация Многовариантна вариация 3 Не Определяне на оптималната структура 4 Не са изпълнени специфичните изисквания на самолета? 5 Да Икономически осъществимо? 6 Да Оптимизирана електрическа система Фигура 1.3 Процедура за многопараметрична оптимизация на електрическата система с цел намаляване на теглото и разхода
21 1 ВЪВЕДЕНИЕ 5 Настоящата работа е разделена на седем глави. Глава 1 описва мотивацията и целта на работата. Глава 2 описва състоянието на техниката. Тук е представена структурата на бордовите мрежи на съвременните търговски самолети. Описани са трите основни компонента за генериране, разпределение и електрическите натоварвания на днешния самолет. Глава 3 анализира и характеризира трите електрически подсистеми на съвременен самолет с къси и средни разстояния. Това създава база данни и модел, който служи като отправна точка за по-нататъшни разследвания. В глава 4 резултатите се проверяват при симулация на електрическа система на превозното средство и се определят важни параметри на съответните компоненти на електрическата система на превозното средство. Глава 5 описва прилагането на различните стратегии за оптимизация към модела. Там резултатите се оценяват и обработват математически. Глава 6 показва техническия и икономически потенциал за оптимизация на общото ниво на самолета. Глава 7 обобщава резултатите и дава поглед върху бъдещите изследвания.
25 2 PRIOR ART HVDC: Високоволтови постояннотокови VF: Променлива честота MEA: Още електрически самолет CF: Постоянна честота ном. Генератор: Генератори, свързани паралелно HVDC 230 V AC VF MEA 115 V AC VF Управление на натоварването 115 V AC CF 115 V AC CF (пар. Gen.) 28 V DC (пар. Gen.) 28 V DC Фигура 2.1 Временно използване на различни технологии в гражданска авиация (нови доставки), вж. [Moi09] Фигура 2.2 показва развитието на инсталираната мощност на генератора на борда на самолета. Вижда се, че първоначално увеличаването на размера на самолета (B747) е причинило увеличаване на производителността. Следващото увеличение на консумацията на енергия дойде с въвеждането на нови системи за комфорт за пътниците. Тук трябва да се спомене система за развлечения с едно място (IFE), която все повече се използва в нови самолети B787 Изход [kva] Douglas DC-8 B A380 0 година Фигура 2.2 Развитие на инсталираната мощност на генератор в големи търговски самолети вижте. [Mec05]
27 2 PRIOR ART 11 съотношението допълнително се увеличи. Двигателят Pratt & Whitney PW1100G на A320neo ще има съотношение на байпаса 12: 1 и ще спести 15% гориво в сравнение с настоящото поколение двигатели (източник: Airbus). Фигура 2.3 показва основната структура на двувалов турбодвигателен двигател с редуктор. Вентилатор на въздуха (вентилатор) скоростна кутия генератор на тяга компресор ниско налягане изпускане въздух тяга хидравлична помпа горивна помпа допълнително оборудване носител компресор за високо налягане въздух стартер въздух стартер горивна камера спомагателно оборудване вал ниско налягане вал ниско налягане вал високо налягане турбина тяга тяга Фигура 2.3 Бъдещ двувалов самолетен двигател (редуциран турбовентилатор) със свързано спомагателно оборудване два вала, влизащи един в друг, което означава, че скоростите на турбината с високо налягане и турбината с ниско налягане могат да бъдат различни. В показания пример турбината с високо налягане задвижва само компресора с високо налягане на