разработка информационно-энергетической структуры

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
СТРУКТУРЫ АВИАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Соколов П.А., Матюшина А.В., Патрикеев А.П.,* Жмуров Б.В.
Москва, Мобильные информационные системы
*Москва, ВУНЦ ВВС
Рассмотрены вопросы построения информационно-энергетической
структуры для авиационных систем электроснабжения. Выполнен анализ
современных подходов, выявлены основные недостатки и пути их решения. Определены основные принципы реализации комплекса, решаемые
задачи защиты и управления.
Development of Information-Energy Structure of Aircraft Power System, Sokolov P., Matyushina A., Patrikeev A., Moscow, Mobile Information
Systems, Zhmurov B., Air Force academy
The questions on construction of information-energy structure for aircraft
Power Systems are considered. The analysis of the modern methods is made, the
main drawbacks and ways of their solution are revealed. The main principles for
the implementation of the complex, which solve the tasks of protection and control, are defined.
В настоящее время одним из основных направлений совершенствования бортового оборудования и, как следствие, усовершенствование технических, эксплуатационных и экономических характеристик самолетов
гражданской авиации является реализация концепции «полностью электрифицированного самолета».
Реализация концепции, в свою очередь, требует от специалистов в
области авиационной электротехники радикального изменения структуры
и принципов функционирования всего электроэнергетического комплекса
(ЭЭК) самолета, включающего в себя всю совокупность источников, преобразователей и приёмников электрической энергии, а также связывающих
их электрических сетей. Решение этих проблем откроет перспективы
наиболее полного использования возможностей электротехнического оборудования для совершенствования летно-технических, эксплуатационных
и экономических показателей авиационной техники.
Особенностью системы электроснабжения вновь создаваемых и модернизируемых самолетов является применение системы управления электрическими нагрузками (в зарубежной литературе принятый термин –
ELMS), построенной с использованием высокоскоростных шин передачи
информации.
Основополагающим принципом её построения должно стать обеспечение единства силовой и информационной структур ЭЭК, отсутствие ко-
торого в настоящее время приводит к недоиспользованию возможностей
силовой структуры по восстановлению электропитания при отказах источников питания и элементов распределительной сети. Это во многом обусловлено ограниченным объёмом используемой информации о состоянии
СЭС и приёмников электроэнергии, а также ограничениями на её обработку, накладываемыми существующими аналоговыми средствами управления. Преимущества в области разработки, производства и эксплуатации
электроэнергетических комплексов, которые несет внедрение цифровой
(микропроцессорной) техники в системы управления СЭС и электрооборудования в настоящее время уже достаточно очевидны. Основное преимущество, связанное с применением вычислительной техники в системах
управления СЭС, заключается в снятии практически всех трудно преодолимых для аналоговой техники ограничений на сложность и характер реализуемых алгоритмов. Это обстоятельство позволяет по-новому взглянуть
на управление не только генерирующими установками, но и всей структурой ЭЭК в целом. В результате может быть обеспечена ее адаптация к изменению условий и режима полета, к возникновению отказов и повреждений отдельных элементов комплекса.
Анализ построения систем распределения современных летательных
аппаратов направленных на реализацию концепции повышенной электрификации показал, что:
 создание распределительных устройств ведется на конкретные
условия применения на данном самолете, определяемыми вибрационными
и тепловыми моделями, а не на общие тактико-технические требования,
задаваемые стандартами. Такой подход позволяет существенно снизить
массу распределительных устройств;
 концентрация в едином распределительном устройстве всех видов
питания: переменного тока переменной частоты, вторичного питания постоянного тока повышенного и пониженного напряжения, вторичного питания переменным током постоянной частоты. При этом намечается централизация основных распределительных устройств в моноблоках, выполняющих все функции защиты, коммутации и распределения электроэнергии всех видов;
 интеграция функций распределения приводит к полному исключению силового проводного монтажа внутри распределительных устройств,
что приводит к существенному снижению их массы;
 система диагностирования и контроля распределительных
устройств, как правило, встроена в эти устройства и работает в автоматическом или ручном режиме.
Мультиплексный подход к распределению электроэнергии допускает
устанавливать на летательном аппарате различные структуры силовых
шин. Канал генерирования и структура первичных шин такие же как и в
обычной системе. Однако нагрузки непосредственно не соединяются с
первичными шинами. Каждая нагрузка соединена с центром управления
нагрузками(ЦУН), который управляет подачей электроэнергии к нагрузке
за счет применения твердотельных силовых контакторов. Полупроводниковые ключи и система управления от вычислительного устройства обеспечивают соединение внутренней силовой шины только с одной первичной шиной в каждый конкретный момент времени.
Управляющий процессор через мультиплексную шину данных определяет, какие нагрузки соединены с внутренней силовой шиной.
В соответствии с заложенной программой, центральный процессор
может автоматически распределять нагрузки для исключения перегрузки
первичных источников. Способность системы распределять нагрузки особенно важна в условиях серьезных отказов. Жизненно важные нагрузки
могут быть запитаны от двух ЦУНов для обеспечения повышенной надежности питания.
Г1
Г2
ЦРУ 2
ЦРУ 1
ЦУН 1
ЦУН 2
к электрическим
нагрузкам
к электрическим
нагрузкам
ЦУН 3
к электрическим
нагрузкам
ЦУН 4
к электрическим
нагрузкам
ЦРУ 1, 2 – центральное распределительное устройство
ЦУН 1-4 – центры управления нагрузками
- твердотельное силовое реле
Рис. 1 – Упрощенная схема распределения ЭЭ
Таким образом, разработка информационно-энергетической структуры при использовании мультиплексной передачи информации с применением управляющего микропроцессора позволит добиться оптимизации сопряжения элементов на различных этапах преобразования электроэнергии
и организации оптимального управления и регулирования внутри комплекса.