Бортовая система электроснабжения летательных аппаратов (бортовая СЭС ЛА) — система электроснабжения, предназначенная для обеспечения бортового электрооборудования летательного аппарата электроэнергией требуемого качества. Системой электроснабжения принято называть совокупность устройств для производства и распределения электроэнергии. Начиная с 1920-х годов прошлого века, на самолётах стали использоваться генераторы постоянного тока на 8, затем — на 12, и, наконец, на 27 вольт.

Для питания бортового оборудования и систем ЛА в настоящее время применяется электроэнергия постоянного тока напряжением 28 вольт, переменного однофазного или трёхфазного с нейтралью тока с напряжением 200/115 вольт, , переменного трёхфазного без нейтрали тока линейным напряжением 36 вольт, . Суммарная мощность генераторов на борту может составлять от нескольких киловатт для небольших самолётов или вертолётовкак пример: генератор ГСР-3000 мощностью 3 киловатта был на вертолёте Ка-18 до 600 и более кВт для тяжёлых ЛА.

В состав бортовой СЭС входят источники тока, аппаратура регулирования, управления и защиты, собственно бортовая сеть с распределительными устройствами, устройствами защиты цепей потребителей, а также устройствами защиты от радиопомех, статического электричества и электромагнитных излучений. Различают первичные и вторичные источники электроэнергии. К первичным источникам относят бортовые электрогенераторы и аккумуляторные батареи. Ко вторичным источникам относят трансформаторы и преобразователи.

Надёжность системы электроснабжения ЛА является одним из основополагающих факторов безопасности полёта. Поэтому предусматривается комплекс мер для надёжности функционирования и повышения живучести бортовой СЭС ЛА. Как правило, применяют основные, резервные и аварийные источники электроэнергии. Основные источники обеспечивают потребности в электроэнергии в нормальных условиях полёта. Резервные источники питают потребители при нехватке мощности основных источников, вызванной отказами в СЭС. Аварийные источники питают только жизненно важные системы ЛА (потребители первой категории), без которых невозможно безопасное завершение полёта.

На электрооборудование летательных аппаратов действует ряд неблагоприятных факторов — вибрации, ускорения, большие перепады температуры и давления, ударные нагрузки, агрессивные среды паров топлива, масел и спецжидкостей, иногда очень едких и токсичных. Конструктивными особенностями агрегатов электрооборудования летательных аппаратов является очень высокое качество изготовления, высокая механическая и электрическая прочность при минимальном весе и габаритах, пожаровзрывобезопасность, относительная простота в эксплуатации, полная взаимозаменяемость однотипных изделий и т. д.

Генераторы История Первоначально на самолётах не было никаких источников электроэнергии, кроме магнето, которое вырабатывало электрический ток высокого напряжения для искровых свечей зажигания моторов внутреннего сгорания.

Затем с усложнением оборудования самолётов стали применять бортовые аккумуляторные батареи, ёмкость которых рассчитывалась на выполнение всего полёта без подзарядки. Так, например, на самолёте типа У-2 устанавливался свинцовый аккумулятор 12А-10 на 12 вольт, ёмкостью 10 ампер-часов. Емкости этого полностью заряженного аккумулятора хватало для выполнения 2-часового ночного полёта.

Для продолжительных по времени полётов на самолётах устанавливались генераторы, раскручивающиеся от набегающего воздушного потока — динамо-машины с крыльчаткой. Эти динамо-машины могли работать как автономно, питая какое-либо конкретное оборудование на борту ЛА, либо работали в паре с бортовой аккумуляторной батареей и оснащались простейшим релейным регулятором напряжения (см. конструкцию с-та ТБ-3).

В годы ВМВ на самолётах разработки СССР в основном использовались два типа генераторов — это генераторы постоянного тока ГС-10-350 (на истребителях) и ГС-1000 (на бомбардировщиках), с механическим приводом ротора генератора от вращающегося вала мотора самолёта (через рессору с фрикционом). Оба этих генератора близки по конструкции, отличаясь выходной мощностью (350 или 1000 вт соответственно) и представляют собой четырёхполюсную динамо-машину воздушного охлаждения с шунтовым возбуждением. Генератор работает в паре с регуляторной коробкой, обеспечивая в рабочем диапазоне 3800-5900 об\мин на выходе напряжение 27,5 вольт. На многомоторных самолётах эти генераторы могли работать в параллель на общую нагрузку. Ресурс генераторов до первого ремонта был установлен в 500 часов.

Современность

По принципу действия современные авиационные генераторы не отличаются от аналогичных наземных генераторов, но обладают рядом особенностей: малый вес и габариты, большая плотность тока якоря, принудительное воздушное, испарительное или жидкостное охлаждение, высокая частота вращения ротора, применение высококачественных конструкционных материалов. В качестве источников постоянного тока обычно применяют бесконтактные синхронные генераторы переменного тока и коллекторные генераторы постоянного тока. Генераторы устанавливаются на двигателях и вспомогательных силовых установках (ВСУ), при этом частота вращения турбовинтовых двигателей самолётов и вертолётов стабилизирована регулированием нагрузки двигателя за счёт изменения шага винта, а вот на турбореактивных двигателях частота вращения ротора может меняться в широких пределах и при жёстком механическом приводе на генератор переменного тока частота также существенно изменяется, что часто недопустимо по ТУ потребителей.

Поэтому электрические сети строят по разным принципиальным схемам. Построение сети зависит от назначения ЛА, его конструктивных особенностей и применяемого оборудования. Например, на самолёте Ту-134 в качестве основных источников электроэнергии применяются генераторы постоянного тока на двигателях, а для питания переменным током стабильной частоты 200/115 вольт, 400 Гц применяются электромашинные преобразователи. На большинстве ВС установлены генераторы переменного тока, выдающие ток стабильной частоты либо за счёт постоянной частоты вращения двигателя (ВСУ и многие турбовинтовые двигатели), либо за счёт привода постоянных оборотов (ППО, также называются приводами постоянной частоты вращения — ППЧВ).

Существуют также ВС, где на двигателях установлены генераторы нестабильной частоты, от которых питаются нетребовательные к частоте потребители — люминесцентное освещение, противообледенительная система, выпрямительные устройства, а от выпрямительных устройств питаются преобразователи, выдающие переменный ток стабильной частоты. Такова, например, система электроснабжения Ан-140 — частота вращения генераторов меняется от 70 до 100 % максимальной, от генераторов питаются три выпрямительных устройства, от выпрямительных устройств питаются два мощных (2,5 кВА) полупроводниковых преобразователя ПТС-2500 на 115/200 В, 400 Гц.

Генераторы всегда работают в комплекте с аппаратурой защиты и управления. Например, генераторы переменного тока ГТ40ПЧ6, ГТ40ПЧ8, ГТ60ПЧ8 и некоторые другие работают с блоком защиты и управления БЗУ-376СБ и блоком регулирования напряжения БРН-208МА либо с одним блоком регулирования, защиты и управления БРЗУ-115ВО. БЗУ защищает генератор от превышения тока и частоты (отключает привод генератора при частоте более 480 Гц), нагрузку (отключением контактора, подключающего генератор к сети) — от повышений и понижений напряжения и частоты. БРН регулирует выходное напряжение генератора. БРЗУ объединяет все эти функции, а также он легче комплекта БЗУ + БРН по массе — 4,62 кг против 5,3 и 4,4 соответственно.

Преобразователи тока

На летательных аппаратах в качестве вторичных источников тока применяются электромашинные преобразователи и статические полупроводниковые преобразователи (инверторы). Цифра в обозначении преобразователей выпуска СССР и России, как правило, обозначает его мощность в вольт-амперах. Электромашинный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и генератора переменного тока (иногда — двух), механически закреплённых на одном валу. Принцип действия такого преобразователя основан на двукратном преобразовании электрической энергии в электрических машинах — двигателе и генераторе. Схема стабилизации оборотов (частоты вращения) обычно расположена в коробке управления. Наиболее широко распространены преобразователи серий ПО (однофазные на 115 вольт), ПТ (трёхфазные на 200/115 вольт или 36 вольт) и ПТО (комбинированные). При КПД в пределах 50-60 % мощность электромашинного преобразователя может быть от 125 ВА (ПТ-125Ц) до 6 кВА (ПО-6000). Электромашинные преобразователи требуют регулярного технического обслуживания (обычно через каждые 100 часов налёта или наработки) и контроля состояния щёточно-коллекторных узлов (ЩКУ) с заменой щёток токосъёмников по мере износа.

Статические преобразователи преобразуют постоянный ток в переменный с помощью управляемых полупроводниковых приборов — транзисторов или тиристоров. Их шум и вибрации значительно ниже, чем у вращающихся преобразователей (из подвижных элементов — только вентилятор охлаждения, в маломощных преобразователях вообще отсутствующий), КПД может достигать 85 %, что особенно важно при аварийном питании самолёта от аккумуляторов. Распространены преобразователи ПТС-25 (работает в паре с резервным авиагоризонтом АГР-72 и обеспечивает его постоянное автономное питание от аккумуляторов), ПТС-250 (вырабатывает напряжение 36 В обратной фазировки, требующейся в системе 36 В Ту-154 и некоторых других ВС), ПТС-800 (установлен, в частности, на Ту-204, Як-42, Ту-142МЗ, вертолёте Ка-27 и др.), ПТС-1600 и ПТС-2500 (вырабатывают 115/200 В), однофазный ПОС-25 (используется для питания розеток электробритв напряжением 127 В, 50 Гц), ПОС-1000 (на 115 В, 400 Гц) и др.

Привод постоянных оборотов

При необходимости получить от генератора, приводимого двигателем с изменяющейся частотой вращения, напряжение стабильной частоты генераторы подключаются к редуктору через привод постоянных оборотов (ППО). Различают разные схемы ППО — гидравлические, пневматические, механические. Применение нашла гидростатическая схема дифференциального типа (гидронасос-гидромотор), в которой механическая энергия вращения, отбираемая от вала авиадвигателя, преобразуется в энергию давления рабочего тела — масла. Регулирование частоты вращения осуществляется гидравлическим центробежным автоматом, управляющим производительностью гидронасоса. В случае с большинством турбовинтовых авиадвигателей и ВСУ генераторы переменного тока работают на постоянной частоте вращения, обусловленной стабильностью оборотов двигателя. Первичная (основная) система переменного тока стабильной частоты применяется, например, на самолётах Ан-72 и Ан-148, Ил-62, Ту-154 и Ту-204, Су-27, вертолётах Ми-28Н, Ка-27 и Ка-50. На этих машинах для получения постоянного тока используются полупроводниковые выпрямительные устройства (ВУ).

Выпрямительные устройства

Выпрямительное устройство (ВУ) — агрегат, состоящий из трёхфазного понижающего трансформатора, полупроводникового трёхфазного выпрямителя и иногда — тиристорной схемы стабилизации при изменении нагрузки. Мощность различных типов ВУ может быть в пределах от 3 до 12 кВт. Для принудительного охлаждения схемы выпрямительное устройство имеет встроенный вентилятор. Распространённые типы ВУ — ВУ-6А и ВУ-6Б мощностью 6 кВт, стабилизации не имеют и напряжение на выходе прямо зависит от напряжения на входе.

Турбогенераторы