Коллектив авторов - История электротехники

По мере появления новых типов летательных аппаратов, изменения технических требований менялся качественный и количественный состав систем электрооборудования, совершенствовались его характеристики [8.34–8.36].

Практическое применение электрическая энергия нашла в системах зажигания топливно-воздушной смеси в авиационных двигателях. Большая роль в создании теории и практики систем зажигания принадлежит B.C. Кулебакину. Им построена теория рабочих процессов в магнето высокого напряжения. В развитии теории систем зажигания большая заслуга также принадлежит А.Н. Ларионову.

Источники электрической энергии на борту летательных аппаратов появились практически одновременно с созданием самих летательных аппаратов. Так, на самолетах «Илья Муромец» разработки И.И. Сикорского использовался источник электроэнергии мощностью 500 Вт.

В период первой мировой войны электроэнергия использовалась на самолетах в устройствах радиосвязи, освещения, как внутреннего, так и наружного. В качестве источника электроэнергии использовался генератор переменного тока мощностью 200 Вт с приводом от ветряного двигателя или вала авиационного двигателя.

В середине 20-х годов для питания радиоустройств применялся генератор постоянного тока напряжением до 12 В. В 1933–1934 гг. напряжение было повышено до 24 В с одновременным увеличением мощности генератора до 1 кВт. Привод от ветряного двигателя был заменен приводом от авиационного двигателя. Для обеспечения заданных требований по надежности генератор постоянного тока работал параллельно с аккумуляторной батареей.

Важным этапом в развитии электрооборудования самолета явилось создание в 1939 г. в СССР пикирующего бомбардировщика конструктора В.Н. Петлякова. На этом самолете были впервые применены различные виды электроприводов, обслуживающие различные органы управления самолетом, в том числе посадочные щитки, стабилизатор, управление радиаторами, триммерами, шасси и др. В качестве приводов использовались дистанционно управляемые системы. Аналогичные разработки за рубежом начали проводиться только через 3 года.

Внедрение на самолетах нового вида оборудования потребовало применения мощных источников электрической энергии. Следует отметить особую заслугу в создании генераторов переменного тока А.Н. Ларионова, под руководством которого была выполнена разработка генератора переменного тока для самолета «Максим Горький».

До конца 40-х и начала 50-х годов основным источником питания являлись коллекторные генераторы постоянного тока, установленные через редуктор на авиационных двигателях. Как правило, число генераторов соответствовало числу авиационных двигателей. Генераторы включались на параллельную работу между собой и с аккумуляторной батареей.

В конце 40-х — начале 50-х годов была проведена разработка стартер-генераторов. Использован принцип обратимости электрической машины, а также то обстоятельство, что электрическая машина устанавливалась непосредственно на авиационном двигателе. При этом в режиме запуска электрическая машина работала как стартер. После запуска электрическая машина переводилась в режим генератора. Таким образом был осуществлен автономный запуск двигателей самолета, что значительно улучшило условия его эксплуатации.

Значительный рост потребителей электроэнергии обусловил и увеличение установленной мощности источников энергии. На некоторых типах летательных аппаратов использовалось восемь генераторов мощностью 12 кВт каждый.

Впоследствии коллекторные генераторы были заменены на бесколлекторные. В развитии оборудования летательных аппаратов наметилась устойчивая тенденция к использованию электрической энергии переменного тока. В этой связи в энергетическую систему потребовалось включить преобразователи постоянного тока в переменный.

Дальнейший рост потребления электроэнергии начал сдерживаться значительным увеличением массы как самих источников электроэнергии, так и систем ее распределения.

Эффективным способом уменьшения массы электрооборудования, как известно, является переход на более высокий уровень напряжения. Вместе с тем повышение уровня напряжения сдерживается наличием коллектора, ухудшением условий коммутации, особенно на больших высотах полета.

Таким образом, назрела необходимость перевода электроэнергетической системы самолета с постоянного тока на переменный как основной вид электроэнергии. Этому переходу предшествовало применение генераторов переменного тока, в основном однофазных, для питания мощных радиолокационных установок.

В конце 40-х и начале 50-х годов во всем мире и в нашей стране велись интенсивные работы по разработке и внедрению электроэнергетических систем переменного тока. Однако внедрение переменного тока на борту летательного аппарата натолкнулось на целый ряд трудностей, основной из которых является осуществление параллельной работы генераторов переменного тока. Известно, что параллельная работа электрических генераторов постоянного тока может быть реализована при различных частотах их вращения. Условием параллельной работы генераторов переменного тока является их синфазная работа, что не может быть обеспечено в реальных условиях полета.

Первой попыткой обойти это противоречие было создание принципиально новой системы параллельной работы синхронных генераторов, установленных непосредственно на авиадвигателях и снабженных комбинированной муфтой. Эта разработка была выполнена в 1954 г. коллективом под руководством А.Ф. Федосеева и внедрена на самолетах-заправщиках генерального конструктора В.М. Мясищева.

Комбинированная муфта представляла собой сочетание фрикционной пары и обгонного устройства. В зависимости от режима работы энергосистемы в действие приводилась либо фрикционная, либо обгонная муфта, и, таким образом, независимо от частот вращения авиационных двигателей условия параллельной работы генераторов не нарушались. В системе также была предусмотрена автоматическая регулировка частоты вращения авиационного двигателя, обеспечивающая малые скольжения роторов генераторов одного относительно другого.

Следующим этапом внедрения переменного тока на самолетах было использование в качестве промежуточного звена между генератором и двигателем привода постоянной скорости, назначение которого состояло в преобразовании переменной частоты вращения авиационного двигателя в постоянную частоту вращения генератора.

Постепенно к середине 70-х годов сложилась типовая структура системы электроснабжения многомоторного самолета. Система включает синхронный генератор, установленный на гидропривод, трансформаторно-выпрямительные устройства для питания потребителей постоянного тока, управляемые выпрямительные блоки для подзарядки аккумуляторов, а также аппаратуру управления, защиты и регулирования.