История электротехники

Одновременно происходило непрерывное совершенствование аппаратуры регулирования, защиты и управления. На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли угольные регуляторы.

Достижения смежных отраслей промышленности, в частности электронной, использовались при разработке новых поколений аппаратуры, входящей в состав различных систем самолетного электротехнического оборудования. Начиная с середины 60-х годов получили широкое внедрение в электротехнические комплексы изделия, выполненные на базе полупроводниковой технологии. Во всем мире, в том числе и в нашей стране, велись и ведутся поиски путей решения проблемы построения систем электроснабжения самолета, в которых генераторы устанавливаются непосредственно на авиационные двигатели, а стабилизация частоты осуществляется полупроводниковыми преобразователями частоты.

В 1977 г. группой ученых и специалистов различных отраслей промышленности были проведены исследования для определения возможных направлений дальнейшего развития методов генерирования электроэнергии и оценки возможностей использования новых физических явлений и принципов получения электрической энергии для питания бортовых систем летательных аппаратов. Была предложена следующая классификация авиационных электротехнических комплексов:

АЭК постоянного тока;

АЭК переменного тока нестабильной частоты;

АЭК переменного тока стабильной частоты;

АЭК с источниками электроэнергии нетрадиционного типа.

В частности, предполагалось до конца 2000 г. в качестве основной применять систему переменного тока с гидроприводом. Последние десятилетия подтвердили этот прогноз.

Большое внимание было уделено снижению массы элементов энергосистемы. В этой части достигнут немалый прогресс. За счет интеграции генератора в конструкцию гидропривода удалось существенно снизить удельную массу всего агрегата до — 1 кг/кВт. Под интеграцией имеется в виду объединение элементов генератора и привода — подшипников, силовых элементов конструкции, системы охлаждения и т.д.

Промышленностью проводятся работы по созданию высокоскоростных электрических машин (до 24 000 об/мин). В связи с наметившейся тенденцией использования криогенных топлив открывается перспектива использования этого вида топлива в качестве хладагента. Цикл работ по этой проблеме проведен кафедрой электрических машин Московского авиационного института (МАИ).

Выполнен большой объем работ по созданию специальной коммутационной аппаратуры. Выпускаются аппараты для коммутации тока от 0,1 до 1000 А. К настоящему времени заводами поставляется более 100 типов реле и контакторов, в том числе герметичных.

Важным этапом в развитии самолетных электрических систем являлось создание пикирующего бомбардировщика ПЕ-2. На этом самолете впервые в истории отечественной авиации широкое применение получил электропривод.

Еще большее применение электропривод получил на самолете, конструкции А.Н. Туполева (ТУ-4), где впервые была реализована синхронно следящая система для управления стрелковым оружием и применен электропривод шасси повышенной надежности. Этот тип привода по своим характеристикам превосходил зарубежные образцы. В его состав входили два электрических двигателя, соединенных через дифференциальный редуктор с выходным валом. В нем удачно использовано свойство дифференциала при отказе одного из двигателей изменять частоту вращения электромеханизма при неизменном моменте вращения.

Электропривод обслуживал практически все основные самолетные системы. В середине 50-х и начале 60-х годов были созданы электромеханизмы для управления поворотом закрылков, стабилизатором, триммерами. Большое количество электромеханизмов используется в топливных и гидравлических системах: механизмы закрытия и перекрытия топливных кранов, приводы топливных насосов. Электропривод широко используется в радиотехнических системах в качестве привода антенн, а также в системах вооружения и специальных системах.

Электропривод получил большое развитие в связи с появлением транспортной и военно-транспортной авиации. Для механизации погрузочно-разгрузочных работ на этих самолетах используются электролебедки.

Появление на борту летательных аппаратов большого числа энергоемких потребителей электрической энергии повлекло за собой значительный рост установленной мощности. Так, например, на борту самолета АН-22 установлено четыре генератора мощностью 120 кВ•А каждый, на самолете ТУ-144 — четыре генератора переменного тока мощностью 60 кВ•А каждый, на самолете ИЛ-96–300 — четыре генератора мощностью 60 кВ•А каждый и на самолете ТУ-204 — два генератора мощностью 90 кВ•А каждый.

Следует отметить, что общая тенденция — объединение, интеграция различных систем в единый комплекс — имеет место и в электрических системах. В последние 10–15 лет получили развитие смешанные электрогидравлические и электропневматические устройства, в которых силовые функции выполняет гидравлика, а управление — электричество. Основным элементом электромеханизма является электродвигатель.

Уже в середине 50-х годов сложилась типовая структура электромеханизма. В состав электромеханизма входят электродвигатели, муфты сцепления-торможения, редуктор, фрикционная муфта с шариковым регулятором и концевые выключатели. В начале 70-х годов были проведены разработки электропривода с волновой передачей, в которой за счет увеличения поверхности сцепления удается значительно повысить механическую нагрузку на выходном валу при меньшем числе ступеней передачи. Так, например, в системе механизации крыльев самолета с изменяемой геометрией использован волновой редуктор с передаточным числом 1:100 и моментом на выходном валу 50 кН•м.

В связи с тем, что электропривод, как правило, обслуживает системы, к которым предъявляются требования высокой надежности, собственные показатели надежности электропривода также должны быть достаточно высокими.

Одной из причин широкого применения на самолете системы электроснабжения переменного тока являлось использование бесконтактных асинхронных двигателей. Вместе с тем асинхронный электродвигатель имеет существенный недостаток — малый пусковой момент.

За последнее десятилетие много внимания уделялось разработке бесконтактных вентильных двигателей, в которых используется магнитоэлектрическая машина с самарий-кобальтовыми магнитами, имеющими высокую удельную энергию. Этот новый класс электрических машин получил развитие благодаря появлению малогабаритных управляемых полупроводниковых приборов.

Важным этапом в развитии электрооборудования для авиации явилось создание в 1957 г. сверхзвукового стратегического бомбардировщика М-50 конструкции В.Н. Мясищева. На этом самолете впервые в мире была реализована электрическая дистанционная система управления всеми органами управления самолета, впоследствии получившая название «электрическая проводка». С учетом важности выполняемых функций, а следовательно, для обеспечения высоких требований по надежности, в системе был использован принцип троирования. В этих системах в широком масштабе были применены полупроводниковые приборы в устройствах управления.

Для управления сектором газа авиационных двигателей на самолетах серии СУ была применена дистанционная система, в которой использовалось специальное логическое устройство, определяющее неисправность в системе и производящее автоматическое переключение на резервные каналы.

За последние десятилетия наметилась тенденция к широкому применению в системах электрооборудования различных средств вычислительной техники, в том числе бортовых вычислительных машин (БЦВМ), при решении самых разнообразных задач управления и регулирования. Как показали исследования, применение БЦВМ в задачах регулирования режимов в электротехнических системах позволяет значительно повысить качество электроэнергии: в несколько раз сокращается длительность переходного процесса, уменьшается значение перерегулирования, появляется возможность организации более рациональных структур систем, устойчивых к отказам и внешним воздействиям, и существенного уменьшения их массы.