METODE PENTRU PIERDEREA GREUTĂȚII ÎN - PDF Descărcare gratuită
1 METODE PENTRU REDUCEREA GREUTĂȚII ÎN DISERTAREA REȚELELOR DE CABINĂ DE AVIOANE ELECTRICE aprobată de Facultatea de Inginerie Electrică de la Universitatea Helmut Schmidt/Universitatea Forțelor Armate Federale din Hamburg pentru a obține diploma academică de inginer doctorat prezentată de Dipl.-Ing. Johannes Brombach de la Berlin Hamburg, 2014
A doua zi a examenului oral: Primul recenzor: Prof. univ. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz Al doilea recenzent: Prof. univ. Dr.-Ing. Klaus F. Hoffmann
5 III TEZE Principalele teze ale acestei teze sunt după cum urmează: Convertoarele electrice din partea de sarcină au cea mai mare pondere într-o rețea de cabină electrică. Integrarea optimă a unui sistem electric de cabină de tensiune continuă se realizează prin arhitecturi fără transformatoare. Cea mai mare economie de greutate în sistemul electric de la bord rezultă din introducerea unui nivel de tensiune continuă pentru toate sarcinile. Suma avantajelor tehnice și structurale ale unei rețele de cabină de tensiune continuă sugerează o implementare economică. Tehnologiile bateriilor pot înlocui sursa de curent auxiliară și de urgență.
7 V CUPRINS Mulțumiri. Eu! Versiune scurta. II! Teze. III! Conţinut. V! Lista simbolurilor utilizate. IX! Lista indicilor utilizați. XI! Abrevieri utilizate. XII! 1! Introducere. 1! 1.1! Motivația 1! 1.2! Scopul lucrării și procedura 2! 2! De ultimă oră. 7! 2.1! Alimentarea cu energie a unei aeronave 7! 2.1.1! Dezvoltare istorică 8! 2.1.2! Sisteme energetice ale motoarelor de aeronave 10! 2.1.3! Alimentare CA 12! 2.1.4! Alimentare DC 14! 2.2! Construirea rețelelor de aeronave 14! 2.2.1! Structura rețelei 15! 2.2.2! Cablarea 16! 2.3! Protecția rețelei în rețelele de bord 17! 2.3.1! Siguranțe 17! 2.3.2! Întreruptoare termice 19! 2.3.3! Întrerupătoare electronice 19! 2.4! Optimizarea se apropie de 20! 2.4.1! Electrificarea sistemelor energetice 20! 2.4.2! Managementul sarcinii electrice 20! 2.4.3! Sisteme de alimentare cu tensiune continuă 21! 2,5! Rețele de tensiune continuă în alimentarea convențională cu energie 21! 2.5.1! Stadiul tehnicii 21! 2.5.2! Comutarea și protejarea tensiunilor DC înalte 22! 3! Modelare. 25! 3.1! Modelarea unei aeronave de referință 26!
10 VIII 6.2! Integrarea noilor funcții 133! 6.3! Reducerea costurilor de exploatare 133! 7! Rezumat și Outlook! 7.1! Rezumatul lucrărilor 135! 7.2! Outlook 137! A 8-a! Atașament. XV! 8.1! Parametrii cablului specific aeronavei XV! 8.2! Standarde relevante XV! 8.3! Costurile de operare ale unei aeronave moderne XVI! 8.3.1! Influența unei schimbări de greutate XVIII! 8.3.2! Influența unei modificări a consumului electric XIX! 8.4! Tehnologia de configurare și măsurare a laboratorului utilizată XX! 8.4.1! Sursa de alimentare XX! 8.4.2! Sarcini electrice XX! 8.4.3! Sistem de control și reglare XXI! 8.4.4! Tehnologie de măsurare XXI! 8.4.5! Configurarea laboratorului XXIII! 8.4.6! Demonstratorul de gestionare a încărcăturii XXIV! 8.4.7! Software de gestionare a energiei XXV! 8.4.8! Mic demonstrator XXVI! 8.5! Studii de arhitectură XXVII! 8.6! Simularea unui nou tip de protecție la distanță XXIX! 8.7! Ponderile arhitecturii generale HVDC XXX! 8,8! Măsurarea capacităților și inductanțelor cablurilor XXXI! 9! Dovada științifică a activității. XXXII! 10! Bibliografie. XXXVIII! Relua. XIII!
11 IX LISTA SIMBOLURILOR FORMULARE UTILIZATE Simboluri Unitate Descriere α W m -2 K -1 Coeficient de transfer de căldură g modificare specifică a consumului cu o β m kg 100! Km variație de greutate g modificare specifică a consumului cu o β W kwh! "Modificarea consumului de energie electrică Δ - diferență ε r - constantă dielectrică µ r - coeficient de permeabilitate potential V potențial electric ϕ - unghi în măsură radiană ρ Ws kg -1 densitate de energie ψ V s flux de bobină ω s -1 frecvență unghiulară Δ - diferență ϕ W kg -1 densitate de putere θ K temperatură θ 0 C temperatură ambientală! K schimbare temperatură temporală a - parametri de formulă A m 2 suprafață B - coeficient fascicul BT densitate flux magnetic! T valoare maximă densitate flux magnetic BW valoare actuală b - parametru formula b - raport de funcționare/sarcină utilă c - parametru formula CJK -1 capacitate termică CF capacitate electrică CF km -1 capacitate d mm diametru f Hz frecvență G - funcție de transfer I., i Un curent! O valoare de vârf a curentului j - operator complex k - parametru K Costuri l m lungime L H inductivitate L H km -1 acoperire cu inductanță
12 X Formula simbol Desemnarea unității m kg masă m EQ kg greutate echipament m kg km -1 greutate specifică a cablului n - număr N - număr de rotații O - efort de calcul r φ m distanță circulară ts timp T s perioadă p% dobândă P, p W putere efectivă R Ω rezistență R Ω km -1 rezistență specifică a cablului sjs -1 frecvență unghiulară complexă traseu sm, distanță s - factor de scalare v - raport w kg,% greutate absolută, greutate relativă W Ws energie xm distanță perpendiculară pe direcția de zbor și orizontală la sol X Ω reactanță U, u V tensiune ! V valoarea maximă tensiune Q el Ca sarcină electrică y m distanță în direcția de zbor Y S admisie z m distanță perpendiculară pe podeaua cabinei Z Ω impedanță
13 XI LISTA INDICILOR UTILIZAȚI Indici Semnificație C Temperatură în conductori de fază C 3 Ph 3 un raport AC/DC A320 Airbus A320 (aeronavă cu distanță scurtă și medie) AC cantitate alternativă b În funcționare cantitate constantă DC cădere de tensiune cădere e Earthff valoare RMS el electric un timp de descărcare Eq echipament Ore de zbor în conformitate cu limita limită măsurată j indicii de funcționare j an k cuplare var imputat K kerosen Kst trasee de cablu Ktyp tipuri de cabluri L sarcină sarcină latură sarcină L1, L2, L3 desemnare fază min valoare minimă maximă valoare maximă dimensiune nominală dimensiune rețea latură rețea n sarcină utilă normalizată N conductor neutru Q sursă th convertor termic 'normalizat Valoarea linkului DC
20 4 1 INTRODUCERE Consumatori de electricitate Distribuție electrică Generarea electrică Pas: 1 Abordări de reducere a greutății Determinarea cotelor de greutate Determinarea cotelor de consum Abordări de reducere a consumului 2 Determinarea eficacității abordărilor de optimizare Determinarea eficacității abordărilor de optimizare Variație multi-parametru 3 Nu Determinarea structurii optime 4 Nu sunt îndeplinite cerințele specifice aeronavei? 5 Da Fezabil din punct de vedere economic? 6 Da Sistem electric optimizat Figura 1.3 Procedură pentru optimizarea multiparametrică a sistemului electric cu scopul de a reduce greutatea și consumul
21 1 INTRODUCERE 5 Prezenta lucrare este împărțită în șapte capitole. Capitolul 1 descrie motivația și scopul muncii. Capitolul 2 descrie stadiul tehnicii. Structura rețelelor de la bordul aeronavelor comerciale moderne este prezentată aici. Sunt descrise cele trei componente principale ale generării, distribuției și sarcinilor electrice ale aeronavelor actuale. În capitolul 3, sunt analizate și caracterizate cele trei subsisteme electrice ale unei aeronave moderne pe distanțe scurte și medii. Aceasta creează o bază de date și un model care servește ca punct de plecare pentru investigații ulterioare. În capitolul 4, rezultatele sunt verificate pe o simulare a sistemului electric al vehiculului și sunt determinați parametrii importanți ai componentelor relevante ale sistemului electric. Capitolul 5 descrie aplicarea diferitelor strategii de optimizare la model. Acolo rezultatele sunt evaluate și procesate matematic. Capitolul 6 prezintă potențialul de optimizare tehnică și economică la nivelul general al aeronavei. Capitolul 7 rezumă rezultatele și oferă o perspectivă asupra cercetărilor viitoare.
25 2 PREVĂZIRE HVDC: Tensiune înaltă DC VF: Frecvență variabilă MEA: Mai multe avioane electrice CF: Frecvență constantă par. Gen.: Generatoare conectate în paralel HVDC 230 V c.a. VF MEA 115 V c.a. VF Gestionarea sarcinii 115 V c.a. 115 V c.a. CF (par. Gen.) 28 V c.c. (par. Gen.) 28 V c.c. Figura 2.1 Utilizarea temporală a diferitelor tehnologii în aviație civilă (noi livrări), cf. [Moi09] Figura 2.2 prezintă dezvoltarea puterii generatorului instalat la bordul aeronavelor. Se poate observa că inițial creșterea dimensiunii aeronavei (B747) a provocat creșterea performanței. Următoarea creștere a consumului de energie a venit odată cu introducerea de noi sisteme de confort pentru pasageri. Aici trebuie menționat sistemul de divertisment în zbor cu un singur loc (IFE), care este din ce în ce mai utilizat în aeronavele noi. B787 Ieșire [kva] Douglas DC-8 B A380 0 an Figura 2.2 Dezvoltarea puterii generatorului instalat în aeronavele comerciale mari, vedea. [Mec05]
27 2 Raportul anterior ART 11 a crescut în continuare. Motorul Pratt & Whitney PW1100G al A320neo va avea un raport de bypass de 12: 1 și va economisi 15% combustibil în comparație cu generația actuală de motoare (sursă: Airbus). Figura 2.3 prezintă structura de bază a unui motor cu turbocompresor cu două arbori. Suflantă de aer (ventilator) cutie de viteze generator de tracțiune compresor de presiune scăzută presiune scăzută presiune de aer pompă hidraulică pompă de combustibil purtător de echipament auxiliar compresor de presiune ridicată presiune înaltă aer de aer camera de ardere echipament auxiliar arbore de presiune scăzută arbore de presiune scăzută val de presiune înaltă presiune înaltă turbină de presiune Figura 2.3 Viitorul motor de aeronave cu două arbori (turbofan cu transmisie) cu suport de echipament auxiliar conectat doi arbori care se lovesc unul de altul, ceea ce înseamnă că viteza turbinei de înaltă presiune și a turbinei de joasă presiune pot fi diferite. În exemplul prezentat, turbina de înaltă presiune acționează doar compresorul de înaltă presiune al