Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с AMD Accelerated Processing Unit .
См. Также: Источник бесперебойного питания
APU Honeywell GTCP36, установленный под хвостовой частью бизнес-джета
Выхлоп ВСУ в хвостовой части самолета Airbus A380
Выхлоп ВСУ в хвостовой части Боинга 747-200

Вспомогательная силовая установка ( ВСУ ) представляет собой устройство на транспортном средстве , которое обеспечивает энергию для других функций , чем двигательных установок . Они обычно встречаются на больших самолетах и военно-морских кораблях, а также на некоторых крупных наземных транспортных средствах. Бортовые APU обычно вырабатывают напряжение 115  В переменного тока при 400  Гц (а не 50/60 Гц при питании от сети) для работы электрических систем самолета; другие могут производить напряжение 28 В постоянного тока . [1] APU могут обеспечивать питание через одно- или трехфазные системы.

Транспортный самолет [ править ]

История [ править ]

Впускной переключатель Jumo 004, с ручкой запуска для APU Riedel и портами доступа к свечам зажигания
Riedel 2-тактный двигатель , используемый в качестве новаторского примера APU, чтобы перевернуть центральную шахту как мировой войны II эпохи немецкий BMW 003 и Junkers Jumo 004 реактивных двигателей.
ВСУ Riedel устанавливали на сохранившийся реактивный двигатель BMW 003 с электрическим стартером для ВСУ Riedel.

Во время Первой мировой войны дирижабли класса British Coastal , один из нескольких типов дирижаблей, эксплуатируемых Королевским флотом , несли вспомогательный двигатель ABC мощностью 1,75 лошадиных сил (1,30 кВт) . Они приводили в действие генератор для радиопередатчика корабля и, в случае аварии, могли приводить в действие вспомогательный вентилятор. [Примечание 1] [2] Одним из первых военных самолетов, использовавших APU, был британский истребитель Supermarine Nighthawk времен Первой мировой войны, истребитель Anti-Zeppelin Night . [3]

Во время Второй мировой войны некоторые крупные американские военные самолеты были оснащены ВСУ. Они обычно назывались патт-паттс даже в официальных тренировочных документах. Ударно-ударный на бомбардировщике B-29 Superfortress был установлен в негерметичной секции в задней части самолета. Использовались различные модели с четырехтактным двигателем, двигателем Flat-twin или V-twin . Двигатель мощностью 7 лошадиных сил (5,2 кВт) приводил в действие генератор постоянного тока P2 с номинальным напряжением 28,5 В и 200 А (несколько таких же генераторов P2 , приводимые в движение главными двигателями)., были источником постоянного тока для В-29 в полете). Патт-патт обеспечивал мощность для запуска главных двигателей и использовался после взлета на высоту 10000 футов (3000 м). Патт-патт был возобновлен, когда B-29 спускался на посадку. [4]

На некоторых моделях B-24 Liberator в передней части самолета внутри носового отсека был установлен ударный механизм. [5] Некоторые модели транспортного самолета Douglas C-47 Skytrain несли удар под полом кабины. [6]

В качестве механических «пусковых» ВСУ для реактивных двигателей [ править ]

Первые немецкие реактивные двигатели, построенные во время Второй мировой войны, использовали механическую пусковую систему APU, разработанную немецким инженером Норбертом Риделем . Он состоял из двухтактного плоского двигателя мощностью 10 лошадиных сил (7,5 кВт) , который для конструкции Junkers Jumo 004 был спрятан во впускном клапане, по сути, функционируя как новаторский пример вспомогательной силовой установки для запуска реактивного двигателя. Отверстие в крайней передней части дивертора содержало ручную ручку, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. На впускном переключателе Jumo 004 имелось два отверстия для доступа к свечам зажигания для обслуживания цилиндров блока Riedel на месте в целях технического обслуживания. Два небольших бака "премикса" для бензина Riedel /В кольцевой заборник помещали мазут. Двигатель считался конструктивным с очень коротким ходом (диаметр цилиндра / ход: 70 мм / 35 мм = 2: 1), поэтому он мог поместиться во впускном отводном устройстве реактивных двигателей, таких как Jumo 004. Для редуктора он имел встроенную планетарную передачу . Он был произведен Викторией в Нюрнберге и служил в качестве механического стартера в стиле APU для всех трех немецких конструкций реактивных двигателей, которые до мая 1945 года добрались хотя бы до стадии прототипа: Junkers Jumo 004 , BMW 003 (который, по-видимому, уникален). использовать электростартер для ВСУ Riedel), [7] и прототипы (построено 19) более совершенного Heinkel HeS 011двигатель, который установили прямо над впускным каналом в обработанном Heinkel листовом металле носовой части гондолы двигателя. [8]

Боинг 727 в 1963 году был первым лайнером , чтобы показать газовую турбину ВС, что позволяет ему работать в небольших аэропортах, независимых от наземных объектов. На многих современных авиалайнерах ВСУ можно определить по выхлопной трубе в хвостовой части самолета. [9]

Разделы [ править ]

Типовая газотурбинная ВСУ для коммерческого транспортного самолета состоит из трех основных частей:

Раздел питания [ править ]

Силовая часть является газогенераторной частью двигателя и вырабатывает всю мощность на валу для ВСУ. [10]

Загрузите секцию компрессора [ править ]

Нагрузочный компрессор обычно представляет собой установленный на валу компрессор, который обеспечивает пневматическую мощность для самолета, хотя некоторые APU удаляют отбираемый воздух из компрессора силовой части. Есть два приводимых в действие устройства: входные направляющие лопатки, которые регулируют поток воздуха к нагрузочному компрессору, и клапан регулирования помпажа, который поддерживает стабильную или бесперебойную работу турбомашины. [10]

Раздел коробки передач [ править ]

Коробка передач передает мощность от основного вала двигателя к генератору масляного охлаждения для электрической мощности. Внутри коробки передач мощность также передается на дополнительное оборудование двигателя, такое как блок управления подачей топлива, модуль смазки и охлаждающий вентилятор. Также имеется стартер, подключенный через зубчатую передачу для выполнения пусковой функции ВСУ. Некоторые конструкции APU используют комбинацию стартера / генератора для запуска APU и выработки электроэнергии, чтобы упростить работу.

На более-электрическом самолете Boeing 787 APU подает на самолет только электричество. Отсутствие пневматической системы упрощает конструкцию, но высокий спрос на электроэнергию требует более тяжелых генераторов. [11] [12]

Бортовые ВСУ на твердооксидных топливных элементах ( ТОТЭ ) находятся в стадии исследования. [13]

Производители [ править ]

4 июня 2018 г. Boeing и Safran объявили о своем партнерстве 50-50 для проектирования, изготовления и обслуживания APU после получения разрешений от регулирующих и антимонопольных органов во второй половине 2018 г. [14] Boeing произвел несколько сотен малых турбовальных валов T50 / T60 и их производных в начало 1960-х гг. Safran производит ВСУ для вертолетов и бизнес-джетов, но прекратила выпуск крупных ВСУ после выхода Labinal из совместного предприятия APIC с Sundstrand в 1996 году [15].

Это может поставить под угрозу доминирование Honeywell и United Technologies . [16] Honeywell имеет 65% долю на mainliner рынка ВС и является единственным поставщиком для А350 , то B777 и все единичные-проходы : B737 MAX , Airbus A220 (ранее Bombardier CSeries), Comac C919 , МС-21 и A320neo, так как Airbus отказался от опции P&WC APS3200 . P & WC утверждает , что оставшиеся 35% с A380 , B787 и B747-8 .[15]

Совместному предприятию Boeing / Safran потребуется не менее десяти лет, чтобы выручка от обслуживания достигла 100 миллионов долларов. Рынок производства в 2017 году оценивался в 800 миллионов долларов: 700 миллионов долларов для гражданских и 100 миллионов долларов для военных, в то время как рынок ТОиР стоил 2400 миллионов долларов, распределенных поровну между гражданскими и военными. [17]

Космический корабль [ править ]

Шаттл ВСУ предусмотрено гидравлическое давление. У Space Shuttle было три резервных APU, работающих на гидразиновом топливе. Они были включены только для подъема, входа и посадки. Во время подъема ВСУ обеспечивали гидравлическую мощность для стабилизации трех двигателей Шаттла и управления их большими клапанами, а также для движения рулевых поверхностей . Во время посадки они перемещали рули, опускали колеса, приводили в действие тормоза и рулевое управление носовым колесом. Посадка могла производиться только с одной работающей ВСУ. [18]В первые годы существования Shuttle были проблемы с надежностью APU, сбои в работе трех из первых девяти миссий Shuttle. [Заметка 2]

Броня [ править ]

На некоторых баках устанавливаются ВСУ, обеспечивающие электроэнергию без высокого расхода топлива и большой инфракрасной сигнатуры главного двигателя. Еще во время Второй мировой войны американский M4 Sherman имел небольшую ВСУ с поршневым двигателем для зарядки танковых аккумуляторов, чего не было у танка Т-34 советского производства . [23]

Коммерческие автомобили [ править ]

Полуприцеп с охлажденными или замороженными продуктами питания или железнодорожный вагон может быть оборудован независимым ВСУ и топливным баком для поддержания низких температур во время перевозки без необходимости использования внешнего источника питания, обеспечиваемого транспортом. [ необходима цитата ] [24]

На некоторых старых дизельных двигателях для запуска основного двигателя вместо электродвигателя использовалась ВСУ. В основном они использовались на крупногабаритной строительной технике. [25] [26]

Топливные элементы [ править ]

Основная статья: Вспомогательная силовая установка на топливных элементах

В последние годы производители грузовиков и топливных элементов объединились для создания, тестирования и демонстрации ВСУ топливных элементов, которая устраняет почти все выбросы [27] и более эффективно использует дизельное топливо. [28] В 2008 году партнерство между Delphi Electronics и Peterbilt, спонсируемое Министерством энергетики США, продемонстрировало, что топливный элемент может обеспечивать питание электроники и кондиционирования воздуха Peterbilt Model 386 в имитируемых условиях «холостого хода» в течение десяти часов. [29] Delphi заявила, что система мощностью 5 кВт для грузовиков класса 8 будет выпущена в 2012 году [ нуждается в обновлении ] по цене от 8000 до 9000 долларов, которая будет конкурировать с другими двухцилиндровыми дизельными ВСУ «среднего класса», если они смогут для соблюдения этих сроков и сметы затрат.[28]

См. Также [ править ]

  • Система воздушного запуска
  • Вспомогательная гидравлическая система
  • Стартер двигателя Коффмана - аналогичная система, использующая взрывной патрон для подачи давления газа.
  • Мощность головного узла
  • Электроэнергия гостиницы
  • HVAC
  • Пневматическая турбина

Примечания [ править ]

  1. ^ Постоянная подача сжатого воздуха была необходима, чтобы поддерживать баллонеты дирижабля в надутом состоянии и, таким образом, поддерживать структуру газового мешка . В нормальном полете он собирался из воздушной струи воздушного винта.
  2. ^ Неисправности APU Early Shuttle:
    • STS-2 (ноябрь 1981 г.): Во время удержания на стартовой площадке высокое давление масла было обнаружено в двух из трех ВСУ. Необходимо было промыть коробки передач и заменить фильтры, что вынудило перенести запуск. [19]
    • STS-3 (март 1982 г.): одна ВСУ перегрелась во время всплытия, и ее пришлось отключить, хотя позже она работала нормально при входе в атмосферу и приземлении. [20] [21]
    • STS-9 (ноябрь – декабрь 1983 г.): при посадке загорелись две из трех ВСУ. [22]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Электрические системы 400 Гц" . Спросите ученого-ракетолога . Aerospaceweb.org.
  2. Перейти ↑ Abbott, Patrick (1989). Британский дирижабль на войне, 1914–1918 гг . Теренс Далтон. п. 57. ISBN 0861380738.
  3. ^ Эндрюс и Морган 1987, стр. 21.
  4. ^ Вольф, Уильям (2005). Boeing B-29 Superfortress: окончательный вид: от чертежной доски до VJ-Day . Шиффер. п. 205. ISBN 0764322575.
  5. ^ Ливингстон, Боб (1998). Под Южным крестом: B-24 Liberator в южной части Тихого океана . Издательская компания "Тернер". п. 162. ISBN. 1563114321.
  6. ^ Этель, Джеффри; Дауни, Дон (2004). Flying the Hump: в оригинальных цветах времен Второй мировой войны . Зенит Отпечаток. п. 84. ISBN 0760319154.
  7. ^ Шульте, Рудольф С. (1946). «Анализ конструкции турбореактивного двигателя BMW 003 -« Запуск двигателя » » . legendsintheirowntime.com . ВВС армии США - Turbojet и Gus Turbine Developments, HQ, AAF . Проверено 3 сентября 2016 года . Начальная процедура выглядит следующим образом : При запуске двигателя залит путем закрытия переключателя электрического праймера, то зажигание турбореактивного двигателя и зажигания и электрический запуск двигателя от двигателя Riedelвключены (этот двигатель также можно запустить вручную, потянув за трос). После того, как установка Riedel достигает скорости около 300 об / мин, она автоматически включает вал компрессора турбореактивного двигателя. Примерно при 800 об / мин пускового двигателя включается пусковой топливный насос, а при 1200 об / мин включается основное (J-2) топливо. Стартер остается включенным до тех пор, пока турбореактивный двигатель не достигнет 2000 об / мин, при этом стартерный двигатель и стартовое топливо отключаются, турбореактивный двигатель быстро разгоняется до номинальной скорости 9500 об / мин на топливе J-2.
  8. ^ Gunston 1997, стр. 141.
  9. ^ Vanhoenacker, Марк (5 февраля 2015). "Что это за отверстие в хвосте самолета?" . Шифер . Проверено 20 октября +2016 .
  10. ^ a b «APU и его преимущества | Решения AERTEC» . www.aertecsolutions.com . Проверено 20 июня 2018 .
  11. ^ Синнета, Майк (2007). «Экономия топлива и повышение эксплуатационной эффективности» (PDF) . Боинг . Проверено 17 января 2013 года .
  12. ^ Огандо, Джозеф, изд. (4 июня 2007 г.). «Более электрический» 787 Dreamliner от Boeing стимулирует эволюцию двигателей: на 787 Boeing исключил стравливание воздуха и в значительной степени полагался на электрические стартер-генераторы » . Новости дизайна . Проверено 9 сентября 2011 года .
  13. ^ Spenser, Джей (июль 2004). «Топливные элементы в воздухе» . Boeing Frontiers . 3 (3).
  14. ↑ Safran , Boeing (4 июня 2018 г.). «Boeing и Safran соглашаются на проектирование, строительство и обслуживание вспомогательных энергоблоков» (пресс-релиз).
  15. ^ a b Стивен Тримбл (5 июня 2018 г.). "Как предприятие Boeing-Safran встряхнет ВСУ?" . Flightglobal .
  16. ↑ Стивен Тримбл (4 июня 2018 г.). «Боинг и Safran объединились, чтобы подорвать рынок ВСУ» . Flightglobal .
  17. ↑ Кевин Майклс (27 июня 2018 г.). «Мнение: Почему Boeing погружается в производство ВСУ?» . Авиационная неделя и космические технологии .
  18. ^ «Гидравлическая система» . spaceflight.nasa.gov . НАСА . Проверено 8 февраля +2016 .
  19. ^ "Архив миссии космического челнока STS-2" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля +2016 .
  20. ^ "Архив миссии космического челнока STS-3" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля +2016 .
  21. ^ Лусма, Джек Р. (15 марта 2010). "Джек Р. Лоусма отредактировал стенограмму устной истории" . Проект устной истории космического центра имени Джонсона НАСА (интервью). Беседовала Росс-Наззал, Дженнифер . Проверено 18 февраля +2016 .
  22. ^ "Архив миссии космического челнока STS-9" . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 18 февраля +2016 .
  23. ↑ Лоза, Дмитрий (21 сентября 2010 г.). "IRemember.ru Мемуары о Второй мировой войне" . iremember.ru . Iemember . Проверено 13 июня 2017 года . Еще одним большим плюсом Шермана была зарядка его аккумуляторов. На нашем Т-34 нужно было запустить двигатель, все 500 лошадиных сил, чтобы зарядить аккумуляторы. В боевом отделении «Шермана» находился вспомогательный бензиновый двигатель, небольшой, как у мотоцикла. Запустите его, и он зарядит батареи. Для нас это было большим делом!
  24. ^ «Освобождение от веса транспортного средства для APU» .
  25. ^ Орлеманн, Эрик. Caterpillar Chronicle: История величайших землекопов . п. 35. ISBN 9781610605779.
  26. ^ "Уиллард против Caterpillar, Inc. (1995)" . Закон справедливости . Проверено 13 декабря +2016 .
  27. ^ Бродерик, Кристи-Джой; Тимоти Липман; Мохаммад Фарши; Николас Лютси; Гарри Дуайер; Дэниел Сперлинг; Уильям Гаус; Брюс Харрис; Фой Кинг (2002). "Оценка вспомогательных силовых установок топливных элементов для большегрузных дизельных грузовиков" (PDF) . Транспорт Исследования Часть D . Elsevier Sciences Ltd., стр. 303–315. Архивировано из оригинального (PDF) на 2012-04-03 . Проверено 27 сентября 2011 .
  28. ^ a b Вайслер, Пол (12 мая 2010 г.). «Грузовик Delphi с ВСУ на топливных элементах отправится в путь в 2012 году» . Электрификация автомобилей . Проверено 27 сентября 2011 . и Delphi заявляет, что в 2012 году на рынке появится APU мощностью 5 кВт.
  29. ↑ Джейкобс, Майк (19 марта 2009 г.). «Твердооксидный топливный элемент успешно используется в кабине и спальном месте грузовика в ходе испытаний, спонсируемых Министерством энергетики США» . NETL: выпуск новостей . Национальная лаборатория энергетических технологий . Проверено 27 сентября 2011 .

Внешние ссылки [ править ]

  • "ВСУ космического корабля" Орбитальный шаттл "
  • «Звук ВСУ из салона Боинг 737»
  • Стартер Riedel In: Messerschmitt Me 262B в деталях; Планер, двигатели и фонарь
  • Видео на YouTube отреставрированного реактивного двигателя Junkers Jumo 004, запускаемого с «интегральной» ВСУ Riedel, с сентября 2019 г.