Аккумуляторные батареи на ЛА

Назначение:

– резервный источник питания в аварийном режиме при внезапном прекращении электропитания от основной энергетической установки;

– электропитание электростартера при автономном запуске силовой установки.

Разновидности

- свинцовые;

- серебряно-цинковые;

- никель-кадмиевые;

- никель-водородные.

Подробнее о них можно прочитать в книге "Электрооборудование летательных аппаратов". Под редакцией Грузкова С.А. Том 1. М., Изд-во МЭИ. 2005. 568с.

Эффективные литий-ионные аккумуляторные батареи (Раздел 11.17.3) из-за вопросов безопасности нашли ограниченное применение на ЛА (Boeing 787 Dreamliner) [13].

 

Турбогенераторные источники электрической энергии для изделий спецтехники

Назначение

Питание электроэнергией различных потребителей, находящихся, например, на борту беспилотных летательных аппаратов, в частности, на борту боевых ракет.

 

Особенности

Турбогенераторные источники являются ЭМС кратковременного действия. Время работы составляет от нескольких секунд до нескольких десятков минут.

 

Требования

Источник питания (при обеспечении выходных характеристик) должен обладать следующими качествами:

- иметь минимальные размеры и массу;

- обладать минимальным временем выхода на режим;

- быть устойчивым к значительным внешним механическим и тепловым нагрузкам;

- характеризоваться крайне высокой степенью надёжности.

 

Пути решения задачи минимизации размеров и массы

Все заложено в уже знакомой нам формуле: D ² l º P /АВ _δ n

1) Повышение линейной нагрузки А за счет повышения плотности тока.

Это возможно, потому что:

- при кратковременном режиме работы генератор не успевает нагреться до установившейся температуры;

- при однократном применении изоляция генератора, даже при ускоренном старении (т.е. когда ее температура выше допустимой), выдерживает заданный срок службы.

2) Повышение магнитной индукции в воздушном зазоре.

Может быть осуществлено:

а) За счет применения высококачественных магнитных материалов с большой индукцией насыщения и малыми удельными потерями р, от которых зависят потери в стали:

Р _ст= р *(В/ B ₀) ²*(f / f ₀)^x* М

где р – удельные потери при амплитуде индукции B ₀ и частоты перемагничивания f ₀,  x=1,3-1.5[18], М – масса элемента магнитопровода;

б) За счет применения высококоэрцитивных постоянных магнитов (имеющих большие значения коэрцитивной силы Н _с).

3) Выбор высоких частот вращения.

 

7.4.5. Мощность:

От 250 до 4000 Вт.

 

7.4.6. Уровень напряжения:

40, 60, 115, 127 и 220В (действующее значение) (28В на постоянном токе). Точность поддержания 0,5-1%.

 

7.4.7. Частоты вращения:

От 30000 об/мин до 200 000 об/мин.

 

7.4.8. Частота напряжения:

Высоким частотам вращения соответствуют высокие частоты напряжения.

500, 1000 и 3000 Гц. Точность поддержания 0,015-5%.

Высокие частоты также уменьшают массу электрических преобразователей.

 

Источник механической энергии

Газовая турбина. На лопатки турбины генератора может поступать сжатый воздух (или другой газ), запасаемый на борту в специальном резервуаре, газ, образующийся в результате сгорания топлива или пороховой шашки, а также скоростной воздушный напор [19].

 

Особенности конструкции

1) Безредукторное исполнение.

Вал генератора сочленяется с турбиной напрямую. Это позволяет избежать потерь в механическом преобразователе, что важно, учитывая малую мощность турбогенераторных источников питания.

Безредукторное исполнение позволяет уменьшить общий вес генераторной установки.

2) Бесконтактность.

При высоких частотах вращения генераторы с вращающимися обмотками становятся нерациональными. Поэтому в составе турбогенераторных источников питания применяются бесконтактные генераторы, не имеющие обмоток на роторе: синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов или индукторные генераторы с электромагнитным возбуждением. Применение индукторных генераторов позволяет при заданной скорости вращения и фиксированном диаметре получить большую частоту напряжения [18].

3) Применение подшипников скольжения или лепестковых газодинамических опор.

Подшипники скольжения применяются во всех высокоскоростных машинах любого назначения [18]. Это объясняется тем, что в подшипниках качения при больших скоростях шарики начинают вибрировать, что приводит к выходу их из строя.

В лепестковых газодинамических опорах газовый слой полностью разделяет рабочие поверхности ротора и подшипников. В результате ротор как бы «плавает» в тонкой пленке воздуха. Лишь при пусках и остановах на малых скоростях вращения поверхности подшипников касаются ротора [10].

4) Применение особой высокотемпературной изоляции обмоток.

Чтобы обеспечить допустимость повышенных нагревов [18].

Пример турбогенератора малой мощности (с подшипниками качения) приведен на рис.7.3, [5].

 

Рис.7.3. Пример турбогенератора малой мощности (с подшипниками качения)

 

Пример схемы турбогенераторного источника

Один из вариантов турбогенераторного источника приведен на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Функциональная схема ЭМС на базе турбогенераторной установки

 

Источник механической энергии – газовая турбина, раскручиваемая продуктами сгорания пороховой шашки (ПШ).

В качестве генератора используется трехфазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор с подмагничиванием спинки статора, с выходным переменным напряжением 40В частотой 1000 Гц.

Стабильность частоты напряжения обеспечивается стабильностью частоты вращения генератора за счет системы регулирования частоты вращения, воздействующей на подачу газа на турбину.

Стабильность действующего значения линейного напряжения обеспечивается за счет управления током в обмотке подмагничивания спинки статора генератора (Раздел 12.9).

 

Приложение 1. Данные по генераторам постоянного тока с переменной частотой вращения

 

Тип генератора	Номинальная мощность, Вт	Номинальный ток, А	Частота вращения вала, об/мин	Масса, кг	Тип щёток	Число щеток
ГСК-1500М	1500	54	3800-5900	12,6	МГС-8	4
ГСК-1500В	1500	54	3800-5900	12,6	МГС-8	4
ГСН-3000	3000	100	3800-6500	12,3	ЭГ-40А	4
ГСР-3000	3000	100	4000-9000	11,5	МГС-7И	8
СТГ-3 2 серия	3000	100	6250-11250	16,0	МГС-7	8
ГСР-СТ-6000ВТ	6000	200	4000-9000	20,3	МГС-7	12
СТГ-6М	6000	200	4500-8500	24,5	МГС-7	8
ВГ-7500Я	9000	300	5000-8000	24,4	МГС-7	18
ГСБК-9РС	9000	300	3500-8000	21,0	-	-
ГСР-9000 3 серия	9000	300	4000-9000	28,5	МГС-7	18
ГС-12Т	12000	4000	4200-9000	30	МГС-7И	18
ГСР-12000В	12000	400	4000-9000	28,6	МГС-7	12
ГСР-12КИС	12000	400	4200-9000	40,0	МГС-7И	24
ГСР-СТ-1200ВТ	12000	400	4200-9000	29,5	МГС-7И	18
ГСР-СТ-12/40А	12000	400	4000-9000	32	Г-27
СТГ-12ТП	12000	400	4200-9000	35,0	МГС-7	18
СТГ-12ТМ	12000	400	4200-9000	35,0	МГС-7	18
СТГ-12ТМО	12000	400	4200-9000	35,0	МГС-7	18
ГСР-18000(Д)	18000	600	3800-9000	41,5	МГС-9	24
ГСР-СТ-18000	18000	600	4000-9000	42,5	МГС-9	24
ГС-18Т	18000	600	4200-9000	40,0	МГС-7И	18
ГС-18НО	18000	600	3800-7400	48,0	МГС-7И	18
СТГ-18ТМ	18000	600	4200-9000		МГС-7И	18
СТГ-18ТМО	18000	600	4200-9000	46	МГС-7И	18
ГСР-18000В	18000	600	4200-9000	40	МГС-7И	18
ГСР-СТ-18КИС	18000	600	4000-7800	42,5	МГС-7И	24
ГС-24А	14000	600	6000-7000	56,0	МГС-5И	18
ГС-24Б	18000	600	6000-7000	56,0	ВТ-7	18
ГСР-20БК	20000	700	4500-7600	33	-	-