MÓDSZEREK A FOGYÁSHOZ - PDF Free Download

1 MÓDSZEREK A Súlycsökkentéshez az ELEKTROMOS REPÜLŐKabin kabinhálózatok disszertációjában, amelyet a hambuti Helmut Schmidt Egyetem/Szövetségi Fegyveres Erők Egyetemének villamosmérnöki kara hagyott jóvá a doktori mérnök diplomájának megszerzésére, amelyet a Dipl.-Ing. Johannes Brombach, Berlin Hamburg, 2014

fogyáshoz

A szóbeli vizsga 2. napja: Első bíráló: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz Második bíráló: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus F. Hoffmann

5 III TÉZISEK A disszertáció fő tézisei a következők: A teheroldali elektromos átalakítók súlya a legnagyobb az elektromos kabinhálózatban. A DC feszültségű kabin elektromos rendszerének optimális integrációját transzformátor nélküli architektúrák révén érik el. A legnagyobb súlymegtakarítást az elektromos rendszerben az egyenáramú feszültségszint bevezetése eredményezi minden terhelésnél. Az egyenfeszültségű kabinhálózat technikai és szerkezeti előnyeinek összege gazdaságos megvalósításra utal. Az akkumulátoros technológiák helyettesíthetik a jelenlegi kiegészítő és vészhelyzeti tápegységet.

7 V TARTALOM Köszönetnyilvánítás. ÉN! Rövid változat. II! Tézisek. III! Tartalom. V! A használt szimbólumok felsorolása. IX! A felhasznált indexek listája. XI! Használt rövidítések. XII! 1! Bevezetés. 1! 1.1! 1. motiváció! 1.2! A munka célja és a 2. eljárás! 2! A legkorszerűbb. 7! 2.1! Energiaellátás repülőgéphez 7! 2.1.1! Történelmi fejlődés 8! 2.1.2! Repülőgép-hajtóművek energetikai rendszerei 10! 2.1.3! AC tápegység 12! 2.1.4! DC tápegység 14! 2.2! Repülőgép-hálózatok kiépítése 14! 2.2.1! Hálózati felépítés 15! 2.2.2! 16-os vezeték! 2.3! Hálózati védelem fedélzeti hálózatokban 17! 2.3.1! Biztosítékok 17! 2.3.2! Hővédőkapcsolók 19! 2.3.3! Elektronikus megszakítók 19! 2.4! Az optimalizálás megközelíti a 20-at! 2.4.1! Energiarendszerek villamosítása 20! 2.4.2! Elektromos terheléskezelés 20! 2.4.3! DC fedélzeti hálózatok 21! 2,5! DC feszültségű hálózatok a hagyományos energiaellátásban 21! 2.5.1! A legkorszerűbb 21! 2.5.2! Nagy DC feszültség kapcsolása és védelme 22! 3! Modellezés. 25! 3.1! Referencia repülőgép modellezése 26!

10 VIII 6.2! Új funkciók integrálása 133! 6.3! A működési költségek csökkentése 133! 7! Összegzés és kilátások! 7.1! A 135. munka összefoglalása! 7,2! Outlook 137! 8.! Melléklet. XV! 8.1! Repülőgép-specifikus kábelparaméterek XV! 8.2! Vonatkozó szabványok XV! 8,3! Egy modern repülőgép üzemeltetési költségei XVI! 8.3.1! Súlyváltozás hatása XVIII! 8.3.2! Az elektromos fogyasztás változásának hatása XIX! 8.4! Az alkalmazott laboratóriumi beállítás és méréstechnika XX! 8.4.1! Tápegység XX! 8.4.2! Elektromos terhelések XX! 8.4.3! Irányítási és szabályozási rendszer XXI! 8.4.4! Méréstechnika XXI! 8.4.5! Laboratóriumi beállítás XXIII! 8.4.6! Terheléskezelési demonstrátor XXIV! 8.4.7! Energiagazdálkodási szoftver XXV! 8.4.8! Kis demonstrátor XXVI! 8,5! Építészeti tanulmányok XXVII! 8.6! Új típusú távolságvédelem szimulációja XXIX! 8.7! A teljes HVDC architektúra súlyai ​​XXX! 8.8! Kábelkapacitások és induktivitások mérése XXXI! 9! A tevékenység tudományos bizonyítéka. XXXII! 10! Bibliográfia. XXXVIII! Önéletrajz. XIII!

11 IX A FELHASZNÁLT FORMULA SZIMBÓLUMOK JEGYZÉKE Szimbólumok Egység Leírás α W m -2 K -1 Hőátbocsátási tényező g fajlagos fogyasztásváltozás β m kg 100 mellett! Km súlyváltozás g fajlagos fogyasztásváltozás β W kwh-val! " r - permeabilitási együttható ϕ V elektromos potenciál ϕ - szög radiánban mérve ρ Ws kg -1 energiasűrűség ψ V s tekercs fluxusa ω s -1 szögfrekvencia Δ - különbség ϕ W kg -1 teljesítménysűrűség θ K hőmérséklet θ 0 C környezeti hőmérséklet! K időbeli hőmérséklet változás a - képlet paraméterek A m 2 terület B - köteg együttható BT mágneses fluxus sűrűség! T csúcsérték mágneses fluxus sűrűség BW jelenérték b - képletparaméter - működési/hasznos terhelési arány c - képletparaméter CJK -1 hőteljesítmény CF elektromos kapacitás CF km -1 kapacitás d mm átmérő f Hz frekvencia G - I. átviteli függvény, i A áram! j áram csúcsértéke - komplex operátor k - K paraméter Költségek l m hossz L H induktivitás L H km -1 induktivitás bevonat

12 X Képlet szimbólum Egység megnevezése m kg tömeg m EQ kg berendezés tömege m kg km -1 fajlagos kábel súlya n - szám N - fordulatok száma O - számítási erőfeszítés r φ m kör alakú út ts idő T s időszak p% kamat P, p W effektív teljesítmény R Ω ellenállás R Ω km -1 fajlagos kábelellenállás sjs -1 komplex szögfrekvencia sm út, s távolság - v skálázási tényező - arány w kg,% abszolút tömeg, relatív súly W Ws energia xm a repülési irányra merőleges és a talajhoz vízszintes távolság X Ω reaktancia U, u V feszültség ! V csúcsérték feszültség Q el elektromos töltésként y m távolság repülési irányban Y S beengedés z m távolság merőleges a kabin padlójára Z Ω impedancia

13 XI A FELHASZNÁLT MUTATÓK FELSOROLÁSA Indexek Jelentés C hőmérséklet C 3 Ph 3 fázisvezetőkben AC/DC arány A320 Airbus A320 (rövid és közepes távolságú repülőgépek) váltakozó váltakozó mennyiség b Működési DC állandó mennyiség csepp feszültségesés e Earthff effektív érték el elektromos un kisütési idő Eq Berendezés Fh Repülési órák a mért határérték szerint j futási indexek j év k kapcsoló mész imputált K kerozin Kst kábelútvonalak Ktyp kábel típusok L terhelés terhelés terhelési oldal L1, L2, L3 fázis megjelölés min minimális érték max maximális érték névleges tervezési méret hálózati hálózat oldalsó hasznos teher normalizált N semleges vezető Q forrás th termikus átalakító 'normalizált Az egyenáramú összekötő közbenső áramkör értéke

20 4 1 BEVEZETÉS Elektromos fogyasztók Elektromos elosztás Elektromos előállítás Lépés: 1 A súlycsökkentés megközelítései A súlyarányok meghatározása A fogyasztási arányok meghatározása A fogyasztáscsökkentés megközelítései 2 Az optimalizálási megközelítések hatékonyságának meghatározása Az optimalizálási megközelítések hatékonyságának meghatározása Többparaméteres variáció 3 Nem Az optimális szerkezet meghatározása 4 Nincs A repülőgép-specifikus követelmények teljesülnek? 5 Igen Gazdaságilag megvalósítható? 6 Igen Optimalizált elektromos rendszer 1.3. Ábra Eljárás az elektromos rendszer több paraméteres optimalizálására a tömeg és a fogyasztás csökkentése céljából

21 1 BEVEZETÉS 5 Jelen munka hét fejezetre tagolódik. Az 1. fejezet leírja a munka motivációját és célját. A 2. fejezet ismerteti a technika állását. A modern kereskedelmi repülőgépek fedélzeti hálózatainak felépítését mutatjuk be itt. A mai repülőgépek generálásának, elosztásának és elektromos terhelésének három fő összetevőjét ismertetjük. A 3. fejezetben egy modern rövid és közepes távolságú repülőgép három elektromos alrendszerét elemzik és jellemzik. Ez létrehoz egy adatbázist és egy modellt, amely kiindulópontként szolgál a további vizsgálatokhoz. A 4. fejezetben ellenőrizzük az eredményeket a jármű elektromos rendszerének szimulációján, és meghatározzuk a jármű elektromos rendszerének releváns elemeinek fontos paramétereit. Az 5. fejezet ismerteti a különféle optimalizálási stratégiák alkalmazását a modellben. Ott értékelik és matematikailag feldolgozzák az eredményeket. A 6. fejezet bemutatja a műszaki és gazdasági optimalizálási lehetőségeket a repülőgépek teljes szintjén. A 7. fejezet összefoglalja az eredményeket és kitekintést nyújt a jövőbeni kutatásokra.

25 2 ELŐZMÉNYEK HVDC: nagyfeszültségű DC VF: változó frekvenciájú MEA: több elektromos repülőgép CF: állandó frekvencia par. Gen.: Párhuzamosan csatlakoztatott generátorok HVDC 230 V AC VF MEA 115 V AC VF Terheléskezelés 115 V AC CF 115 V AC CF (általános paraméter) 28 V DC (par. Gen.) 28 V DC 2.1 ábra Különböző technológiák ideiglenes használata polgári repülés (új szállítások), lásd [Moi09]. A 2.2. ábra a repülőgép fedélzetén telepített generátor teljesítményének alakulását mutatja. Látható, hogy kezdetben a repülőgép méretének növekedése (B747) okozta a teljesítmény növekedését. Az energiafogyasztás következő növekedése új utasrendszerek bevezetésével történt. Itt kell megemlíteni az együléses repülés közbeni szórakoztató rendszert (IFE), amelyet egyre inkább az új repülőgépeknél használnak B787 Output [kva] Douglas DC-8 B A380 0 év 2.2 ábra A beépített generátor teljesítményének alakulása nagy kereskedelmi repülőgépeken, lásd [Mec05]

27 2 A PRIOR ART 11 aránya tovább nőtt. Az A320neo Pratt & Whitney PW1100G motorjának megkerülési aránya 12: 1 lesz, és 15% üzemanyag-megtakarítást jelent a jelenlegi generációs motorokhoz képest (forrás: Airbus). A 2.3. Ábra egy kéttengelyes hajtóműves turboventilátor motor felépítését mutatja. Levegőfúvó (ventilátor) hajtómű tolóerő-generátor alacsony nyomású kompresszor alacsony nyomású légtelenítő nyomású hidraulikus szivattyú üzemanyag-szivattyú segédberendezés-hordozó nagynyomású kompresszor nagynyomású légtelenítő levegőindító égőkamra kiegészítő berendezések tengelye alacsony nyomású turbina alacsony nyomású tengely nagynyomású hullám nagynyomású turbina tolóerő 2.3 ábra két tengely fut össze, ami azt jelenti, hogy a nagynyomású turbina és az alacsony nyomású turbina sebessége eltérő lehet. A bemutatott példában a nagynyomású turbina csak a nagynyomású kompresszorát hajtja