INSTALATII ELECTRICE LA AVIOANE

INSTALATII ELECTRICE

1. Generalitati

Modernizarea aeronavelor si introducerea aparatelor de bord a facut necesara cresterea puterii electrice instalate la bord cat si necesitatea de a se introduce atat surse de curent continuu cat si de curent alternativ. Pentru ca aparatele sa indice cat mai exact parametrul si erorile sa fie admisibile, a fost necesara o automatica de reglare a tensiunii la bornele de curent continuu si curent alternativ cat si o automatica de reglare a frecventei sau de protectie la frecventa scazuta.

Cresterea puterii motorului a facut ca acestea sa nu mai poata fi pornite manual ci sa necesite o pornire cu ajutorul motoarelor electrice. De asemenea, pe masura perfectionarii aviatiei a fost necesara introducerea unor instalatii de comanda electrica, electrohidraulica, electropneumatica, de semnalizare si incalzire, de degivrare, etc.

2. CLASIFICAREA RETELELOR DE BORD

1. Dupa felul curentului: * retele de curent continuu - monofilare,

- bifilare.

* retele de curent alternativ - monofazice,

- bifazice.

2. Dupa modul cum debiteaza energia diferitelor surse:

* retele centralizate ( sursele debiteaza pe aceeasi sursa comuna),

* retele descentralizate (sursele debiteaza fiecare pe grupuri de consumatoare diferite).

Dupa modul de distributie a energiei

* retele cu tablou central de distributie (utilizat pentru avioanele usoare in care sursele debiteaza intr-un tablou central la care se conecteaza consumatorii),

* retele cu distributie prin bare (la avioanele mari, sursele debiteaza pe o bara de distributie care se leaga prin sigurante cu alte bare, dispuse convenabil, de la care sa se poata conecta consumatorii).

4. Dupa destinatia retelei: * retele de alimentare (realizeaza functia de transmitere a energiei electrice de la surse la aparatura de distributie),

* retele de distributie (transmit si repartizeaza energia electrica de la aparatura de distributie la consumatori).

RETELELE DE CURENT CONTINUU SI CURENT ALTERNATIV

1. Retele de curent continuu

Utilizarea la bord a energiei de c.c. este raspandita mai ales la avioanele de capacitate mica si mijlocie. Sistemul electroenergetic, in acest caz, cuprinde un generator de curent continuu si consumatori de astfel de curent. Pentru alimentarea consumatorilor de curent alternativ se folosesc convertizori.

Avantajele folosirii energiei continue:

calitati superioare ale actionarilor cu motoare de c.c.,

autonomia sistemului datorita existentei sursei de avarii.,

- inexistenta maselor rotative.

Dintre neajunsuri amintim:

limitarea puterii surselor, tensiunii si altitudinii de utilizare,

sistemul are siguranta scazuta in functionare,

elemente de protectie si comanda de gabarit mare.

2. Retele de curent alternativ

Pe avioanele moderne, energia de c.a. se utilizeaza in proportie de 85% si se fac eforturi pentru inlocuirea totala a surselor de c.c.

Dintre avantajele utilizarii sistemelor de c.a. amintim:

marirea altitudinii de utilizare datorita absentei contactelor mobile,

reducerea gabaritului si greutatii generatorului de c.a.,

cresterea puterii,

reducerea perturbarii radio-electrice,

- convertirea usoara a curentului alternativ in curent continuu.

Neajunsuri:

- consumul de putere reactiva micsoreaza factorul de putere ceea ce necesita o aparatura complexa pentru asigurarea mersului in paralel a generatorului,

- calitati de reglaj inferioare sistemului de curent continuu.

4. CONDUCTORI, ELEMENTE DE COMANDA, COMUTATOARE SI ELEMENTE DE PROTECTIE

4.1. Conductori

Formeaza partea cea mai voluminoasa a retelei. Se confectioneaza din sarma de cupru recopt, litat ce asigura o mare flexibilitate conductorului, deci o rezistenta mai mare la vibratii. In instalatii exista conductori de mic voltaj si de mare voltaj.

Cei din prima categorie sunt formati din mai multe spire de lita lacuite peste care avem o tesatura de bumbac, o camasa de cauciuc vulcanizat si o tesatura in exterior din bumbac, lacuita.

Conductorii de mare voltaj, spre deosebire de cei de mic voltaj, au partea conductoare dintr-un singur fir cu suprafata de 1,3 mm.

Pentru montarea usoara a retelei, conductorii se grupeaza in cabluri care se instaleaza in diferite feluri. Metoda cea mai uzuala este instalatia deschisa, la care conductorii se leaga fie cu o sfoara subtire si rezistenta sub forma de bandaje la intervale de 150-200 mm, fie se infasoara cu o banda din tesatura de bumbac sau se introduc in tub de vinilin.In locurile in care exista pericolul de scurgeri de ulei, benzina sau alte lichide, conductorii se introduc in conducte de aluminiu sau dural.

Pentru deservirea comoda, toti conductorii retelei de bord se marcheaza astfel incat fiecare circuit electric autonom si portiunile lor componente sa aiba notatiile sau cifrul lor pentru a fi identificate. Marcarea, sub forma de notatie cu cifre sau litere se aplica pe conductoare cu ajutorul unei vopsele care nu se sterge la fiecare 20-30cm pe toata lungimea conductorului, sau numai la capete in cuple.

4.2. Dispozitive de cuplare si de montaj

Acestea sunt: - prize de retea (se monteaza in locurile de imbinare a diferitelor parti ale avionului, pe peretii cabinelor, pe panourile de distributie, in cutiile de distributie, etc. Acestea pot fi: demontabile, individuale, racorduri de forta, racorduri cu buloane si saboti si cleme de strangere).

- cutii de distributie (constau din mai multe borne fixate pe textolit si compartimentate, avand fie saboti de strangere, fie surub cu piulita iar firele au papuci inchisi sau deschisi).

- aparatura de comutare (reprezinta dispozitivele cu care se realizeaza cuplarea si decuplarea circuitelor electrice cum ar fi: butoane, intrerupatoare, comutatoare, relee, contactoare, etc.)

- aparatura de protectie (reprezinta acele dispozitive cu ajutorul carora se realizeaza decuplarea elementelor din echipamentul electric in caz de scurt circuit, in caz de suprasarcina de lunga durata, pentru protejarea consumatorilor cat ti a retelei. Exista dispozitive care realizeaza atat functia de comanda cat si functia de protectie. Aceste dispozitive sunt: intrerupatoare termice automate - AZS- care asigura comanda manuala a cuplarii si comanda automata sau manuala a decuplarii).

5. SURSE DE ENERGIE ELECTRICA DE BORD

Odata cu dezvoltarea aviatiei, aparatura necesara la bord s-a imbunatatit, s-a perfectionat si au fost necesare surse de energie electrica care sa alimenteze aparatura si agregatele de la bord. Pentru aceasta se folosesc sursele de curent continuu.

Pe masura cresterii vitezei si inaltimii de zbor si dezvoltarii aparatelor giroscopice electrice (alimentate in curent alternativ), a aparut necesitatea unor surse de curent alternativ. Acestea se numesc convertizoare si transforma curentul continuu de la bord in curent alternativ de joasa tensiune si inalta frecventa.

5.1. Clasificarea surselor de curent continuu

Surse principale - sunt acelea care asigura alimentarea tot timpul zborului. Din aceasta categorie fac parte generatorul de c.c. si generatorul demaror de c.c.

*Generatoarele sunt masini electrice cu excitatie in derivatie, antrenate de motorul avionului si functioneaza pe principiul inductiei electromagnetice transformand energia mecanica in energie electrica.

* Generatoarele demaroare sunt masini de curent continuu cu excitatie mixta care functioneaza in regim de motor cu excitatie mixta pentru pornirea motorului avionului, dupa care trec in regim de functionare ca generator cu excitatie in derivatie.

Surse secundare (de avarie). - sunt acele surse de c.c. care asigura acoperirea varfurilor de suprasarcina pe timpul zborului, alimentarea aparatelor si agregatelor electrice, strict necesare, in cazul defectarii sursei principale de bord si pornirea automata a motorului avionului. Din categoria surselor secundare fac parte acumulatorii de bord. Acestia pot fi: cu plumb, cadmiu-nichel, fero-nichel sau argint-zinc.

Indiferent de tipul acumulatorilor, ei functioneaza pe principiul oxidarii si dezoxidarii placilor care se realizeaza prin transformarea energiei electrice in energie chimica la incarcari si invers la descarcari.

6. GENERATORUL DE CURENT CONTINUU

Este o masina electrica de derivatie cvadripolara (cu patru poli de excitatie). Este destinat pentru alimentarea retelei cu curent continuu si pentru incarcarea acumulatorului de bord. Actionarea se face de la motor printr-un cuplaj mecanic si are sensul de rotatie spre stanga, privind dinspre partea transmisiei. Are racire interioara fortata cu aer printr-un canal de ventilatie.

Se compune din: - stator (inductor),

- rotor (indus).

Statorul

Este acea parte a masinii care creeaza campul magnetic. Se compune din:

carcasa (din otel electrotehnic),

polii masinii,

cutia de borne,

suportul port perii cu periile colectoare si arcurile periilor.

Rotorul

Este acea parte a masinii in care se introduce tensiunea electromotoare. Se compune din:

- rotorul propriu zis (din tole de otel electrotehnic, izolate intre ele cu lac sau hartie),

- colectorul (din lamele colectoare),

- ventilatorul,

- axul rotorului.

Date tehnice

Tensiunea nominala: 28V

Tensiunea de lucru: 27,5V

Puterea nominala: 600W

Curentul nominal: 21,4A

Putere nominala la 5000rot/min timp de 5min: 900W

Turatie minima: 3800rot/min

Turatie medie: 5000rot/min

Turatie maxima: 6000rot/min

Cantitatea aerului de racire: 30l/sec.

Regim de lucru: de lunga durata

Greutate: 5,7kg.

Acestea sunt caracteristicile generatorului de pe avioanele tip ZLIN.

7. ACUMULATORII CU PLUMB

Sunt surse chimice secundare de tensiune deoarece, spre deosebire de elementele galvanice sau pilele electrice, pot da energie electrica numai dupa o incarcare prealabila.

Incarcarea acumulatorilor se face prin conectarea lor la o sursa de tensiune continua. Datorita procesului de electroliza, starea chimica a placilor acumulatorului variaza si intre acestea se stabileste o anumita diferenta de potential. O baterie se compune dintr-un numar de acumulatori legati in serie.

7.1. Constructie

Se compun din cateva placi pozitive si negative cufundate intr-un vas cu electrolit (o solutie de acid sulfuric si apa distilata). Placile acumulatorului sunt confectionate in doua moduri:

- placi de mare suprafata, ce se construiesc din plumb pur, iar pentru marirea suprafetei se fac nervurate.

- placi pastate, reprezinta o retea de plumb in ochiurile careia se introduce o pasta de oxid de plumb.(litarga sau miniu). Pentru prevenirea caderii pastei din celulele placii, pe ambele parti se acopera cu placi de plumb gaurite.

De regula placa pozitiva se executa in constructie de mare suprafata iar cea negativa de constructie pastata.

Placile pozitive, ca si cele negative se leaga in doua blocuri izolate unul de celalalt cu separatoare din material plastic prevazute cu gauri si ondulate. Pentru ca placile pozitive sa poata functiona pe ambele parti, un acumulator are o placa negativa in plus.

Bacul (suportul) este din ebonita sau plastic, prevazut cu orificii pentru borne si cu orificii pentru introducerea electrolitului, asigurate cu dopuri de constructie speciala (au supape ce permit iesirea gazelor pe timpul functionarii, dar nu permit scurgerea electrolitului).

7.2. Capacitatea

Este cantitatea de electricitate pe care acumulatorul o cedeaza la descarcari, pana la tensiunea admisibila finala, corespunzatoare curentului de descarcare (in practica un acumulator nu se va descarca niciodata sub 1,8V per. element).

Pe bac se scrie capacitatea nominala sau capacitatea la 20sC. Capacitatea nominala se obtine pentru o descarcare in timp de 10 ore la temperatura de 20sC tinand cont ca tensiunea finala pe element, la descarcare sa fie de cel putin 1,8V si greutatea specifica a electrolitului sa fie de 1,28g/cm.

Factorii de care depinde capacitatea sunt:

cantitatea de materii active pentru un amper,

grosimea si suprafata placilor (cat mai subtiri pentru a fi mai usoare si sa aiba suprafata mare pentru a avea capacitate mare),

regimul de descarcare (descarcarea este normala in 10 ore, 5 ore sau cel putin 2 ore),

temperatura electrolitului (pe masura ce temperatura scade, capacitatea scade),

greutatea specifica a electrolitului (greutate specifica mica duce la micsorarea capacitatii. Nici o marire peste masura a acesteia nu este admisa deoarece ar creste vascozitatea electrolitului, s-ar micsora viteza de difuzie si s-ar mari rezistenta interna).

8. AUTOMATICA DE COMANDA, COMUTARE SI PROTECTIE A ACUMULATORILOR DE BORD

Acumulatorii de bord, fata de acumulatorii de aerodrom, au capacitati diferite. La cuplarea in paralel (pentru pornirea la sol), capacitatile ar cauta sa se uniformizeze intr-un timp scurt si curent mare, ceea ce ar duce la deteriorarea ambelor surse. De aici rezulta necesitatea protectiei sursei (acumulatorului) de bord la cuplarea sursei de aerodrom.

Daca doi acumulatori s-ar cupla cu polaritate inversa, datorita rezistentei mici ale acestora, s-ar realiza un scurt circuit care ar deteriora acumulatorii. De aici necesitatea unei automatici de protectie a surselor la cuplarea cu polaritate inversa.

Acumulatorii de bord si priza pentru sursa de aerodrom, fiind plasate in fuselaj la distanta fata de cabina, apare necesitatea comenzii de la distanta a cuplarii si decuplarii surselor.

Automatica mai trebuie sa asigure protectia acumulatorului de bord si a celui de aerodrom in cazul unui scurt circuit in retea.

Prin urmare aceasta automatica realizeaza:

cuplarea de la distanta a cumulatorului la reteaua de bord,

protectia acumulatorului la cuplarea cu polaritate inversa,

deconectarea acumulatorului de bord in cazul cuplarii sursei de aerodrom,

protectia acumulatorului de bord in cazul producerii unui scurt circuit in retea.

9. NECESITATEA PORNIRII MOTOARELOR DE AVION PRIN ACTIONARE ELECTRICA. DEMARORUL

Generalitati

Pentru pornirea avioanelor clasice cu piston este necesara antrenarea arborelui cotit astfel incat prin deplasarea pistoanelor in cilindrii sa se realizeze admisia si compresia pentru aprinderea amestecului carburant, realizarea exploziei si detentei care sa creeze cuplul activ. La inceputurile aviatie antrenarea arborelui cotit se realiza printr-un sistem de multiplicare manual, cu ajutorul bendixului. Pe masura cresterii puterii motoarelor, a numarului de cilindrii, antrenarea manuala a devenit greoaie. Pe de alta parte pornirea nu era sigura si putea duce la accidente.

Mai tarziu s-a trecut la pornire prin actionarea manuala a elicei iar apoi la pornirea cu aer comprimat. Metoda cea mai eficace s-a constatat a fi angrenarea motoarelor de avion cu ajutorul unui motor de curent continuu numit demaror.

Pentru a asigura pornirea electrica a unui motor cu piston trebuie luate urmatoarele masuri:

sa se alimenteze cu amestec carburant cilindrii motorului,

sa fie aprins amestecul carburant,

arborele cotit sa fie rotit cu o viteza minima de pornire,

sistemul de pornire trebuie sa dezvolte un moment superior momentului rezistent al motorului.

Prin urmare, instalatia de pornire trebuie aleasa in functie de momentul rezistent al motorului.

O astfel de instalatie trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

sa dezvolte o putere suficient de mare pentru pornire,

caracteristica mecanica a motorului de pornire si instalatia in ansamblu sa corespunda scopului,

sa realizeze durata mica de pornire,

sa asigure posibilitatea repetarii pornirii,

sa aiba randament mare,

aparatura de pornire sa fie suficient de comoda.

Sistemul de pornire electric, fata de alte sisteme de pornire, are urmatoarele avantaje:

este comod,

realizeaza o functionare sigura si rapida,

asigura repetarea pornirii,

permite automatizarea, are un gabarit redus.

Ca dezavantaj ar fi folosirea unui acumulator de putere relativ mare la pornire.

Tipuri de demaroare utilizate in aviatie

demaroare cu actiune directa (acele motoare de c.c. care actioneaza printr-un sistem de angrenaje. direct asupra axului motorului de avion, pana cand cuplul activ devine capabil sa antreneze singur arborele cotit).

demaroare cu actiune indirecta (acele motoare de c.c. care antreneaza un volant pana la o anumita turatie, cand printr-o comanda electrica volantul se cupleaza la arborele cotit iar motorul de c.c. nu mai este alimentat cu curent. Datorita inertiei, volantul antreneaza arborele cotit realizand pornirea motorului).

demaroare cu actiune combinata (motoare de c.c. care initial antreneaza un volant pana la o anumita turatie si la o comanda electrica o gheara de cuplare realizeaza cuplarea demarorului cu arborele cotit).

Pe tot timpul antrenarii motorului de avion alimentarea demarorului se mentine cuplata la retea.

Constructie

Demaroarele au in constructie poli auxiliari pentru imbunatatirea comutatiei datorita curentului mare la motorul de curent continuu ce ia nastere la pornirea motorului de avion. Intrucat demarorul participa numai la pornire, in zbor devenind balast pentru avion, s-a pus problema realizarii unui dispozitiv care sa micsoreze greutatea suplimentara dusa in zbor ca balast. Avand in vedere proprietatea reversibilitatii masinilor de curent continuu, s-a trecut la realizarea, pe avioanele mai moderne, a generatoarelor- demaroare. Un singur agregat functioneaza atat ca motor la pornire cat si ca generator pe timpul zborului. Prin aceasta, in locul unui agregat separat, avionul transporta in zbor, suplimentar, numai niste poli cu excitatie serie sau numai niste infasurari serie.

10. INSTALATIA DE APRINDERE A MOTOARELOR CU PISTON

Generalitati

Amestecul carburant se aprinde in cilindrii motorului datorita unei scantei electrice de inalta tensiune.

Pentru aceasta, motorul este inzestrat cu o instalatie de aprindere, care cuprinde: doua magnetouri (constituie sursele de curent de inalta tensiune), bujiile de aprindere (montate cate doua pe fiecare cilindru) si colectorul (rampa) conductoarelor de aprindere (fac legatura dintre magnetouri si bujii).

Pentru aprinderea amestecului, in momentul pornirii motorului cand datorita turatiei mici magnetourile creeaza o tensiune insuficienta, in instalatia de aprindere mai este prevazuta o bobina de pornire, care genereaza un curent cu o tensiune pana la 18.000V. Aceasta este de tipul cu inductie; vibratorul ei se deschide de circa 900 ori pe secunda, datorita carui fapt generarea de scantei este practic continua. Bobina de pornire se pune in functiune cu ajutorul unui buton, iar curentul este aplicat la capacul distribuitor al magnetourilor.

Instalatia de aprindere a motorului reprezinta un circuit electric de curent alternativ de joasa si de inalta tensiune.

La variatia intensitatii sau a sensului curentului din conductoarele instalatiei, se introduc curenti electrici care constituie paraziti pentru aparatura radio de bord. Pentru inlaturarea acestora, instalatia de pornire se ecraneaza, cu material fara proprietati magnetice, care acopera toate conductoarele, fiind legate la masa avionului.

Magnetoul

Functionarea acestuia se bazeaza pe principiul inductiei electromagnetice.

Acest fenomen consta in inducerea unei forte (respectiv tensiuni) electromotoare intr-un conductor deschis (respectiv inchis), cand conductorul intersecteaza liniile unui camp magnetic.

In magnetou se creeaza curent de joasa tensiune si are loc in acelasi timp si convertirea lui in curent de inalta tensiune.

Se compune din doua parti: una magnetica si alta electrica.

Partea magnetica cuprinde:

- un magnet permanent (are rolul de a crea flux magnetic),

- statorul (prin care fluxul magnetic este adus la miezul transformatorului),

- miezul transformatorului (genereaza in el flux magnetic variabil ca marime si sens).

Partea electrica cuprinde:

circuitul primar (format din: infasurarea primara, ruptor, condensator, masa si comutatorul magnetourilor),

circuitul secundar (format din: infasurarea secundara, iesirea de inalta tensiune, distribuitorul de curent de inalta tensiune, bujiile si masa).

Bujia

Serveste pentru producerea scanteii electrice care aprinde amestecul in cilindrii motorului. Ea este caracterizata de rezistenta de amortizare Ram care are valori de circa 1.000-1.800Ω. Aceasta rezistenta este legata in serie cu electrodul central al bujiei si mareste tensiunea necesara in circuitul secundar, scurtandu-se timpul de formare a scanteilor intre electrodul central si cei laterali ai bujiei. Ca rezultat, se micsoreaza parazitii radio, eroziunea, uzura electrozilor si se mareste resursa bujiei.

Bujiile de aviatie sunt compuse din doua parti principale: miezul si corpul (blindajul). Miezul este de obicei un izolator, in interiorul caruia se afla electrodul central, compus dintr-un varf de wolfram si o tija de nichel, lipite.

Corpul bujiei este din otel si poseda un filet pentru fixare pe cilindru si 2-4 electrozi laterali in jurul electrodului central.

Izolatia miezului se poate obtine cu mica sau ceramica, aceasta din urma avand avantajul unei rezistente mai mari la temperaturi inalte. In plus, ceramica este mai putin expusa la depunerile de calamina ti plumb.

Rampa de aprindere

Cuprinde toate cablurile de inalta tensiune de la capacul de distributie al magnetourilor pana la bujii. Rampa se compune din cabluri blindate detasabile, tuburi flexibile si capace de blindare a magnetourilor.

11. STATIA RADIO

.11.1. Destinatie

Statia de radioemisie de bord sau statia de radiocomunicatie serveste ca mijloc de comunicare intre membrii echipajului, intre acestia si sol precum si intre echipaj si alte aeronave.

Completul cuprinde un receptor si un emitator ce lucreaza in gama de frecventa de la 118,000 MHz la 135,975 MHz cu un ecart intre canale de 25 KHz. Practic, avem la dispozitie 720 de canale.

Frecventa canalelor deriva dintr-un oscilator cu cuart, formandu-se prin sinteza intr-o centrala de frecventa. In aceeasi unitate constructiva se gasesc toate sursele de alimentare care asigura alimentarea statiei de la reteaua de bord a avionului.

11.2. Compunere

blocul de emisie-recptie,

cablajul statiei,

jacuri sau mufe de cuplare,

doua casti cu microfon,

antena cu cablu,

butoane de emisie si intercomunicatie.

11. Descriere generala

Statia radio este montata in tabloul de bord sau sub acesta pe un suport prevazut cu mufe de cuplare.

Pe panoul frontal al aparatului se gasesc butoanele de selectare a frecventei, afisajul freventei alese, comutatorul atenuatorului de zgomot (squelch), butonul de reglaj al volumului audio cu intrerupatorul de retea, lampa de iluminat a afisajului si o siguranta fuzibila de protectie.

Blocul de emisie-receptie al statiei este format din mai multe module electronice si anume:

receptorul,

centrala de frecventa,

emitatorul,

oscilatorul si divizorul fix,

sursa de tensiune in trepte,

divizorul variabil,

amplificatorul AF,

blocul de alimentare,

sqelch-ul.