RU2668768C1

RU2668768C1 - Aerodrome power recovery unit of airplane at landing for acceleration of aircraft on takeoff

Info

Publication number: RU2668768C1
Application number: RU2018100001A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Ноздричев
Original assignee: Александр Васильевич Ноздричев
Priority date: 2018-01-03
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2018-10-02
Also published as: WO2019135689A1

Abstract

FIELD: airfield equipment.SUBSTANCE: aerodrome power recovery unit of an airplane at landing for acceleration of an aircraft on takeoff contains at least two runways (RW), each contains an aerodrome module supported by steel rollers on support rails, two linear electric machines placed along the edges of the strips, terminal platforms for the preparation of modules, ramps, taxiways, underground (buried) battery-capacitor substation, underground cable power lines, communication lines, rheostat field, dispatch center, power network section, controlled by an automatic control system.EFFECT: reduced fuel consumption during take-off and landing of aircraft, reduced take-off, reduced noise, reduced surface runway wear, reduced wear on the chassis of the aircraft, increased safety during takeoff and landing.3 cl, 8 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к аэродромному оборудованию, предназначенному для приема самолета на посадке на специальную платформу, торможения его с преобразованием кинетической энергии в электрическую в линейном генераторе, временным хранением в аккумуляторных батареях и использованием ее (рекуперацией) для разгона взлетающих самолетов. The invention relates to aerodrome equipment intended for receiving an aircraft landing on a special platform, braking it with the conversion of kinetic energy into electrical energy in a linear generator, temporary storage in storage batteries and using it (recovery) to disperse take-off aircraft.

Уровень техникиState of the art

Известно изобретение №2610317, в котором разгон взлетающего самолета производится со специальной платформы, устанавливаемой на взлетно-посадочной полосе (ВПП), оснащенной заборниками улавливания выхлопных струй и перенаправления их через полые каналы на нижнюю площадь крыла с целью создания воздушной подушки, способствующей повышению подъемной силы самолета при разбеге. Аппарат прикреплен к челноку, опирающемуся на рельсы. Самолет опирается на ВПП. Разгон челнока осуществляется электромагнитной тягой линейного электродвигателя. Данное изобретение решает техническую проблему уменьшения разбега самолета, экономии топлива и повышения дальности полета. Уменьшение разбега пассажирского самолета полезно для наиболее крупных лайнеров типа Боинг 747, Аэробус 380, у которых длина разбега превышает 3 км. Для средних самолетов Боинг 737 длина разбега – 1,2 км при взлетной скорости 280 км/ч соответствует среднему ускорению 2,5 м/c². Дальнейшее уменьшение разбега приведет к увеличению ускорения, действующего на пассажиров, и при значении более 4 м/с² станет некомфортным. Напротив, для крупных самолетов, имеющих примерно равную скорость отрыва, сокращение разбега возможно при ускорении в пределах до 4 м/с². Данное изобретение не решает проблему снижения пробега самолета при посадке, и экономия топлива происходит при увеличении аэродромных энергозатрат.Known invention No. 2610317, in which the acceleration of a take-off aircraft is made from a special platform installed on the runway, equipped with intakes for trapping exhaust jets and redirecting them through the hollow channels to the lower wing area to create an air cushion that helps increase lift aircraft during take-off run. The device is attached to a shuttle resting on rails. The plane relies on the runway. The shuttle is accelerated by the electromagnetic traction of a linear electric motor. This invention solves the technical problem of reducing the takeoff run of the aircraft, saving fuel and increasing flight range. Reducing the takeoff of a passenger aircraft is useful for the largest airliners such as the Boeing 747, Airbus 380, in which the takeoff run exceeds 3 km. For medium-sized Boeing 737 aircraft, a take-off distance of 1.2 km at a take-off speed of 280 km / h corresponds to an average acceleration of 2.5 m / s ² . A further decrease in the run-up will lead to an increase in the acceleration acting on passengers, and at a value of more than 4 m / s ² will become uncomfortable. On the contrary, for large aircraft with approximately the same separation velocity, takeoff acceleration is possible with acceleration up to 4 m / s ² . This invention does not solve the problem of reducing the mileage of an airplane during landing, and fuel economy occurs with an increase in airfield energy costs.

Существуют заявки на изобретения, в которых предлагается магнитная левитация платформ, но это также ведет к увеличению общих энергозатрат на обеспечение взлета.There are applications for inventions in which magnetic levitation of platforms is proposed, but this also leads to an increase in the total energy consumption for taking off.

Следующий ресурс: http://www.airbus.com/innovation/future-by-airbus/smarter-skies/aircraft-in-free-flight-and-formation-along-express-skyways/ информирует о планах Компании AIRBUS создать к 2050 году аэродромные платформы для разгона пассажирских лайнеров без использования шасси. При этом решаются технические проблемы уменьшения площади аэропортов, снижения экологической нагрузки авиации на окружающую среду за счет снижения расхода ископаемого топлива и возможности использования возобновляемых источников для питания аэродромных установок, что должно привести к сокращению эмиссии СО₂. Происходит снижение общего уровня шума аэропортов за счет более быстрого взлета при снижении времени работы двигателей на взлетном режиме, что актуально для всех крупных аэропортов. Технической проблемой такого оборудования является создание платформ для посадки самолетов без шасси. Реализация такой концепции потребует значительных затрат на переоборудование аэропортов для приема самолетов без шасси и на создание самих самолетов.The following resource: http://www.airbus.com/innovation/future-by-airbus/smarter-skies/aircraft-in-free-flight-and-formation-along-express-skyways/ informs about AIRBUS plans to create In 2050, airdrome platforms for dispersing passenger liners without using a chassis. At the same time they solve the technical problem of reducing the area of airports, reducing the environmental burden of aviation on the environment by reducing fossil fuel consumption and the possibility of using renewable sources of power for the airfield facilities, which should lead to a reduction in CO ₂ emissions. There is a decrease in the overall noise level of airports due to faster take-off while reducing the engine operating time on take-off mode, which is relevant for all major airports. The technical problem of such equipment is the creation of platforms for landing aircraft without landing gear. The implementation of such a concept will require significant costs for the re-equipment of airports for receiving aircraft without a chassis and for the creation of the aircraft themselves.

Известно изобретение №2093429, предлагающее способ приземления самолета на платформу и устройство для его осуществления. При снижении самолета разгоняется самоходная платформа, в определенный момент с борта самолета выстреливается якорь, который захватывается приспособлением платформы, самолет выравнивается по тангажу и крену и притягивается к платформе, движущейся с равной скоростью. После фиксации самолета на платформе происходит торможение платформы с самолетом. Платформа опирается в центральной части через пневмокатки на бетонную поверхность ВПП, а боковыми оконечностями – через упругие опоры и металлические колеса на рельсы, расположенные ниже поверхности полосы. Недостатком такого способа посадки является повышенная опасность вмешательства в процесс посадки самолета в момент притягивания к платформе, что может быть оправдано только в случае аварийной посадки с поврежденными органами управления или шасси. Кроме того, кинетическая энергия самолета не используется, наоборот необходимы затраты энергии на торможение при использовании силовых установок платформы в режиме реверса, также происходит износ материалов тормозных устройств.Known invention No. 2093429, offering a method of landing the aircraft on the platform and a device for its implementation. When the aircraft is lowered, the self-propelled platform accelerates, at some point an anchor is shot from the aircraft, which is captured by the platform device, the plane is leveled by pitch and roll and is attracted to the platform moving with equal speed. After fixing the aircraft on the platform, the platform brakes with the aircraft. The platform rests in the central part through pneumatic rollers on the concrete surface of the runway, and its lateral extremities through elastic supports and metal wheels on rails located below the strip surface. The disadvantage of this landing method is the increased risk of interference with the aircraft landing process when it is pulled to the platform, which can only be justified in the event of an emergency landing with damaged controls or landing gear. In addition, the kinetic energy of the aircraft is not used, on the contrary, the energy required for braking when using the power plants of the platform in reverse mode is necessary, and the materials of the brake devices also wear out.

Известно изобретение №2352503, согласно которому предлагается способ посадки летательного аппарата на ВПП, оснащенную ленточным конвейером в конечной своей части. После захода самолета на конвейер режим его движения автоматически согласуется с заданным режимом торможения самолета, при этом сокращается пробег. Недостаток такого способа в том, что сохраняется возможность бокового удара шасси при посадке, особенно при боковом ветре. При переходе с поверхности ВПП на поверхность конвейера неизбежен удар в месте сопряжения конвейера с ВПП.Known invention No. 2352503, according to which a method for landing an aircraft on the runway, equipped with a conveyor belt in its final part. After the aircraft enters the conveyor, its movement mode is automatically consistent with the preset aircraft braking mode, while mileage is reduced. The disadvantage of this method is that there is the possibility of a side impact of the chassis during landing, especially with a side wind. When switching from the runway surface to the conveyor surface, an impact is inevitable at the interface between the conveyor and the runway.

Известно изобретение №2046070, в котором разгон авиакосмического челнока происходит при помощи стартовой тележки с электромагнитным приводом, представляющим собой линейный электродвигатель, включающего статор, который уложен вдоль полосы, и сверхпроводящие магниты, которые размещены на тележке. Торможение тележки после отрыва челнока происходит в два этапа. На первом после отключения питания статора включается твердотопливный реактивный двигатель, на втором в статоре возбуждается магнитное поле, бегущее в обратном движению тележки направлении. Данный способ характеризуется значительными энергозатратами как для взлета самолета, так и для торможения тележки, а устройство не предназначено для приема летательного аппарата на посадке. Сверхпроводящие магниты дорогостоящие и требуют затрат энергии на поддержание низких температур, а криогенное оборудование утяжеляет тележку, в результате затраты энергии увеличиваются еще больше.Known invention No. 2046070, in which the acceleration of the aerospace shuttle occurs using a launch trolley with an electromagnetic drive, which is a linear electric motor including a stator, which is laid along the strip, and superconducting magnets that are placed on the trolley. The braking of the trolley after the shuttle comes off takes place in two stages. At the first stage, after switching off the stator power, a solid-fuel jet engine is switched on, at the second, a magnetic field is excited in the stator, running in the opposite direction of the cart. This method is characterized by significant energy consumption for taking off the aircraft, and for braking the cart, and the device is not intended for receiving the aircraft on landing. Superconducting magnets are expensive and require energy to maintain low temperatures, and cryogenic equipment makes the cart heavier, and as a result, energy costs increase even more.

Известны также системы обеспечения укороченного взлета и посадки, применяемые, в основном, на авианосцах. Взлет происходит при помощи катапульты, зацепляемой рабочим органом за самолет. Привод катапульты обеспечивается, например, поршнем под действием пара под давлением. Или техническое новшество (http://vvprohvatilov.livejournal.com/182994.html) - электромагнитная катапульта (EMALS) фирмы General Atomics на основе линейных электродвигателей. Замена паровых катапульт электромагнитными призвана обеспечить большую управляемость запусков самолётов, меньшие нагрузки на них, возможность взлёта при более широком диапазоне скоростей и направлений ветра, а также запуск беспилотников. EMALS — это линейный индукционный двигатель. Сегменты двигателя поочередно отключаются и подключаются, разгоняя самолет. В пусковом устройстве есть специальная тележка, к которой самолет цепляется передней стойкой шасси и движется между двумя направляющими с электромагнитами, как по рельсам. Электромагнитные секции после прохождения мимо них тележки отключаются, а те, к которым она приближается, включаются. Это существенно экономит электроэнергию.Shortened take-off and landing systems are also known, which are mainly used on aircraft carriers. Take-off occurs with the help of a catapult, which is hooked by the working body on the plane. The catapult is driven, for example, by a piston under the action of steam under pressure. Or a technical innovation (http://vvprohvatilov.livejournal.com/182994.html) - an electromagnetic catapult (EMALS) from General Atomics based on linear electric motors. Replacing steam catapults with electromagnetic ones is designed to provide greater controllability of aircraft launches, lower loads on them, the ability to take off at a wider range of wind speeds and directions, and also launch drones. EMALS is a linear induction motor. The engine segments are alternately turned off and connected, accelerating the aircraft. The starter has a special trolley to which the plane clings to the front landing gear and moves between two guides with electromagnets, like on rails. After passing the carts, the electromagnetic sections are turned off, and those to which it approaches are turned on. This significantly saves energy.

Работы по созданию электромагнитной катапульты для авианосцев начались в СССР раньше, чем в США. В 80-е годы в Институте высоких температур Академии наук совместно с ЦАГИ им. профессора Н.Е. Жуковского и ОКБ А.И. Микояна в рамках НИР «Шампунь» велась разработка системы электромагнитного взлета и посадки самолетов для авианосцев и мобильных аэродромов наземного базированияWork on the creation of an electromagnetic catapult for aircraft carriers began in the USSR earlier than in the USA. In the 80 years at the Institute of High Temperatures of the Academy of Sciences in conjunction with TsAGI them. professors N.E. Zhukovsky and Design Bureau A.I. Mikoyan, as part of the Shampoo research project, was developing an electromagnetic take-off and landing system for aircraft carriers and land-based mobile airfields

Посадка происходит на посадочную полосу. Самолет зацепляет специальным крюком тормозной леер, связанный с тормозным устройством. Такие системы не предусматривают возможность рекуперации энергии садящихся самолетов, характеризуются значительными перегрузками при разгоне и не приемлемы для пассажирского трафика по этой причине, а также по причине повышенной опасности при посадке, требующей высокого мастерства пилотов.Landing occurs on the landing strip. The plane hooks with a special hook the brake rail connected with the brake device. Such systems do not provide for the possibility of recovering the energy of landing aircraft, are characterized by significant overloads during acceleration and are not acceptable for passenger traffic for this reason, as well as because of increased danger during landing, requiring high pilot skill.

Посадка самолета – один из наиболее опасных этапов полета. Посадка при боковом ветре выполняется вручную и является сложным маневром для пилотов. Так для сохранения направления движения самолета вдоль оси ВПП пилот рулями направления поворачивает нос самолета к ветру при снижении и выравнивании, при этом самолет движется с боковым скольжением относительно воздуха, в момент же касания колес пилот поворачивает самолет вдоль оси ВПП. При этом весьма возможен боковой удар шасси о ВПП, что может привести к их повреждению.Landing an airplane is one of the most dangerous stages of flight. Landing with a crosswind is done manually and is a difficult maneuver for pilots. So, to preserve the direction of the aircraft along the runway axis, the pilot turns the nose of the plane towards the wind when lowering and leveling, while the plane moves with lateral sliding relative to the air, at the same time the wheels touch the pilot turns the plane along the runway axis. In this case, a side impact of the landing gear on the runway is very possible, which can lead to damage.

Если будет происходить посадка самолета на движущуюся со скоростью самолета платформу с шириной равной ширине ВПП на шасси, то пилот может посадить самолет под углом к оси ВПП. Избежать бокового удара шасси гораздо легче. Кроме того, колеса шасси не вращаются и касаются платформы без скольжения, при посадке же самолетов в обычном режиме в момент касания колес шасси о поверхность полосы происходит их значительный износ при проскальзывании и раскручивании. Таким образом, увеличивается безопасность полетов, снижается психоэмоциональная нагрузка на пилота при посадке и уменьшается износ колес шасси. Появляется возможность использования энергии движения платформы с самолетом с высокой эффективностью, свойственной преобразованию энергии механического движения в электрическую. При оснащении поверхности платформы подушками безопасности можно посадить самолет, например, с неисправными шасси в аварийном режиме на фюзеляж без существенного повреждения корпуса и достаточно безопасно.If an aircraft lands on a platform moving at an aircraft speed with a width equal to the width of the runway on the landing gear, then the pilot can land the plane at an angle to the axis of the runway. Avoiding side impact of the chassis is much easier. In addition, the landing gear wheels do not rotate and touch the platform without slipping, while landing the aircraft in normal mode at the moment the landing gear wheels touch the surface of the strip, they undergo significant wear when slipping and untwisting. Thus, flight safety is increased, the psycho-emotional load on the pilot during landing is reduced, and the wear of the landing gear wheels is reduced. There is the possibility of using the energy of the platform’s motion with an airplane with high efficiency, characteristic of converting the energy of mechanical motion into electrical energy. When equipping the surface of the platform with airbags, you can land an airplane, for example, with a defective chassis in emergency mode on the fuselage without significant damage to the body and quite safely.

Системы рекуперации энергии инерции транспортных средств применяются на железнодорожном транспорте, в электроавтомобилях. В первом случае машина переменного или постоянного тока переводится в режим генератора, а энергия передается в тяговую сеть и потребляется другими составами. В случае электроавтомобилей энергия накапливается в аккумуляторных батареях. На городском пассажирском транспорте применяются механические рекуператоры энергии с промежуточным кратковременным накоплением энергии в инерционных маховиках или в ресиверах сжатого газа, который нагнетается компрессоом или двигателем внутреннего сгорания, переводимым в режим компрессора при торможении транспортного средства. Данная энергия используется в дальнейшем или при последующем разгоне, или при движении автобуса. Существует концепция городского пассажирского колесного транспорта на суперконденсаторах (ионисторах). На остановках во время посадки-высадки пассажиров троллейбус подключается к зарядной станции и в течение короткого времени заряжается энергией, достаточной для проезда до следующей остановки.Vehicle inertia energy recovery systems are used in railway transport and electric cars. In the first case, an alternating or direct current machine is put into generator mode, and energy is transferred to the traction network and consumed by other compounds. In the case of electric vehicles, energy is stored in batteries. In urban passenger transport, mechanical energy recuperators are used with intermediate short-term energy storage in inertial flywheels or in compressed gas receivers, which are pumped by a compressor or an internal combustion engine, which is transferred to compressor mode when the vehicle brakes. This energy is used later or during subsequent acceleration, or when the bus moves. There is a concept of urban passenger wheeled transport on supercapacitors (ionistors). At stops during boarding and disembarking of passengers, the trolley bus connects to the charging station and for a short time is charged with energy sufficient to travel to the next stop.

Для определения мощности электрических машин и размеров полос необходимо рассмотреть возможный выход энергии и мощности при торможении самолета, находящегося на модуле, и затрачиваемую энергию при разгоне взлетающего самолета. Наиболее оптимальным будет вариант, если выделяемая энергия модуля торможения (КПД~90-92%) будет сразу поглощаться модулем разгона (КПД~92-94%), то есть с минимальным накоплением в аккумуляторах (КПД<97%). Это позволит уменьшить количество циклов заряда-разряда аккумуляторов, увеличить их долговечность, уменьшить потери энергии в них на электрохимическое преобразование. При этом масса взлетающего самолета подбирается под массу садящегося.To determine the power of electric machines and the size of the strips, it is necessary to consider the possible energy and power output during braking of an aircraft located on the module, and the energy expended during acceleration of a take-off aircraft. The most optimal option is if the released energy of the braking module (efficiency ~ 90-92%) is immediately absorbed by the acceleration module (efficiency ~ 92-94%), that is, with minimal accumulation in the batteries (efficiency <97%). This will reduce the number of charge-discharge cycles of batteries, increase their durability, and reduce the energy loss in them for electrochemical conversion. In this case, the mass of the take-off aircraft is selected for the mass of the landing.

Согласно характеристикам, разбег Боинг 747 составляет более 3 км. С применением модуля и ограничением ускорения длина разбега снизится в два раза и будет соответствовать разбегу менее крупного самолета Боинг 737. Из результатов расчетов видно, что непосредственное поглощение вырабатываемой мощности возможно. Оборудование аэродромной установки должно быть рассчитано, для самолета взлетной массой 400 т - на мощность 90 МВт, а для самолета взлетной массой 50 т - на 10 МВт, при условии ограничения ускорения величиной - 4м/с².According to the characteristics, the run of the Boeing 747 is more than 3 km. With the use of the module and acceleration limitation, the take-off length will be reduced by half and will correspond to the take-off of a smaller Boeing 737. It can be seen from the calculation results that direct absorption of the generated power is possible. The equipment of the airfield installation should be designed for an airplane with a take-off mass of 400 tons - for a power of 90 MW, and for an aircraft with a take-off mass of 50 tons - at 10 MW, subject to an acceleration limit of 4 m / s ² .

При взлете на разгон массы расходуется около 1260 МДж энергии. КПД авиационного двигателя тем ниже, чем ниже скорость самолета и при неподвижном самолете равен нулю, а при скорости отрыва равен ~30%. Таким образом, если использовать кинетическую энергию самолета на посадке при взлете такого же самолета, можно экономить 200 кг керосина – ископаемого топлива. Влияние массы аэродромного модуля не учитывается, так как энергия его движения также используется.When taking off to disperse the mass, about 1260 MJ of energy is consumed. The efficiency of an aircraft engine is lower, the lower the speed of the aircraft and when the aircraft is stationary, it is equal to zero, and when the separation speed is ~ 30%. Thus, if you use the kinetic energy of the aircraft during landing when taking off the same aircraft, you can save 200 kg of kerosene - fossil fuel. The influence of the mass of the airfield module is not taken into account, since the energy of its movement is also used.

Массы взлетающих и садящихся даже одинаковых пассажирских самолетов отличаются. Это связано с разным количеством пассажиров и разными остатками топлива на борту, не говоря уже о том, что на практике аэропорт обслуживает одновременно различные марки самолетов. Поэтому необходимо, чтобы аккумуляторы запасали количество энергии, вырабатываемое при посадке нескольких самолетов подряд, подразумевая, что, по возможности, все же, график взлетающих и садящихся самолетов будет учитывать сопоставимость их масс.The masses of taking off and landing even the same passenger aircraft are different. This is due to the different number of passengers and different residual fuel on board, not to mention the fact that in practice the airport serves simultaneously different brands of aircraft. Therefore, it is necessary that the batteries store the amount of energy generated by landing several aircraft in a row, implying that, if possible, nevertheless, the schedule of take-off and landing aircraft will take into account the comparability of their masses.

Известны следующие технически возможные способы запасания энергии (механической энергии).The following technically possible methods of storing energy (mechanical energy) are known.

Непосредственное накопление механической энергии:Direct accumulation of mechanical energy:

В накопителях потенциальной энергии (в перемещенных в вертикальном направлении относительно земли твердых и жидких телах или в сжатых газах или упругих элементах). К недостаткам таких устройств можно отнести значительные затраты на создание механизмов такой мощности, передаваемых усилий и скоростей или гидротехнических сооружений, значительная материалоемкость, габариты и соответственно занимаемая площадь. К преимуществам можно отнести возможность длительного хранения энергии, а в случае гидроаккумуляторов проще согласовать скорости и мощность, отсутствуют потери на преобразование видов энергии.In potential energy storage devices (in solid and liquid bodies displaced in the vertical direction relative to the earth or in compressed gases or elastic elements). The disadvantages of such devices include significant costs for the creation of mechanisms of such power, transmitted forces and speeds or hydraulic structures, significant material consumption, dimensions and, accordingly, occupied area. The advantages include the possibility of long-term energy storage, and in the case of accumulators it is easier to coordinate speeds and power, there are no losses in the conversion of types of energy.

В маховиках. И в случае установки маховика стационарно и на подвижную площадку, потребуется создание громоздких механических передач с возможностью преобразования скорости и усилий в широком диапазоне, но при этом также отсутствуют потери на преобразование видов энергии.In the flywheels. And in the case of installing the flywheel stationary and on a moving platform, it will be necessary to create bulky mechanical gears with the ability to convert speed and effort in a wide range, but there are also no losses in the conversion of types of energy.

Тепловые аккумуляторы позволяют запасать энергию в виде разности температур рабочего тела - жидкого воздуха, запасаемого в криогенных резервуарах на длительное время с низкими потерями энергии при хранении, и окружающей среды. Но такие системы обладают инерционностью, то есть выход на рабочий режим будет занимать время не соизмеримо большее времени, за которое должен быть остановлен или запущен самолет. Механическая энергия в холодильной установке преобразуется в тепловую энергию и затем обратно в тепловом двигателе - в механическую. Кроме того, криогенное оборудование, по сравнению с другими аккумуляторами, весьма насыщено различным теплообменным оборудованием, нагнетателями с системами контроля и управления, в результате помимо значительной стоимости оно будет иметь низкую надежность.Thermal batteries allow you to store energy in the form of the temperature difference of the working fluid - liquid air stored in cryogenic tanks for a long time with low energy loss during storage, and the environment. But such systems have an inertia, that is, reaching the operating mode will take time not commensurably greater than the time for which the aircraft should be stopped or launched. The mechanical energy in the refrigeration unit is converted into thermal energy and then back in the heat engine into mechanical energy. In addition, cryogenic equipment, in comparison with other batteries, is very saturated with various heat exchange equipment, superchargers with monitoring and control systems, as a result, in addition to significant cost, it will have low reliability.

Сверхпроводниковые магнитные накопители (электромагнитные «маховики», аккумуляторы реактивной энергии) позволяют поглощать и хранить значительную энергию в течение короткого времени. Требуют использования дорогостоящего криогенного оборудования и материалов, составляющих высокотемпературные сверхпроводники.Superconducting magnetic storage devices (electromagnetic “flywheels”, reactive energy batteries) allow you to absorb and store significant energy for a short time. They require the use of expensive cryogenic equipment and materials that make up high-temperature superconductors.

Суперконденсаторы (ионисторы) и электрохимические аккумуляторы запасают электрическую энергию, поэтому сначала механическая энергия преобразуется в электрическую. Суперконденсаторы в отличие от аккумуляторов способны практически мгновенно поглощать и отдавать электрическую энергию, обеспечивают неограниченное количество циклов заряда и разряда, но обладают меньшей емкостью, а мощность зависит от напряжения и пока в разы дороже. Химические аккумуляторы более распространены и разнообразны: свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, литий-ионные, натрий-серные, металло-воздушные, цинк-бромные, ванадиевые редокс-аккумуляторы, полисульфид-бромидные. На данный момент по характеристикам наиболее подходящими для применения в аэродромной установке являются литий-ионные аккумуляторы, КПД заряда-разряда которых может достигать 97%. При этом существуют разновидности, позволяющие поглощать-выдавать большую мощность или имеющие большую емкость. Возможны следующие соотношения удельной емкости/мощности:Supercapacitors (ionistors) and electrochemical batteries store electrical energy, so first mechanical energy is converted into electrical energy. Supercapacitors, unlike batteries, are capable of absorbing and giving off electrical energy almost instantly, provide an unlimited number of charge and discharge cycles, but have less capacity, and power depends on voltage and is many times more expensive. Chemical batteries are more common and diverse: lead-acid, nickel-cadmium, nickel-metal hydride, lithium-ion, sodium-sulfur, metal-air, zinc-bromine, vanadium redox-batteries, polysulfide-bromide. At the moment, according to the characteristics, lithium-ion batteries, the charge-discharge efficiency of which can reach 97%, are most suitable for use in an aerodrome installation. At the same time, there are varieties that allow absorbing-issuing large power or having a large capacity. The following specific capacity / power ratios are possible:

60 Вт*ч/кг - 5000 Вт/кг;60 W * h / kg - 5000 W / kg;

100 Вт*ч/кг - 1000 Вт/кг;100 W * h / kg - 1000 W / kg;

160 Вт*ч/кг - 100 Вт/кг160 W * h / kg - 100 W / kg

Так для посадки одного Боинг 747 потребуется:So for landing one Boeing 747 you will need:

4.1 по емкости - 5830 кг аккумуляторов, по мощности – 18000 кг;4.1 by capacity - 5830 kg of batteries, by capacity - 18000 kg;

4.2 по емкости – 3500 кг, по мощности – 90000 кг;4.2 by capacity - 3500 kg, by capacity - 90,000 kg;

4.3 по емкости – 2190 кг, по мощности – 900000кг.4.3 in capacity - 2190 kg, in capacity - 900000 kg.

Таким образом, для аэродромной установки целесообразнее использовать высокомощностные литий-ионные аккумуляторы, при этом для примера 4.1 аккумуляторы будут занимать всего 14 м³. (2*2*3,5 м), а стоимость с устройствами зарядки и управления составит около – 5-11 млн.$. И можно будет принять без разряда до трех таких самолетов подряд.Thus, for an aerodrome installation, it is more expedient to use high-power lithium-ion batteries, while for example 4.1, the batteries will occupy only 14 m ³ . (2 * 2 * 3.5 m), and the cost with charging and control devices will be about - 5-11 million $. And it will be possible to accept up to three such aircraft in a row without a discharge.

С другой стороны, современным аэропортам свойственно обслуживание интенсивного потока садящихся – взлетающих машин. Например, аэропорт Шереметьево обеспечивает около 60 влетов-посадок в час, а другие крупные аэропорты еще больше. Взлет машин обеспечивается собственными двигателями, при этом, чем меньше скорость самолета, тем ниже КПД турбореактивного двигателя, работающего на взлетном режиме.On the other hand, modern airports tend to serve an intense flow of boarding - taking off cars. For example, Sheremetyevo Airport provides about 60 take-offs and landings per hour, and other large airports even more. Take-off machines are provided by their own engines, while the lower the speed of the aircraft, the lower the efficiency of the turbojet engine operating in take-off mode.

Применение стартово-посадочных платформ с рекуперацией инерции позволит решить следующие технические проблемы:The use of launching platforms with inertia recovery will solve the following technical problems:

1. Снижение расхода ископаемого топлива самолетами на взлете и посадке;1. Reducing fossil fuel consumption by aircraft on takeoff and landing;

2. Сокращение разбега и пробега крупных лайнеров типа Боинг 747, Аэробус 380 и других в пределах комфортной для пассажиров инерции, и как следствие – снижение длины ВПП и площади земли, отчуждаемой аэропортами;2. Reducing the take-off and mileage of large airliners such as Boeing 747, Airbus 380 and others within the inertia comfortable for passengers, and as a result - reducing the length of the runway and the land area alienated by airports;

3. Снижение шумового воздействия на окружающую среду за счет уменьшения продолжительности работы двигателя на взлетном режиме и отказа от реверса на посадке;3. Reducing noise impact on the environment by reducing the duration of the engine on take-off mode and the rejection of reverse landing;

4. Уменьшение износа поверхности ВПП за счет предотвращения проскальзывания шасси на посадке, а также ее аэроэрозии от потоков, создаваемых двигателями;4. Reducing runway surface wear by preventing landing gear slippage during landing, as well as its aeroerosion from flows created by engines;

5. Снижение износа колес шасси самолетов на посадке и повреждений шасси при взлете и посадке и сокращение эксплуатационных затрат;5. Reduced wear of the landing gear wheels of the aircraft and landing gear damage during take-off and landing and reduced operating costs;

6. Повышение безопасности на взлете и посадке особенно при боковом ветре, увеличение предельного значения бокового ветра, обеспечение возможности посадки самолетов с неисправными шасси, аварийного сокращения пробега при посадке с поздним касанием6. Improving safety on take-off and landing, especially in crosswinds, increasing the limit value of crosswind, providing the possibility of landing aircraft with defective landing gear, emergency reduction in mileage during landing with a late touch

Предлагаемые аэродромные установки предназначены для применения в крупных аэропортах с интенсивным авиасообщением.The proposed airfield installations are intended for use in large airports with intensive air traffic.

1. Раскрытие сущности изобретения1. Disclosure of the invention

Для создания аэродромной установки могут использоваться две существующие, расположенные параллельно друг другу взлетно-посадочные полосы 1 (Фиг.1) действующих аэропортов при этом отводятся участки полос длиной около 2 км. Также полосы могут быть построены вновь. Одна из полос выполняет функции взлетной, вторая – посадочной с возможностью смены направления взлета и посадки в зависимости от направления ветра. На полосах 1, на вмонтированных рельсах 34 (Фиг.2) устанавливаются взлетно-посадочные аэродромные модули 2 с опорами на стальные катки. В полосы (Фиг.5) или по краям полос вмонтированы статоры линейных электрических машин 36 и независимые рельсы 37 для опоры секций бегуна 38 с короткозамкнутыми обмотками, которые связаны механически в направлении вдоль ВПП с модулями 2. На концах полос 1 оборудуются концевые площадки 3, предназначенные для подготовки модулей перед размещением на них самолетов в соответствии с их массой и габаритами, а также для размещения на них вспомогательных модулей. Для поднятия самолета на модуль 2, расположенный несколько выше ВПП, предусмотрены наклонные пандусы 7 длиной и наклоном, позволяющим перемещать по нему обслуживаемые самолеты в соответствии с принятой технологией транспортировки. К пандусам подходят рулежные полосы 6. Вблизи обеих полос или между ними располагается подземная аккумуляторно-конденсаторная подстанция 4, на которой устанавливаются, например, литий-ионные аккумуляторные батареи, конденсаторные батареи, а также устройства зарядки, автоматические устройства обслуживания и замены элементов, трансформаторы для связи с электрической сетью. Между аккумуляторной подстанцией 4 и ВПП 1 прокладываются силовые подземные кабельные линии 5, для связи с аккумуляторами и конденсаторами неподвижных обмоток статора. Для аварийных случаев обеспечения торможения самолета, то есть создания нагрузки линейным генераторам (когда аккумуляторы полностью заряжены и отсутствует выход в электрическую сеть) предусматривается поле нагрузочных резисторов (реостатов) 10 с воздушным охлаждением. Для контроля и управления аэродромной установкой необходим диспетчерский пункт 8, располагаемый вблизи или непосредственно в диспетчерском пункте аэропорта, от которого к полосам проложены оптические и проводные кабели для обеспечения основных и дублирующих каналов связи, дополнительно могут применяться радиосвязь и другие способы связи.To create an airfield installation, two existing runways 1 located parallel to each other (FIG. 1) of existing airports can be used, while sections of strips about 2 km long are allocated. Also stripes can be rebuilt. One of the bands serves as a take-off, the second as a landing with the ability to change the direction of take-off and landing, depending on the direction of the wind. On the strips 1, on the mounted rails 34 (Figure 2), take-off and landing airfield modules 2 are installed with support on steel rollers. In the strips (Figure 5) or along the edges of the strips, stators of linear electric machines 36 and independent rails 37 are mounted to support sections of the runner 38 with short-circuited windings, which are mechanically connected in the direction along the runway with modules 2. At the ends of the strips 1 end platforms 3 are equipped, designed to prepare modules before placing aircraft on them in accordance with their weight and dimensions, as well as for placing auxiliary modules on them. To raise the aircraft to module 2, located slightly above the runway, inclined ramps 7 are provided with a length and a slope that allows moving the serviced aircraft along it in accordance with the adopted transportation technology. Taxiing strips are suitable for ramps 6. Near or between both strips is an underground battery-capacitor substation 4, on which, for example, lithium-ion batteries, capacitor banks, as well as charging devices, automatic devices for servicing and replacing cells, transformers for communication with the electric network. Between the battery substation 4 and runway 1, underground power cable lines 5 are laid to communicate with the batteries and capacitors of the fixed stator windings. For emergency cases of aircraft braking, that is, creating a load for linear generators (when the batteries are fully charged and there is no access to the electric network), an air-cooled field of load resistors (rheostats) 10 is provided. To control and manage the aerodrome installation, a control room 8 is required located near or directly in the control room of the airport, from which optical and wire cables are laid to the strips to provide the main and duplicate communication channels, radio communication and other communication methods can be additionally applied.

Для обеспечения посадки самолетов 31, значительно отличающихся по массе и габаритам друг от друга, на концевых площадках 3 находятся вспомогательные модули 33 (Фиг.2), которые в случае посадки или взлета крупного самолета крепятся к основному модулю 32 при помощи механизированных замков 44.To ensure the landing of aircraft 31, significantly different in weight and size from each other, at the end platforms 3 are auxiliary modules 33 (Figure 2), which in the case of landing or take-off of a large aircraft are attached to the main module 32 using mechanized locks 44.

Если для создания аэродромных установок отводятся существующие полосы, то при отказе предлагаемой аэродромной установки самолет может совершить посадку на поверхность ВПП в обычном режиме, так как поверхность рельс находится на одном уровне с поверхностью ВПП. При этом вспомогательные модули перегоняются в конец ВПП. Аналогично сохраняется возможность взлета с поверхности ВПП.If existing stripes are allotted to create airfield installations, then if the proposed airfield installation fails, the aircraft can land on the runway surface in the usual mode, since the rail surface is at the same level as the runway surface. In this case, the auxiliary modules are distilled to the end of the runway. Similarly, the possibility of takeoff from the surface of the runway.

Передняя и задняя поверхности основного модуля и крайние поверхности вспомогательных модулей (Фиг.2, Фиг.3) имеют наклонную поверхность 45: во-первых, для возможности схода самолета с модуля на полосу в движении при необходимости и во-вторых, для стыковки со вспомогательными модулями, имеющими стыковочную поверхность с обратным наклоном.The front and rear surfaces of the main module and the extreme surfaces of the auxiliary modules (FIG. 2, FIG. 3) have an inclined surface 45: first, to allow the aircraft to move from the module to the lane in motion, if necessary, and secondly, for docking with auxiliary modules with a mating surface with a reverse inclination.

Боковые края модуля заканчиваются направляющими 41, ориентирующими модуль в движении вдоль ВПП, таким образом, чтобы опорные катки не смещались, относительно рельс. Для измерения тенденции модуля к боковому смещению или повороту на элементах направляющих устанавливаются тензодатчики боковых усилий 111. В законцовках направляющих 39 и спереди, и сзади размещаются тормозные парашюты для безопасного торможения модуля с самолетом при отказе электрической машины или по другим причинам на большой скорости.The lateral edges of the module end with guides 41, orienting the module in motion along the runway, so that the track rollers do not move relative to the rail. To measure the tendency of the module to lateral displacement or rotation, lateral force strain gauges 111 are installed on the guide elements. In the ends of the guides 39, front and rear brake parachutes are placed for safe braking of the module with the aircraft in case of failure of the electric machine or for other reasons at high speed.

Поверхность модуля закрывается корпусами подушек безопасности 35, которые одновременно исполняют роль нажимных элементов тензометрических датчиков для определения расположения самолета на модуле после касания, распределения нагрузки по точкам опоры, а так же ее изменения при торможении и разгоне самолета с изменением подъемной силы.The surface of the module is closed by the airbag housings 35, which at the same time play the role of pressure elements of the strain gauge sensors to determine the location of the aircraft on the module after touching, distributing the load along the pivot points, as well as its changes during braking and acceleration of the aircraft with a change in lift.

Аэродромный модуль (Фиг.3) состоит из основного модуля 32 и двух вспомогательных модулей 33, один из которых присоединяется к основному сзади при помощи механизированных замков 44. Второй вспомогательный модуль находится в конце ВПП и присоединяется сзади к основному модулю при изменении направления взлета. Каркас модуля 43 изготавливается из легкого и прочного материала (титан, дюралевые сплавы…) и опирается через плавающие подшипники на валы стальных катков 42. Снизу каркаса при помощи гидравлических домкратов 48 натягиваются стальные тросы 47, позволяющие более равномерно передавать нагрузку от самолета через катки на рельсы 49. Для управления натяжением тросов в модуле устанавливается насосная станция 50 с баком и системой трубопроводов. Для обеспечения питания системы автоматики 52 модуля устанавливаются автономные аккумуляторные батареи 51. Направляющая 41 предотвращает отрыв модуля от поверхности ВПП и боковое смещение и поворот в горизонтальной плоскости при помощи вертикальных и горизонтальных катков 22, опирающихся на соответствующие рельсы 24.The aerodrome module (FIG. 3) consists of a main module 32 and two auxiliary modules 33, one of which is attached to the main rear using mechanized locks 44. The second auxiliary module is located at the end of the runway and is connected to the rear of the main module when the takeoff direction changes. The frame of module 43 is made of lightweight and durable material (titanium, duralumin alloys ...) and is supported through floating bearings on the shafts of steel rollers 42. Steel cables 47 are stretched from the bottom of the frame using hydraulic jacks 48, allowing more uniform transfer of the load from the plane through the rollers to the rails 49. To control the tension of the cables, a pump station 50 with a tank and a piping system is installed in the module. To provide power to the automation system 52 of the module, autonomous rechargeable batteries 51 are installed. The guide 41 prevents the module from tearing off the runway surface and lateral displacement and rotation in the horizontal plane using vertical and horizontal rollers 22 supported by respective rails 24.

При монтаже на поверхность существующей ВПП 15 или подготовленное железобетонное основание на клиновые опоры 16 укладываются рельсы 49. Рельсы стыкуются на опорной пластине 14 при помощи накладки 13 двумя болтовыми соединениями, одно из которых выполнено с радиальным зазором для обеспечения температурной деформации. Рельсы имеют вертикальные выемки с двух боковых сторон для установки накладок с антифрикционным покрытием на прилегающих к рельсам сторонам. Поверхность концов рельс и накладок скругляется к концам, в результате каток без стука переходит с одной рельсы на накладки, а с них – на вторую рельсу. Это позволит снизить уровень шума. При помощи нивелира и смещения клиновых опор рельсы выставляются по горизонтали, укладываются дренажные трубопроводы и кабельные лотки и каналы, устанавливается и вяжется арматура, заливается бетон с устройством деформационных швов и выравниванием поверхности по нивелиру. При ремонте вскрывается участок бетона вдоль рельсы, которая заменяется или выставляется по горизонтали при помощи клиновых опор, затем заливается ремонтный состав.When mounting on the surface of an existing runway 15 or a prepared reinforced concrete base, rails 49 are laid on the wedge supports 16. The rails are joined on the support plate 14 by means of a cover 13 with two bolted joints, one of which is made with a radial clearance to ensure thermal deformation. The rails have vertical recesses on two sides for installing anti-friction linings on the sides adjacent to the rails. The surface of the ends of the rail and the lining is rounded to the ends, as a result, the roller without knocking goes from one rail to the lining, and from them to the second rail. This will reduce the noise level. With the help of the level and displacement of the wedge supports, the rails are set horizontally, drainage pipelines and cable trays and channels are laid, reinforcement is installed and knitted, concrete is poured with the device of expansion joints and the surface is leveled. During the repair, a section of concrete is opened along the rail, which is replaced or horizontally set using wedge supports, then the repair compound is poured.

Для обеспечения торможения модуля на малой скорости, в аварийных ситуациях при отказе линейных электрических машин, а так же для выравнивания продольной нагрузки на модуль при разгоне и торможении, в случае размещения самолета со смещением относительно центральной оси модуля, и недостаточности перераспределения нагрузки между правой и левой электрическими машинами предусматриваются механические тормозные колодки 60 с пневматическим приводом и песочницы 61, из которых при экстренном торможении сжатым воздухом на поверхность рельс под катки подается фрикционный материал, например из измельченных использованных автомобильных шин. Это повысит эффективность экстренного торможения, а при скольжении колес предотвратит повышенный износ, как в случае с песком на железнодорожном транспорте, где буксование (проскальзывание) не допускается.To ensure braking of the module at low speed, in emergency situations during the failure of linear electric machines, as well as to equalize the longitudinal load on the module during acceleration and braking, in the case of an airplane with an offset relative to the central axis of the module, and insufficient load redistribution between the right and left electric machines provide mechanical brake pads 60 with pneumatic drive and sandboxes 61, of which, under emergency braking with compressed air to the rail surface under atki fed friction material, such as shredded automobile tires used. This will increase the effectiveness of emergency braking, and when the wheels slip, they will prevent increased wear, as is the case with sand in railway transport, where slipping (slipping) is not allowed.

Для обеспечения модуля сжатым воздухом устанавливается компрессор 62 с ресиверами и генератор 63 с приводом от катков.To provide the module with compressed air, a compressor 62 with receivers and a generator 63 driven by rollers are installed.

Линейная электрическая машина имеет статор, вмонтированный или по краям ВПП или на самой ВПП и бегун с короткозамкнутой обмоткой, связанный с модулем.A linear electric machine has a stator mounted either on the edges of the runway or on the runway itself and a short-circuited runner connected to the module.

Статор имеет магнитопровод 66, в пазы которого вмонтированы секции обмотки статора 64. Магнитопровод выполняется из листов материала с высокой магнитной проницаемостью, для создания магнитного поля с большей индукцией, покрытые электроизолирующим лаком. Листы магнитопровода статора соединены стяжными элементами 65. С обеих сторон статора укладываются рельсы 75 для опоры бегуна аналогично рельсам модуля. Устройство отдельных опорных рельс для бегуна, на которые не передается нагрузка от веса модуля с самолетом, позволяет создать минимальный воздушный зазор между зубцами магнитопроводов статора и бегуна с низкой магнитной проницаемостью, что также усиливает магнитное поле, уменьшает потери энергии на его создание и обеспечивает высокий КПД линейной электрической машины. Вблизи обмоток статора размещаются блоки силовых симисторов 67, связанные с шинами постоянного тока 68, а также блоки-формирователи управляющих импульсов и фотоэлементы датчиков положения бегуна. Сверху статор заливается тонким слоем гидроизолирующей, теплопроводящей, магнитопроницаемой, электроизолирующей мастики. Снизу и сбоку слой мастики получается толще, в нем же оказываются блоки симисторов 67, проводники и другие элементы электроборудования и автоматики. При посадке непосредственно на ВПП самолет может выехать на поверхность статора, так как она находится в одном уровне с поверхностью ВПП, что повышает безопасность посадки. Однако такой режим будет аварийным и потребует дефектовки и восстановления слоя мастики.The stator has a magnetic circuit 66, in the grooves of which are mounted sections of the stator winding 64. The magnetic circuit is made of sheets of material with high magnetic permeability, to create a magnetic field with greater induction, coated with an electrically insulating varnish. The sheets of the stator magnetic circuit are connected by the coupling elements 65. On both sides of the stator rails 75 are laid for supporting the runner similarly to module rails. The arrangement of separate support rails for the runner, which does not transfer the load from the weight of the module with the aircraft, allows you to create a minimum air gap between the teeth of the stator and runner magnetic cores with low magnetic permeability, which also strengthens the magnetic field, reduces energy loss for its creation and ensures high efficiency linear electric machine. Blocks of power triacs 67 connected to direct current buses 68, as well as control pulse shapers and photocells of runner position sensors are located near the stator windings. From above, the stator is poured with a thin layer of waterproofing, heat-conducting, magnetically permeable, electrically insulating mastic. Bottom and side the mastic layer is thicker, in it are the blocks of triacs 67, conductors and other elements of electrical equipment and automation. When landing directly on the runway, the aircraft can go to the stator surface, since it is flush with the surface of the runway, which increases the safety of landing. However, this mode will be emergency and will require troubleshooting and restoration of the mastic layer.

Бегун имеет составную конструкцию (Фиг.3). Прямоугольные в плане секции бегуна имеют магнитопровод 69, аналогичный магнитопроводу статора, в пазы которого укладываются витки короткозамкнутой обмотки 70. Листы магнитопровода в поперечном направлении стягиваются стяжными элементами 72 с корпусными деталями 71, к которым на осях через подшипники крепятся катки бегуна 73. В отдельные витки бегуна последовательно включаются трансформаторы тока, измеряющие силу тока для ограничения. Секции бегуна стыкуются друг к другу на концевых площадках 3 в зависимости от массы взлетающего и садящегося самолета и спереди и сзади упираются в опускаемые механизированные фиксаторы 110 модуля для передачи усилия от электрической машины модулю в режиме двигателя при разгоне и восприятия усилия модуля при торможении в режиме генератора. При этом бегун прижимается модулем через упругие элементы 74 к рельсам статора, для исключения отрыва бегуна при его движении и обеспечения минимального магнитного зазора. Вертикальная нагрузка от веса самолета и массы модуля на бегун непосредственно не передается, а только через упругие элементы.The runner has a composite structure (Figure 3). Rectangular sections of the runner have a magnetic circuit 69, similar to the stator magnetic circuit, into the grooves of which the turns of the short-circuited winding 70 are placed. The sheets of the magnetic circuit are transversely pulled together by the coupling elements 72 with housing parts 71, to which the runner’s rollers 73 are mounted on the axes through bearings. runners are sequentially switched on current transformers, measuring current strength to limit. Runner sections are joined to each other at the end platforms 3, depending on the mass of the take-off and landing aircraft, and front and rear abut against the lowering mechanized latches 110 of the module for transmitting force from the electric machine to the module in engine mode during acceleration and perception of the force of the module during braking in generator mode . In this case, the runner is pressed by the module through the elastic elements 74 to the stator rails, to prevent the runner from breaking off during its movement and to ensure a minimum magnetic gap. The vertical load of the weight of the aircraft and the mass of the module on the runner is not directly transmitted, but only through the elastic elements.

Наиболее простой является схема асинхронного генератора, но в цепи должны быть включены конденсаторы, так как он потребляет реактивную мощность. Для регулирования мощности асинхронного генератора применяют частотное регулирование. Частотный преобразователь преобразует переменный ток в постоянный и затем при помощи контроллера формирует чередующиеся импульсы напряжения заданной полярности, частоты и скважности. То есть имеется участок цепи с постоянным напряжением в который можно включить аккумуляторы.The simplest circuit is an asynchronous generator, but capacitors must be included in the circuit, since it consumes reactive power. To control the power of an asynchronous generator, frequency regulation is used. The frequency converter converts the alternating current to direct and then, using the controller, generates alternating voltage pulses of a given polarity, frequency and duty cycle. That is, there is a constant voltage circuit section in which batteries can be connected.

Линейная асинхронная машина содержит неподвижный статор с обмоткой и подвижный бегун с короткозамкнутыми по краям проводниками. Это необходимо для исключения подвижных силовых контактов. Витки секций обмотки статора и проводники бегуна располагаются параллельно друг другу и поперек направлению движения бегуна. Магнитопроводы статора и бегуна выполняются из тонколистового магнитопроницаемого материала электрически изолированными слоями, например из электротехнической стали, мюметалла, пермаллоя, наноперма или метгласа, вдоль направления движения бегуна или внахлест друг с другом для уменьшения искажения магнитного поля в местах стыка отдельных пластин, или в стык для облегчения замены витков обмотки и магнитопровода при ремонте. Чем выше магнитная проницаемость материала, тем больше будет создаваться индукция магнитного поля, соответственно тем больше будет мощность генератора при тех же весогабаритных показателях.The linear asynchronous machine contains a fixed stator with a winding and a movable runner with conductors short-circuited at the edges. This is necessary to exclude moving power contacts. The turns of the stator winding sections and the runner conductors are parallel to each other and across the direction of runner movement. The stator and runner magnetic circuits are made of electrically insulated layers of magnetically permeable sheet material, for example, of electrical steel, mimetal, permalloy, nanoperm, or metal glass, along the runner’s direction of movement or overlap with each other to reduce magnetic field distortion at the junction of individual plates, or at the junction for facilitating the replacement of windings and magnetic circuits during repair. The higher the magnetic permeability of the material, the more magnetic field induction will be created, respectively, the greater the generator power will be at the same weight and dimensions.

Секции статора машины подключается через управляемые силовые симисторы 61 к шинам постоянного тока 66, идущим к аккумуляторной подстанции 65 (Фиг.4). К фазным выводам трехфазной двухслойной (в примере) обмотки подключены с обоих концов по два силовых симистора и к плюсовой шине, и к минусовой. Управляющий контакт симистора, связывающего начало одной из фаз с шиной «+», подключен к управляющему контакту симистора, связывающего конец этой же фазы с шиной «-».

The stator section of the machine is connected via controlled power triacs 61 to the DC bus 66, going to the battery substation 65 (Figure 4). The windings of the three-phase two-layer (in the example) windings are connected at both ends by two power triacs to both the positive bus and the negative bus. The control contact of the triac, connecting the beginning of one of the phases with the bus "+", is connected to the control contact of the triac, connecting the end of the same phase with the bus "-".

Поверхность модулей 81 оснащается ячейками 35, в которых размещаются уложенные воздушные подушки 83 с пиропатронами 86. Ниша подушки закрывается легкоразрушаемой вставкой 85. Под ячейками устанавливают тензометрические датчики нагрузки 82. Поверхность ячеек покрывается антифрикционным материалом, обеспечивающим максимальное сцепление с колесами шасси самолета в любых условиях.The surface of the modules 81 is equipped with cells 35, in which the stacked air cushions 83 with the squibs 86 are placed. The niche of the cushion is closed by an easily destructible insert 85. Strain gauge load sensors 82 are installed under the cells. The surface of the cells is coated with antifriction material, which ensures maximum adhesion to the wheels of the aircraft under any conditions.

Площадки модуля над бегуном снизу оснащаются механизированными фиксаторами 110, управляемыми АСУ, располагаемыми на расстоянии друг от друга вдоль линейной машины равном одной секции бегуна. Привод фиксаторов может быть электромагнитным, гидравлическим или пневматическим. Причем опускаются фиксаторы только спереди и сзади всего набора секций бегуна. Прочность фиксаторов должна обеспечивать возможность передачи усилия от бегуна на модуль в обоих направлениях в любом режиме электрической машины.The module pads above the runner from below are equipped with mechanized latches 110 controlled by ACS located at a distance from each other along a linear machine equal to one section of the runner. The clamp drive can be electromagnetic, hydraulic or pneumatic. Moreover, the latches are lowered only in front and behind the entire set of runner sections. The strength of the clamps should provide the ability to transfer force from the runner to the module in both directions in any mode of the electric machine.

Автоматизированная система управления аэродромной установкой включает следующие основные элементы (Фиг.6). На верхнем уровне – два (основное и дублирующее) автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера 91, а также сервер видеонаблюдения 90. АРМ связаны с коммутаторами 92 посредством витой пары и оптоволокна 103 и быстродействующего Ethernet протокола. К коммутаторам аналогично подключаются контроллеры аэродромной установки: 97 - контроллер защиты и управления линейной электрической машиной ВПП-1 и 98 – ВПП-2; через коммутаторы-модемы 4G 104 и антенны 4G происходит передача данных на контроллеры аэродромных модулей ВПП-1 – 95 и ВПП-2 – 96; 93 – контроллер аккумуляторно-конденсаторной подстанции и 94 – контроллер радиаторного поля. Полевые первичные преобразователи 102 через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 101 передают информацию о значениях всех параметров, используемых в управлении, на АРМ и контроллеры напрямую. Контроллеры получают информацию от полевых первичных преобразователей через АЦП и командные сигналы от АРМ в цифровом виде и управляют исполнительными механизмами и устройствами в соответствии с заложенными в них программами.Automated control system for an aerodrome installation includes the following main elements (Fig.6). At the top level, there are two (the main and the backup) automated workstation (AWP) of the dispatcher 91, as well as a video surveillance server 90. The AWP is connected to the switches 92 via twisted pair cable and fiber optic 103 and a high-speed Ethernet protocol. The controllers of the airfield installation are similarly connected to the switches: 97 - the protection and control controller of the runway-1 linear electric machine and 98 - the runway-2; 4G 104 modem switches and 4G antennas transmit data to the controllers of the airfield modules runway-1 - 95 and runway-2 - 96; 93 - controller of the battery-condenser substation and 94 - controller of the radiator field. Field primary converters 102 through analog-to-digital converters (ADCs) 101 transmit information about the values of all parameters used in the control to the workstation and controllers directly. The controllers receive information from the field primary converters through the ADC and command signals from the AWS in digital form and control the actuators and devices in accordance with the programs laid down in them.

Управление работой аэродромной установки – автоматизированное с интерактивным программным комплексом (Фиг.7, Фиг.8).Management of the airfield installation - automated with an interactive software package (Fig.7, Fig.8).

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1. Представлена схема аэропорта с аэродромной установкой рекуперации энергии. Взлетно-посадочные полосы, аэродромные модули с самолетами, аккумуляторно-конденсаторная подстанция, реостатное поле, кабельные линии, диспетчерский пункт, концевые площадки, рулежные полосы.Figure 1. A diagram of an airport with an airfield energy recovery unit is presented. Runways, aerodrome modules with airplanes, battery-condenser substation, rheostat field, cable lines, control room, end platforms, taxiways.

Фиг.2. Представлена схема размещения самолета на аэродромном модуле. Основной и дополнительный модули в сцепке и отдельно в конце ВПП.Figure 2. The layout of the aircraft at the aerodrome module is presented. The main and additional modules in the hitch and separately at the end of the runway.

Фиг.3 Представлена конструкция аэродромного модуля с линейной электрической машиной, размещаемой на рельсах. Figure 3 presents the design of the airfield module with a linear electric machine placed on rails.

Фиг.4 Представлена схема коммутации обмоток статора на примере трехфазной двухслойной обмотки.Figure 4 presents a diagram of the switching of the stator windings as an example of a three-phase two-layer winding.

Фиг.5 Представлен вариант размещения линейной электрической машины непосредственно на ВПП.Figure 5 presents the option of placing a linear electric machine directly on the runway.

Фиг.6 Представлена иерархическая структура системы автоматического управления аэродромной установки.6 presents the hierarchical structure of the automatic control system of the aerodrome installation.

Фиг.7 Представлен алгоритм функционирования АСУ аэродромной установки.Fig.7 presents the algorithm of functioning of the ACS of the aerodrome installation.

Фиг.8 Представлен алгоритм функционирования АСУ контроллера взлетно-посадочной полосы.Fig. 8 shows the functioning algorithm of the ACS of the runway controller.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Составляется диспетчерский график, в котором подбираются самолеты для взлета и посадки по массе. При подлете самолета к аэропорту диспетчер дает команду на размещение взлетающего самолета на аэродромном модуле одной из полос, которая выбирается по направлению встречного ветра. Полоса для взлета (ВПП-2) должна быть расположена после полосы для посадки (ВПП-1) по направлению движения самолетов, для предотвращения опережения садящимся самолетом взлетающего, в целях повышения безопасности (Фиг.1).A dispatch schedule is compiled, in which planes are selected for take-off and landing by mass. When approaching an airplane to the airport, the dispatcher gives a command to place a take-off airplane at the airfield module of one of the bands, which is selected in the direction of the headwind. The take-off runway (Runway-2) should be located after the landing runway (Runway-1) in the direction of the aircraft, to prevent the aircraft taking off from the aircraft taking off, in order to increase safety (Figure 1).

Модуль с взлетающим самолетом готовится к взлету (Фиг.2, Фиг.3): при необходимости с основным модулем 32 сцепляется задний вспомогательный модуль 33 при помощи механизированных замков 44, второй вспомогательный модуль размещается в конце полосы и используется в качестве заднего дополнительного модуля при изменении направления взлета-посадки. На модуле размещается самолет 31, бортовой системой торможения блокируются колеса шасси, при помощи опускаемых механизированных стопоров 110 присоединяется друг к другу и к модулю в горизонтальном направлении определенное количество секций магнитопровода бегуна 69 с коротко-замкнутой обмоткой в зависимости от массы самолета. При помощи домкратов 48 подачей гидравлической жидкости под давлением создается преднатяг стальных тросов 47 под соответствующую массу самолета, что позволит равномернее передать и распределить усилие от самолета через модуль на рельсы ВПП.The module with the take-off airplane is preparing for take-off (Figure 2, Figure 3): if necessary, the rear auxiliary module 33 is coupled to the main module 32 using mechanized locks 44, the second auxiliary module is located at the end of the strip and is used as the rear additional module when changing take-off and landing directions. The aircraft 31 is located on the module, the landing gear wheels are locked by the on-board braking system, with the help of the lowering mechanized stops 110 it is connected to each other and to the module in the horizontal direction a certain number of sections of the runner 69 short-circuit winding magnetic circuit depending on the mass of the aircraft. Using jacks 48, the hydraulic fluid under pressure creates a preload of steel cables 47 for the corresponding mass of the aircraft, which will more evenly transmit and distribute the force from the aircraft through the module to the runway rails.

В это время модуль ВПП-1 готовится к посадке конкретного самолета. Производятся аналогичные операции по сцепке основного и дополнительного модуля, формированию бегуна определенной длины и создания преднатяжения тросов 47.At this time, the runway-1 module is preparing to land a specific aircraft. Similar operations are carried out to couple the main and additional modules, to form a runner of a certain length and to create cable pretension 47.

На определенном расстоянии до подлетающего самолета подается команда на разгон модуля ВПП-1 таким образом, чтобы при заданном ускорении модуль достиг скорости садящегося самолета за некоторое время до касания колес шасси о поверхность модуля. Приближение самолета к модулю, его скорость, скорость модуля и их относительная скорость измеряется при помощи соответствующих первичных преобразователей с резервированием. Диспетчер дополнительно контролирует процесс разгона модуля и приближения самолета при помощи системы видеонаблюдения и при необходимости корректирует его. Решение о посадке на модуль принимает командир экипажа на основании визуального контроля положения модуля под самолетом и по наличию светового сигнала на модуле о готовности к приему самолета.At a certain distance from the approaching aircraft, a command is issued to accelerate the runway-1 module so that, at a given acceleration, the module reaches the speed of the landing aircraft some time before the landing gear wheels touch the surface of the module. The approach of the aircraft to the module, its speed, the speed of the module and their relative speed is measured using the corresponding primary converters with redundancy. The dispatcher additionally controls the process of overclocking the module and approaching the aircraft using a video surveillance system and, if necessary, corrects it. The decision to land on the module is made by the crew commander based on visual control of the position of the module under the aircraft and by the presence of a light signal on the module about the readiness for receiving the aircraft.

При работе электрической машины симисторы 61 статора (Фиг.4) открываются по команде, формируемой контроллером управления и защиты электрической машины 64, и передаваемой по оптической и дублирующей проводной Ethernet – линии связи 63 на местные блоки – формирователи управляющих импульсов 62. Управляющий импульс от блока-формирователя 62 подается одновременно на симисторы, которые подключают начало обмотки данной фазы к положительной шине, а конец – к отрицательной в момент времени и с продолжительностью, определяемой контроллером 64, таким образом, в обмотке формируется положительная полуволна. Аналогично, но открытием другой пары симисторов в обмотке другой фазы формируется отрицательная полуволна. В результате формируется импульс напряжения в секции статора задаваемой контроллером полярности, частоты и скважности. Аналогично функционируют асинхронные машины с частотным управляемым преобразователем. Напряжение на секции в этот момент времени определяется количеством аккумуляторов 65, включенных последовательно, управляемых контроллером 93 аккумуляторно-конденсаторной подстанции 4. В определенный момент времени аналогично подключается следующая фазная обмотка. Контроллер формирует бегущее вдоль статора магнитное поле. Кроме того, бегун передает информацию о его точном положении в контроллер, который включает только те обмотки, которые в этот момент времени находятся под бегуном.When the electric machine is operating, the stator triacs 61 (Figure 4) are opened by a command generated by the control and protection controller of the electric machine 64 and transmitted via optical and redundant wired Ethernet - communication lines 63 to local units - control pulse shapers 62. Control pulse from the block -shaper 62 is fed simultaneously to triacs, which connect the beginning of the winding of this phase to the positive bus, and the end to the negative at the time and with a duration determined by the controller 64, thus ohm, a positive half wave winding is formed. Similarly, but by opening another pair of triacs in the winding of another phase, a negative half-wave is formed. As a result, a voltage pulse is generated in the stator section of the polarity, frequency and duty cycle specified by the controller. Asynchronous machines with a frequency-controlled converter operate in a similar way. The voltage across the sections at this point in time is determined by the number of batteries 65 connected in series, controlled by the controller 93 of the battery-condenser substation 4. At a certain point in time, the next phase winding is connected in a similar manner. The controller generates a magnetic field running along the stator. In addition, the runner transmits information about its exact position to the controller, which includes only those windings that are under the runner at this point in time.

Управление частотой подключения витков статора к шинам позволяет изменять скорость магнитного поля, благодаря чему возможен переход из двигательного режима в генераторный и наоборот. Так в начальный момент времени, когда модуль с бегуном неподвижен, в статоре формируется магнитное поле, бегущее с низкой скоростью в направлении разгона, таким образом, модуль начинает плавно разгоняться в выбранную сторону. Скорость модуля выравнивается со скоростью самолета до момента касания колес шасси поверхности модуля при помощи автоматической системы управления, в основе которой – контроллер управления и защиты электрической машины 97 (Фиг.6). После касания колес и обнаружения тензодатчиками 82, установленными на поверхности модуля, нагрузки от самолета контроллер уменьшает скорость бегущего вдоль статора магнитного поля, и машина переходит в генераторный режим. Модуль с самолетом начинает торможение в рекуперативном режиме. Источником электроэнергии становится статор, при этом меняется направление тока в шинах, начинается зарядка аккумуляторов. Величина замедления регулируется скольжением – отличием скорости бегуна от скорости магнитного поля статора, количеством подключенных к зарядке элементов аккумуляторных батарей и нагрузкой в двигательном режиме линейной электрической машины второго модуля ВПП-2, который разгоняет взлетающий самолет. Помимо комфортной для пассажиров величины, замедление ограничивается данными с тензодатчиков, которые анализирует контроллер модуля. При обнаружении опасности отрыва шасси от модуля или их проскальзывания контроллер ограничивает величину ускорения.Control of the frequency of connecting the stator turns to the tires allows you to change the speed of the magnetic field, so that it is possible to switch from motor mode to generator mode and vice versa. So at the initial moment of time, when the module with the runner is stationary, a magnetic field is formed in the stator, which runs at a low speed in the direction of acceleration, so the module starts to smoothly accelerate to the selected side. The speed of the module is aligned with the speed of the aircraft until the wheels of the chassis touch the surface of the module using an automatic control system, which is based on the control and protection controller of the electric machine 97 (Figure 6). After touching the wheels and detecting the strain gauges 82 mounted on the surface of the module, the airplane loads, the controller reduces the speed of the magnetic field traveling along the stator, and the machine enters the generator mode. The module with the aircraft starts braking in regenerative mode. The stator becomes a source of electricity, while the direction of the current in the tires changes, charging of the batteries begins. The magnitude of the deceleration is controlled by sliding - the difference between the speed of the runner and the speed of the stator magnetic field, the number of battery cells connected to charging and the load in the motor mode of the linear electric machine of the second runway-2 module, which accelerates the take-off plane. In addition to the value comfortable for passengers, the deceleration is limited by data from load cells, which are analyzed by the module controller. If there is a danger of the chassis tearing away from the module or slipping, the controller limits the amount of acceleration.

Ток в короткозамкнутой обмотке бегуна (ранера, слайдера) измеряется при помощи трансформаторов тока, включенных последовательно с некоторыми витками его обмотки. Витки с трансформаторами тока подбираются таким образом, чтобы они находились над несколькими обмотками статора разных фаз. Информация непрерывно с определенной частотой дискретизации направляется в контроллер 97. В случае достижения предельной величины тока в витках бегуна контроллер уменьшает скольжение или напряжение на шинах, подключаемых к статору.The current in the short-circuited winding of the runner (runner, slider) is measured using current transformers connected in series with some turns of its winding. The turns with current transformers are selected so that they are above several stator windings of different phases. Information is continuously sent to the controller 97 at a certain sampling rate. If the current limit in the runner’s turns is reached, the controller reduces the slip or voltage on the buses connected to the stator.

Фактически в витках статора благодаря частотному модулированию (бесконтактной коммутации) возникает переменное электрическое поле. Со стороны статора, противоположной выводам фаз, подключаются фазные фидеры АВС, которые связаны с конденсаторной батареей 67. Включение конденсаторов необходимо для обеспечения машины в генераторном режиме реактивной мощностью, которую обычно из сети потребляют асинхронные генераторы. Таким образом, отключаемые витки статора отдают реактивную мощность на конденсаторы, которая потребляется подключаемыми витками обмотки.In fact, in the stator turns, due to frequency modulation (contactless switching), an alternating electric field arises. On the side of the stator, opposite the phase terminals, the ABC phase feeders are connected, which are connected to the capacitor bank 67. The capacitors must be turned on to provide the machine in the generator mode with reactive power, which is usually consumed by asynchronous generators from the network. Thus, disconnected stator turns transfer reactive power to capacitors, which is consumed by connected winding turns.

После касания колес шасси модуля, определяемом по показаниям тензодатчиков 82, начинается торможение модуля (ВПП-1), при этом контроллер электрической машины разгонного модуля (ВПП-2) формирует в обмотке его статора сначала медленно бегущее магнитное поле, а затем по мере разгона модуля увеличивает его скорость. Пока бегун отстает от магнитного поля статора, линейная электрическая машина работает в режиме двигателя. Интенсивность разгона (потребляемая мощность) определяется в основном длиной активной части бегуна (составленного из секций магнитопровода), а корректируется оперативно скольжением.After touching the wheels of the chassis of the module, determined by the testimony of strain gauges 82, the braking of the module (runway-1) begins, while the controller of the electric car of the accelerating module (runway-2) first forms a slowly running magnetic field in the stator winding, and then as the module accelerates increases its speed. While the runner is behind the stator’s magnetic field, the linear electric machine is in motor mode. The acceleration rate (power consumption) is determined mainly by the length of the active part of the runner (made up of sections of the magnetic circuit), and is adjusted quickly by sliding.

В случае если в какие-то моменты времени вырабатываемая мощность превысит потребляемую, избыточная часть энергии будет накапливаться аккумуляторами в аккумуляторной подстанции. Наоборот, если для разгона потребуется большая мощность, чем обеспечит генератор, недостающая часть будет выдана аккумуляторами. Зарядка аккумуляторов будет происходить всякий раз, когда напряжение на шинах постоянного тока, создаваемое генератором превысит напряжение подключенных для зарядки аккумуляторов. Наоборот, если потребляемая разгонным модулем мощность достигнет вырабатываемого тормозным модулем уровня, напряжение на шинах начнет уменьшаться, и аккумуляторы начнут выдавать мощность для питания разгонного модуля.If at some points in time the generated power exceeds the consumed, the excess part of the energy will be accumulated by the batteries in the battery substation. On the contrary, if overclocking requires more power than the generator provides, the missing part will be issued by the batteries. The batteries will be charged whenever the voltage on the DC buses generated by the generator exceeds the voltage of the batteries connected for charging. On the contrary, if the power consumed by the overclocking module reaches the level generated by the brake module, the voltage on the tires will begin to decrease, and the batteries will begin to supply power to power the overclocking module.

После снижения скорости до определенной заданной минимальной величины модуль или подтормаживается собственными механическими тормозами или асинхронная линейная машина переводится в режим тормоза, при этом контроллер формирует бегущее в обратном направлении магнитное поле статора, но этот режим менее эффективен, так как приводит к дополнительным затратам энергии. После остановки модуля самолет традиционным способом проезжает по пандусу и рулежным полосам на место обслуживания пассажиров.After reducing the speed to a certain predetermined minimum value, the module is either braked by its own mechanical brakes or the asynchronous linear machine is switched to the brake mode, while the controller forms the stator magnetic field running in the opposite direction, but this mode is less efficient, since it leads to additional energy costs. After the module stops, the aircraft traditionally drives along the ramp and taxiways to the passenger service area.

За некоторое время до отрыва взлетающего самолета от модуля, определяемое временем набора мощности и разгона двигателя, экипаж переводит двигатели на взлетный режим. При достижении разгонным модулем скорости отрыва для данного самолета, его вес на модуль, определяемый по показаниям тензодатчиков, снижается до 0, самолет начинает самостоятельный набор высоты. Линейная электрическая машина переводится в режим генератора и производит рекуперативное торможение пустого модуля до его полной остановки в районе концевой площадки.Some time before the take-off plane’s separation from the module, determined by the time of gaining power and acceleration of the engine, the crew switches the engines to take-off mode. When the booster module reaches the separation speed for a given aircraft, its weight per module, determined by the load cell readings, decreases to 0, the aircraft begins to independently climb. A linear electric machine is put into generator mode and regeneratively brakes an empty module until it stops completely in the terminal area.

Прямолинейность движения модуля обеспечивается перераспределением нагрузки между левой и правой половинами линейной электрической машины, а также при необходимости подтормаживанием катков, расположенных под правой или левой половинами модуля. По сигналам тензодатчиков боковых усилий 111, установленных на элементах направляющих 41, определяется тенденция к повороту модуля в горизонтальной плоскости и подается команда на устранение непрямолинейности.The rectilinear movement of the module is provided by the redistribution of load between the left and right halves of the linear electric machine, as well as, if necessary, by braking the rollers located under the right or left halves of the module. The signals of the lateral force strain gauges 111 mounted on the guide elements 41 determine the tendency for the module to rotate in the horizontal plane and command is given to eliminate the linearity.

После остановки модуля ВПП-1 с него удаляется самолет, а модуль возвращается в начало ВПП-1 для подготовки к приему следующего самолета. После остановки модуля ВПП-2 он также возвращается в начало ВПП-2 для подготовки к взлету следующего самолета.After the runway-1 module stops, the aircraft is removed from it, and the module returns to the start of runway-1 in preparation for receiving the next aircraft. After the runway-2 module stops, it also returns to the start of runway-2 to prepare for the take-off of the next aircraft.

Если от экипажа садящегося самолета поступает информация о неисправности шасси или диспетчер при помощи видеонаблюдения визуально обнаруживает неисправность шасси, он подает команду на срабатывание подушек безопасности 83. При этом воспламеняется пиропатрон 86 и пороховыми газами заполняется внутренняя полость подушки, разрушается легкоразрушаемая вставка 85 и подушка раскрывается вверх. Самолет совершает посадку на модуль с раскрытыми подушками безопасности на фюзеляж. Газы вытесняются под весом самолета через отверстия в подушках. Модуль совершает торможение в одном из безопасных режимов. Ячейки с подушками после срабатывания заменяются.If information about a landing gear malfunction is received from the crew of a landing aircraft, or the dispatcher visually detects a landing gear malfunction using video surveillance, he sends a command to deploy airbags 83. At the same time, the igniter 86 is ignited and the internal cavity of the airbag is filled with powder gases, the readily destructible insert 85 is destroyed and the airbag opens up . The plane lands on the module with the airbags deployed on the fuselage. Gases are displaced under the weight of the aircraft through the holes in the pillows. The module brakes in one of the safe modes. Cells with cushions are replaced after operation.

Если по каким-то причинам диспетчер или экипаж сочтет посадку на модуль более опасной, чем на поверхность ВПП, подается команда на экстренное торможение модуля, он остается сзади самолета. В этом случае самолет совершает посадку на поверхность ВПП в обычном режиме на шасси.If for some reason the dispatcher or crew considers landing on the module more dangerous than on the runway surface, an emergency braking command is issued to the module, it remains behind the aircraft. In this case, the aircraft lands on the runway surface in the normal mode on the landing gear.

В случае внезапного заклинивания модуля, экипаж должен разблокировать бортовую тормозную систему. Самолет уже начнет сходить с модуля по наклонным поверхностям 45 на поверхность ВПП. Далее торможение самолета происходит в обычном режиме.In the event of a sudden jamming of the module, the crew must unlock the on-board brake system. The aircraft will already begin to descend from the module along inclined surfaces 45 to the surface of the runway. Further, aircraft braking occurs as usual.

В случае отказа рекуперативной системы торможения, из консолей направляющих 41 выпускаются тормозные парашюты 39, создающие замедление на большой скорости, а затем при снижении скорости торможение происходит за счет заклинивания механическими колодками 60 катков 42, сцепление катков с рельсами повышается за счет подачи из «песочниц» 61 в зону контакта сжатым воздухом порошка из измельченных автомобильных покрышек. Это позволяет предотвращать повышенный износ при проскальзывании катков.In the event of a regenerative braking system failure, brake parachutes 39 are released from the guide consoles 41, which slow down at high speed, and then when the speed decreases, braking occurs due to jamming of 60 rollers 42 by mechanical blocks, the adhesion of the rollers to rails is increased due to the feed from the sandboxes 61 into the contact zone with compressed air of the powder from the crushed automobile tires. This helps prevent increased wear when the rollers slip.

В случае если линейная электрическая машина исправна, а откажет аккумуляторная подстанция, торможение происходит в рекуперативном режиме с выдачей мощности в электрическую сеть через преобразователь постоянного тока в переменный и соответствующий трансформатор связи. Если в этот момент подключение к сети будет отсутствовать или сеть не сможет принять такой импульс мощности, энергия поглощается на реостатном поле 10.In the event that the linear electric machine is operational and the battery substation fails, braking occurs in a regenerative mode with the output of power to the electric network through a DC to AC converter and the corresponding communication transformer. If at this moment the connection to the network is absent or the network cannot receive such a power pulse, the energy is absorbed in the rheostat field 10.

При образовании наледи на рельсах, она разрушается катками наклонной поверхности 45, которые в холодный сезон заменяются на катки с насечками на поверхности и удаляется сжатым воздухом, имеющимся на модуле.When ice forms on the rails, it is destroyed by the rollers of the inclined surface 45, which in the cold season are replaced by rollers with notches on the surface and are removed by the compressed air available on the module.

Охлаждение статора происходит в периоды времени между взлетами-посадками, а бегун охлаждается при движении вихрями воздуха, для этого боковые поверхности модуля не закрываются.The stator cools during the time periods between takeoffs and landings, and the runner cools when moving with air vortices, for this the side surfaces of the module do not close.

Дождевые воды с поверхности ВПП, статора и из полости катков направляющих удаляются по разветвленной системе дренажных трубопроводов 53 за пределы ВПП самотеком, а при необходимости - при помощи дренажных насосов, которые устанавливаются на коллекторных участках трубопроводов по всей длине ВПП.Rainwater from the surface of the runway, the stator and from the cavity of the guide rollers is removed through a branched drainage system 53 outside the runway by gravity, and if necessary, using drainage pumps that are installed on the collector sections of the pipelines along the entire length of the runway.

Система автоматического управления аккумуляторно-конденсаторной подстанции, включающая контроллер и набор исполнительных узлов и механизмов, должна позволять в бесконтактном режиме при помощи полупроводниковых реле производить подключение к шинам батарей аккумуляторных элементов или параллельно или последовательно, регулируя, таким образом, напряжение на шинах, ток зарядки или разрядки аккумуляторов. Кроме того, она должна позволять автоматически заряжать аккумуляторы при необходимости от сети через зарядное устройство.The automatic control system of a battery-condenser substation, including a controller and a set of actuating units and mechanisms, should allow non-contact mode using semiconductor relays to connect battery cells to the battery buses either in parallel or in series, thus regulating the bus voltage, charging current or discharging batteries. In addition, it should allow automatic charging of batteries, if necessary, from the network through the charger.

Возможен более простой вариант аэродромной установки рекуперации с одной взлетно-посадочной полосой, то есть энергия торможения сначала полностью поглощается аккумуляторами, хранится какое-то время до подготовки взлетающей машины, а затем возвращается ей при взлете. При этом аккумуляторы и конденсаторы могут располагаться вдоль ВПП и отвечать каждый за свой участок статора. Такая конструкция существенно уменьшит ресурс дорогостоящих аккумуляторов и повысит эксплуатационные расходы, но уменьшит начальные затраты на создание комплекса. Кроме того, снизится пропускная способность аэропорта по сравнению с вариантом с двумя ВПП.A simpler version of the airfield recovery unit with one runway is possible, that is, the braking energy is first completely absorbed by the batteries, stored for some time until the take-off machine is ready, and then returned to it upon take-off. At the same time, batteries and capacitors can be located along the runway and each can be responsible for its own section of the stator. This design will significantly reduce the resource of expensive batteries and increase operating costs, but will reduce the initial costs of creating the complex. In addition, airport capacity will decrease compared to the dual runway option.

Предлагаемая аэродромная установка рекуперации энергии самолета на посадке для разгона самолета на взлете позволяет повысить экономические показатели авиационного пассажирского сообщения, экологическую безопасность аэропортов и безопасность полетов.The proposed aerodrome landing energy recovery unit for accelerating an airplane on takeoff allows increasing the economic performance of passenger air traffic, the environmental safety of airports and flight safety.

Claims

1. Airfield installation of energy recovery of the aircraft during landing for acceleration of the aircraft on takeoff, related to aerodrome equipment designed to receive the aircraft on landing on a special platform, braking it with the conversion of mechanical energy into electrical energy in a linear asynchronous electric machine, temporary storage in rechargeable batteries and using it (recuperation) to disperse take-off aircraft, consisting of at least two runways, each of which is equipped with an airfield module consisting of the main and two additional parts and supported by steel rollers on the supporting rails, and two linear electric machines placed either at the edges of the strips, or directly on the strips, end platforms for the preparation of modules, ramps, taxiways, underground (buried) a battery-condenser substation, underground cable power lines and communication lines, a rheostat field, a control room and a section of an electric network, controlled by an automatic control system using interactive nth program complex, characterized in that the energy of the aircraft converted in a linear electric machine on landing in one strip is used to disperse a take-off aircraft in another strip at the same time with the accumulation and temporary storage of excess electricity in batteries and its subsequent consumption for acceleration of a take-off airplane , and in the case of technological deviations by issuing excess power to the network or by converting into thermal energy in a rheostat field.

2. An aerodrome installation for recovering aircraft energy during landing for acceleration of the aircraft on take-off, referred to in paragraph 1, containing an asynchronous linear electric machine consisting of left and right symmetrical parts located either along the edges of the runway, or directly on the strip, each of which contains a fixed stator mounted in the runway with windings connected to DC buses through power triacs controlled automatically control system and included only under the runner, laid in the grooves of the magnetic cores of sheet material with high magnetic permeability, characterized by a composite runner with a short-circuited winding, each section of which is supported by four steel rollers on two separate rails mounted in a linear machine along the edges of the stator, while the force of the weight of the driven structure is not transmitted to the runner, and the length of the runner varies when preparing for take-off or landing, depending on the weight of the aircraft with the help of lowered furs ized latches, each pair of which is located on the lower side of the module at intervals equal to the length of one section of the runner.

3. Airfield installation of energy recovery of the aircraft during landing for acceleration of the aircraft on takeoff, related to aerodrome equipment, indicated in paragraph 1 in the variant, characterized by the presence of one runway and the location of batteries along it with complete absorption of energy of the aircraft during braking and subsequent recovery it to disperse the aircraft during take-off in the same strip.