RU2710037C1

RU2710037C1 - Aircraft power supply system

Info

Publication number: RU2710037C1
Application number: RU2019108642A
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Владимир Игоревич Бекузин; Ильдус Финатович Саяхов
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to electrical machine building and can be used in electric supply system of hypersonic and detonation aircrafts. Aircraft power supply system comprises drive aircraft engine, generator, lead-out terminals of which are electrically connected to rectifier device, output ends of rectifier device are connected with inverter. Inverter is connected to electric energy consumer. Aircraft engine is made in the form of detonation engine, on the nozzle of which there installed is magnetic field source and winding, which is electrically connected to rectifier device.EFFECT: higher reliability and energy efficiency, simplified design of aircraft power supply.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в системе электроснабжения гиперзвуковых и детонационных летательных аппаратов.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the power supply system of hypersonic and detonation aircraft.

Известен МГД-генератор (см. патент Японии N 2713216, кл. Н02К 44/00, оп.1998), содержащий корпус, выполненный в виде полого цилиндра, открытые торцы которого служат для впуска и выведения жидкостной рабочей среды, электромагнитные обмотки, создающие магнитное поле, направленное перпендикулярно оси цилиндра, и размещенные в цилиндре электроды, установленные параллельно направлению магнитного поля. В качестве рабочей электропроводной среды, перемещающейся вдоль оси цилиндра, используется морская вода, например, в виде морских волн, а электрическая нагрузка подключена к электродам.Known MHD generator (see Japan patent N 2713216, class Н02К 44/00, op. 1998), comprising a housing made in the form of a hollow cylinder, the open ends of which serve to inlet and output a fluid working medium, electromagnetic windings that create a magnetic a field directed perpendicular to the axis of the cylinder, and electrodes placed in the cylinder mounted parallel to the direction of the magnetic field. As a working electrically conductive medium moving along the axis of the cylinder, sea water is used, for example, in the form of sea waves, and the electric load is connected to the electrodes.

Недостатками данного МГД-генератора является его низкая эффективность, обусловленная малой скоростью перемещения жидкости в полом цилиндре и низкой электропроводностью естественной морской воды.The disadvantages of this MHD generator is its low efficiency, due to the low velocity of the fluid in the hollow cylinder and the low conductivity of natural sea water.

Известен МГД-генератор (см. патент РФ N 2109353, кл. Н02К 44/00, оп. 1998), содержащий корпус из немагнитного материала, имеющий форму тора, с диэлектрическим покрытием на внутренней стенке и электромагнитную систему, состоящую из обмоток возбуждения и силовых обмоток, подключенных к нагрузке В качестве рабочей среды, заполняющей тороидальный канал, используется высокотемпературный газ, который вводится в канал из камер сгорания, снабженных устройствами импульсного введения в них топлива и окислителя. Камеры сгорания распределены по длине тора и встроены в его стенку, при этом в тороидальном канале размещены термоэлектроды, расположенные в соответствующих зонах расположения обмоток возбуждения.Known MHD generator (see RF patent N 2109353, class N02K 44/00, op. 1998), comprising a housing made of non-magnetic material having the shape of a torus, with a dielectric coating on the inner wall and an electromagnetic system consisting of field windings and power windings connected to the load A high-temperature gas is used as the working medium filling the toroidal channel, which is introduced into the channel from combustion chambers equipped with devices for the pulsed introduction of fuel and an oxidizing agent into them. The combustion chambers are distributed along the length of the torus and are built into its wall, while in the toroidal channel there are thermoelectrodes located in the corresponding zones of the location of the excitation windings.

Недостатком данного МГД-генератора является недостаточно высокая эффективность преобразования энергии перемещающейся высокотемпературной электропроводной среды в электрическую энергию вследствие ограниченного объема, занимаемого в тороидальном пространстве ионизированным высокотемпературным газом, и низкой электропроводности рабочей среды. Кроме того, данный МГД-генератор имеет низкую эксплуатационную надежность, поскольку высокотемпературная рабочая среда взаимодействует с внутренними поверхностями камер сгорания и тора и элементами, размещенными в них. Эксплуатационная надежность снижается также вследствие сложности конструкции системы получения высокотемпературной рабочей среды.The disadvantage of this MHD generator is the insufficiently high efficiency of converting the energy of a moving high-temperature electrically conductive medium into electrical energy due to the limited volume occupied by the ionized high-temperature gas in the toroidal space and the low conductivity of the working medium. In addition, this MHD generator has low operational reliability, since a high-temperature working medium interacts with the internal surfaces of the combustion chambers and the torus and the elements placed in them. Operational reliability is also reduced due to the complexity of the design of the system for obtaining high-temperature working environment.

Известен МГД-генератор [Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины, ст. 375-376, Москва "Высшая школа" 1990], содержащий камеру сгорания, осесимметричный канал, якорную обмотку и источник магнитного поля. При движении газа за фронтом волны, магнитное поле деформируется за счет наведенных в газе тангенциальных токов, потокосцепление якорной обмотки изменяется, возникает ЭДС и ток в цепи якоря и нагрузки.Known MHD generator [Booth D.A. Contactless electric machines, Art. 375-376, Moscow "Higher School" 1990], containing a combustion chamber, an axisymmetric channel, an anchor winding and a magnetic field source. When the gas moves beyond the wave front, the magnetic field is deformed due to tangential currents induced in the gas, the flux linkage of the armature winding changes, EMF and current occur in the armature and load circuits.

Недостатком данного МГД-генератора является сложность конструкции, ограниченные функциональные возможности, низкая энергоэффективность и надежность, связанная с технической непроработанностью конструктивной схемы.The disadvantage of this MHD generator is the design complexity, limited functionality, low energy efficiency and reliability associated with the technical lack of development of the design scheme.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является система электроснабжения летательного аппарата (С.А. Грузков, Электрооборудование летательных аппаратов, том 1, рис. 14.3а, стр. 484, Москва, издательство МЭИ 2005), содержащая приводной авиационный двигатель, который приводит в движение ротор генератора, выводные концы генератора, электрически параллельно соединены с выпрямительным устройством и сетью переменного тока, выходные концы выпрямительного устройства соединены с инвертором, а инвертор подключен непосредственно к потребителю электрической энергии.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is the aircraft power supply system (S. A. Gruzkov, Aircraft Electrical Equipment, Volume 1, Fig. 14.3a, p. 484, Moscow, MPEI 2005 publishing house), containing a driving aircraft engine, which drives the rotor of the generator, the output ends of the generator are electrically parallel connected to the rectifier device and the AC network, the output ends of the rectifier device are connected to the inverter, and the inverter is connected chen directly to the consumer of electric energy.

Недостатком ближайшего аналога является сложность конструкции, механическая нагрузка на приводной авиационный двигатель, низкая надежность и КПД системы, т.к. преобразование энергии имеет механическую составляющую в виде вращения ротора генератора.The disadvantage of the closest analogue is the design complexity, mechanical load on the driven aircraft engine, low reliability and efficiency of the system, as energy conversion has a mechanical component in the form of rotation of a generator rotor.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей системы электроснабжения летательного аппарата, благодаря отказу от механической составляющей, из-за отсутствия ротора генератора, преобразования энергии и заменой ее на гидродинамическую составляющую магнитогидродинамического генератора.The objective of the invention is the expansion of the functionality of the power supply system of the aircraft, due to the rejection of the mechanical component, due to the lack of a rotor of the generator, energy conversion and replacing it with the hydrodynamic component of the magnetohydrodynamic generator.

Техническим результатом является повышение надежности и энергоэффективности, упрощение конструкции электроснабжения летательного аппарата, благодаря отказу от механической составляющей, из-за отсутствия ротора генератора, преобразования энергии и заменой ее на гидродинамическую составляющую магнитогидродинамического генератора.The technical result is to increase reliability and energy efficiency, simplifying the design of the aircraft’s power supply due to the rejection of the mechanical component, due to the lack of a generator rotor, energy conversion and replacing it with the hydrodynamic component of the magnetohydrodynamic generator.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что система электроснабжения летательного аппарата, содержащая приводной авиационный двигатель, генератор, выводные концы которого электрически соединены с выпрямительным устройством, выходные концы выпрямительного устройства соединены с инвертором, а инвертор подключен непосредственно к потребителю электрической энергии, согласно изобретению авиационный двигатель выполнен в виде детонационного двигателя, на сопло которого установлен источник магнитного поля и обмотка, которая электрически соединена с выпрямительным устройством.The problem is solved and this result is achieved by the fact that the power supply system of the aircraft, containing a driving aircraft engine, a generator, the output ends of which are electrically connected to the rectifier device, the output ends of the rectifier device are connected to the inverter, and the inverter is connected directly to the consumer of electric energy, according to the invention the aircraft engine is made in the form of a detonation engine, the nozzle of which has a magnetic field source and a winding that is electrically connected to a rectifier device.

Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена структурная схема системы электроснабжения летательного аппарата.The invention is illustrated in the drawing. The drawing shows a structural diagram of a power supply system of the aircraft.

Предложенная система электроснабжения летательного аппарата содержит камеру сгорания детонационного двигателя 1, сопло детонационного двигателя 2, по верхней части которой расположена обмотка 3 с постоянными магнтами 4, обмотка 3 содержит выводные концы 5, которые электрически соединены с выпрямительным устройством 6, выходные концы выпрямительного устройства соединены с инвертором 7, который подключен непосредственно к потребителю электрической энергии, между соплом детонационного двигателя 2 и обмоткой 3, расположена тепло- и электроизолирующая прокладка 8, позиции камера сгорания детонационного двигателя 1, сопло детонационного двигателя 2, обмотка 3, постоянные магниты 4, выводные концы 5, тепло- и электроизолирующая прокладка 8 системы электроснабжения находятся во внутренней части корпуса 9 детонационного двигателя, с целью охлаждения постоянных магнитов 4 и обмотки 3, корпус 9 имеет отверстия 10.The proposed power supply system of the aircraft contains a combustion chamber of the detonation engine 1, a nozzle of the detonation engine 2, on the top of which there is a winding 3 with permanent magnets 4, the winding 3 contains the output ends 5, which are electrically connected to the rectifier device 6, the output ends of the rectifier device are connected to inverter 7, which is connected directly to the consumer of electric energy, between the nozzle of the detonation engine 2 and the winding 3, is located heat and electric gold-plated gasket 8, positions of the detonation engine 1 combustion chamber, detonation engine nozzle 2, winding 3, permanent magnets 4, output ends 5, heat and electrical insulating gasket 8 of the power supply system are located in the inner part of the detonation engine housing 9, in order to cool the permanent magnets 4 and winding 3, the housing 9 has openings 10.

Предложенная система электроснабжения летательного аппарата с детонационным или гиперзвуковым двигателем работает следующим образом: в камере сгорания детонационного двигателя 1, периодически возбуждается сильная ударная волна, которая распространяется в сопле детонационного двигателя 2. Постоянные магниты 4, расположенные во внешней части сопла детонационного двигателя 2, создают внешнее магнитное поле, которое замыкается через внутреннюю часть сопла детонационного двигателя 2. При движении отработанного, проводящего газа за фронтом волны в сопле детонационного двигателя 2, внешнее магнитное поле деформируется за счет наведенных в газе тангенциальных токов, потокосцепление в обмотке 3 изменяется, следовательно в обмотке 3 наводится ЭДС. При подключении выводных концов 5 обмотки 3 к нагрузке в замкнутой цепи пойдет электрический ток. Под нагрузкой подразумевается потребитель электрической энергии. Электрическая энергия от выводных концов 5 до потребителя электрической энергии доходит следующим образом: по выводным концам 5 импульсы электрической энергии приходят на выпрямительное устройство 6, после выпрямительного устройства 6, электрическая энергия имеет постоянный (выпрямленный) вид, после чего, посредством инвертора 7, электрическая энергия преобразуется в переменный тип нужной (определенной) частоты, которым питается потребитель электрической энергии. В результате энергия движения отработанных газов детонационного двигателя преобразуется в электрическую энергию. Тепло- и электроизолирующей прокладки 8 выполняет функцию теплоизоляции и электроизоляции обмотки 3 и постоянных магнитов 4 с соплом детонационного двигателя 2. Охлаждение постоянных магнитов 4 и обмотки 3 осуществляется набегающим потоком воздуха из отверстий 10, выполненны в корпусе 9.The proposed power supply system of an aircraft with a detonation or hypersonic engine works as follows: in the combustion chamber of the detonation engine 1, a strong shock wave is periodically excited, which propagates in the nozzle of the detonation engine 2. Permanent magnets 4 located in the outer part of the nozzle of the detonation engine 2 create an external a magnetic field that closes through the inside of the nozzle of the detonation engine 2. When the exhaust, conductive gas moves beyond the front m detonation wave in the nozzle of the engine 2, the external magnetic field is deformed due to the induced currents in the tangential gas, flux linkage to the coil 3 changes therefore in the coil 3 induced emf. When connecting the output ends 5 of the winding 3 to the load in a closed circuit, an electric current will flow. By load is meant a consumer of electrical energy. The electric energy from the output ends 5 to the consumer of electrical energy comes as follows: at the output ends 5, pulses of electrical energy come to the rectifier 6, after the rectifier 6, the electric energy has a constant (rectified) form, after which, through the inverter 7, electric energy it is converted into a variable type of the desired (specific) frequency, which is used by the consumer of electric energy. As a result, the energy of movement of the exhaust gases of the detonation engine is converted into electrical energy. The heat and electrical insulating strip 8 performs the function of thermal insulation and electrical insulation of the winding 3 and the permanent magnets 4 with the nozzle of the detonation engine 2. The permanent magnets 4 and the winding 3 are cooled by an incoming air flow from the holes 10, made in the housing 9.

Итак, заявляемое изобретение позволит расширить функциональные возможности, повысить надежность, энергоэффективность и упростить конструкцию системы электроснабжения летательного аппарата, благодаря отказу от механической составляющей, из-за отсутствия ротора генератора, преобразования энергии и заменой ее на гидродинамическую составляющую, магнитогидродинамического генератора.So, the claimed invention will expand the functionality, improve reliability, energy efficiency and simplify the design of the aircraft power supply system, due to the rejection of the mechanical component, due to the lack of a generator rotor, energy conversion and replacing it with a hydrodynamic component, magnetohydrodynamic generator.

Claims

Aircraft power supply system comprising a driving aircraft engine, a generator, the output ends of which are electrically connected to the rectifier device, the output ends of the rectifier device are connected to the inverter, and the inverter is connected directly to the consumer of electric energy, characterized in that the aircraft engine is made in the form of a detonation engine, on the nozzle of which a magnetic field source and a winding are installed, which is electrically connected to the rectifier device.