Matkustajakoneiden sähköjärjestelmä

[Guest JoukoA]

Sähkövoimaa kuin "pienessä" kylässä Kiitos Jarmo hyvästä briefauksesta!

Sama täältä! Lentokoneissa ollaan siis siirtymässä pois nestepaine/ilma -systeemeistä sähköisiin. Häiriöalttius vähenee

ja luotettavuus paranee. Vaurioiden rajaaminen helpompaa onnettomuustapauksessa .

Tulenaran nestevuodon yksi mahdollisuus jää pois. Vertaa Mk4 panssari. (Israel)

[Jarmo Kempas 0]

Koska tuo otsikko on yleinen eikä B787niin palataan alkujuurille.

 

Tarkastellaan E179/E190, DC9, MD80, MD90, B757, B767, A320, A330 tai vastaavaa konventionaalista kaksimoottorista lentokonetta.

 

Noiden kaikkien akkukapasiteetti on 2 tai 3 * noin 50Ah ja nimellisjännite on 24V.

 

Koneita käytetään suunnilleen näin:

 

1) Kone seisoo plattan reunassa ilman maasähköä

2) tullaan koneellekäynnistystä varten, kytketään DC verkostoon sähköt

3) kokeillaan palohälytysjärjestelmä

4) käynnistetään DC polttoainepumppu joka ruokkii APUa

5) aloitetaan APUn käynnistäminen

6) jos APU on koteloitu erillisten luukkujen taakse luukut avautuvat, DC startteri aloittaa pyörityksen, APUn apulaitevaihteisto alkaa pyöriä ja sen mukana mm. öljypumppu sekä korkeapaine PA pumppu

7) öljynpaineen nousu kytkee sytytyksen

8 ) pyöritystä jatketaan. Kierrokset nousevat. iman virtaus alkaa olla oikeaan suuntaan. Aloitetaan polttoaineen suihkutus. polttokammiossa aktiivisena oleva sytytys sytyttää seoksen. Startteri jatkaa liekkirintaman apuna. Kierrokset nousevat ja startteri irtoaa.

9) APU on saavuttanut normaaalin toimintanopeusalueensa ja pitää pyörintänopeuden vakiona kuormituksesta riippumatta.

10) AC-generaattorin säädin säätää magnetointivirran siten että nimellisjännite saavutetaan ja säilytetään. Se on valmis kytkeytymään koneen verkostoon

11) AC verkoston kytkentäkontaktoreilla APU syöttää molempia verkostolohkoja.

12) AC verkostosta TR yksiköiden kautta aloitetaan DC verkoston syöttö joka korvaa akut. Akkulaturi käynnistyy ja varaa puretun kapasiteetin takaisin akkuihin

 

13) moottorin käynnistys

14) käynnistetään AC polttoainepumput. pysäytetään DC pumppu

15) valitaan sytytys

16) aloitetaan APU paineilmavuodatuas

17) johdetaan paineilmaa käynnistimelle. Käynnistin aloittaa apulaitevaihteiston pyörityksen. Vaihteisto pyörittää öljypumppua, korkeapainepolttoainepumppua, hydraulipumppua ja CSD generaattori pakettia sekä pystyakselin välityksellä suihkumoottorin kaasugeneraattoriosaa (N2)

18) kun ilma virtaa riittävästi moottorin läpi N1 alkaa kiihtyä turbiininsa pyörittämänä

19) kun N2 pyörintänopeus on riittävä avataan polttoainehana, jonka yhteydessä oleva kytkin ohjaa ensin sytytysvirran tulpalle ja vasta sitten ohjaa polttoainesuihkutuksen päälle.

20) suljetaan käynnistin. Moottori stabiloituu tyhjäkäynnille. CSD aloittaa generaattorin pyörinnän säätelyn. Generaattorin säädin aloittaa magnetoinnin säätelyn. Generaattori on valmis kytkeytymään omaan verkkolohkoonsa

21) avataan vastaavan lohkon APU kontaktori, suljetaan päägeneraattorin kontaktori

22) nyt verkostoa syöttävät sekä APU että toinen päägeneraattori

23) toistetaan käynnistys toiselle moottorille

24) nyt APU on kokonaan irti sähköverkosta

25) aloitetaan ilmavuodatukset

26) valitaan sytytys pois päältä

27) valitaan APU off, APU pysähtyy parin minuutin aikaviiveen jälkeen jolloin suurimmat lämpökuormat ovat tasaantuneet. Suljetaan APU luukut

 

Nyt kone on normaalitilassa ja päägeneraattorit syöttävät sähköä kaikkiin verkkolohkoihin

 

Tästä teemasta on sitten konemerkkikohtaisia muunnohsia. Joissain koneissa ei voida käyttää maasähköä APU käynnistykseen, joissakin voidaan. Kontaktorien avautumiset ja sulkeutumiset saavat joissain koneissa aikaiseksi pieniä sähkökatkoja, joissain genikset voidaan tahdistaa. Esimerkiksi jos AC-järjestelmää syötetään maasähköllä niin APU genis tahdistuu siihin, kytkeytyy verkkoon ja vasta sitten maasähkö irroitetaan.

 

AC-verkostojännite on nousemassa 230V A350 koneessa.

 

Monien potkuriturbiinikoneiden varustuksessa ei ole APUa vaan B787 tyylisillä startterigeneraattoreilla käynnistetään kaasugeneraattori joko akkuvirralla tai maalaitteella avustaen.

 

jk

[Jukka Siirilä 80]

Hyvä selostus Jarmolta niinkuin yleensäkin. Kiitos siitä. Eli akut ovat koneessa lähinnä vain hätätilanteita varten ja apun käynnistystä.

 

6) jos APU on koteloitu erillisten luukkujen taakse luukut avautuvat, DC startteri aloittaa pyörityksen, APUn apulaitevaihteisto alkaa pyöriä ja sen mukana mm. öljypumppu sekä korkeapaine PA pumppu

 

Osaatko sanoa, paljonko virtaa DC startteri ottaa akuista? Tai minkä tehoinen se on?

Onko eroa talvella / kesällä? (vertaa auton käynnistäminen talvella / kesällä)

[Jussi Aaltonen 0]

Lentokoneissa ollaan siis siirtymässä pois nestepaine/ilma -systeemeistä sähköisiin. Häiriöalttius vähenee

ja luotettavuus paranee. Vaurioiden rajaaminen helpompaa onnettomuustapauksessa .

 

Näinhän ne all-electric- ja more-electric-aircraft miehet ovat medialle kertoilleet, mutta asia ei ole aivan niin yksinkertainen ja yksiselitteinen

 

Hydrauliikka ei ole jäämässä pois primäärisistä kontrolleista, se pysynee siellä hamaan maailman tappiin, mutta tehonsiirtoketjun rakenne on muuttumassa. Uuden sukupolven järjestelmä on ns. power-by-wire... eli teho viedään piuhalla hydrauliikkaputken sijasta. Käytännössä tämä tarkoittaa että keskushydraulijärjestelmien käyttämät toimilaitteet korvataan primäärikontrolleissa ns. electro-hydraulic actuator:lla ja osassa sekundäärikontrolleja suorilla sähkökäytöillä. EHA on pieni täysin itsenäinen hydraulijärjestelmä, joka sisältää kaikki osat aina tehonlähteestä ja säiliöstä varsinaiseen toimilaitteeseen. Periaatteena on että yksi EHA liikuttaa yhtä lennonohjainpintaa tai muuta toimintoa.

 

PBW-järjestelmien etu ei luotettauus tai käytettävyys. Ne eivät itseasiasa ole yhtään parempia siinä suhteessa, käytännön kokemukset tulevat näyttämään ovatko itseasiassa huonompia (komponenttien määrä kasvaa, MTBF on jokseenkin sama -> satunnaisen vian esiintymistodennäköisyys kasvaa). Syy siihen miksi näihin halutaan siirtyä löytyy tehonkäytön hallinnasta/optimoinntista ja järjestelmän rakennetekniikasta. Vaikka tehonsyöttökaapelit painavat yhtäpaljon elleivät jopa enemmän kuin titaaniputket niin kaapelia on kuitenkin huomattavan helppo sijoittaa koneen rakenteisiin putkeen verrattana. Tehonkäytön hallinnassa ja optimoinnissa PBW auttaa koska siinä käytettävät toimilaitteet kuluttavat tehoa vain liikkuessaan. Perinteinen keskushydrauliikka taas kuluttaa tehoa jatkuvasti jonkin verran, mikä suurimman osan lentoajasta siviilikoneilla on puhdasta häviötehoa huolimatta mahdollisista hydrauli- ja sähköjärjestelmän ristiinkytkennöistä. Tehonkäytön optimointi ei sinänsä ole tarpeen polttoaineenkulutuksen tms kannalta vaan jäähdytystarpeen minimoinnin vuoksi. Siviilikaluston PBW-järjestelmät eivät käytännössä tarvitse jäähdytystä. Sotilaslentokalustossa taas tilanne on jäähdytyksen suhteen täysin toisenlainen johtuen erilaisesta järjestelmän kuormitusjakaumasta.

 

Paloturvallisuuteen näillä ei juuri ole merkitystä. Siviilikalustossa käytössä olevat fosfaattiesteripohjaiset nesteet (Skydrol) eivät ruoki paloa vaikka riittävässä lämmössä kyllä palavatkin ja sotilaskalustossakin paloa ruokkivat MIL-PRF-5606 nesteet alkavat pian olemaan reliikkejä. Toisaalta hydraulinesteet eivät PBW:n myötä katoa mihinkään vaikkakin ehkä vähenevät ja hajaantuvat pienempiin osiin ympäri konetta. Turbiinit ja apulaitevaihteistot sisältävät kuitenkin edelleenkin samat määrät voitelunesteitä kuin aina ennenkin. Myös sekundäärikontrollien suorat sähkökäytöt sisältävät voitelunesteitä.

[Guest JoukoA]

Näinhän ne all-electric- ja more-electric-aircraft miehet ovat medialle kertoilleet, mutta asia ei ole aivan niin yksinkertainen ja yksiselitteinen

 

No siinä olet varmasti oikeassa !  Enkä ole mikään all-electric -mies.    Myös sähköiset kontrollerit ovat kovasti kehittymässä,

Kestomangnetoitu askelmoottori (lineaarisenakin) antaa palautteen ilman nestevirran viivettä, on lämpötilaimmuuni - MTBF;llä

on tietty eri painoarvo siviili/sotakoneissa. Tykin suuntausviiveessä nanosekunnin  lisä voi olla fataalia.

[Mika Hissa 8]

787:stä on puhuttu foorumilla tähän mennessä lähinnä komposiittirakenteisena koneena ja sähkön laaja käyttö järjestelmissä on jäänyt käytännössä huomiotta, joten katsotaan, kunhan asiasta saadaan lisätietoa. Se lienee jo nyt kuitenkin selvä, että koska moottoreissa ei pneumaattista käynnistystä ole, niin käynnistys tapahtuu pakostakin maasähköllä, normaalitapauksissa.

 

Kyllä ne aikovat saada myllyt ihan APU:n tuottamalla sähköllä käyntiin. 787:aan tulee Hamilton Sundstrandin kehittämä uudentyyppinen käynnistysjärjestelmä ja APU, joka pyorittää kahta reippaankokoista generaattoria. Systeemin on tarkoitus toimia läpi koko envelopen 43.000 jalkaan saakka.

[Jarmo Kempas 0]

...Tai minkä tehoinen se on?

 

APUn käynnistyksen vaatimasta energiamäärästä antaa jonkinlaisen kuvan se että ylivirtasuoja on suuruusluokaltaan 150 A eli samaa luokkaa kuin startteri auton moottorissa. APUn käynnistyminen on hieman hitaampi kuin autossa, mutta täyttä starttivirtaa se ottaa vain sen pienen hetken jonka akseliston alkukiihdytys vaatii. Tavalliset (vanhanaikaiset) APUt eivät käynnisty matkalentokorkeudella (vertaa 787 viesti). Niiden ahdin ei ole riittävän tehokas, jotta saataisiin palamiskelpoinen seos.

 

Akku on lennon aikana käytössä pelkästää poikkeusoloissa. Suunnittelun perusvaatimuksena on että lentoturvallisuuden kannalta välttämättömät järjestelmät toimivat vähintään 30 minuuttia ilman generaattorisyöttöä. Liikennekoneiden monigeneraattoriperustaisissa järjestelmissä tuo vaatimus tarkoittaa käytännössä että jokin generaattori pitää saada kytkettyä takaisin verkkoon tuona aikana tai koneella on tultava laskuun. Akun takana on tyypillisesti DC ja AC emergency kiskoon kytkettyjä laitteita. Niitä ovat esimerkiksi välttämättömät sekä lennon että moottoreiden valvontamittarit. FBW lentokoneissa tietty myös osa ohjainlaitteista.

 

Laitteiston karkea toiminta menee suunnilleen näin, olettaen että koneessa on kaksi päägeneraattoria, APU ja Ram Air Turbine (RAT).

 

Esimerkki 1)

Ehjä kaksimoottorinen lentokone, kaksi generaattoria syöttävät molemmat omia kiskojaan. Tapahtuu generaattorivaurio. Järjestelmäpuolikkaat kytketää yhteen, jos vika ei ole johtoverkostossa. Samalla pudotetaan pois sellaisia sähkökuormia, jotka eivät ole välttämättömiä. Käynnistetään emergency invertteri varmuudenvuoksi. Se on akkukäyttöinen laite. Invertteriä ei kuitenkaan kytketä verkkoon, koska edelleen yksi generaattori syöttää verkkoa. Nyt on mahdollista käynnistää APU, avata ristisyöttö ja kytkeä APU vaurioituneen generaattorin tilalle, jolloin koneessa on taas kaksi itsenäistä verkkoa.

 

Esimerkki 2)

Koneessa on jo generaattorivika, APU ei ole toimintakunnossa ja menetetään jäljellä oleva generaattori. Akkukäyttöinen invertteri oli käynnissä ja nyt se kytketään verkon siihin lohkoon missä on välttämättömät laitteet. Nyt alkaa varsinainen akun kuormitus. Samalla kuitenkin RAT avautuu ja kun se on kiihtynyt säätöalueelleen (noin 10 sekunttia) invertteri voidaan irroittaa mutta jättää valmiustilaan.

 

Suihkumoottorithan eivät tarvitse ulkoista sähköä käydäkseen. Hydromekaanisten säätimien käyttövoimana on apulaitevaihteisto ja tietokonesäätimet saavat käyttösähkön apulaitevaihteistossa olevasta erillisestä kestomagneettigeneraattorista (PMG) joka syöttää vain FADEC laitteistoa (mukaanlukien sähköinen tehovipu). PMG ja varsinainen pääsähköjärjestelmä ovat moottorin kannalta yhdenvertaisia tehonlähteitä. PMG on primäärilähde.

 

Moottorit eivät tarvitse myöskään välttämättä polttoainepumppuja. Hitailla tehonmuutoksilla ja pienillä kiihtyvyyksillä koitetaan taata että säätimen korkeapainepumppu kykenee imemään riittävästi polttoainetta tai sitä on saatavissa painovoimaisesti tai JET-pumppuperiaatteella.

 

RAT voi käyttää joko hydraulipumppua tai generaattoria. Jos se käyttää hydraulipumppua niin se takaa samalla ohjainten käyttövoiman saatavuuden vaikka moottoripumput eivä tuottaisikaan painetta. Samalla hydraulipaineella pyöritetään myös hydraulimoottoria, jotka ovat kytketty stadby generaattoriin, joka sähköistää sen kiskon jossa oli välttämättömimmät laitteet.

 

RAT - generaattoriyhdistelmä tietenkin tuottaa suoraan sähköä ja sähköisellä hydraulipumpulla taas saadaan aikaiseksi ohjainten vaatima hydraulipaine.

 

On olemassa myös koneita jotka ovat lennettävissä ilman hydrauliikkaa, esim. DC9 ja sen jälkeläiset. Sellaisen koneen varajärjestelmät ovat varsin yksinkertaisia.

 

jk

[Olli Aalto 1]

Pitkään hiljaan ollut tämä ketju, mutta kysytäänpäs silti: millaista mahtaa olla maasähkö (taajuus, jännite jne.)?

[Olli Jaarinen 0]

Moro,

 

liikennekoneiden maasähkö on kolmivaiheista 115V 400Hz vaihtovirtaa eli samaa mitä koneen omat generaattorit tuottavat.

 

blue skies,

-- Olli

[Olli Aalto 1]

Kuulostaapa pieneltä verrattuna rautatiekaluston omaan "maasähköön", joka on suurjännitteinen yksivaiheinen 1500 V 50 Hz vaihtovirta ja virtaakin voidaan ottaa siitä kaapelista 800A. Dieselveturit saa toki lämmölle myös normaalilla kolmivaiheisella 32 A voimavirralla. Akutkin ovat uudessa kalustossa lähes poikkeuksetta 110 voltin lyijy- tai alkaliakkuja, vaikka vähemmän potkuahan ne toki varmaan tarvitsisivat.

[Jarmo Kempas 0]

Mihin olettaisit lentokoneen tarvitsevan maassa sähköä?

 

Silloin kun kone seisoo platalla maasähkön kulutuskohteita ovat lähinnä valaistus, avioniikkalaitteet ja akkulaturi sekä mahdollisesti joku jäähdytyspuhallin. Noiden tehontarve ei ole kummallinen. Joissain koneissa saattaa olla vesisäiliöissä lämmitys talven voittamiseksi. Kuormauksen aikana rahdin siirto vie jonkin verran sähköä. Satunnaisesti saatetaan käyttää jotakin hydraulipumppua esimerkiksi rahtiluukkujen ajoon.

 

Kun suihkari herätetään henkiin, käynnistetään ensin APU. APU startteri pyörii DC-sähköllä. DC-sähkö tuottaa myös sytytyksen ja virrat polttoainepumpulle ja polttoainesäätimelle. DC saadaan joko akusta, DC maalaitteesta tai vaihtovirrasta tasasuuntaamalla (TR-yksiköllä eli muuntajatasasuuntaajalla).

 

Apun käynnistyttyä sen generaattori ottaa sähkön tuotannon harteilleen. APU generaattori tuottaa tehoa luokkaa 30kVA - 100kVA. APU tuottaa myös paineilmaa. APU paine-ilmalla voidaan paineistaa vaikkapa vesijärjestelmä kahvinkeittimiä varten. Sähköähän meillä olikin jo saatavissa.

 

Kun käynnistetään päämoottorit sähköä tarvitaan sytytystulpille ja polttoainesäätimelle, jos kone on niin moderni että siinä on sähköaivot (FADEC). Sähköllä voidaan käyttää myös polttoainepumppua joissain koneissa pumppu on DC-pumppu, joissain AC ja edelleen joissain pääpumppu voi olla ns. jettipumppu.

 

Kun moottori käynnistyy niin se tuottaa sähköä saman suuruusluokan verran kuin APU.

 

jk

[Tatu Koiranen 1 711]

Mihin olettaisit lentokoneen tarvitsevan maassa sähköä?

 

Silloin kun kone seisoo platalla maasähkön kulutuskohteita ovat lähinnä valaistus, avioniikkalaitteet ja akkulaturi sekä mahdollisesti joku jäähdytyspuhallin. Noiden tehontarve ei ole kummallinen. Joissain koneissa saattaa olla vesisäiliöissä lämmitys talven voittamiseksi. Kuormauksen aikana rahdin siirto vie jonkin verran sähköä. Satunnaisesti saatetaan käyttää jotakin hydraulipumppua esimerkiksi rahtiluukkujen ajoon.

 

Tärkeinhän on kuitenkin kyökin sähköistys...  =)

 

Eipä sekään ihmeitä tosin vie.

[Marko Einamo 0]

Hän sitten täsmensi, että kuitenkin oli pitänyt etukäteen sopia Vantaan kaupungin energialaitoksen kanssa, milloin hän ne sytyttää.

 

Kuulemma niitä valoja oli molemmin puolin ja keskellä Vantaan uutta kiitotietä 22R/04L 

 

Mietiskelin tässä, että koskakohan kenttävaloissa siirrytään nykyaikaiseen led tekniikkaan?  Säästyisi tuota energiaa ja olisi helpompaa kun jäisi nuo sähkövoimalaan soitot väliin.

[Juha Lampi 268]

Mietiskelin tässä, että koskakohan kenttävaloissa siirrytään nykyaikaiseen led tekniikkaan?  Säästyisi tuota energiaa ja olisi helpompaa kun jäisi nuo sähkövoimalaan soitot väliin.

 

Led-tekniikka voisi tarjota kiinnostavia mahdollisuuksia, kunhan se tuosta vielä vähän aikuistuu! Ongelmana ovat vielä mm. korkeat käyttölämpötilat. Mutta säädettävyys, hyötysuhde, polttolämpötila, hidas vanhenemisprofiili jne. lupailevat kyl