Оформление конструкторско-технической документации и Основные этапы проектировании электрооборудования
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
Н. Г. Уразбахтина
Проектирование электрооборудования летательных аппаратов
Уфа 2011
Оглавление
| Предисловие……………………..…………………………… | ||||
| Введение………………………………………………..……. | ||||
| 1. Оформление конструкторско-технической документации и основные этапы проектирования электрооборудования…….. | ||||
| 1.1. Межгосударственные стандарты ЕСКД, нормы и правила разработки технической документации……….... | ||||
| 1.2. Основные этапы проектирования электрооборудования………………………………………… | ||||
| 1.3. Правила оформления текстовых документов………...... | ||||
| 1.4. Оформление графической документации………...……. | ||||
| 1.5. Классификация электрических схем…………...………. | ||||
| 1.6. Технологическая документация (ТД)…………….…….. | ||||
| Контрольные вопросы…………………………………………….. | ||||
| 2. Обобщенные задачи проектирования электрооборудования летательных аппаратов…………………………………………… | ||||
| 2.1. Техническое задание на проектирование…….………. | ||||
| 2.2. Этапы проектирования………………………………… | ||||
| 2.3. Характеристика условий эксплуатации ЭЛА……….... | ||||
| 2.4. Методы защиты от внешних воздействий……….….... | ||||
| 2.5. Специальные требования к ЭЛА………...……………. | ||||
| 2.6. Организация процесса проектирования………………. | ||||
| 2.7. Номенклатура конструкторской документации ……... | ||||
| 2.8. Испытания опытного образца. Опытное производство | ||||
| 2.9. Запуск в производство и снятие изделия с производства......................................................................... | ||||
| Контрольные вопросы…………………………………………….. | ||||
| 3. Порядок проектирования электрооборудования самолетов… | ||||
| 3.1. Состав бортового оборудования летательного аппарата……………………………………………………... | ||||
| 3.2. Обобщенная методика проектирования ЭЛА……..…. | ||||
| 3.3. Проработка задания и требований заказчика……...…. | ||||
| 3.4. Дестабилизирующие факторы, влияющие на работу ЭЛА…………………………………………………………... | ||||
| 3.5. Специальные требования к ЛА…...……...……………. | ||||
| 3.6. Разработка эскизного проекта……………...…………. | ||||
| 3.7. Оборудование макета самолета……….…………….… | ||||
| 3.8. Рабочее проектирование……………………………….. | ||||
| 3.9. Лабораторные испытания электрооборудования…….. | ||||
| Контрольные вопросы……………………..……………………… | ||||
| 4. Проектирование электрических сетей самолета…………...…. | ||||
| 4.1. Основные параметры систем электроснабжения ЛА…. | ||||
| 4.2. Назначение и основные элементы электрических сетей….………………………………………………………. | ||||
| 4.3. Основные технические требования к электрическим сетям. | ||||
| 4.4. Методика расчета электрических сетей ЛА……..…….. | ||||
| 4.5. Общие положение расчета авиационных электросетей. | ||||
| 4.6. Теплоотдача в условиях самолета……..……………….. | ||||
| 4.7. Тепловой расчет электрических сетей…………..……... | ||||
| 4.8. Расчет на потерю напряжения разомкнутых электросетей..………………………………………………… | ||||
| 4.9. Расчет на потерю напряжения замкнутых электросетей…..……………………………………………… | ||||
| Контрольные вопросы……………………………………….……. | ||||
| 5. | Обеспечение надежности при проектировании электрооборудования………………………………………... | |||
| 5.1. Обеспечение надежности схем……………....…………. | ||||
| 5.2. Условия работы………………...……………………….. | ||||
| 5.3. Надежность производства…………………………..…... | ||||
| 5.4. Изготовление и сборка……………….………………….. | ||||
| 5.5. Надежность и резервирование……..………………….... | ||||
| 5.6. Надежность и анализ отказов в аварийных режимов…...…..……………………………………………… | ||||
| 5.7. Повышение надежности систем электропитания агрегатов, в состав которых входят ЭВМ.…………………. | ||||
| Контрольные вопросы……………………………………….….... | ||||
| Список литературы……………………………………………… | ||||
предисловие
Авиационная и ракетно-космическая техника является одним из основных символов прогресса современной цивилизации. Это наиболее капитало- и наукоемкий вид техники, характеризующий уровень развития не только машиностроительных отраслей, но и всей экономики страны.
Современный летательный аппарат представляет собой техническую систему высокой сложности, в которой особое место отводится бортовому оборудованию, позволяющему выполнять полетное задание независимо от погодных условий и времени суток. Бортовое оборудование совершенствовалось одновременно с развитием авиационной и ракетно-космической техники и в настоящее время является сложнейшим комплексом, во многом определяющим тактико-технические и эксплуатационные характеристики ЛА.
В настоящее время фактически все бортовое оборудование ЛА в той или иной степени является потребителем электроэнергии, при этом с развитием авиационно-космической техники повышается количество систем оборудования, потребляющих только электрическую энергию.
Наряду с этим неуклонно увеличивается общее энергопотребление, что делает установленную мощность электростанций некоторых самолетов соизмеримой с мощностью подстанций небольших городов. Все это означает, что электрооборудование стало важнейшей системой, отказ которой может привести к непоправимым последствиям.
Основные этапы развития авиационного электрооборудования выглядят следующим образом [1].
С 40-х годов прошлого века электроэнергия выбрана в качестве основного и единственного вида вспомогательной энергии (самолет Пе-2). Эксплуатация одного из самых массовых бомбардировщиков ВВС сняла все вопросы о надежности электрооборудования и целесообразности его применения.
В связи с появлением дальнего стратегического бомбардировщика Ту-4 проведена полная замена электрооборудо-вания. Установленная мощность систем электроснабжения (СЭС) возросла до 60 кВт.
50-е годы – появление нового поколения авиационной техники с двигателями на реактивной тяге. Для самолетов с газотурбинными двигателями была разработана и внедрена СЭС с использованием стартер-генераторов, в результате чего широкое применение получили смешанные СЭС постоянного (27 В) и переменного (200/115 В, 300–900 Гц) тока. Установленная мощность электросистем возросла до 144 кВт по постоянному и 120 кВА по переменному току (Ту-114).
60–70-е годы – практически завершен многолетний поиск лучшей конструктивной схемы для безщеточных машин переменного тока 208/120 В стабильной частоты 400 Гц, на крупных самолетах внедрена в качестве основной система электроснабжения переменного тока 200/115 В постоянной частоты 400 Гц. Интенсивное развитие полупроводниковой техники и успехи в области создания новых электротехнических и конструкционных материалов и технологий стали началом нового этапа развития авиационной электротехники. Наиболее значительными «базовыми» решениями, определившими смену поколений систем электрооборудования, стали:
• системы с непосредственным жидкостным охлаждением, в которых в качестве хладагента использовалось синтетическое масло или топливо;
• конструктивная интеграция генератора с приводом постоянной частоты вращения;
• применение новых материалов: для магнитопроводов генераторов – сталей с высоким содержанием кобальта; для обмоток – проводов с полиамидной изоляцией; для корпусных деталей – магниевых сплавов [14–17];
• широкое использование статических преобразователей, систем регулирования, защиты и управления на новой элементной базе, переход от раздельных блоков к унифицированным многофункциональным агрегатам.
80–90-е годы – ввод в эксплуатацию нового поколения самолетов гражданского (Ту-204, Ил-96-300) и военного (МиГ-29, Су-27) назначения, в оборудовании которых широко используются средства аналоговой и цифровой вычислительной техники, микроэлектроники, а также электрифицированные исполнительные агрегаты и мощная радиоэлектронная аппаратура.
Для тяжелого транспортного самолета Ан-124 создано новое электрооборудование для погрузочно-разгрузочных комплексов, обеспечивающих транспортировку бронетехники и крупногабаритных грузов.
На самолете Ан-70 внедрена новая для отечественной авиации СЭС с непосредственным приводом генераторов, в которой для получения электроэнергии переменного тока стабильной частоты используется статический преобразователь частоты. Ожидается, что подобная структура станет одной из базовых при формировании СЭС перспективных самолетов.
Для самолетов последнего поколения и их модификаций реализуется концепция «интеллектуального» борта, предусматривающего широкомасштабное использование цифровых систем с микроЭВМ и микропроцессорами, мультиплексных каналов информационного обмена на всех уровнях интеграции, электронной индикации поступающей информации, а также реконфигурации микропроцессорных вычислительных комплексов при отказах. [10, 11, 12]
Внедрение цифровой вычислительной техники влечет за собой кардинальные изменения принципов управления и функционирования СЭС, предусматривающих полную автоматизацию управления системой электроснабжения, создание безынерционных систем защиты, оптимизацию процессов регулирования параметров качества электроэнергии, обеспечение адаптации структуры СЭС к изменению условий работы и технического состояния, расширение возможностей контроля и диагностики оборудования СЭС.
Введение
Этапы проектирования состоят из отдельных проектных процедур, каждая из которых заканчивается частным проектным решением. При грамотном проектировании процесс начинается с синтеза алгоритма функционирования системы. В процессе синтеза мы имеем несколько совокупностей исходных данных, условий и ограничений. Процедура синтеза заключается в создании проектного решения по заданным требованиям, свойствам и ограничениям.
В процессе синтеза создается структура схемы. Что касается часто употребляемого термина «параметрический синтез», то это фикция: есть синтез структуры, есть оптимизация параметров – это процедуры принципиально различные. Одна (синтез) основана на построении структуры на базе исходных требований, другая (оптимизация) – на определении параметров элементов заданной схемы с использованием методов анализа.
Процедура анализа состоит в определении свойств заданного описания, например расчета частотных или переходных характеристик схем, определения реакции схемы на заданное воздействие и т.д. Анализ позволяет оценить степень соответствия проектного решения заданным требованиям.
Типичной проектной процедурой является оптимизация, которая приводит к оптимальному (по заранее определенному критерию) проектному решению.
Целью проектирования является создание аппаратуры, электрооборудования, которые не только будут обеспечивать заданное функционирование, но и будут оптимизированы по широкому спектру функциональных, конструкторско-технологических, экономических и эксплуатационных показателей.
В этом случае рассматриваются несколько вариантов решения поставленной задачи, подсказанных, как правило, предшествующим опытом, интуицией, а выбирается лучший из них. Такой подход называется эвристическим многовариантным анализом или дискретным выбором варианта построения системы.
Однако в связи с все возрастающей сложностью электрооборудования и с повышением требований к нему, необходимые расчеты оказываются все более трудоемкими, а количество вариантов, целесообразных для рассмотрения, катастрофически возрастает.
Часто на этапе проектирования трудно предвидеть некоторые требования, определяемые особенностями эксплуатации изделия. В результате этого создание нового электрооборудования затягивалось раньше на долгие годы. Представляемые к испытаниям опытные образцы часто оказывались не удовлетворяющими заданным требованиям, а доводка аппаратуры происходила в процессе испытаний, что делало такое проектирование дороже во много раз.
Такое противоречие и вызвало интенсивное развитие новой технологии проектирования электрооборудования, базирующейся на системном подходе и совершенствовании процессов проектирования с применением математических методов и средств вычислительной техники. Замена макетирования и натурного моделирования математическим моделированием с использованием эффективных методов многовариантного проектирования и оптимизации повысила качество управления проектированием.
В настоящее время тенденции к автоматизации всего процесса проектирования электрооборудования привели к появлению систем автоматического проектирования (САПР), решающих задачи функционального моделирования, моделирования работы отдельных схем и т.д. [16]. Эти САПР позволяют моделировать работу аппаратуры и обладают средствами анализа процессов, происходящих в модели. К числу таких САПР, например, относятся системы System View фирмы Elanix, MatLab – Simulink, LabView и другие [11–13].
Трансформация макетирования и натурного моделирования в математическое моделирование с возможностью представления объекта его экспериментальными характеристиками привело к появлению на рабочих местах проектировщиков специализированных САПР виртуальных инструментов. Эти САПР обладают средствами для создания виртуальных устройств различного назначения: осциллографов, анализаторов спектра, а также средствами обработки данных, полученных как в режиме реального времени от физического объекта, так и в виде файлов данных, LabView является именно такой САПР. Виртуальный инструмент можно использовать при анализе и верификации модели, созданной САПР функционального проектирования. Поэтому комбинирование САПР функционального моделирования и САПР виртуальных инструментов позволяет не только создать модель, но и детально исследовать ее поведение.
Оформление конструкторско-технической документации и Основные этапы проектировании электрооборудования