ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕС ШАССИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании шасси летательных аппаратов, например, самолетов, различного назначения.
Известен электропривод колес шасси самолета, содержащий снабженный узлом управления асинхронный электродвигатель, через линейную механическую трансмиссию (редуктор, ременная или цепная передачи и др.) связанный с колесом шасси [1]. Электродвигатель может питаться от бортовой сети самолета или вспомогательной силовой установки, в том числе, и наземной (например, на топливных элементах).
Электропривод предназначен для автономного перемещения (рулежки) летательного аппарата по аэродрому без использования для этой цели тяги авиадвигателя или буксировки. При такой рулежке авиадвигатель работает на холостом ходу. Это позволяет экономить топливо, снизить эмиссию вредных выбросов (в том числе, и за счет отказа от буксировщиков), уменьшить уровень производимого шума, продлить ресурс авиадвигателя. Таким образом, обеспечивается экономичность и экологичность наземной эксплуатации самолета.
Недостатком данного электропривода являются его неудовлетворительные удельные показатели, обусловленные ограничениями, налагаемыми на выбор типа электродвигателя и связанные с этим ограничения диапазона регулирования скорости его вращения и, соответственно, ограниченные функциональные возможности. Скорости вращения колеса, а, следовательно, и жестко связанного с ним электродвигателя, при рулежке и взлете/посадке могут отличаться в десятки раз. При этом при рулежке электродвигатель крутит колесо, а при взлете/посадке наоборот - колесо вращает двигатель, который, вследствие обратимости электрических машин, может работать в генераторном режиме. На обмотках двигателя наводится электродвижущая сила (ЭДС), во много раз превышающая уровень нормального напряжения питания двигателя, что может привести к выходу из строя систему управления и электропитания привода. Кроме того, такая разница в скоростях вызывает проблемы с выбором подшипников двигателя и ограничивает их ресурс и снижает надежность.
По этим причинам имеют место объективные ограничения на выбор типа электродвигателя - он должен иметь пассивный индуктор, без принятия специальных мер не наводящий ЭДС на обмотках двигателя при его работе в генераторном режиме. К таким машинам относятся, например, вентильный индукторный или асинхронный двигатели, которые по своим удельным показателям, регулировочным и моментным характеристикам уступают, например, вентильным синхронным двигателям с возбуждением от постоянных магнитов, имеющих как раз активный индуктор, способный привести к проблемам, описанным выше.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является улучшение масса-габаритных показателей, расширение функциональных возможностей и повышение надежности электропривода путем механического отключения электродвигателя от колеса шасси при вращении последнего со скоростью, превышающей допустимый устройством двигателя уровень.
Технический результат достигается за счет того, что электропривод колес шасси летательного аппарата содержит снабженный узлом управления электродвигатель, ротор которого связан с колесом шасси которого через линейную механическую трансмиссию и обгонную муфту.
На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.
Устройство содержит электродвигатель 1, управляемый узлом управления 2. Вал электродвигателя 1 через линейную механическую трансмиссию 3 и обгонную муфту 4 связан с колесом шасси 5.
Устройство работает следующим образом. В режиме рулежки летательного аппарата электродвигатель 1 вращается со скоростью, определяемой узлом управления 2. Момент, развиваемый выходным валом электродвигателя (ведущий вал), через линейную механическую трансмиссию (кинематическую передачу) 3 (например, редуктор и/или цепная или ременная передачи и др.) и замкнутую обгонную муфту 4 передается на колесо шасси 5 (ведомый вал). Самолет движется по аэродрому. Электродвигатель 1 работает в двигательном режиме, а колесо 5 вращается со скоростью, определяемой скоростью вращения двигателя и коэффициентом передачи механической трансмиссии 3. Местоположение обгонной муфты 4 в кинематической цепи вал электродвигателя - колесо и ее вид и исполнение [2] определяются конкретной конструкцией шасси и параметрами и устройством входящих в электропривод элементов. Обгонная муфта может располагаться как непосредственно на электродвигателе или колесе, так и, например, на редукторе или на одной из его ступеней.
При разбеге и взлете самолета вращение колеса 5 шасси и, соответственно, скорость его вращения определяется уже не узлом управления 2 и электродвигателем 1, а движением самолета по аэродрому, обусловленным работой его маршевых двигателей. При достижении скорости вращения колеса 5 (ведомый вал) оборотов расцепления (размыкания) обгонной муфты 4 электродвигатель 1 и механическая трансмиссия 3 (или, в зависимости от местоположения обгонной муфты 4 в кинематической цепи, ее отдельные составляющие, являющиеся при этом ведущим валом) механически отсоединяются от колеса 5. Если перед началом разбега самолета электродвигатель 1 по команде узла управления 2 обесточивается и останавливается, то обгонная муфта 4 сразу при начале разбега размыкает кинематическую цепь электродвигатель - колесо. Аналогичная ситуация имеет место и при посадке самолета. После касания шасси земли колесо 5 начинает вращаться со скоростью, определяемой движением тормозящегося самолета по взлетно-посадочной полосе. При обесточенном электродвигателе 1 обгонная муфта 4 до полной остановки самолета держит кинематическую цепь электродвигатель - колесо в разомкнутом состоянии, и вращение колеса 5 не передается на вал электродвигателя. При последующей рулежке электродвигатель начинает штатную работу и перемещает самолет по аэродрому.
Наличие автономного электропривода дает возможность осуществлять предварительную раскрутку колес шасси при посадке самолета, что позволяет снизить износ пневматиков (шин) колес при касании их поверхности земли. В этом режиме посадка может осуществляться при работающем электроприводе, который при последующем пробеге отключается от вращающегося колеса обгонной муфтой, и скорость его вращения не превышает безопасного значения, определяемого узлом управления.
Наличие в кинематической цепи электропривода обгонной муфты предотвращает возможность вращения электродвигателя колесом шасси (вращение ведущего вала ведомым) и не допускает переход электродвигателя в генераторный режим. Это обстоятельство позволяет не устанавливать какие-либо ограничений на тип применяемого в электроприводе электродвигателя и использовать в нем, например, высокоэффективные вентильные синхронные электрические машины с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие хорошие регулировочные, моментные и масса-габаритные показатели. Кроме того, скорости вращения элементов механической трансмиссии не превышают максимальных оборотов режима рулежки, что способствует увеличению ресурса и повышению надежности как собственно трансмиссии, так и электропривода в целом.
Таким образом, использование данной полезной модели позволяет расширить функциональные возможности электропривода шасси, улучшить его масса-габаритные показатели, увеличить срок службы и повысить надежность.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. "Electric WheelTug System for Move Plane on the Ground" - Design News, 19.12.2007.
2. Анурьев В.И. "Справочник конструктора-машиностроителя" в 3 т./ под ред. И.Н.Жестковой - 8-е изд. - М. Машиностроение, 2001. - Т.2 - 912 с.