Method of determining the power of a synchronous generator for powering the asynchronous starter of prospective transport aircraft

Authors

DOI:

https://doi.org/10.54858/dndia.2023-19-9

Keywords:

advanced technology, fully electrified aircraft concept, asynchronous electric starter, synchronous generator, rectifier, inverter

Abstract

Based on the presented genesis of the development of aircraft manufacturing technologies since the middle of the 20-th century, a categorization into four levels based on the degree of electrification has been determined: classical (“old”) aircraft manufacturing technologies, progressive aircraft manufacturing technologies, aircraft with fully electrified equipment (FEE), and fully electric aircraft (FEA). As a prospective aircraft, an aircraft with an modernized progressive manufacturing technology is considered, the improved of which foresees replacement of the pneumatic starter with the electric one.
As an electric starter, asynchronous and synchronous electric machines for starting capacities from 100 to 220 kW should be considered promising. The use of direct current electric machines is limited due to the presence of a collector-brush unit in the design, which limits the starting currents. The maximum power of their use is up to 70 kW. Synchronous electric machines have their limitations. They consist in the absence of a natural starting moment, which is associated with design features. This shortcoming does not allow obtaining a wide range of starting torque in relation to the nominal one and requires the use of special starting devices when forming the input electrical parameters, which must take into account the temperature of its active parts.
An asynchronous electric machine should be considered the most promising for an electric starter in terms of its energy parameters and design. It has the necessary starting characteristics in the absence of a collector-brush assembly. Currently, the availability of new magnetic materials and semiconductor elements makes it possible to create electric launch systems based on an asynchronous electric machine with a capacity of up to 1 MW for VTA aircraft.
The use of an asynchronous electric machine as an electric starter implies a reduction in the number of nodes of the starting system, which makes it possible to increase the reliability of the system as a whole. The development of power transistors and thyristors made it possible to expand the use of an asynchronous electric machine as a starter or starter-generator.
When using an asynchronous electric machine as a starting device for a gas turbine engine, it becomes necessary to calculate the power that a synchronous generator must have for its reliable power supply.
The goal of this article is to propose a methodology for calculating the required power of the primary power source for the electric starter when creating an electric start system for gas turbine engines of future transport aircraft. The order of selecting the primary source of electrical energy needed to supply the direct action electric starter for aircraft of this type is outlined. Recommendations for practical application of the developed methodology are provided, alongside an outline of the direction for necessary further research.

References

Заріцький І.В., Сторожук С.М., Діденко Ю.Л. Перспективи розвитку електричної системи запуску газотурбінних двигунів військово-транспортних літаків // Зб. наук. праць ДНДІА.– К.: ДНДІА, 2016. №12(19) – С. 213-217.

Гришин В.А. Генераторный агрегат встроенный в авиадвигатель самолета с полностью электрифицированным обородудованием // Електроніка та системи управління. Транспортні системи. 2012. № 2(32). – С. 94-100.

Сорокін Д.М., Заріцький І.В. Шляхи удосконалення електричної системи запуску авіаційних дсигунів при модернізації літаків військово-транспортної авіації // Зб. наук. праць ДНДІА. .– К.: ДНДІА, 2014. №10(17) – С. 131-136.

Заріцький І.В., Діденко Ю.Л. Перспективи створення вітчизнянного розвідувального літака на основі концепції повністю електрофікованного літака // Зб. наук. праць ДНДІА. – К.: ДНДІА, 2015. №11(18) – С. 217-220.

Брускин Д.Э. Зубакин С.И., Самолеты с полностью эктрофицированным оборудованием. Сер. Электрооборудование транспорта. – Т. 6 /– М.: ВИНИТИ, 1986. – 108 с.

Алюшин Г.Н., Ищенко И.М., Красношапка Д.М., Мартинюк В.С. Авиационные электрические генераторы. – К.: Киевское ВВАИУ, 1989. – 184 с.

Электродвигатели завоевывают авиацию / Вертолетная смесь – Запорожье: Мотор Сич, 2017. – 137 с.

Авиационное оборудование /Учебное пособие под ред. А.И. Шевченко – К.: КВВАИУ, 1986 – 503 с.

Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии. Под ред. доктора технических наук, професора А.И. Бертинова. – М.: Энергоиздат, 1982. – 552 с.

Вознюк М.М., Гончар Д.Г., Заріцький І.В. Особливості застосування синхронного генератора типу ГТ для електростартерного пуску сучасних авіаційних газотурбінних двигунів // Зб. наук. праць. – К.: ДНДІА, 2005. №1(8). – С. 58–61.

Іщенко І.М., Заріцький І.В., Гончар Д.Г., Бабкіна Т.В. Про деякі фактори, що впливають на експлуатаційні характеристики стартера // Зб. наук. праць. – К.: НЦ ПС ЗС України, 2004. – Вип. 7. – С. 120–125.

Электротехнический справочник. Издание четвертое, переработанное. Под общей редакцией профессоров Московского энергетического института П.Г. Грудинского., Г.Н. Петрова., М.М. Соколова., А.М. Федосеева, М.Г. Чиликина (главный редактор) и инж. И.В. Антика. Том 1, книга вторая. – М.: Энергия, 1971. – 880 с.

Вайнер А.М. Регулируемый синхронный электропривод. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 224 с.

Войтех В.А., Исаков В.Н. Частотно-регулируемые электроприводы малой мощности по системе источник тока – автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель. Техническая электродинамика. – К.: Институт электродинамики, 1995. – 80 с.

Сенько В.І., Трубіцин К.В., Чебеліс В.І. Інвертори і перетворювачи частоти. Монографія.– К.: НТУ КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 330 с.

Published

2024-03-08

Issue

Section

Development and modernization of aviation equipment and armaments