Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели
Огромный самолет стоял на земле уже три месяца. Люди выносили из него старые блоки, вырывали целые жгуты старой проводки и прокладывали новые, аккуратно увязывая их по всем стандартам, а на крыло вешали странные штуки, чем-то похожие на утюги. Непонятно было, взлетит ли бомбардировщик с ними вообще? Он и так отрывается от континента нехотя, полóго, словно брошенный вдоль воды «лягушкой» камень... Но вот его наконец выкатили на вольный воздух летно-испытательной станции, к «утюгам» на крыльях подвесили коробки да подперли концевики пластинами. Началась отработка получившего вторую жизнь ракетного комплекса.
В седьмом отсеке на разные голоса гудят блоки, крутятся катушки самописцев, следящих за каждым шагом комплекса… Взвыла уже в который раз АЭГУ, по индикатору побежали красные цифры, несколько секунд – и точки вместо цифр сложились в лаконичную надпись: «Задан выполнено». К016, пусть пока и виртуально, послал в полет четырнадцать ракет. Если бы у него были руки, он бы откинулся на спинку кресла и гордо сложил их за головой. Но за него это сделал довольный инженер, сидящий в кресле штурмана корабля, а стоящий рядом инженер эскадрильи крикнул в люк техникам:
– Ну все, снимайте пэ-пятые и пластинки, поехали предполетную, ставим вылет на пятнадцать!
И завертелся привычный ритуал. Техники мигом растащили стремянки, мотористы взялись открывать капоты двигателей и снимать заглушки, вооруженцы снимали контрольную аппаратуру с катапультных устройств, АОшники вместо заглушек поочередно ставили на приемники скорости шланг «шарманки» КПУ-3 и давали давление, проверяя приборы. Планеристы, осмотрев оперение и дав сделать свои дела вооруженцам, переходили на крыло. Из кабины раздалось:
– От закрылков!
– Есть от закрылков! – ответило эхо из-под крыла.
Хлопнули муфты – и с нарастающим тихим воем привода из крыла начали выползать плоские коробки закрылков. Двадцатипятилетний бомбардировщик готовился лечь ими на родной поволжский воздух: здесь он родился, здесь и летает!
На первых самолетах единственные электрические потребители – свечи зажигания – питались от магнето. Но вот на приборной доске появился электроуказатель поворота (ЭУП), он же «пионер», позже на крыле – закрылки, все это требовало электроприводов разной мощности. Для их питания пришлось установить генератор, порой даже без аккумулятора. Потом число приборов начало расти со страшной скоростью: появились радиостанции, электростартеры двигателей, вспомогательные электроприводы в системах самолета – топливной, кондиционирования и других. Даже в высотомерах (по сути, барометрах) стрелка стала приводиться не напрямую от анероида, а от электродвигателя, разгрузившего чувствительный анероид. Уже к 1950-м годам жгуты проводов на авиатехнике стали толщиной даже не в руку, а в ногу, и изрядная доля проводов в этих жгутах «иннервирует» именно электропривод.
Конечно же, поначалу инженеры-авиастроители обратились к привычным коллекторным электромашинам постоянного тока: они устойчивы к перепадам напряжения, могут питаться от аккумуляторов. К 1940-м годам в мире прочно установился стандарт бортового напряжения постоянного тока 27 вольт, но некоторые системы обязаны сохранять работоспособность при просадке чуть ли не вдвое, имеются даже специальные серии аппаратов (реле и др.), гарантированно работающих при 14 вольтах. Естественно, ток надо не только подать, но и преобразовать в механическую работу – тут и нужен двигатель, неразборчивый в напряжении питания, который все равно будет работать, пусть и с потерей оборотов. Асинхронные двигатели (АД), как рассказано в предыдущем номере (статья «Сила – в музыке транзисторов»), такой устойчивостью похвастаться не могут.
Однако и им нашлось широкое применение: когда счет моторам на борту пошел на сотни, стало ясно, что техобслуживание такой армии будет отнимать массу времени и средств, тут и настал час асинхронных двигателей. Первым делом они заняли место коллекторных там, где нужна работа в течение всего полета, а обслуживание ввиду плотной компоновки крайне затруднено – в приборах. Ротору гироскопа ЭУПа или авиагоризонта нужно вращаться со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту, износ щеток и коллектора двигателя постоянного тока при таких оборотах огромен. Гироскоп же с асинхронным двигателем зачастую не требует обслуживания в течение всего срока службы.
Пришлись ко двору АД и в топливных насосах. Насос с коллекторным двигателем (КД) выполняется либо сальниковым – в этом случае всегда есть проблема уплотнения и дренирования утечек, либо погружным – тут уже на арену выходят загрязнение топлива продуктами износа и опасность взрыва из-за искр при появлении в насосе паров топлива с воздухом. Погружной же асинхронный насос лишен всех этих недостатков. Правда, обороты КД, а с ними и производительность насоса, можно легко регулировать, с асинхронным куда сложнее. Но и в случае с ним есть несложные методы управления помимо применения частотного преобразователя либо фазного ротора, о них ниже.
Итак, как конкретно выглядят авиационные электродвигатели, где установлены и как управляются? И какие генераторы их питают?
Самое романтичное, что происходит на земле, – запуск двигателей. Кто не слышал о команде «От винта!», означающей, что надо покинуть опасную зону воздушного винта? Мощные газотурбинные двигатели (ГТД) почти всегда оснащены газотурбинным же либо воздушным турбостартером, но у двигателей мощностью до 2–3 мегаватт запуск, как правило, электрический. На поршневых двигателях встречается пневмозапуск, но чаще всего – привычный электрический. На легендарном Ан-2 для запуска 9-цилиндрового звездообразного двигателя АШ-62ИР стоит РИМ – редукторно-инерционный механизм. Электродвигатель не соединяется напрямую с коленчатым валом двигателя, как в автомобильном двигателе: на прямой проворот не хватит мощности аккумулятора. От электродвигателя раскручивается маховик, а уже от него при включении муфты сцепления раскручивается коленвал.