Инженеры Московского авиационного института разработали преобразователь постоянного напряжения для бортовых систем электроснабжения, ориентированный на применение в перспективных 270-вольтовых сетях. Решение направлено на снижение массы кабельных сетей и повышение топливной эффективности воздушных судов.
Рост числа бортовых систем в современных авиалайнерах напрямую влияет на массу кабельных сетей. Увеличение установленной мощности сопровождается ростом токов в традиционных DC- и AC-сетях пассажирских самолётов. Для передачи той же мощности при пониженном напряжении требуются кабели большего сечения и веса.
В гражданской авиации приняты стандарты электрического напряжения 28В постоянного тока и 115/200В переменного частотой 400 Гц. Эти параметры закреплены нормативной базой, в том числе стандартами MIL-STD-704 и отечественными ГОСТ для систем электроснабжения воздушных судов. Архитектура формировалась при существенно меньшей электрической нагрузке борта, но с совершенствованием и увеличением систем самолёта увеличилась длина кабельных сетей и их масса.
Концепция «более электрического самолёта» (MEA/AEA) предполагает перераспределение мощности в сторону электрических агрегатов и отказ от части пневматических и гидравлических систем. Переход на электросети с более высоким напряжением является одним из наиболее актуальных направлений в мировой гражданской авиации. Повышение напряжения в бортовых сетях снижает ток, что позволяет использовать провода с меньшим сечением и, соответственно, меньшим весом. Эта закономерность лежит в основе применения 270-вольтовых DC-сетей и оптимизации кабельной инфраструктуры.
Стандарт 270В постоянного тока применяется в военной авиации с середины 1970-х годов, в частности он реализован на F-35 и F-22. В советских/российских гражданских и боевых самолётах сохраняется архитектура 27-28В DC и 115/200В AC 400 Гц, переход к магистральным сетям 270В постоянного тока рассматривается как перспективное направление. В зарубежном гражданском сегменте элементы высоковольтной архитектуры интегрированы, например, в состав силовой электроники Boeing 787, где применяются HVDC участки совместно с магистральными AC-шинами 230/115В.
Кабельные сети на 270В DC требуют использования высокоэффективных преобразователей для питания стандартных потребителей на 28В и других уровнях напряжения. К таким устройствам предъявляются требования электромагнитной совместимости, устойчивости к кратковременным провалам и перенапряжениям, а также по массо-габаритным параметрам. Активные разработки высокоэффективных преобразователей для таких систем ведутся по всему миру, в том числе в США и России.
В Московском авиационном институте (МАИ) разработан и представлен опытный образец преобразователя мощностью 30 кВт для работы в сети 270В DC. Устройство использует топологию с частотой коммутации 60 кГц и фазовую широтно-импульсную модуляцию. Заявленный коэффициент полезного действия превышает 95%. Реализованы алгоритмы защиты от короткого замыкания и сбоев коммутации, обеспечивающие восстановление режима без отключения нагрузки.
«В основе работы устройства лежит технология фазовой широтно-импульсной модуляции. Мы используем четыре высокоскоростных электронных выключателя, которые с частотой 60 тысяч раз в секунду подают и отключают высокое напряжение на трансформатор. Управляя сдвигом по фазе между импульсами, мы точно регулируем количество передаваемой энергии», – цитирует пресс-служба МАИ автора проекта Илью Лукошина.
Разработка преобразователя стала темой диссертации «Полумостовой преобразователь постоянного повышенного напряжения с фазовым регулированием» аспиранта кафедры «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Ильи Лукошина на соискание учёной степени кандидата технических наук. Защита в МАИ состоялась 25 декабря 2025 года.
В МАИ рассказали, что лабораторные испытания подтвердили работоспособность схемы и соответствие расчётным параметрам. Ведётся доводка опытного образца с целью оценки тепловых режимов и устойчивости к электромагнитным помехам. Для применения на серийных воздушных судах потребуется проведение полного цикла сертификационных испытаний по требованиям к бортовым системам электроснабжения.
За рубежом, в 2025 году, компания True Blue Power представила блок TC6500 с преобразованием DС-DC 270В → 28В при массе 4,7 кг, ориентированный на бизнес-авиацию и региональные самолёты. Разработки в этой области ведут также NASA и европейские компании в рамках программ электроснабжения бортовых систем.
В перспективе ближайшего десятилетия мировую гражданскую авиацию ожидает расширение применения 270-вольтовых сетей в новых пассажирских самолётах и перспективных платформах городской авиационной мобильности. Главным остаётся создание надёжных и сертифицируемых преобразователей с прогнозируемым ресурсом и стабильными параметрами при длительной эксплуатации.
Справка:
HVDC (High Voltage Direct Current) в авиации – высоковольтная передача электроэнергии, обычно 270В или 540В, применяемая в концепциях MEA (More Electric Aircraft) и AEA (All Electric Aircraft) для оптимизации бортовых сетей. Требует DC-DC преобразователей 270В → 28В.
Артём Кириллов
для сайта «Авиация России»
Другие статьи по теме
(9 оценок, среднее: 4,78 из 5)
Загрузка...