AIRBUS 320 AİLESİ UÇAĞININ ELEKTRİK SİSTEMİ HAKKINDA (CİLT:1)

AIRBUS 320 AİLESİ UÇAĞININ ELEKTRİK SİSTEMİ HAKKINDA AKADEMİK ÇALIŞMA

 

 

  1. GİRİŞ

 

Airbus firmasına ait 1980 yıllarında üretilmeye başlanılmış olan A-320 modeli uçağın günümüzde tüm dünyada kullanımı oldukça yaygındır. Yolcu uçakları arasında bu güne kadar 3000’den fazla üretilerek en büyük rakibi olan Boeing firmasının arkasından ikinci sırada  yer almaktadır.

Airbus A320 serisi tek koridorlu, alçak kanatlı, tek kuyruklu yapıya sahiptir. 5700 kg üstü uçak sınıfındadır. Kanadın direnci yüksek ve yüzeyi geniştir. Gövdeye yakın kısmına yerleştirilmiş 2 adet turbofan motora sahiptir. Uçuş güvertesinde elektronik uçuş bilgi sistemini ve kontrol yüzeylerini yönetmek için klasik yoke (U şeklindeki uçaklarda kullanılan dümene verilen ad) sistemi yerine savaş uçaklarında kullanılan sidestick sistemi kullanılmaktadır (Airbus uçaklarının hemen hemen tamamında bu sistem kullanılır). Sidestick ve bilgisayarlar tarafından kontrol edilen FLY BY WIRE sistemi Uçuş Dinamiği hesaplayarak (hız, yükseklik, hava durumu, dizayn ve uçağın manevraları) pilota en güvenli kontrolü sağlamaktadır. Bu sistem günümüzde pilotlar tarafından giderek vazgeçilmez bir unsur olmaya başlamıştır. A320 serisinde kullanılan motorlar Cfm 56 ve İae v2500 model turbofan jet motorlarıdır.

A320 modeli uçaklardan sadece THY filosunda 22 adet bulunmaktadır. 21 adet A-320-232 tipi uçağa sahiptir. Bilindiği gibi Airbus A-320 ailesi uçaklar tek bir tipten oluşmamaktadır. Gövde uzunluğu, yolcu kapasitesi, kullanılan motor ve yapısal bir takım farklılıklar haricinde A-320 ailesi uçakların tümünde oldukça benzer elektrik sistemi kullanılmaktadır. Kullanılan elektrik sistemi tüm A-320 serisi içinde hemen hemen aynıdır. Bu açıdan ele alınacak olursa, sadece, bayrak taşıcısı olan THY içinde 50 adede yakın A-320 serisine ait uçak bulunmaktadır.

A-320 serisi uçaklar, ilk FLY-BY-WIRE sistemini kullanan uçaklar olmuştur. Aynı zamanda diğer elektrik, elektronik konularında da yenilikler yapmıştır. Bunlardan bazıları şunlardır;

  1. İlk tamamı dijital FLY-BY-WIRE Kontrol sistemine sahip ilk sivil yolcu uçağı
  2. Tamamı LCD ekranlardan oluşan (Glass Kokpit) kokpit.
  3. Kompozit malzeme ile yapılmış ilk dar gövdeli yolcu uçağı.
  4. ECAM (Elektronik merkezi Uçak bilgi ekranı. İki adet LCD ekran üzerinden uçağın yakıt, uyarı, sistem hataları ve uçak hakkında pek çok bilgiyi verebilen uçuş bilgi bilgisayarı)
  5. Tüplü ekranlar yerine ilk LCD uçuş ekranlarının kullandığı kokpite sahiptir. Bu şekilde 50 kilo tasarruf edilmiştir.
  6. FLY-BY-WIRE sistemi için kullanılan bilgisayarlarda Intel firmasının Intel 8086 işlemcisini kullanmıştır.

 

Airbus firması tarafından üretilen A-320 serisi uçaklar, rakibi olan Boeing firması tarafından B-737 serisi olarak yakın özelliklerde üretilmiştir. Boeing firması da Airbus gibi dünyada sivil ulaştırma-taşıma alanında lider, söz sahibi bir firmadır. Ülkemizde de oldukça tercih edilmekte olan B-737 serisi uçakların elektrik sistem yapıları ele alındığında, A-320 serisi uçaklarla oldukça benzediği göze çarpmaktadır. Bu çalışmada Airbus A-320 serisi uçakların elektrik sistemi hakkında temel bilgiler verilmiş ve aynı zamanda da; B-737 serisi uçakların elektrik sistemi hakkında da belli bir bilgi düzeyine ulaşılması amaçlanmıştır.

 

 

 

2. ELEKTRİK SİSTEMİNİN GENEL TANITIMI

 

A-320 modeli çift motorlu uçakta, uçak motorları üzerinde bulunan birer motor jeneratörü, kuyruk konisine yakın bölgede yardımcı güç ünitesi, burun bölgesi yakınında kokpit alt kısmında batarya veya bataryalar ve acil durumda kullanılan RAT’ tan (RAM AIR TURBINE) oluşan elektrik güç kaynakları mevcuttur. Uçak yerdeyken, bakımdayken veya ilk çalıştırma anında, burna yakın bölgeden erişimi olan harici güç ünitesi ile de tüm elektrik sistemi beslenebilmektedir. Şekil 2.1’ de gösterilmektedir.

 

Şekil 2.1. Elektrik Sistemi Genel Şeması ve Kullanıcıları [1]

Elektrik enerjisi genel olarak elektrikli ısıtıcılar, aydınlatma, mekanik güç üretimi ve elektronik cihazlarda kullanılmaktadır.

A-320 ailesi uçakların ve piyasada benzeri olan B-737 modeli uçağının normalde elektrik güç kaynakları, motorların üzerinde bulunan motor jeneratörleridir. Her biri, 60-90 KVA’ lık güç üretmektedir.  Ürettikleri enerji; 115V 400Hz 3 faz özelliğine sahiptir. Elektrik gücü kullanan sistemler Şekil 2.2’ de gösterilmiştir.

 

Şekil 2.2. Elektrik Gücü Kullanıcıları [1]

Geniş gövdeli uçaklarda, elektrik enerjisinin kablolarla taşınacağı düşünülecek olursa, en az kayıpla enerji aktarımının alternatif akımla olabileceği ilk akla gelen cevap olur. Bunun yanında havacılık sektöründe, geniş gövdeli uçaklar için, hem ağırlıktan kazanç hem enerji aktarımı verimi, hem de maliyet açısından ekonomiklik parametreleri göze alındığında en optimum değerler 115 volt 400Hz 3 faz olmuştur. Frekansın yüksekliği, kullanılan makinelerin boyutunun küçülmesi, 3 faz oluşu, gücün yüksek oluşu ve gerektiğinde doğru akıma dönüştürüldüğünde en pürüzsüz doğru akımı elde etmemize bir adım daha yakın olmamızı sağlaması, 115 volt oluşu, iletimde kullanılacak kablo kesitinde olabilecek en uygun ölçüler kullanılmasına olanak tanıması açısından tercih edilmiştir.

Uçağın bir diğer güç kaynağı ise, yardımcı güç ünitesidir. Adından da anlaşılacağı üzere, asli olarak uçakta, normal güç kaynaklarımız devredeyken kullanılmasına gerek olmayan, yardım amaçlı, 115 volt, 400Hz ve 3 faz üreten enerji kaynağıdır. Yardımcı güç ünitesinin bir diğer özelliği de, elektrik güç kaynağı olarak kullanılabilmesinin yanında, basınçlı hava kaynağı olarak da işlev görmesidir. Her iki özelliği aynı anda aktif etmek mümkün değildir. Basınçlı hava yardımcı güç ünitesinden kullanıldığında, elektrik gücü üretebilmek için yeterince güç kalmamaktadır. Yardımcı güç ünitesinin üretebileceği elektrik gücü 100-115 KVA civarındadır. 

 

Harici güç bağlantısı ise, uçak yerdeyken, körükte yolcu alırken, bakımdayken sistemlerin çalışması için dış kaynaklardan elektrik gücünü alması için uçağın burnuna yakın sol yan tarafında bulunmaktadır. Harici güç üniteleri vasıtasıyla uçak, 115 volt 400hz 3 faz elektrik enerjisini sağlamaktadır. Harici güç ünitesinin sağlayabileceği güç miktarı 90 KVA civarındadır.

Acil durumda, tüm enerji kaynakları uçuş sırasında kaybedildiğinde, gövde altından otomatik olarak açılan ve sınırlı enerji üretimini sağlayıp, en yakın havaalanına inişi sağlamak için tasarlanmış olan RAT (RAM AIR TURBINE) bulunmaktadır. Boeing 737 modeli uçaklarda mevcut değildir; 1 KVA güç üretir.

Uçakta kullanılan bir diğer enerji kaynağı ise bataryalardır. Bataryalar doğru akım kaynaklarıdır. Otomobil aküsü gibi düşünülebilir. Havacılıkta, bataryalara, ilk çalıştırma anında motor ateşlemesinden çok daha fazla ve karmaşık görevler düşmektedir. Bataryalar, acil durumda, tam şarjlı durumunda yarım saate varan enerji gereksinimini sağlamak üzere geliştirilmiştir. Acil durumda sadece hayati alıcıları beslemektedir. 28 Volt DC kaynaklardır ve 1 KVA güç çekilebilmektedir.[3]

Uçak, yerdeyken, ilk çalıştırıldığında, batarya tarafından sürekli beslenen alıcılar ve uçak konum bilgisi hesaplayıcı komponent açılışı gerçekleşir. Pilot, isterse bataryayla yardımcı güç ünitesine ilk çalışma gücü sağlar. Yardımcı güç ünitesi çalışmaya başladığında, ilk olarak kabin iklimlendirmesi sağlanır, sonra yardımcı güç ünitesinin sağladığı basınçlı hava ile uçak motorlarına dişlilerle bağlanmış olan starter motorunun çalışması sağlanır. Motorun belli bir devri alması sonrasında, starter devre dışı kalır ve artık uçak motorları jeneratörler vasıtasıyla elektrik enerjisi sağlamaya elverişli olur. Bunun dışında, ikmal sırasında, harici güç ünitesiyle de uçak motoruna start verilebilir. Buradaki harici güçten kasıt, elektrik gücü değil, pnömatik güçtür. Çünkü uçak motorlarını harekete geçirip yüksek devirlere eriştirebilecek motor tipinin elektrik motoru olması durumunda, bu gücü sağlaması için boyutunun büyük ve ağırlığının fazla olması dezavantajı vardır. Bu sebeplerle pnömatik starter motoru tercih edilmiştir.

2.1. Elektrik Sisteminin Yerleşimi

 Elektrik sisteminin yerleşiminde, normalde güç kaynakları olarak tasarlanmış olan motor jeneratörleri elektrik sisteminin tümünü besleyebilecek şekilde tesisata dâhil edilmiştir.

Genel hatlarıyla elektrik sisteminin dağıtım üniteleri olan BUS’lar, besledikleri alıcıların önem sırası ve kullandıkları enerji türüne göre isimlendirilmişlerdir. Uçağın, normalde alternatif akım üreteçlerinden beslenen ve tüm şebekeye ana gücü dağıtan AC MAIN BUS; acil durumda dahi beslemeyi devam ettirmesi istenilen alıcıların bağlı olduğu BUS, ESSENTIAL BUS adını alır.

Elektrik enerjisi, 60-90 KVA güçlerinde motor jeneratörlerinde üretilir. Buradan fazı, akımı, voltaj ve frekans parametreleri, ilgili alıcılara zarar vermeyecek değerler içinde kalması için kontrol eden üniteden geçer. İletim hatları vasıtasıyla,  Ana AC BUS’a, buradan da ilgili alıcılara ve Öncelikli AC BUS’ a gönderilir. Aynı zamanda, üretilen alternatif akımın bir kısmı TR (TRANSFORMER RECTIFIER) tarafından doğru akıma çevrilir. Doğru akım kullanan, aydınlatma ve paneller gibi alıcılara güç sağlanır.

 

 

Şekil 2.5. Uçak Üzerinde Elektriki Güç Kaynakları [2]

Yardımcı güç ünitesi ve harici güç ünitesi, elektrik dağıtım sistemine, normalde güç kaynakları olan motor jeneratörleri ile paralel olarak devreye alınır ve onların beslediği sitemi beslemeye devam ederler. Sistemde çalışma bakımından motor jeneratörünün kaynak olarak kullanılmasıyla, yardımcı güç ünitesi veya harici güç ünitesinin bir farklılığı yoktur. Uçakta kullanılan güç kaynaklarının uçak üzerindeki yerleri Şekil 2.5’ te görülmektedir. [2]

2.2. Elektrik Sistem Yapısı

        Elektrik sistemi, alternatif akım ve doğru akım olmak üzere iki şekilde tasarlanmıştır. Alternatif akım kullanıcıları, doğru akım kullanıcılarına göre görece daha büyük güçlü teçhizatlardan oluşmaktadır. Doğru akım ise, LCD ekranlar, kokpit göstergeleri, panel aydınlatması ve acil durum kaynağı olarak kullanılır. Doğru akım kaynağı iki türlüdür. Bataryadan ve TRANSFORMER RECTIFIER denilen AC/DC dönüştürücülerden elde edilen doğru akım mevcuttur.

 

 

 

3.  ALTERNATİF AKIM (AC) ÜRETİMİ

Elektrik güç sistemlerinde alternatif akım kullanmanın önde gelen bazı avantajları vardır. AC gücün voltajı transformatörler vasıtasıyla değiştirilebilir. Bu gücün yüksek voltajda düşük akımla iletilmesini sağlar. Böylelikle gerekli olan kablo boyutları ve ağırlığı düşürülebilir. Alternatif akım üç fazlı bir sistemde üretilebilir. Böylece aynı değerde güç üretimi daha hafif motorlarla sağlanabilir. Alternatör ve motor gibi AC makinelerin komütatör kullanmasına gerek kalmaz. Bu andan itibaren servis ve bakım maliyetleri önemli ölçüde düşer. Üç fazlı elektrik sistemlerinin en büyük avantajı ilave cihazlar kullanmaksızın iki farklı voltaj seviyesine sahip olmasıdır. Ayrıca sistemden geçen nötr akımı küçüktür, çünkü üç fazın akımları toplamı sıfırdır.

Alternatör devresinin sabit bölümü stator adını alır. Hareketli döner kısmı ise rotor olarak adlandırılmaktadır. Stator aslında sabit bir armatürdür. Rotor ise sürekli dönen manyetik veya elektromanyetik alan oluşturan hareketli kısımdır. Rotor döndüğü zaman manyetik akı stator kutuplarını keserek stator sarmallarında bir voltaj indükler.

İndüklenmiş EMK, rotorun her yarım dönüşünde kutuplar tersine döner. Çünkü manyetik akı rotorun zıt kutupları gibi ters yöne dönerek stator kutuplarından geçer. İki kutuplu bir alternatördeki rotorun bir tam devri 1 çevrim alternatif akım üretir. Rotorun tamamlanmış bir tam dönüşü tam bir sinüs dalgası oluşturur.

Alternatif akımın saniyedeki devir sayısına frekans denilmektedir. İki kutuplu alternatör her devrinde bir çevrim yaptığında rotorun kutup çiftleri de bir tur dönmüş olur. Eğer alternatörün frekansını belirlemek istiyorsak kutup sayısını ikiye böleriz ve sonucu dakikadaki çevrim sayısı ile çarparız. Saniyedeki çevrim sayısını bulmak için dakikadaki çevrim sayısını altmışa böleriz. Eğer alternatörün frekansının belirlenmesi istenirse kutup sayısı ikiye bölünür ve sonuç dakikadaki çevrim sayısı ile çarpılır. Saniyedeki çevrim sayısını bulmak için dakikadaki çevrim sayısı altmışa bölünür. Eğer alternatör sürekli manyetik bir rotora sahip değilse elektromanyetik olarak uyarılmamalıdır. Rotoru uyarmak için doğru akım kullanılmalıdır. 4 kutuplu elektromanyetik rotora sahip bir alternatör Şekil 3.1’ de gösterilmiştir. Sürekli manyetik rotor tatmin edici değildir. Çünkü manyetik akı alanının dolanımı sürekli aynı değildir. Bu nedenle uçak uygulamalarında sürekli elektromanyetik alan kullanılır.  

Şekil 3.1. Alternatör Yapısı [2]

        Alternatörler voltaj, amper, faz, güç çıktısı ve güç faktörüne göre sınıflandırılır. Bir alternatörün faz sınıflandırması birbirinde ayrı üretilecek voltaj sayısına göre yapılır. Alternatörler genellikle, statordaki ayrılmış sarmal sayısına bağlı olarak tek fazlı veya üç fazlı olarak sınıflandırılabilir. Üç fazlı alternatörler ayrılmış üç sarmalla imal edilir böylece voltajları birbirinden 120 derece ile ayrılır.

Şekil 3.2. Üç Fazın Elde Edilişi ve Fazlar Arası Açı Farkı [1]

AC güç kaynakları 115 V 400 Hz güç üretir. Uçak üzerinde dört farklı AC güç kaynağı yerleştirilmiştir. İki farklı AC üretim metodu kullanılır. Burada harici güç dâhil edilmeden incelenmiştir. Üç fazlı bu sistemde yıldız bağlantı söz konusudur. Bobinlerin birer uçları ortak bağlanmış ve nötr olarak adlandırılmıştır ve toprağa bağlanır. Uçakta toprak uçağın iletken kısmıdır; yani gövdedir. Hat ile nötr arasındaki voltaj 115 V AC; hat ile hat arasındaki voltaj farkı ise bunun kök üç katıdır; yani yaklaşık 200 V AC değerindedir. Bununla ilgili Şekil 3.2 incelenebilir. Sabit hızlı AC jeneratör mekanik gücü elektrik gücüne çevirir. Jeneratörün 400 Hz sabit frekans üretebilmesi için sabit giriş hızına ihtiyacı vardır. Bunun için uçağın sabit hız motor jeneratörüne (CSM/G: CONSTANT SPEED MOTOR GENERATOR ) ihtiyacı vardır. Eski uçaklarda CSD (CONSTANT SPEED DRIVE) ayrı bir komponent olarak kullanılırdı. Ancak günümüz uçaklarında ve incelenmekte olana Airbus 320 tipi uçaklarda CSD jeneratör ile birleştirilip tek bir komponent olmuş ve IDG (INTEGRATED DRIVE GENERATOR) adını almıştır.

Airbus A320 modeli uçağında, AC üretimi, motor jeneratörlerinden, yardımcı güç ünitesinden, bataryalardan alınan doğru akımın STATIC INVERTER vasıtasıyla alternatif akıma çevrilmesinden elde edilmektedir. Bunların yanında, harici güç ünitesinden de AC güç elde edilmektedir. Acil durumlarda devreye giren acil durum jeneratörü RAT sınırlı da olsa, AC güç sağlayabilmektedir. [1,2]

3.1. Motor Jeneratörü

        Motor jeneratörleri uçuş süresince, normal güç kaynaklarıdır. Her iki motorda da bir adet mevcuttur. Motor çalıştığı sürece, motordan dişliler vasıtasıyla alınan dönü gücü, sabit hızlı sürücüyle (CSD) jeneratör çıkış hızının sabitlenip jeneratör çıkışından 400 Hz 3 faz 115 V elde edilir. 60-90 KVA civarında güç üretme kapasitesine sahiplerdir ve toplamda tüm kullanıcıların talebinden daha fazla güç üretmektedirler.

Jeneratör çıkış voltajı kesinlikle yükten bağımsız olarak 115 V sağlamak üzere ayarlanmalıdır. Manyetik alanın gücüne etki eden uyartım akımı (EXITER CURRENT) ile voltaj ayarlamak mümkündür. Uyartım akımı voltajın ayarlanmasıyla üretilir ve dönen bobinden geçerek akar. Uyartım sargısı ve akımı Şekil 3.3’ te gösterilmiştir.

 

Şekil 3.3. Uyartım Sargısı ve Akımı [1]

 

3.1.1. Fırçasız jeneratörler

Yüksek çıktılı fırçasız alternatörler, döner bir alan  (ROTATING FIELD) oluşturmak için gerekli uyarıcı akımı taşımak için kullanılan kaydırıcı halkalar ve fırçaların meydana getirdiği bazı problemleri ortadan kaldırmak amacıyla geliştirilmiştir. Günümüz AC jeneratörleri bu tür fırçasız alternatörlerdendir. Fırçasız jeneratörlerin avantajları şu şekilde açıklanabilir.

        1. Fırça veya kaydırıcı halka olmadığı için düşük bakım maliyeti vardır.

        2. Fırça ve kaydırıcı halkalardaki direnç ve iletkenlik değişimleri yok edildiği için yüksek karalılıkta ve dengede çıktı elde edilir.

        3. Fırçalarda meydana gelen arklar yok edildiğinden yüksek değerlerde çalışıldığında daha yüksek performans elde edilir. MTFB (MEAN TIME BETWEEN FAILURE: Arızalar Arasındaki Zaman Ortalaması) ve elektrik kıvılcımından dolayı uçakta klasik jeneratörler kullanılmaz.

        Fırçasız jeneratörler 3 ana parçadan oluşur. Bunlar uyartım jeneratörü (EXCITER GENERATOR), dönen doğrultucu (ROTATING RECTIFIER), ana jeneratör. Aşağıdaki şekil 3.4’ te dış görünüşü ve içyapısı gösterilmiştir.

Şekil 3.4. Fırçasız Jeneratörün Elektrik Şeması ve İç Yapısı [1]

        Fırçasız jeneratörler dönen daimi mıknatıs içermektedir. Jeneratör döndüğü zaman stator bobininde AC indüklenir ve bu voltaj GCU için güç kaynağı olarak kullanılır. Alternatörün uyarıcı jeneratörü üç fazlı bir alternatördür ve çıktısı doğrultmaç tarafından DC güce çevrilir. Doğrultmaçtan alınan DC akım ana alternatör alanındaki sarmalları besler. Voltaj düzenlemesi uyarıcı alan tarafından sağlanmaktadır Ana dönen alan (rotor) ve uyarıcı armatür aynı içi boş şaft üzerine monte edilmiştir. Uyarıcı alternatör çıktısı bir iletkenden geçerek milin içine ve üç fazlı doğrultmaca ulaşır. Doğrultmacın DC çıktısı mil dışına ana alternatör sarmallarına taşınır. Uyarıcı armatür, doğrultmaç ve ana rotor aynı milin üzerine yerleştirildiğinde kaydırıcı halka, fırça veya bir komütatöre gerek yoktur. Elektrik enerjisi sabit uyarıcı alan ve dönen uyarıcı alan arasındaki elektromanyetik indüksiyon ile rotora iletilir.

"Devamı Cilt 2'de"

Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !