priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-10-867-877pribor-52Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВDESIGN AND PRODUCTION TECHNOLOGY OF INSTRUMENTSРазработка системы диагностики гибридной силовой установки легкого летательного аппаратаDevelopment of a Diagnostic System for a Hybrid Power Plant of a Light AircraftБорисовД. А.BorisovD. A.

Дмитрий Алексеевич Борисов — аспирант; кафедра технологии производства приборов и информационных систем управления летательных аппаратов

Москва

Dmitry A. Borisov — Post-Graduate Student; Department of Technologies for the Production of Instruments and Information Systems for Aircraft Control

Moscow

dimaavia98@mail.comЖуковА. А.ZhukovA. A.

Андрей Александрович Жуков — д-р техн. наук, профессор; кафедра технологии производства приборов и информационных систем управления летательных аппаратов; профессор

Москва

Andrey A. Zhukov — Dr. Sci., Professor; Department of Technologies for the Production of Instruments and Information Systems for Aircraft Control; Professor

Moscow

and_zhukov@mail.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)Moscow Aviation Institute2024251120246710867877Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/52

Предложен подход к построению системы диагностики гибридной силовой установки (ГСУ) легкого летательного аппарата. В качестве диагностируемого объекта рассматривается ГСУ параллельной схемы с использованием двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электрической силовой установки (ЭСУ). Определены необходимые отслеживаемые параметры работы, отражающие техническое состояние ГСУ. Показана значимость выбранных отслеживаемых параметров ДВС и ЭСУ. Рассмотрено влияние числа оборотов, давления воздуха и топлива, температуры воздуха, топлива, выхлопных газов и головок цилиндров на состояние ДВС, а также параметров ЭСУ — напряжения, тока, температуры аккумулятора и температуры электродвигателя. На основе указанных параметров проведен выбор датчиков с учетом условий их эксплуатации и конструкторских решений прототипа ГСУ. Разработана структурная схема аппаратной части на основе микроконтроллера и внешних аналого-цифровых преобразователей, используемых для оцифровки датчиков температуры. Представлена возможность записи параметров в „черный ящик“, а также передачи информации в бортовую шину данных во время эксплуатации легкого летательного аппарата.

An approach to constructing a diagnostic system for a light aircraft hybrid power plant (HPP) is proposed. A HPP assembled according to a parallel scheme using an internal combustion engine (ICE) and an electric power plant (EPP) is considered as the object being diagnosed. The necessary monitored operating parameters reflecting the technical condition of the HPP are determined. The significance of the selected monitored parameters of the ICE and EPP is shown. The influence of the speed, air and fuel pressure, air, fuel, exhaust gas and cylinder head temperature on the ICE condition, as well as the EPP parameters — voltage, current, battery temperature and electric motor temperature — is considered. Based on the specified parameters, the sensors are selected taking into account their operating conditions and design solutions for the HPP prototype. A structural diagram of the hardware is developed based on a microcontroller and external analog-to-digital converters used to digitize the temperature sensors. The possibility of recording parameters in a “black box” and transmitting information to the on-board data bus during operation of the light aircraft is presented.

система диагностикигибридный двигательаппаратная реализацияпараметры гибридного двигателядатчики диагностического комплексаdiagnostic systemhybrid enginehardware implementationhybrid engine parametersdiagnostic complex sensorsReferencesСычёв А. В., Балясный К. В., Борисов Д. А., Кузнецов К. В. Стенд для тестирования электрической винтомоторной группы // Двигатель. 2021. № 3(135). С. 12–13.Sychev A.V., Balyasnyi K.V., Borisov D.A., Kuznetsov K.V. Engine, 2021, no. 3(135), pp. 12–13. (in Russ.)Сычёв А. В., Балясный К. В., Борисов Д. А. Гибридная силовая установка с использованием электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания с общим приводом на воздушный винт // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29, № 4. С. 172–185. DOI:10.3479/vt-2022-4-172-185.Sychev A.V., Balyasnyi K.V., Borisov D.A. Aerospace MAI Journal, 2022, no. 4(29), pp. 172–185, DOI:10.3479/vt2022-4-172-185. (in Russ.)Варюхин А. Н., Захарченко В. С., Рахманкулов Д. Я., Сунцов П. С., Овдиенко М. А., Гелиев А. В., Киселев И. О., Власов А. В. Традиционные, гибридные и электрические силовые установки самолетов местных воздушных линий // Авиационные двигатели. 2022. № 14. С. 19–32. DOI:10.54349/26586061_2022_1_19.Varyukhin A.N., Zakharchenko V.S., Rakhmankulov D.Ya., Suntsov P.S., Ovdienko M.A., Geliev A.V., Kiselev I.O., Vlasov A.V. Aviation Engines, 2022, no. 14, pp. 19–32, DOI:10.54349/26586061_2022_1_19. (in Russ.)Температуру выхлопных газов — под контроль [Электронный ресурс]: <https://www.flyrotax.com/ru/dis/ aviagamma/p/temperaturu-vyhlopnyh-gazov-pod-kontrol> (дата обращения: 01.02.2024).https://www.flyrotax.com/ru/dis/aviagamma/p/temperaturu-vyhlopnyh-gazov-pod-kontrol. (in Russ.)Акунов Б. У., Касымбеков К. Дж. Влияние температуры воздуха во впускном коллекторе двигателя на длительность импульса открытия форсунки при эксплуатации автомобиля в различных условиях // Вестник СибАДИ. 2019. Т. 16, № 1(65). С. 32–39.Akunov B.U., Kasymbekov K.D. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2019, no. 1(16), pp. 32–39, https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-1-32-39. (in Russ.)Карнаухов И. В. Определение оптимальной температуры воздуха во впускном коллекторе двигателя // Вестник СибАДИ. 2014. Вып. 3(37). С. 7–12.Karnaukhov I.V. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2014, no. 3(37), pp. 7–12. (in Russ.)Охотников Б. Л. Эксплуатация двигателей внутреннего сгорания: учеб. пос. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. С. 42–46.Okhotnikov B.L. Ekspluatatsiya dvigateley vnutrennego sgoraniya (Operation of Internal Combustion Engines), Ekaterinburg, 2014, рр. 42–46. (in Russ.)Бабошин А. А., Косарев А. С., Малышев В. С. Оценка технического состояния двигателей внутреннего сгорания по давлению во впускном и впускном коллекторах // Вестник МГТУ. 2013. Т. 16, № 1. С. 23–32.Baboshin A.A., Kosarev A.S., Malyshev V.S. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2013, no. 1(16), pp. 23–32. (in Russ.)Как влияет давление в топливной системе на работу двигателя [Электронный ресурс]: <https://avtika.ru/kak- vliyaet-davlenie-v-toplivnoy-sisteme-na-rabotu-dvigatelya/> (дата обращения: 01.02.2024).https://avtika.ru/kak-vliyaet-davlenie-v-toplivnoy-sisteme-na-rabotu-dvigatelya/. (in Russ.)Кулова Т. Л., Скундин А. М. Влияние температур на характеристики литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 7. С. 402–407. DOI: 10.31857/S0424857021070082.Kulova T.L., Skundin A.M. Russian Journal of Electrochemistry, 2021, no. 7(57), pp. 700–705.What is PTC Thermistor: Working & Its Applications [Электронный ресурс]: <https://www.elprocus.com/ptc- thermistor/> (дата обращения: 01.02.2024).What is PTC Thermistor: Working & Its Applications, https://www.elprocus.com/ptc-thermistor/. (in Russ.)What is NTC Thermistor: Working & Its Applications [Электронный ресурс]: <https://www.elprocus.com/ntc- thermistor/> (дата обращения: 01.02.2024).What is NTC Thermistor: Working & Its Applications, https://www.elprocus.com/ntc-thermistor/. (in Russ.)Подловкин Е. А., Лебедев В. В. Некоторые особенности использования термопар для измерения температуры // Актуальные проблемы энергетики-2016. Минск, 2017. С. 470–474.https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/35084/Nekotorye_osobennosti_ispolzovaniya_termopar_dlya_izmereniya_ temperatury.pdf?sequence=1&isAllowed=y С. 470-474. (in Russ.)Сидорцев А., Опарина И. Выбор датчика температуры // Автоматизация и производство. 2023. № 1(53).https://aip.com.ru/article/vybor_datchika_temperatury. (in Russ.)Датчик положения коленвала: основа работы современного двигателя [Электронный ресурс]: <https://www. autoopt.ru/articles/products/39478569> (дата обращения: 01.02.2024).https://www.autoopt.ru/articles/products/39478569. (in Russ.)Product Document AS5047P [Электронный ресурс]: <https://ams.com/documents/20143/36005/AS5047P_ DS000324_3-00.pdf> (дата обращения: 01.02.2024).Product Document AS5047P, https://ams.com/documents/20143/36005/AS5047P_DS000324_3-00.pdf.ПД100 Преобразователь давления измерительный [Электронный ресурс]: <https://owen.ru/downloads/re_pd100. pdf> (дата обращения: 01.02.2024).https://owen.ru/downloads/re_pd100.pdf. (in Russ.)Current Transducer HTFS 200…800-P [Электронный ресурс]: <https://www.lem.com/sites/default/files/products_datasheets/htfs_200_800-p.pdf> (дата обращения: 01.02.2024).Current Transducer HTFS 200…800-P, https://www.lem.com/sites/default/files/products_datasheets/htfs_200_800-p. pdf.STM32F446RE [Электронный ресурс]: <https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f446re. html#documentation> (дата обращения: 01.02.2024).STM32F446RE, https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f446re.html#documentation.MAX31856 Precision Thermocouple to Digital Converter with Linearization [Электронный ресурс]: <https://cdn- learn.adafruit.com/assets/assets/000/035/948/original/MAX31856.pdf> (дата обращения: 01.02.2024).MAX31856 Precision Thermocouple to Digital Converter with Linearization, https://cdn-learn.adafruit.com/assets/ assets/000/035/948/original/MAX31856.pdf.MAX31865 RTD-to-Digital Converter [Электронный ресурс]: <https://www.farnell.com/datasheets/2345101.pdf> (дата обращения: 01.02.2024).MAX31865 RTD-to-Digital Converter, https://www.farnell.com/datasheets/2345101.pdf.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.