Warum sind die drehzahlvariablen Generatorantriebe der 737 so unzuverlässig?

Die 737 Classic verfügt über zwei verschiedene mögliche Arten von motorbetriebenen Generatoren , die sich durch den Antriebsmechanismus des Generators unterscheiden: den Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit (CSD) und den Antrieb mit konstanter Frequenz und variabler Geschwindigkeit (VSCF).

Die ursprünglichen VSCF-Laufwerke waren sehr unzuverlässig und fielen ungefähr dreimal so oft aus wie die Laufwerke mit konstanter Geschwindigkeit. Ein Modifikationsprogramm von Boeing und dem Generatorhersteller aus dem Jahr 2001 verbesserte dies etwas, aber die Generatorantriebe blieben für mit VSCF ausgestattete 737er, selbst solche mit modifizierten Antriebseinheiten, unzuverlässig genug, um strengeren Beschränkungen als andere 737er zu unterliegen (die CAA des Vereinigten Königreichs verlangt sie). innerhalb von 45 Minuten Flugzeit von einem geeigneten Flughafen zu bleiben, auch wenn nur einer der Generatoren VSCF-betrieben ist und der andere den zuverlässigen Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit hat; ich habe keine Informationen darüber, ob andere Regulierungsbehörden ähnliche Einschränkungen für haben VSCF-ausgerüstete 737er).

Warum sind die Konstantfrequenz-Generatorantriebe der 737 mit variabler Geschwindigkeit so viel weniger zuverlässig als die Konstantgeschwindigkeitsantriebe des gleichen Flugzeugs?

Keine Ahnung, wie es funktioniert, aber VSCF klingt schon von seinem Namen her wie eine mechanische Monstrosität. Was normalerweise passiert, ist, dass der Hersteller, in diesem Fall HS, dies und das versucht, die MTBF zu verbessern, ohne zu viel Geld auszugeben, wenn das Gerät in Wirklichkeit eine grundlegende Schwäche in seiner Architektur hat, deren Behebung Bajillionen kosten wird. Also verbringen sie Jahre damit, um das Problem herumzutanzen, bis etwas Neues kommt, um es zu ersetzen.
Mit Antrieb meinen Sie mechanische Teile des Systems? Ein System mit konstanter Geschwindigkeit ist viel komplizierter als ein System mit variabler Geschwindigkeit, daher würde ich sagen, dass dies wahrscheinlich ein Fall von minderwertiger Elektronik ist. Achtung: Ich bin kein Mechaniker oder Elektriker...

Antworten (1)

@ Jpe61 hat in seinem Kommentar Recht, dass es sich um ein Elektronikproblem handelt, da ein VSCF tatsächlich mechanisch einfacher ist.

VSCF wird auch auf dem MD-90 verwendet, mit geringer anfänglicher Zuverlässigkeit [1] – MDC ging zurück zu IDGs für den MD-95 (717). [1] Es wird auch auf der 777 (nur als Backup, ebenfalls mit geringer anfänglicher Zuverlässigkeit [2] ) und auf der F/A-18 verwendet. [3]

Kondensatoren

Der F/A-18 verwendet Zyklokonverter , während die zuvor erwähnten zivilen Anwendungen DC-Verbindungen verwenden (der Spannungsquellen-Wechselrichtertyp, der auf diesem Patent von Sundstrand , den Herstellern der 737-Einheit, basiert ). [3]

... bei Verwendung von Elektrolytkondensatoren bei einem Spannungszwischenkreis potenziell eine verkürzte Systemlebensdauer (Wikipedia: AC-to-AC-Konverter § Zwischenkreisumrichter ).

Mehr hier: Wikipedia: Elektrolytkondensator § Betriebseigenschaften

Ihr Link besagt, dass "die Ausfallrate alle 2.000 Stunden knapp über 1 lag". Die 2.000 Stunden stimmen mit den Lebensdauerdiagrammen im oben verlinkten Artikel überein (siehe unten). Dass dies der Schuldige ist, wird auch durch ein Papier über die Stromerzeugung von Flugzeugen unterstützt:

Die VSCF-Systeme erreichten, abgesehen von einigen bemerkenswerten Ausnahmen, die zuvor erwähnt wurden [unter Bezugnahme auf F/A-18 und F-117A], nicht den gleichen Grad an Verbreitung wie IDG-Systeme. Dies kann sicher auf die Rolle des PEC [Power Electronics Converter] (entweder AC/DC oder AC/AC) zurückgeführt werden, der die gesamte erzeugte Energie verarbeitet und einen Single Point of Failure darstellt. Daher muss der PEC für die volle Nennleistung und mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen ausgelegt werden. [4] [Hervorhebung hinzugefügt]

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hohe Belastung und Kühlung

Sobald Sie einen Generator verlieren, beispielsweise bei einer Last von 0,35, muss der andere den Durchhang ausgleichen und bei einer Last von 0,7 laufen. Die von der CAA auferlegte Einschränkung trotz der Redundanz sagt uns, dass sie der VSCF bei hohen Lasten nicht vertrauen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Quellen: airliners.net und ein MD-90-Papier [5]

Ein Merkmal des MD-90 sind die Lufthutzen zum Kühlen der VSCF-Komponenten (zwei drucklose Fächer); etwas, das die 737 nicht für ihren VSCF maßgeschneidert hat. Je mehr Elektronik verwendet wird, desto aufwändiger ist die Kühlung erforderlich (Sie können sie nicht einfach in Motoröl tauchen und Kraftstoff durch sie leiten, um die Wärme abzuleiten).

Wartungspraktiken

Es gibt ein offizielles Honeywell-Video über die Installation des VSCF des MD-90 mit Hinweisen auf unsachgemäße Wartungspraktiken, die einer Fluggesellschaft Kopfschmerzen bereiten würden, da das System mit unterschiedlichen Toleranzen und Montagetechniken zur Vermeidung von Vibrationsschäden sehr nischenhaft ist.

Zusammenfassung

Egal, ob es sich um eine 737 oder eine MD-90 handelt, die Probleme sind:

  1. Kühlung
  2. Kondensatoren
  3. Wartungspraktiken

Beachten Sie, dass die Technologie zumindest akademisch nicht veraltet ist: Ein Artikel aus dem Jahr 2017 schlägt einen „neuartigen DC-Link VSCF AC-DC-AC“ für den Embraer 190/195 vor, aus dem:

Mit den älteren VSCF-Systemen gab es in der Vergangenheit Probleme; Die geschaltete Leistungselektronik und die digitalen Steuerungen sind jedoch ausgereift und können unserer Meinung nach jetzt sicher integriert werden und vorhandene hydraulische Getriebe mit konstanter Drehzahl ersetzen, die CSCF-Wechselstromgeneratoren antreiben.

  1. Douglas Jetliners, Guy Norris und Mark Wagner, Seite 85
  2. Boeing bewältigt 777-Stromprobleme , 18. August 1999, flightglobal.com
  3. Regelung leistungselektronischer Stromrichter und Systeme, Band 2, Seite 341
  4. Madonna, Vincenzo, Paolo Giangrande und Michael Galea. "Elektrische Energieerzeugung in Flugzeugen: Rückblick, Herausforderungen und Chancen." IEEE Transactions on Transportation Electrification 4.3 (2018): 646-659.
  5. Kressly, Arthur E. und Anthony C. Parker. " Entwicklung des McDonnell Douglas MD-90 ."
Du hast vermutlich recht. Die Lebensdauer von Elektrolytkondensatoren sinkt tatsächlich mit Wärme und in einem VSCF wird die Abwärme direkt in der dafür anfälligen Elektronik erzeugt. Darüber hinaus sind die Probleme mitten im Flug am schlimmsten und nehmen zu, wenn die Last aufgrund eines alternativen Ausfalls zunimmt, sodass Sie eine reale Möglichkeit haben, mitten im Ozean Strom zu verlieren. Im Gegensatz dazu erzeugt IDG Abwärme in Systemen, die dafür unempfindlich sind, fällt wahrscheinlich aus, wenn sich die Motordrehzahl ändert, was einer sicheren Landung nahe kommt, und kümmert sich nicht besonders um die Last.
Warum sind die drehzahlvariablen Generatorantriebe der 737 so unzuverlässig?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v