民機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)

卿濤

摘 要：以某型水陸兩棲飛機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，對(duì)航空蓄電池在大型民用飛機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)飛機(jī)使用要求和適航要求等進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)功能，并得出系統(tǒng)構(gòu)架。通過(guò)負(fù)載統(tǒng)計(jì)和容量分析，確定電源系統(tǒng)中蓄電池的配置情況，并根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)電氣原理的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；應(yīng)急電源；蓄電池；電路

中圖分類號(hào)：V242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）06-0009-02

飛機(jī)電源系統(tǒng)的主要功能是產(chǎn)生或存儲(chǔ)機(jī)載用電設(shè)備所需的電能，以保證機(jī)上各用電設(shè)備工作時(shí)的電能供應(yīng)。在應(yīng)急狀態(tài)下，航空蓄電池常被用作能源存儲(chǔ)設(shè)備。隨著飛機(jī)機(jī)載用電設(shè)備類型和數(shù)量的不斷增加，各系統(tǒng)對(duì)電源系統(tǒng)的容量、供電質(zhì)量和可靠性要求也不斷提高。因此作為機(jī)上最后的電能來(lái)源，應(yīng)急供電系統(tǒng)已成為設(shè)計(jì)者、適航審查人員和用戶重點(diǎn)關(guān)注的部分。以某型水陸兩棲飛機(jī)的應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，對(duì)航空蓄電池在飛機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)需求介紹

某型水陸兩棲飛機(jī)用于森林滅火和水上救援，其應(yīng)急電源主要是在主電源故障的情況下，向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，或在地面時(shí)因?yàn)闊o(wú)地面電源的情況下為起動(dòng)APU供電。考慮到成本和使用重復(fù)性等因素，飛機(jī)的應(yīng)急電源均采用航空蓄電池。

根據(jù)飛機(jī)的使用環(huán)境、使用模式和適航規(guī)章要求，分析、總結(jié)出應(yīng)急電源的功能需求：①應(yīng)急電源能在飛機(jī)應(yīng)急狀態(tài)下向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，在地面無(wú)地面電源的情況下為起動(dòng)APU供電；②每塊蓄電池電路中都設(shè)有控制裝置，能實(shí)現(xiàn)蓄電池與其他系統(tǒng)的隔離；③蓄電池在各種狀態(tài)下的參數(shù)和告警信息，需在駕駛艙進(jìn)行顯示和告警；④蓄電池的安裝應(yīng)考慮排氣，防止有害氣體聚集；⑤蓄電池的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)確保電解液或其他有害物質(zhì)的溢出不損壞鄰近部件和結(jié)構(gòu)，并應(yīng)有防止蓄電池過(guò)熱的措施。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)功能需求分析，設(shè)置一個(gè)應(yīng)急蓄電池配電盒作為應(yīng)急電源系統(tǒng)的核心部件。其為蓄電池、地面電源和APU提供與機(jī)上電網(wǎng)對(duì)接的接口，接收駕駛艙控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)蓄電池的控制和正常/應(yīng)急供電的轉(zhuǎn)換。此外，通過(guò)傳感器將參數(shù)信息傳給電源參數(shù)采集器，由其轉(zhuǎn)換成ARINC429信號(hào)后傳給EICAS系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源參數(shù)在駕駛艙的顯示和告警功能，并提供二次配電系統(tǒng)的接口，將應(yīng)急電源分配到各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 蓄電池的種類

按電解質(zhì)的不同性質(zhì)，航空蓄電池可分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。酸性蓄電池有鉛酸蓄電池，而堿性蓄電池有銀鋅蓄電池和鎘鎳蓄電池?？紤]到某型水陸兩棲飛機(jī)的使用環(huán)境、蓄電池的安裝和維護(hù)要求，要選用能適應(yīng)大電流放電和自放電小、壽命長(zhǎng)、低溫特性好的20GNC28-（2）鎘鎳蓄電池作為應(yīng)急電源。

2.3 應(yīng)急電源的選擇

應(yīng)急電源必須要有保證飛行安全所需的關(guān)鍵負(fù)載供電的能力。某型水陸兩棲飛機(jī)以直流供電為主，應(yīng)急電源僅包含應(yīng)急蓄電池。根據(jù)咨詢通告AC25-7A，僅用蓄電池作為應(yīng)急電源的飛機(jī)，應(yīng)急電源必須能對(duì)飛行安全所必需的儀表顯示、系統(tǒng)、設(shè)備或在儀表氣象條件（IMC）飛行期間，對(duì)各部件至少進(jìn)行30 min的供電。因此，在應(yīng)急狀態(tài)下，由蓄電池組向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，關(guān)鍵負(fù)載所需的安裝時(shí)數(shù)按下式計(jì)算：

Q =∑It. （1）

式中：Q——所需總?cè)萘浚?/p>

I——設(shè)備用電量；

t——設(shè)備工作時(shí)間。

通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)關(guān)鍵負(fù)載的統(tǒng)計(jì)，確定30 min負(fù)載應(yīng)急用電需求為65 Ah。

在選擇應(yīng)急蓄電池時(shí)，應(yīng)該先滿足用電需求，但同時(shí)蓄電池容量不宜過(guò)大，以免帶來(lái)重量負(fù)擔(dān)。飛行狀態(tài)蓄電池選用浮充電的方式。計(jì)算蓄電池容量時(shí)，需考慮浮充電修正系數(shù)，此外，還應(yīng)考慮壽命修正系數(shù)。根據(jù)咨詢通告AC23-8B可知，浮充電修正系數(shù)取0.9，壽命修正系數(shù)取0.8，蓄電池修正容量計(jì)算公式為：

C修=0.8×0.9×C. （2）

式中：C修——蓄電池修正容量；

C——蓄電池額定容量。

根據(jù)公式（2）可以算出所需蓄電池額定容量為90.28 Ah，而應(yīng)急電源系統(tǒng)的容量裕度一般要求為10%以上。最終選擇4塊20GNC28-（2）（總?cè)萘繛?12 Ah）的鎘鎳蓄電池作為應(yīng)急電源。

2.4 蓄電池安裝

根據(jù)系統(tǒng)需求，在進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，需考慮蓄電池與其他系統(tǒng)的物理隔離、危險(xiǎn)氣體的排放和蓄電池的保溫等。通過(guò)設(shè)計(jì)用于安裝蓄電池的保溫箱，實(shí)現(xiàn)其物理隔離和保溫。保溫箱內(nèi)部設(shè)置有單向排氣管，用于連接蓄電池組的排氣孔，將危險(xiǎn)氣體排到機(jī)外。

2.5 電路設(shè)計(jì)

應(yīng)急蓄電池供電系統(tǒng)原理圖如圖1所示。駕駛員通過(guò)控制開關(guān)，將應(yīng)急蓄電池接入飛機(jī)電網(wǎng)。地面電源和APU通過(guò)正常/應(yīng)急轉(zhuǎn)換接觸器接入飛機(jī)正常匯流條。在沒有地面電源時(shí)，可采用蓄電池直接為APU起動(dòng)供電，而不經(jīng)過(guò)機(jī)上電網(wǎng)。在正常情況下，應(yīng)急蓄電池由正常匯流條進(jìn)行浮充電。在全部發(fā)電機(jī)出現(xiàn)退網(wǎng)的情況下，應(yīng)急接觸器將自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將應(yīng)急蓄電池接到應(yīng)急匯流條進(jìn)行應(yīng)急供電。此外，設(shè)置手動(dòng)模式在緊急情況下實(shí)現(xiàn)正常/應(yīng)急供電的手動(dòng)切換。

20GNC28-（2）鎘鎳蓄電池自帶超溫告警開關(guān)，當(dāng)蓄電池溫度超過(guò)（71±3）℃時(shí)，接通并輸出超溫信號(hào)。蓄電池電流信號(hào)通過(guò)電流傳感器采集，而電壓信號(hào)則直接采集蓄電池輸出端電壓，電流、電壓信號(hào)和超溫告警信號(hào)傳輸?shù)絽?shù)采集器，并最終發(fā)送到EICAS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蓄電池參數(shù)顯示和告警。EICAS系統(tǒng)同時(shí)接收發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息，通過(guò)發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息和蓄電池電流狀態(tài)來(lái)判斷蓄電池是否出現(xiàn)不正常放電現(xiàn)象。

3 結(jié)論

依據(jù)民用飛機(jī)適航條款并結(jié)合飛機(jī)使用要求，對(duì)飛機(jī)應(yīng)急電源供電系統(tǒng)進(jìn)行需求分析。通過(guò)負(fù)載計(jì)算得出蓄電池的容量需求，選取符合使用需求的蓄電池，最終設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)要求的應(yīng)急供電原理的方法，并對(duì)其進(jìn)行了研究。結(jié)合飛機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)需求，提出蓄電池在飛機(jī)上應(yīng)用時(shí)需要考慮的諸多問題，并提出了相應(yīng)的解決措施，以期為類似的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]周潔敏.飛機(jī)電氣系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2010：40-60.

〔編輯：白潔〕

摘 要：以某型水陸兩棲飛機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，對(duì)航空蓄電池在大型民用飛機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)飛機(jī)使用要求和適航要求等進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)功能，并得出系統(tǒng)構(gòu)架。通過(guò)負(fù)載統(tǒng)計(jì)和容量分析，確定電源系統(tǒng)中蓄電池的配置情況，并根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)電氣原理的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；應(yīng)急電源；蓄電池；電路

中圖分類號(hào)：V242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）06-0009-02

飛機(jī)電源系統(tǒng)的主要功能是產(chǎn)生或存儲(chǔ)機(jī)載用電設(shè)備所需的電能，以保證機(jī)上各用電設(shè)備工作時(shí)的電能供應(yīng)。在應(yīng)急狀態(tài)下，航空蓄電池常被用作能源存儲(chǔ)設(shè)備。隨著飛機(jī)機(jī)載用電設(shè)備類型和數(shù)量的不斷增加，各系統(tǒng)對(duì)電源系統(tǒng)的容量、供電質(zhì)量和可靠性要求也不斷提高。因此作為機(jī)上最后的電能來(lái)源，應(yīng)急供電系統(tǒng)已成為設(shè)計(jì)者、適航審查人員和用戶重點(diǎn)關(guān)注的部分。以某型水陸兩棲飛機(jī)的應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，對(duì)航空蓄電池在飛機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)需求介紹

某型水陸兩棲飛機(jī)用于森林滅火和水上救援，其應(yīng)急電源主要是在主電源故障的情況下，向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，或在地面時(shí)因?yàn)闊o(wú)地面電源的情況下為起動(dòng)APU供電?？紤]到成本和使用重復(fù)性等因素，飛機(jī)的應(yīng)急電源均采用航空蓄電池。

根據(jù)飛機(jī)的使用環(huán)境、使用模式和適航規(guī)章要求，分析、總結(jié)出應(yīng)急電源的功能需求：①應(yīng)急電源能在飛機(jī)應(yīng)急狀態(tài)下向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，在地面無(wú)地面電源的情況下為起動(dòng)APU供電；②每塊蓄電池電路中都設(shè)有控制裝置，能實(shí)現(xiàn)蓄電池與其他系統(tǒng)的隔離；③蓄電池在各種狀態(tài)下的參數(shù)和告警信息，需在駕駛艙進(jìn)行顯示和告警；④蓄電池的安裝應(yīng)考慮排氣，防止有害氣體聚集；⑤蓄電池的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)確保電解液或其他有害物質(zhì)的溢出不損壞鄰近部件和結(jié)構(gòu)，并應(yīng)有防止蓄電池過(guò)熱的措施。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)功能需求分析，設(shè)置一個(gè)應(yīng)急蓄電池配電盒作為應(yīng)急電源系統(tǒng)的核心部件。其為蓄電池、地面電源和APU提供與機(jī)上電網(wǎng)對(duì)接的接口，接收駕駛艙控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)蓄電池的控制和正常/應(yīng)急供電的轉(zhuǎn)換。此外，通過(guò)傳感器將參數(shù)信息傳給電源參數(shù)采集器，由其轉(zhuǎn)換成ARINC429信號(hào)后傳給EICAS系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源參數(shù)在駕駛艙的顯示和告警功能，并提供二次配電系統(tǒng)的接口，將應(yīng)急電源分配到各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 蓄電池的種類

按電解質(zhì)的不同性質(zhì)，航空蓄電池可分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。酸性蓄電池有鉛酸蓄電池，而堿性蓄電池有銀鋅蓄電池和鎘鎳蓄電池?？紤]到某型水陸兩棲飛機(jī)的使用環(huán)境、蓄電池的安裝和維護(hù)要求，要選用能適應(yīng)大電流放電和自放電小、壽命長(zhǎng)、低溫特性好的20GNC28-（2）鎘鎳蓄電池作為應(yīng)急電源。

2.3 應(yīng)急電源的選擇

應(yīng)急電源必須要有保證飛行安全所需的關(guān)鍵負(fù)載供電的能力。某型水陸兩棲飛機(jī)以直流供電為主，應(yīng)急電源僅包含應(yīng)急蓄電池。根據(jù)咨詢通告AC25-7A，僅用蓄電池作為應(yīng)急電源的飛機(jī)，應(yīng)急電源必須能對(duì)飛行安全所必需的儀表顯示、系統(tǒng)、設(shè)備或在儀表氣象條件（IMC）飛行期間，對(duì)各部件至少進(jìn)行30 min的供電。因此，在應(yīng)急狀態(tài)下，由蓄電池組向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，關(guān)鍵負(fù)載所需的安裝時(shí)數(shù)按下式計(jì)算：

Q =∑It. （1）

式中：Q——所需總?cè)萘浚?/p>

I——設(shè)備用電量；

t——設(shè)備工作時(shí)間。

通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)關(guān)鍵負(fù)載的統(tǒng)計(jì)，確定30 min負(fù)載應(yīng)急用電需求為65 Ah。

在選擇應(yīng)急蓄電池時(shí)，應(yīng)該先滿足用電需求，但同時(shí)蓄電池容量不宜過(guò)大，以免帶來(lái)重量負(fù)擔(dān)。飛行狀態(tài)蓄電池選用浮充電的方式。計(jì)算蓄電池容量時(shí)，需考慮浮充電修正系數(shù)，此外，還應(yīng)考慮壽命修正系數(shù)。根據(jù)咨詢通告AC23-8B可知，浮充電修正系數(shù)取0.9，壽命修正系數(shù)取0.8，蓄電池修正容量計(jì)算公式為：

C修=0.8×0.9×C. （2）

式中：C修——蓄電池修正容量；

C——蓄電池額定容量。

根據(jù)公式（2）可以算出所需蓄電池額定容量為90.28 Ah，而應(yīng)急電源系統(tǒng)的容量裕度一般要求為10%以上。最終選擇4塊20GNC28-（2）（總?cè)萘繛?12 Ah）的鎘鎳蓄電池作為應(yīng)急電源。

2.4 蓄電池安裝

根據(jù)系統(tǒng)需求，在進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，需考慮蓄電池與其他系統(tǒng)的物理隔離、危險(xiǎn)氣體的排放和蓄電池的保溫等。通過(guò)設(shè)計(jì)用于安裝蓄電池的保溫箱，實(shí)現(xiàn)其物理隔離和保溫。保溫箱內(nèi)部設(shè)置有單向排氣管，用于連接蓄電池組的排氣孔，將危險(xiǎn)氣體排到機(jī)外。

2.5 電路設(shè)計(jì)

應(yīng)急蓄電池供電系統(tǒng)原理圖如圖1所示。駕駛員通過(guò)控制開關(guān)，將應(yīng)急蓄電池接入飛機(jī)電網(wǎng)。地面電源和APU通過(guò)正常/應(yīng)急轉(zhuǎn)換接觸器接入飛機(jī)正常匯流條。在沒有地面電源時(shí)，可采用蓄電池直接為APU起動(dòng)供電，而不經(jīng)過(guò)機(jī)上電網(wǎng)。在正常情況下，應(yīng)急蓄電池由正常匯流條進(jìn)行浮充電。在全部發(fā)電機(jī)出現(xiàn)退網(wǎng)的情況下，應(yīng)急接觸器將自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將應(yīng)急蓄電池接到應(yīng)急匯流條進(jìn)行應(yīng)急供電。此外，設(shè)置手動(dòng)模式在緊急情況下實(shí)現(xiàn)正常/應(yīng)急供電的手動(dòng)切換。

20GNC28-（2）鎘鎳蓄電池自帶超溫告警開關(guān)，當(dāng)蓄電池溫度超過(guò)（71±3）℃時(shí)，接通并輸出超溫信號(hào)。蓄電池電流信號(hào)通過(guò)電流傳感器采集，而電壓信號(hào)則直接采集蓄電池輸出端電壓，電流、電壓信號(hào)和超溫告警信號(hào)傳輸?shù)絽?shù)采集器，并最終發(fā)送到EICAS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蓄電池參數(shù)顯示和告警。EICAS系統(tǒng)同時(shí)接收發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息，通過(guò)發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息和蓄電池電流狀態(tài)來(lái)判斷蓄電池是否出現(xiàn)不正常放電現(xiàn)象。

3 結(jié)論

依據(jù)民用飛機(jī)適航條款并結(jié)合飛機(jī)使用要求，對(duì)飛機(jī)應(yīng)急電源供電系統(tǒng)進(jìn)行需求分析。通過(guò)負(fù)載計(jì)算得出蓄電池的容量需求，選取符合使用需求的蓄電池，最終設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)要求的應(yīng)急供電原理的方法，并對(duì)其進(jìn)行了研究。結(jié)合飛機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)需求，提出蓄電池在飛機(jī)上應(yīng)用時(shí)需要考慮的諸多問題，并提出了相應(yīng)的解決措施，以期為類似的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]周潔敏.飛機(jī)電氣系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2010：40-60.

〔編輯：白潔〕

摘 要：以某型水陸兩棲飛機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，對(duì)航空蓄電池在大型民用飛機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)飛機(jī)使用要求和適航要求等進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)功能，并得出系統(tǒng)構(gòu)架。通過(guò)負(fù)載統(tǒng)計(jì)和容量分析，確定電源系統(tǒng)中蓄電池的配置情況，并根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)電氣原理的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；應(yīng)急電源；蓄電池；電路

中圖分類號(hào)：V242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）06-0009-02

飛機(jī)電源系統(tǒng)的主要功能是產(chǎn)生或存儲(chǔ)機(jī)載用電設(shè)備所需的電能，以保證機(jī)上各用電設(shè)備工作時(shí)的電能供應(yīng)。在應(yīng)急狀態(tài)下，航空蓄電池常被用作能源存儲(chǔ)設(shè)備。隨著飛機(jī)機(jī)載用電設(shè)備類型和數(shù)量的不斷增加，各系統(tǒng)對(duì)電源系統(tǒng)的容量、供電質(zhì)量和可靠性要求也不斷提高。因此作為機(jī)上最后的電能來(lái)源，應(yīng)急供電系統(tǒng)已成為設(shè)計(jì)者、適航審查人員和用戶重點(diǎn)關(guān)注的部分。以某型水陸兩棲飛機(jī)的應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，對(duì)航空蓄電池在飛機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)需求介紹

某型水陸兩棲飛機(jī)用于森林滅火和水上救援，其應(yīng)急電源主要是在主電源故障的情況下，向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，或在地面時(shí)因?yàn)闊o(wú)地面電源的情況下為起動(dòng)APU供電。考慮到成本和使用重復(fù)性等因素，飛機(jī)的應(yīng)急電源均采用航空蓄電池。

根據(jù)飛機(jī)的使用環(huán)境、使用模式和適航規(guī)章要求，分析、總結(jié)出應(yīng)急電源的功能需求：①應(yīng)急電源能在飛機(jī)應(yīng)急狀態(tài)下向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，在地面無(wú)地面電源的情況下為起動(dòng)APU供電；②每塊蓄電池電路中都設(shè)有控制裝置，能實(shí)現(xiàn)蓄電池與其他系統(tǒng)的隔離；③蓄電池在各種狀態(tài)下的參數(shù)和告警信息，需在駕駛艙進(jìn)行顯示和告警；④蓄電池的安裝應(yīng)考慮排氣，防止有害氣體聚集；⑤蓄電池的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)確保電解液或其他有害物質(zhì)的溢出不損壞鄰近部件和結(jié)構(gòu)，并應(yīng)有防止蓄電池過(guò)熱的措施。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)功能需求分析，設(shè)置一個(gè)應(yīng)急蓄電池配電盒作為應(yīng)急電源系統(tǒng)的核心部件。其為蓄電池、地面電源和APU提供與機(jī)上電網(wǎng)對(duì)接的接口，接收駕駛艙控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)蓄電池的控制和正常/應(yīng)急供電的轉(zhuǎn)換。此外，通過(guò)傳感器將參數(shù)信息傳給電源參數(shù)采集器，由其轉(zhuǎn)換成ARINC429信號(hào)后傳給EICAS系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源參數(shù)在駕駛艙的顯示和告警功能，并提供二次配電系統(tǒng)的接口，將應(yīng)急電源分配到各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 蓄電池的種類

按電解質(zhì)的不同性質(zhì)，航空蓄電池可分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。酸性蓄電池有鉛酸蓄電池，而堿性蓄電池有銀鋅蓄電池和鎘鎳蓄電池?？紤]到某型水陸兩棲飛機(jī)的使用環(huán)境、蓄電池的安裝和維護(hù)要求，要選用能適應(yīng)大電流放電和自放電小、壽命長(zhǎng)、低溫特性好的20GNC28-（2）鎘鎳蓄電池作為應(yīng)急電源。

2.3 應(yīng)急電源的選擇

應(yīng)急電源必須要有保證飛行安全所需的關(guān)鍵負(fù)載供電的能力。某型水陸兩棲飛機(jī)以直流供電為主，應(yīng)急電源僅包含應(yīng)急蓄電池。根據(jù)咨詢通告AC25-7A，僅用蓄電池作為應(yīng)急電源的飛機(jī)，應(yīng)急電源必須能對(duì)飛行安全所必需的儀表顯示、系統(tǒng)、設(shè)備或在儀表氣象條件（IMC）飛行期間，對(duì)各部件至少進(jìn)行30 min的供電。因此，在應(yīng)急狀態(tài)下，由蓄電池組向機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備供電，關(guān)鍵負(fù)載所需的安裝時(shí)數(shù)按下式計(jì)算：

Q =∑It. （1）

式中：Q——所需總?cè)萘浚?/p>

I——設(shè)備用電量；

t——設(shè)備工作時(shí)間。

通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)關(guān)鍵負(fù)載的統(tǒng)計(jì)，確定30 min負(fù)載應(yīng)急用電需求為65 Ah。

在選擇應(yīng)急蓄電池時(shí)，應(yīng)該先滿足用電需求，但同時(shí)蓄電池容量不宜過(guò)大，以免帶來(lái)重量負(fù)擔(dān)。飛行狀態(tài)蓄電池選用浮充電的方式。計(jì)算蓄電池容量時(shí)，需考慮浮充電修正系數(shù)，此外，還應(yīng)考慮壽命修正系數(shù)。根據(jù)咨詢通告AC23-8B可知，浮充電修正系數(shù)取0.9，壽命修正系數(shù)取0.8，蓄電池修正容量計(jì)算公式為：

C修=0.8×0.9×C. （2）

式中：C修——蓄電池修正容量；

C——蓄電池額定容量。

根據(jù)公式（2）可以算出所需蓄電池額定容量為90.28 Ah，而應(yīng)急電源系統(tǒng)的容量裕度一般要求為10%以上。最終選擇4塊20GNC28-（2）（總?cè)萘繛?12 Ah）的鎘鎳蓄電池作為應(yīng)急電源。

2.4 蓄電池安裝

根據(jù)系統(tǒng)需求，在進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，需考慮蓄電池與其他系統(tǒng)的物理隔離、危險(xiǎn)氣體的排放和蓄電池的保溫等。通過(guò)設(shè)計(jì)用于安裝蓄電池的保溫箱，實(shí)現(xiàn)其物理隔離和保溫。保溫箱內(nèi)部設(shè)置有單向排氣管，用于連接蓄電池組的排氣孔，將危險(xiǎn)氣體排到機(jī)外。

2.5 電路設(shè)計(jì)

應(yīng)急蓄電池供電系統(tǒng)原理圖如圖1所示。駕駛員通過(guò)控制開關(guān)，將應(yīng)急蓄電池接入飛機(jī)電網(wǎng)。地面電源和APU通過(guò)正常/應(yīng)急轉(zhuǎn)換接觸器接入飛機(jī)正常匯流條。在沒有地面電源時(shí)，可采用蓄電池直接為APU起動(dòng)供電，而不經(jīng)過(guò)機(jī)上電網(wǎng)。在正常情況下，應(yīng)急蓄電池由正常匯流條進(jìn)行浮充電。在全部發(fā)電機(jī)出現(xiàn)退網(wǎng)的情況下，應(yīng)急接觸器將自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將應(yīng)急蓄電池接到應(yīng)急匯流條進(jìn)行應(yīng)急供電。此外，設(shè)置手動(dòng)模式在緊急情況下實(shí)現(xiàn)正常/應(yīng)急供電的手動(dòng)切換。

20GNC28-（2）鎘鎳蓄電池自帶超溫告警開關(guān)，當(dāng)蓄電池溫度超過(guò)（71±3）℃時(shí)，接通并輸出超溫信號(hào)。蓄電池電流信號(hào)通過(guò)電流傳感器采集，而電壓信號(hào)則直接采集蓄電池輸出端電壓，電流、電壓信號(hào)和超溫告警信號(hào)傳輸?shù)絽?shù)采集器，并最終發(fā)送到EICAS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蓄電池參數(shù)顯示和告警。EICAS系統(tǒng)同時(shí)接收發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息，通過(guò)發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息和蓄電池電流狀態(tài)來(lái)判斷蓄電池是否出現(xiàn)不正常放電現(xiàn)象。

3 結(jié)論

依據(jù)民用飛機(jī)適航條款并結(jié)合飛機(jī)使用要求，對(duì)飛機(jī)應(yīng)急電源供電系統(tǒng)進(jìn)行需求分析。通過(guò)負(fù)載計(jì)算得出蓄電池的容量需求，選取符合使用需求的蓄電池，最終設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)要求的應(yīng)急供電原理的方法，并對(duì)其進(jìn)行了研究。結(jié)合飛機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)需求，提出蓄電池在飛機(jī)上應(yīng)用時(shí)需要考慮的諸多問題，并提出了相應(yīng)的解決措施，以期為類似的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]周潔敏.飛機(jī)電氣系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2010：40-60.

〔編輯：白潔〕