現(xiàn)代飛機(jī)配電技術(shù)簡介

張苗歡

【摘 要】飛機(jī)配電系統(tǒng)經(jīng)歷了從常規(guī)式配電、遙控式配電和自動配電的發(fā)展過程。本文基于目前最新和在研的飛機(jī)，介紹了固態(tài)功率配電器的特點(diǎn)及應(yīng)用情況，分析了未來飛機(jī)配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢就是采用分布式配電和負(fù)載自動管理技術(shù)，并詳細(xì)分析了其優(yōu)勢和特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】固態(tài)功率配電器；分布式配電；負(fù)載自動管理技術(shù)

【Abstract】Electrical Power Distribution system of civil aircraft goes through the development phases of conventional electrical power distribution， remote control electrical power distribution and automotive electrical power distribution. This paper introduces characteristic and application of Solid state power controller based on the latest and on-research aircraft. This paper concludes that the development direction of EPDS is distributed electrical power distribution and electrical load automatic management， and detailed analyze the advantage and characteristic of the two new technology.

【Key words】Solid state power controller； Distributed electrical power distribution； Electrical load automatic management

0 概述

配電系統(tǒng)是從電源匯流條到用電設(shè)備輸入端的部分，飛機(jī)的配電系統(tǒng)由電網(wǎng)、配電裝置和電網(wǎng)保護(hù)裝置組成，它的作用是將電源產(chǎn)生的電能傳輸和分配到飛機(jī)各用電設(shè)備上去。隨著飛機(jī)性能的不斷提高，機(jī)載用電設(shè)備越來越多，其任務(wù)越來越繁重，而機(jī)載用電設(shè)備對飛機(jī)安全飛行和成功執(zhí)行任務(wù)起著關(guān)鍵或重要的作用，因而就要求為其配電的供電系統(tǒng)容量不斷增大，系統(tǒng)的可靠性、安全性增高，使得配電系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，技術(shù)水平越來越高。為了適應(yīng)這些需要，到目前為止，飛機(jī)配電系統(tǒng)按控制方式通常分為三種，即常規(guī)式配電、遙控式配電[1]和自動配電三種。

1 配電系統(tǒng)的發(fā)展

常規(guī)配電系統(tǒng)在技術(shù)上己經(jīng)成熟，目前應(yīng)用非常廣泛，但其缺點(diǎn)是電網(wǎng)重量大，空勤人員負(fù)擔(dān)重[6]。遙控配電系統(tǒng)由于大部分電力線不需要敷設(shè)到駕駛艙，因而可大大減輕電網(wǎng)重量，但其缺點(diǎn)是離散控制線過多，自動化程度不高。而在自動化配電系統(tǒng)中，由于采用了分布式匯流條和負(fù)載自動管理技術(shù)，用電設(shè)備可以就近與配電匯流條相連，由計(jì)算機(jī)通過多路傳輸數(shù)據(jù)總線傳遞控制信號和狀態(tài)信息，經(jīng)固態(tài)功率控制器對負(fù)載進(jìn)行控制和保護(hù)，這種配電系統(tǒng)可以大大減輕導(dǎo)線重量，提高配電可靠性及自動化程度，減輕飛行人員負(fù)擔(dān)，因而是目前和下一代先進(jìn)飛機(jī)配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[1]。

2 現(xiàn)代飛機(jī)配電技術(shù)簡介

從國外的研究和實(shí)踐來看，飛機(jī)配電系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢就是采用分布式配電和負(fù)載自動管理技術(shù)。采用分布式配電技術(shù)，可以大大提高配電可靠性，增強(qiáng)安全性，減輕配電系統(tǒng)重量，提高功率使用和負(fù)載管理的效能；采用負(fù)載自動管理技術(shù)后，就可以根據(jù)飛機(jī)發(fā)電容量的大小、供電系統(tǒng)的完好程度以及飛機(jī)不同飛行階段自動地?cái)嚅_和接通用電設(shè)備，使系統(tǒng)具有重構(gòu)的能力，從而保證飛行和任務(wù)關(guān)鍵負(fù)載的可靠供電。

2.1 現(xiàn)代飛機(jī)配電器件

目前大部分飛機(jī)采用分布式自動配電系統(tǒng)，利用接觸器對負(fù)載進(jìn)行控制。LEACH公司的WL-X9YN型接觸器的額定電流達(dá)385A。斷路器（CB）是目前飛機(jī)115VAC和28VDC的配電網(wǎng)絡(luò)中使用最普遍的電線保護(hù)裝置。CB不能應(yīng)用于HVDC配電系統(tǒng)中，而且實(shí)現(xiàn)監(jiān)控比較困難。

國外還發(fā)展了電弧故障斷路器（AFCB），該裝置對電流進(jìn)行監(jiān)測，在保留普通CB功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對電弧故障的保護(hù)。

此外，遙控?cái)嗦菲鳎≧CCB）也被開發(fā)出來，該裝置將繼電器和CB的功能結(jié)合起來。用電子電路取代傳統(tǒng)CB中的雙金屬片，解決了傳統(tǒng)CB的老化問題，而且與繼電圖2 固態(tài)功率控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

SSPC具有接通負(fù)載功能，并可實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的過載、短路保護(hù)。此外，SSPC還可以像CB一樣實(shí)現(xiàn)I2t保護(hù)，與電磁元件和機(jī)電元件（如CB和RCCB）相比，響應(yīng)速度快，受震動的影響小。由于SSPC的體積小，通常成組進(jìn)行安裝。下圖是DDC的SSPC模塊。

固態(tài)功率控制器在最新和在研的飛機(jī)中得到了大量的應(yīng)用，在下表中對B787和C系列的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。

通過表1可知，固態(tài)功率控制器在最新的飛機(jī)中得到了大量的應(yīng)用，已經(jīng)成為了未來飛機(jī)的發(fā)展趨勢。

2.2 自動配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

采用分布式配電和負(fù)載自動管理的自功化配電系統(tǒng)，有著常規(guī)配電系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，是下一代先進(jìn)飛機(jī)配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它具有如下特征：

a）實(shí)現(xiàn)負(fù)載的自動管理

負(fù)載自動管理系統(tǒng)可對配電系統(tǒng)所要求的功率與電源系統(tǒng)所能供給的功率進(jìn)行合理地調(diào)度和分配，達(dá)到對電源設(shè)備最有效地利用；該系統(tǒng)可以有秩序地給分布式電力匯流條加載或卸載，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)負(fù)載的逐步建立，避免了大負(fù)載的突加和突卸所引起的電壓波動，從而保證了供電質(zhì)量：當(dāng)飛機(jī)在應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，可以按負(fù)載管理的優(yōu)先級卸載，保證向關(guān)鍵飛行負(fù)載供電，這樣就可以在有限功率的條件下提高飛機(jī)安全返航的概率。

b）提高供電系統(tǒng)的可靠性

先進(jìn)配電系統(tǒng)易于采用余度和容錯技術(shù)，可以使系統(tǒng)在單點(diǎn)和多點(diǎn)故障的情況下仍能向負(fù)載供電。同時(shí)，采用了自檢測（BIT）技術(shù)和專家診斷系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和預(yù)測故障。

c）節(jié)約空間、減輕供電系統(tǒng)重量

駕駛艙可除去中央配電系統(tǒng)，空間增大。采用的分布式匯流條、遠(yuǎn)程終端和負(fù)載管理中心均可離負(fù)載較近地放置，功率線的長度可以根據(jù)負(fù)載分布來裁減，從而減少了電線長度，減輕了重量。

圖4為常規(guī)配電架構(gòu)，圖5為自動配電架構(gòu)。由圖比較可知，采用自動配電，大大的節(jié)約了空間，減少了電纜長度，減輕了重量。

d）提高配電系統(tǒng)的維護(hù)

硬線電網(wǎng)維護(hù)上的最大困難在于確定故障點(diǎn)，往往需要很復(fù)雜的人工測試過程，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。而在先進(jìn)飛機(jī)配電系統(tǒng)中，當(dāng)飛機(jī)發(fā)生故障時(shí)，除了可對故障設(shè)備進(jìn)行余度轉(zhuǎn)換以保證系統(tǒng)正常工作外，還可由自檢裝置將故障信息存入故障顯示裝置的非易失性存儲器中，地勤人員可利用專門的地面檢測設(shè)備尋找出故障以至再現(xiàn)故障，很快判別出故障點(diǎn)，可以迅速更換故障設(shè)備，提高了配電系統(tǒng)的維護(hù)性。

e）提高配電系統(tǒng)的可操作性

采用了負(fù)載的自動管理技術(shù)，系統(tǒng)能夠根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前的飛行狀態(tài)、電源狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行合理配電，特別是在故障狀態(tài)下能夠自動選擇合適的匯流條，并根據(jù)負(fù)載等級自動加載和卸載，大大減輕了飛行員的操作任務(wù)；同時(shí)，配電系統(tǒng)可以向飛行員提供直觀詳盡的配電系統(tǒng)狀態(tài)信息和操作指令信息，從而提高了系統(tǒng)的可操作性。

f）提高配電系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

使用先進(jìn)配電系統(tǒng)按照標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化進(jìn)行設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，適應(yīng)性強(qiáng)，在飛機(jī)改型，擴(kuò)大功能和增加新設(shè)備時(shí)，一般只需對軟件作一定的修改即可完成系統(tǒng)的重構(gòu)，從而降低了研制費(fèi)用及改型費(fèi)用。

2.3 小結(jié)

自動配電技術(shù)在安全性、可靠性和可擴(kuò)展性方面，具有較大的優(yōu)勢，必然是未來飛機(jī)配電系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。但目前處于發(fā)展過程中，仍然存在一些問題影響著其全面應(yīng)用，例如SSPC的額定電流過小，SSPC的設(shè)備等級限制。

3 結(jié)論

自動配電技術(shù)是未來飛機(jī)配電的發(fā)展趨勢，通過自動配電技術(shù)，大大提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性、可擴(kuò)展性和可操作性，有利于飛機(jī)的負(fù)載管理，減少全機(jī)電纜，減輕了飛機(jī)的重量。但目前由于技術(shù)條件和設(shè)備等因素的限制，目前尚處于發(fā)展過程中，尚有大量的技術(shù)難題需要解決。

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[責(zé)任編輯：曹明明]