淺談飛機(jī)供電系統(tǒng)

【摘要】本文簡單介紹了飛機(jī)供電、電源系統(tǒng)的概念及基本組成，通過具體實(shí)例說明了各種電源供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后介紹了飛機(jī)供電系統(tǒng)的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】直流電源；交流電源

1.前言

在目前的民用飛機(jī)上運(yùn)行過程中所需要的能源分為以下幾種：首先是由航空發(fā)動機(jī)將航空煤油的能量轉(zhuǎn)化為動能的機(jī)械能源為最基本的能源，其次是由航空發(fā)動機(jī)驅(qū)動機(jī)上液壓泵、發(fā)電機(jī)等附件為飛機(jī)不同系統(tǒng)提供相關(guān)的電能和液壓能量。由于隨著科技的發(fā)展，機(jī)上用電設(shè)備大量增加，所以，對飛機(jī)得供電系統(tǒng)就有了更高的要求。。

2.飛機(jī)供電系統(tǒng)的概述

飛機(jī)得供電系統(tǒng)由電源系統(tǒng)和機(jī)上配電系統(tǒng)兩部分組成。飛機(jī)電源系統(tǒng)主要是由發(fā)電機(jī)、控制器、保護(hù)器、蓄電瓶等主要設(shè)備組成，主要作用是提供符合機(jī)上用電設(shè)備使用要求的不同品質(zhì)的電源能量；配電系統(tǒng)主要是由匯流條、電纜、斷路器等保護(hù)裝置組成，主要作用是將電源系統(tǒng)的電能保質(zhì)保量的傳送到各個用電設(shè)備單元，而且也能起到保護(hù)電源工作正常的作用。

由表1中可以看出，在此型飛機(jī)電源中，有交流電和直流電之分，都做為機(jī)上能源向用電設(shè)備提供能量，之所以能有兩種大的電源類型：直流電源、交流電源，主要是由于它們各有優(yōu)缺點(diǎn)之分，

2.1低壓直流供電系統(tǒng)

2.1.1低壓直流供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1）由于不受頻率的影響，可以和蓄電瓶及兩臺以上發(fā)電機(jī)直接實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電。

2）直流發(fā)電機(jī)安裝不用配套安裝恒裝，可減輕重量。

3）直流發(fā)電機(jī)也可當(dāng)做直流電動機(jī)使用，可以進(jìn)行發(fā)動機(jī)啟動，實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用。

4）該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，系統(tǒng)維護(hù)方便，成本低。

2.1.2低壓直流供電系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

1）電機(jī)換向火花加大，電刷磨損加劇。

由于直流電機(jī)在工作時，產(chǎn)生換向火花的同時會產(chǎn)生高頻高能電磁干擾信號，嚴(yán)重時會對機(jī)上無線電設(shè)備產(chǎn)生干擾，造成無線電設(shè)備工作不正常。

直流電機(jī)在工作時，由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在電機(jī)中設(shè)置有電刷裝置，但電機(jī)在工作一定時間后，由于電刷會被磨損而導(dǎo)致電機(jī)工作不正常，所以在維護(hù)直流電機(jī)時，定期要檢查電刷的實(shí)際長度以保證系統(tǒng)給偶工作正常。

2）發(fā)電機(jī)冷卻很難解決。

直流發(fā)電機(jī)工作時在電機(jī)內(nèi)部線圈上會產(chǎn)生大量熱量，若不及時對電機(jī)進(jìn)行冷卻會對電機(jī)及整個飛機(jī)帶來災(zāi)難性后果；在進(jìn)行直流電機(jī)冷卻方面，由于直流電機(jī)工作時有時會有電火花的產(chǎn)生，所以只能靠外界氣流來冷卻，例如Y7飛機(jī)上的直流啟動發(fā)電機(jī)就是靠引取外界氣流來使發(fā)電機(jī)冷卻，因此增大了飛機(jī)的飛行阻力。

3）電機(jī)重量功率比增加，供電系統(tǒng)重量大。

4）直流變交流設(shè)備重量大且能量損耗大。

由于隨著機(jī)載成品的多樣化，需要電源系統(tǒng)提供不同的電壓滿足設(shè)備工作需要，目前直流電壓要改變電壓只能靠變流機(jī)或靜止變流器來實(shí)現(xiàn)，這兩種設(shè)備自身工作時耗能較大，產(chǎn)生熱量較高。

2.2交流電源系統(tǒng)

交流電源系統(tǒng)供電方式又分為恒頻交流電源和變頻交流電源。

2.2.1恒頻交流電源。目前，恒頻交流電源系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)為：200/115V、三相、400Hz的恒頻交流電源。

恒速恒頻交流電源比低壓直流電源系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）高空性能好。交流發(fā)電機(jī)電源輸出時自身機(jī)構(gòu)中不存在換向問題，而且大部分交流發(fā)電機(jī)的降溫都使用油冷技術(shù)，這樣可以使該發(fā)電機(jī)對工作環(huán)境要求降低。

2）重量/功率比大、由于交流發(fā)電機(jī)中沒有電刷和滑環(huán)，大大減輕了發(fā)電機(jī)重量，同功率下的交流發(fā)電機(jī)比直流發(fā)電機(jī)重量輕很多。如我國國產(chǎn)民用飛機(jī)上所使用的交流發(fā)電機(jī)就是采用油冷方式對發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻，不用增加飛機(jī)飛行阻力來獲取外界冷空氣對發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻。

當(dāng)然，恒頻交流電源系統(tǒng)也存在一定的缺點(diǎn)：

1）維護(hù)性較差：由于交流發(fā)電機(jī)的輸出頻率受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，而飛機(jī)上發(fā)電機(jī)一般都是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，發(fā)動機(jī)在整個飛行階段工作轉(zhuǎn)速不是恒定的，所以，為了使發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不受發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)改變而變化，必須在發(fā)動機(jī)與交流發(fā)電機(jī)之間安裝恒速傳動裝置來實(shí)現(xiàn)這個功能；目前，恒速傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、故障高、維護(hù)性差；

2）不能當(dāng)起動機(jī)使用：由于交流發(fā)電機(jī)的調(diào)速性差，很難用來啟動發(fā)動機(jī)，所以往往安裝交流發(fā)電機(jī)的發(fā)動機(jī)上還必須配置一臺直流發(fā)電機(jī)或空氣起動機(jī)用來啟動發(fā)動機(jī)工作。

3）并聯(lián)供電難度大：由于交流電要實(shí)現(xiàn)并聯(lián)向系統(tǒng)供電，必須解決頻率一致和相位一致的問題，否則，會對機(jī)上電源系統(tǒng)帶來災(zāi)害或影響機(jī)載用電設(shè)備的正常工作。

2.2.2變頻交流電源。變頻交流電源，顧名思義，電源的頻率是變化的，一般這種電源系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)都是直接由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速受發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)不同而變化，在電源系統(tǒng)中，又通過各種電氣設(shè)備將變頻電源轉(zhuǎn)化為恒頻交流電源以滿足機(jī)上用電設(shè)備使用，常用的有以下兩種轉(zhuǎn)換方式：

1）“變頻交流-直流-恒頻交流”系統(tǒng)

這種轉(zhuǎn)換方式簡單的說就是將變頻交流電源通過變壓整流器變成直流電，接著將直流電再通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦蟮暮泐l交流電源。

2）“變頻交流-恒頻交流”系統(tǒng)

該系統(tǒng)工作原理為通過循環(huán)變頻器把變頻交流電變成恒頻交流電，再經(jīng)濾波后輸出。

變頻電源系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

變速恒頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、維護(hù)性好、壽命長有利于并聯(lián)工作。通過變頻器可以控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而還可以用于啟動發(fā)動機(jī)。變速恒頻系統(tǒng)存在問題：到目前為止，其重量功率比仍大于恒速恒頻系統(tǒng)。

2.3混合電源系統(tǒng)

在目前螺旋槳飛機(jī)上，大部分采用混合電源系統(tǒng)，機(jī)：飛機(jī)上的發(fā)動機(jī)不但驅(qū)動一臺直流發(fā)電機(jī)而且還驅(qū)動一臺交流發(fā)電機(jī)同時向機(jī)上電網(wǎng)供電。交流電源可以是變頻交流電源，也可以是恒頻交流電源。

3.供電系統(tǒng)發(fā)展方向

3.1大力發(fā)展變速恒頻交流電源和高壓直流電源

高壓直流供電系統(tǒng)，隨著科技水平的發(fā)展，高壓直流電源系統(tǒng)的應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。高壓直流電源系統(tǒng)的額定電壓為270V，采用270V電壓可以和200/115V、400Hz的恒頻交流電源兼容，因?yàn)?00/115V三項(xiàng)交流電經(jīng)橋式整流后的直流電壓就是270V，而且高壓直流電源還具可靠性高、重量輕、安全性好等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。

3.2采用固態(tài)配電系統(tǒng)

固態(tài)配電器系統(tǒng)是指將微處理機(jī)技術(shù)和集成電路技術(shù)運(yùn)用于配電系統(tǒng)，這個系統(tǒng)主要包括：固態(tài)電氣邏輯（SOSTEL）、通用多路傳輸系統(tǒng)。

3.3系統(tǒng)的綜合化

電氣綜合控制系統(tǒng)是由電氣系統(tǒng)處理機(jī)、若干智能終端、發(fā)電機(jī)控制器、多路傳輸數(shù)據(jù)總線、應(yīng)用軟件等部分組成。

目前我國產(chǎn)飛機(jī)中某些型號飛機(jī)的電源系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步的系統(tǒng)綜合化，它們的電源系統(tǒng)監(jiān)控是由中央計(jì)算機(jī)控制，可以對電源系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和故障隔離，并可以對電源系統(tǒng)一些簡單的故障以故障代碼的形式顯示出來，以便地勤和空勤人員對飛機(jī)進(jìn)行維護(hù)。

4.結(jié)束語

飛機(jī)供電系統(tǒng)是每一型號飛機(jī)上的至關(guān)重要的系統(tǒng)，它的工作方式及工作可靠性直接影響到飛機(jī)的飛行安全，而且它的設(shè)計(jì)合理是否合理也能直接體現(xiàn)出飛機(jī)的先進(jìn)型；所以，飛機(jī)的供電系統(tǒng)工作可靠可以說是整個機(jī)載特設(shè)系統(tǒng)設(shè)備工作的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]《MA60型飛機(jī)地勤培訓(xùn)教材》.西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

作者簡介

鳳永利（1980年4月），男，陜西寶雞人，中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司員工，工程師，主要從事民用飛機(jī)科研試飛地面技術(shù)保障工作。