飛機常規(guī)配電裝置電壓降要求及其控制方法研究

張 杰，杜含杰

(天津航空機電有限公司 天津300308)

飛機常規(guī)配電裝置電壓降要求及其控制方法研究

張 杰，杜含杰

(天津航空機電有限公司 天津300308)

常規(guī)配電裝置是飛機供配電系統(tǒng)的重要組成部分，肩負著飛機電能的匯集、分配、保護、轉(zhuǎn)換、狀態(tài)監(jiān)控等重要功能，電壓降是常規(guī)配電裝置重要性能指標，其優(yōu)劣程度直接關(guān)系到飛機供配電品質(zhì)的高低，決定飛機用電設備是否能夠正常工作。對飛機常規(guī)配電裝置電壓降要求執(zhí)行的國內(nèi)外標準進行了綜合分析，并對飛機常規(guī)配電裝置電壓降的產(chǎn)生原因、影響因素、控制方法等進行了探討。

飛機 配電裝置 接觸電阻 電壓降

電壓降是電流在用電線路中流動時受到線路上導體的阻力而產(chǎn)生的設備兩端的電位之差，導體的阻抗越大，電壓的下降程度越大，電壓降就越大。常規(guī)配電裝置作為飛機供配電系統(tǒng)的重要組成部分，肩負著飛機電能的匯集、分配、保護、轉(zhuǎn)換、狀態(tài)監(jiān)控等重要功能，其電壓降性能指標的優(yōu)劣直接關(guān)系飛機供配電品質(zhì)的高低。

常規(guī)配電裝置電壓降性能指標主要受導電線纜、匯流條內(nèi)阻、元器件等的阻抗和電接觸控制情況等的影響。本文對飛機常規(guī)配電裝置電壓降產(chǎn)生的原因、影響原因、控制方法等進行了探討，對飛機常規(guī)配電裝置的研制起到一定的指導作用。

1 概 述

1.1 電壓降產(chǎn)生的原因

飛機上的電能從電源到用電設備都是由導線、匯流條和各種具有保護、控制功能的電連接器件聯(lián)通的，如斷路器、接觸器、繼電器、接插件、接線柱、開關(guān)、端子等。[1]一方面，這些電連接器件有一定的內(nèi)阻；另一方面，各電連接器件交聯(lián)部位形成電接觸結(jié)構(gòu)，存在接觸電阻。當電流在由這些電連接器件構(gòu)成的供配電網(wǎng)絡(見圖1)中流動時，受到內(nèi)阻和接觸電阻的阻力造成電壓降低即為電壓降。由此可見，普通意義上的電壓降只能設法降低，無法完全消除。

1.2 電壓降影響因素

由電壓降的產(chǎn)生原因可知，影響常規(guī)配電裝置電壓降指標的主要因素可以分為以下幾個：①電連接器件內(nèi)阻的大小，涉及如導線線徑選擇、匯流條截面積設計、元器件內(nèi)阻指標等的確定；②接觸電阻的大小，涉及電接觸材料、電接觸形式、元器件選型等的確定；③產(chǎn)品裝配工藝控制，涉及壓接控制、緊固力矩、接觸次數(shù)、清潔控制等工藝過程的確定。

圖1 典型常規(guī)配電裝置構(gòu)成圖Fig.1 Typical conventional configuration of power distribution system

1.3 電壓降計算方法

1.3.1 直流系統(tǒng)電壓降

現(xiàn)代飛機直流電源系統(tǒng)主要有28,V和270,V兩種供電體制，直流供配電系統(tǒng)電壓降計算公式為：

式中：In為流過電連接器件或接觸點的電流大小(A)；rn為電連接器件的內(nèi)阻或接觸電阻大小(Ω)。

1.3.2 交流系統(tǒng)電壓降

現(xiàn)代飛機交流電源系統(tǒng)主要為115,VAC、400,Hz供電體制，交流配電系統(tǒng)的電壓降計算公式為：[2]

式中：In為流過電連接器件或接觸點的電流大小(A)；Zn為單位長度電連接器件內(nèi)部阻抗或接觸點阻抗大小(Ω/m)；ln為電連接器件長度(m)。

2 標準分析

國內(nèi)外相關(guān)標準中暫無對常規(guī)配電裝置電壓降的單獨要求，涉及配電系統(tǒng)電壓降的標準主要有GJB 181—1986、[3]GJB 181A—2003、[4]GJB 181B— 2012、[5]MIL—STD—704E、[6]ISO 1540—2006(E)[7]等，綜合分析以上標準，配電系統(tǒng)電壓降最低性能要求見表1。常規(guī)配電裝置作為配電系統(tǒng)的組成部分，其電壓降性能不應低于配電系統(tǒng)的相關(guān)要求，具體應與用戶根據(jù)機型實際情況合理確定。

表1 配電系統(tǒng)電壓降的規(guī)定Tab.1 Voltage drop specifications for power distribution system

3 電壓降測試

3.1 測試準備

為了增加測試的有效性，選取具有代表性的3個產(chǎn)品進行測試，搭建測試系統(tǒng)，對產(chǎn)品每一功率輸入輸出通路的電壓降進行測試(見圖2)。

圖2 測試系統(tǒng)Fig.2 Test system

3.2 測試結(jié)果

選取的兩個典型產(chǎn)品分別為任務系統(tǒng)直流配電裝置、任務系統(tǒng)交流配電裝置。對產(chǎn)品每一功率輸入輸出通路的電壓降進行測試，每一通路測試3～5次，取其平均值，測試結(jié)果如表2所示。

表2 配電裝置電壓降測試結(jié)果Tab.2 Test results of voltage drop of power distribution system

任務系統(tǒng)直流配電裝置與用戶協(xié)商確定的指標為電壓降不大于0.8,V，任務系統(tǒng)交流配電裝置與用戶協(xié)商確定的指標為電壓降不大于1,V。由測試結(jié)果可知，兩型典型產(chǎn)品電壓降參數(shù)比較分散，受影響因素較多，控制難度較大。

4 電壓降控制方法

4.1 導電器件內(nèi)阻控制

4.1.1 導電器件

飛機常規(guī)配電裝置是飛機供配電系統(tǒng)的重要組成部分，肩負著飛機電能匯集、分配、保護、轉(zhuǎn)換、狀態(tài)監(jiān)控等重要功能。其涉及到的導電器件主要有導線線纜、匯流條、壓接端子、斷路器、繼電器、接觸器、接插件等。表3、4針對常規(guī)配電裝置各組成環(huán)節(jié)對電壓降的影響逐一進行分析，以制定控制方法。

表3 組件及典型連接接觸電阻Tab.3 Components and typical connector contact resistance

表4 常用斷路器電壓降指標Tab.4 Common breaker voltage drop parameters

4.1.2 導線線纜選型

導線線纜是飛機常規(guī)配電裝置的重要組成單元，占產(chǎn)品內(nèi)部導電器件比例較大，其選型的合理性對產(chǎn)品電壓降影響顯著。導線選型應按照導線額定負載電流、線路負載大小、75%,～90%,的降額設計等方面要求，在重量要求范圍內(nèi)盡量選擇大規(guī)格導線。推薦使用銅芯導線，不推薦使用鋁芯導線。

4.1.3 壓接端子選型

壓接端子是飛機常規(guī)配電裝置中常用的連接器件，廣泛用于導線間連接，導線與斷路器、接觸器、開關(guān)等元器件連接，導線與匯流條連接等。壓接端子的選型應與連接導線適配，不應超規(guī)格使用，以確保壓接可靠、有效。推薦選用銅壓接端子，不推薦使用鋁壓接端子。

4.1.4 匯流條設計

匯流條是飛機常規(guī)配電裝置的重要電連接器件，肩負著飛機電能匯集、分配的重要功能。匯流條的設計應在考慮線路負載、75%,～90%,降額設計等方面的要求下，在重量要求的范圍內(nèi)截面積最大，以減小匯流條內(nèi)阻，降低對電壓降的影響。推薦使用銅匯流條，不推薦使用鋁匯流條。

4.2 提高電接觸可靠性

4.2.1 電接觸概述

在飛機常規(guī)配電裝置中，電流從一個電連接器件到另一個電連接器件時，需經(jīng)過兩個器件的接觸連接，這種連接稱為電接觸。按幾何形式分，電接觸主要有點接觸、線接觸、面接觸；按工作方式可分為固定接觸、接插件接觸、可分合接觸。電接觸的可靠性、有效性直接關(guān)系到常規(guī)配電裝置電能分配、傳遞功能的正常實現(xiàn)(見圖3)。

圖3 電接觸幾何形式Fig.3 Geometric types of electrical contact

4.2.2 電接觸材料

飛機常規(guī)配電裝置涉及到的電接觸材料主要為銅及銅合金，導線、匯流條、端子、接線柱、元器件接觸端子均應采用銅或銅合金，必要時應采用鍍銀處理，以減小接觸電阻，降低電接觸對電壓降的影響。

4.2.3 固定接觸

飛機常規(guī)配電裝置中導線間的對接、匯流條間對接、導線與端子對接、導線與插針插孔對接、端子與匯流條對接、壓接端子與元器件對接、匯流條與元器件對接等稱為固定接觸。此類電接觸基本不拆卸，除非維修時根據(jù)需要進行拆卸。

其中，導線間對接、導線與端子對接、導線與插針插孔對接應在工藝文件中明確規(guī)定對接方式及方法，一般采用壓接或焊接方式，并應通過拉拔力測試的方法檢驗對接的可靠性；匯流條間對接、端子與匯流條對接、壓接端子與元器件對接、匯流條與元器件對接等應采用螺釘、墊圈、彈簧墊圈、螺母的固定方式進行緊固，并按照緊固件規(guī)格給出力矩要求，不推薦使用鉚接方式固定，以防止產(chǎn)品耐受機械環(huán)境情況下鉚接部位松動，導致接觸電阻增大，引發(fā)產(chǎn)品故障(見圖4)。

圖4 典型固定接觸示意圖Fig.4 Schematic of typical stationary contact

4.2.4 接插件接觸

接插件是飛機常規(guī)配電裝置常用器件之一，可以便捷可靠地實現(xiàn)電氣拆裝。此類接觸對電壓降影響的控制需從器件選型方面考慮，接插件的選型應在滿足技術(shù)要求的前提下，優(yōu)先選用機型或企業(yè)優(yōu)先目錄內(nèi)的產(chǎn)品，并應選擇高等級產(chǎn)品。同時應控制接插件插拔次數(shù)，盡量減少裝調(diào)、試驗過程對接插件壽命的損耗。

4.2.5 可分合接觸

飛機常規(guī)配電裝置中的接觸器、斷路器、繼電器、開關(guān)等器件內(nèi)的接觸觸點屬于可分合接觸，其接觸觸點在產(chǎn)品正常工作期間會發(fā)生多次閉合與斷開。此類接觸對電壓降影響的控制需從器件選型方面考慮，除滿足相應技術(shù)要求之外，還應考慮器件本身的電壓降指標，選擇電壓降小的器件(見圖5)。

圖5 典型可分合接觸示意圖Fig.5 Schematic of typical divisional contact

4.2.6 清潔控制

導電器件接觸部位表面狀況、裝配過程中產(chǎn)生的多余物、大顆?；覊m等，對電接觸影響極大，往往是接觸故障的罪魁禍首。首先，各種導電器件接觸部位一般由銅及銅合金制成，并進行鍍銀處理，在空氣中極易氧化形成氧化層，在電接觸時接觸電阻變大進而導致電壓降變大。導電器件裝配前貯存時需對其電接觸部位進行防護以防止氧化。其次，導電器件裝配過程中沾染的大顆?；覊m也會對電接觸的效果造成較大影響，故在導電器件裝配前應使用酒精等進行良好清洗。另外，裝配過程中使用大量的膠粘劑、焊錫、緊固件等輔料極易產(chǎn)生各種多余物，對電接觸造成影響，在產(chǎn)品裝配完成時應使用壓縮氣體或其他有效方式進行清理，避免多余物的存在。

4.2.7 控制方法小結(jié)

常規(guī)配電裝置電壓降性能受較多因素影響，對常用控制方法進行總結(jié)，如表5所示。

表5 電壓降控制方法Tab.5 Voltage drop control methods

5 結(jié) 論

常規(guī)配電裝置是飛機供配電系統(tǒng)的重要組成部分，應用十分廣泛，電壓降是其重要性能指標，其優(yōu)劣程度對產(chǎn)品正常功能的實現(xiàn)、飛機電能使用效率、供配電系統(tǒng)品質(zhì)、供配電系統(tǒng)安全性等方面都具有重大影響。本文對常規(guī)配電裝置電壓降要求及其控制方法進行了初步的研究，對飛機常規(guī)配電裝置的研制具有一定的指導意義。

［1］ 李志華. 接觸電阻引發(fā)的飛機重復性故障[J]. 航空工程與維修，1999(1)：32-33.

［2］ 王春江. 電線電纜手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2001.

［3］ GJB 181—1986. 飛機供電特性及對用電設備的要求[S].

［4］ GJB 181A—2003. 飛機供電特性[S].

［5］ GJB 181B—2012. 飛機供電特性[S].

［6］ MIL-STD-704F. Aircraft Electric Power Characteristics[S]. 2004-03-12.

［7］ ISO 1540—2006(E). Aerospace-Characteristics of aircraft electrical systems[S]. 3rd edition，2006-02-15.

Voltage Drop Requirement and Control Method for Aircraft Power Distribution Unit

ZHANG Jie，DU Hanjie
(AVIC Tianjin Aerospace Electrical and Mechanical Co.，Ltd.，Tianjin 300308，China)

Conventional power distribution unit is an important part of the power supply system of aircraft，which guarantees lots of vital functions of aircraft such as power collection，allocation，conservation，conversion and status monitoring.Voltage drop is a key performance indicator which directly determines the quality of aircraft power supply and whether power supply equipment works properly.In this paper，domestic and international standards of voltage drop of conventional power supply devices were comprehensively investigated，and the origin，influencing factors，control approaches of voltage drop were discussed.

aircraft；power distribution unit；contact resistance；voltage drop

V442

：A

：1006-8945(2016)09-0059-04

2016-09-02