軍用飛機(jī)機(jī)載用電設(shè)備供電兼容性驗(yàn)證要求分析

劉 暢 王偉科

飛機(jī)供電特性標(biāo)準(zhǔn)既是飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，也是飛機(jī)供電系統(tǒng)與機(jī)載用電設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)，是研制、生產(chǎn)、采購(gòu)、驗(yàn)收、使用、維護(hù)、修理過程中應(yīng)執(zhí)行的規(guī)范。由于不同年代的機(jī)型采標(biāo)不一致，目前機(jī)載用電設(shè)備對(duì)GJB 181-1986《飛機(jī)供電特性及對(duì)用電設(shè)備的要求》、GJB 181A-2003《飛機(jī)供電特性》和GJB 181B-2012《飛機(jī)供電特性》的符合性驗(yàn)證存在較大差異。本文主要針對(duì)機(jī)載用電設(shè)備開展GJB 181不同版本標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證試驗(yàn)的要求予以說明。

1 我國(guó)軍用飛機(jī)供電特性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展概述

上世紀(jì)80年代，我國(guó)軍用飛機(jī)的供電系統(tǒng)主要為直流28V供電系統(tǒng)和恒速恒頻交流供電系統(tǒng)，在MIL-STD-704A《飛機(jī)供電特性及對(duì)用電設(shè)備要求》標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國(guó)內(nèi)航空電氣系統(tǒng)領(lǐng)域的工作經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)航空電氣系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)嶋H情況，制定了我國(guó)第一個(gè)關(guān)于飛機(jī)供電系統(tǒng)特性要求的標(biāo)準(zhǔn)GJB 181-1986，為我國(guó)飛機(jī)電氣系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展起到了重要支撐作用。

隨著飛機(jī)供電需求的提高，在高可靠性、高效率、高供電品質(zhì)方面變速恒頻、變頻、270V高壓直流供電系統(tǒng)表現(xiàn)出更好的特性，因而受到極大的重視。2002年，根據(jù)國(guó)內(nèi)航空電氣技術(shù)的發(fā)展需求，在總結(jié)GJB 181-1986貫徹實(shí)施30余年使用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，參照MIL-STD-704E《飛機(jī)供電特性》制定了GJB181A-2003。與GJB 181-1986相比，GJB 181A-2003調(diào)整了一些參數(shù)指標(biāo)，且定義了一些新參數(shù)，對(duì)直流系統(tǒng)、恒速恒頻交流系統(tǒng)以及交流變頻系統(tǒng)等供電特性參數(shù)指標(biāo)提出了統(tǒng)一完善的要求和明確規(guī)定，適應(yīng)了飛機(jī)電源系統(tǒng)的時(shí)代發(fā)展，其中最重要的改變是采用畸變（包括交流畸變系數(shù)、交流畸變頻譜）來考核供電品質(zhì)。

2012年，針對(duì)寬變頻和其它交流供電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)在總結(jié)GJB 181A-2003貫徹實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參照MIL-STD-704F《飛機(jī)供電特性》制定了GJB 181B-2012。GJB 181B-2012中增加了交流單相220V/50Hz供電特性要求，以及一些新的術(shù)語(yǔ)和定義，如電流調(diào)制、功率因數(shù)、脈沖負(fù)載、非線性負(fù)載、頻率變化率等。這些術(shù)語(yǔ)和定義在GJB 181B-2012以前的版本中是沒有的，一些大功率的機(jī)載用電設(shè)備的負(fù)載特性，如高沖擊電流、低滯后功率因數(shù)、高的峰值功率與平均功率之比、大電流調(diào)制幅值及電流畸變等，對(duì)供電系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生降低供電品質(zhì)或增大容量要求的不利影響。

2 機(jī)載用電設(shè)備對(duì)供電電源的符合性試驗(yàn)開展情況

由于GJB 181不同版本標(biāo)準(zhǔn)既是飛機(jī)用電設(shè)備端供電特性要求標(biāo)準(zhǔn)，也是飛機(jī)供電系統(tǒng)與機(jī)載用電設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)。因此，GJB 181-1986在型號(hào)應(yīng)用中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)符合性的驗(yàn)證，包括飛機(jī)供電特性和機(jī)載用電設(shè)備對(duì)供電電源的符合性兩個(gè)方面。長(zhǎng)期以來，由于標(biāo)準(zhǔn)名稱問題和內(nèi)容理解的問題，在機(jī)載產(chǎn)品研制要求中關(guān)于飛機(jī)供電特性測(cè)試和機(jī)載用電設(shè)備符合性試驗(yàn)在術(shù)語(yǔ)的使用上存在一些混淆，目前很多場(chǎng)合對(duì)于機(jī)載用電設(shè)備對(duì)供電電源的符合性試驗(yàn)稱之為電源特性試驗(yàn)。關(guān)于這兩種試驗(yàn)主要目的和要求如下。

飛機(jī)供電特性試驗(yàn)是對(duì)電源、配電、用電設(shè)備組成的電氣系統(tǒng)，在用電設(shè)備電源輸入端測(cè)量穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性指標(biāo)，以驗(yàn)證供電特性是否符合GJB 181系列標(biāo)準(zhǔn)或其他同類標(biāo)準(zhǔn)或型號(hào)規(guī)范的要求。國(guó)內(nèi)為了更好地貫徹執(zhí)行GJB 181系列標(biāo)準(zhǔn)，制定了GJB 5558-2006《飛機(jī)供電特性測(cè)試要求》和GJB 5189-2003《飛機(jī)供電特性參數(shù)測(cè)試方法》。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了飛機(jī)供電參數(shù)的測(cè)試要求和方法，用于指導(dǎo)飛機(jī)電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)以及用電設(shè)備電源輸入端供電特性與GJB 181系列版本要求的符合性驗(yàn)證。

機(jī)載用電設(shè)備對(duì)電源的符合性試驗(yàn)，準(zhǔn)確地說應(yīng)為供電系統(tǒng)與用電設(shè)備之間的兼容性試驗(yàn)，目前在最新版的GJB 181B-2012中正式提出了“供電兼容性試驗(yàn)”的概念，它包括兩個(gè)方面：一方面是機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)的適應(yīng)能力，有時(shí)稱之為電源適應(yīng)性；另一方面是機(jī)載用電設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)的影響。對(duì)于機(jī)載用電設(shè)備對(duì)GJB 181系列標(biāo)準(zhǔn)符合性試驗(yàn)驗(yàn)證我國(guó)一直沒有單獨(dú)的試驗(yàn)要求與方法標(biāo)準(zhǔn)，在GJB 181-1986的中對(duì)浪涌、尖峰等相關(guān)試驗(yàn)提出了明確要求。另外，在GJB 5558-2006中第5.8節(jié)“用電設(shè)備和供電系統(tǒng)兼容性測(cè)試”中提出了電壓和頻率瞬變特性、用電設(shè)備對(duì)供電特性影響、畸變系數(shù)和功率因數(shù)等測(cè)試要求。然而，由于沒有針對(duì)性的試驗(yàn)要求和方法標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)期以來在型號(hào)中關(guān)于機(jī)載用電設(shè)備的符合性試驗(yàn)主要依據(jù)以上介紹的GJB 181-1986和GJB 5558-2006中的相關(guān)規(guī)定，因此符合性驗(yàn)證試驗(yàn)開展的試驗(yàn)項(xiàng)目參差不齊，機(jī)載用電設(shè)備的符合性試驗(yàn)在型號(hào)中主要開展的試驗(yàn)項(xiàng)目情況見表1。

由表1可知，長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)機(jī)載用電設(shè)備的符合性試驗(yàn)主要關(guān)注的是機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性的適應(yīng)能力考核，考核的是產(chǎn)品的電源適應(yīng)性。這與國(guó)內(nèi)飛機(jī)電氣系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展過程中先期主要關(guān)注飛機(jī)供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和用電設(shè)備對(duì)供電特性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定極限值的適應(yīng)性，而對(duì)于如何驗(yàn)證用電設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生多大的負(fù)面影響，一直沒有受到應(yīng)有的關(guān)注。

表1 依據(jù)GJB 181-1986和GJB 181A-2003主要開展的試驗(yàn)項(xiàng)目

機(jī)載用電設(shè)備與供電系統(tǒng)關(guān)系相當(dāng)密切，且用電設(shè)備的工作會(huì)直接影響供電系統(tǒng)的供電特性。由于機(jī)載用電設(shè)備負(fù)載的自身特性會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，為限制其影響，需要對(duì)負(fù)載自身特性給予足夠的重視并對(duì)其進(jìn)行限制，以保證各主要參考基準(zhǔn)點(diǎn)處的供電品質(zhì)。對(duì)于交流負(fù)載主要考慮三相交流負(fù)載的相位不平衡、直流電流分量、沖擊電流特性、反射的能量、功率因數(shù)、電流調(diào)制特性、畸變特性等因素，而對(duì)于直流負(fù)載主要考慮直流電流脈動(dòng)、沖擊電流等因素。通過限制電流畸變和電流頻譜極限，可減少用電設(shè)備引起的電壓畸變，降低用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電特性產(chǎn)生的不良影響。因此，對(duì)于機(jī)載用電設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)的影響是機(jī)載用電設(shè)備的符合性試驗(yàn)必不可少的一部分。針對(duì)這一點(diǎn)，在最新一版的GJB 181B-2012中重點(diǎn)對(duì)負(fù)載特性進(jìn)行了相應(yīng)的修訂，對(duì)功率因數(shù)、電流調(diào)制、電流畸變以及沖擊電流等負(fù)載特性提出了明確的技術(shù)要求，以便開展相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

目前，為更好的在機(jī)載用電設(shè)備上貫徹GJB 181B-2012，國(guó)內(nèi)參照MIL-HDBK-704《機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電特性的適應(yīng)性驗(yàn)證試驗(yàn)方法指南》系列手冊(cè)制定了機(jī)載用電設(shè)備的供電適應(yīng)性驗(yàn)證要求和方法的HB 60326-2016《機(jī)載用電設(shè)備的供電適應(yīng)性試驗(yàn)方法》，并于2016年發(fā)布。另外，某些在研型號(hào)參考MIL-HDBK-704系列手冊(cè)制定了相應(yīng)的型號(hào)規(guī)范，用于指導(dǎo)機(jī)載用電設(shè)備供電兼容性的驗(yàn)證，具體的驗(yàn)證項(xiàng)目和驗(yàn)證條件有所剪裁，如增加了“等效輸入電容”、“電源線尖峰信號(hào)（時(shí)域）傳導(dǎo)發(fā)射”等，但驗(yàn)證項(xiàng)目基本與HB 60326-2016和MIL-HDBK-704一致。

3 與國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析

國(guó)外軍用和民用飛機(jī)機(jī)載用電設(shè)備與供電系統(tǒng)兼容性試驗(yàn)的技術(shù)發(fā)展歷程與國(guó)內(nèi)很相似，其比較典型的是用于軍機(jī)的MIL-STD-704系列標(biāo)準(zhǔn)和用于民用飛機(jī)的RTCA DO-160《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》系列標(biāo)準(zhǔn)。

MIL-STD-704是國(guó)外較早公開發(fā)布的軍用飛機(jī)供電特性標(biāo)準(zhǔn)之一，對(duì)協(xié)調(diào)美國(guó)軍用飛機(jī)供電系統(tǒng)和機(jī)載用電設(shè)備之間的關(guān)系發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，MIL-STD-704多次改版，目前最新版本是MIL-STD-704F。美軍的機(jī)載用電設(shè)備符合性驗(yàn)證，也經(jīng)歷了從電源適應(yīng)性到用電設(shè)備與供電系統(tǒng)兼容性試驗(yàn)的技術(shù)發(fā)展過程。為了更好地貫徹執(zhí)行MIL-STD-704系列標(biāo)準(zhǔn)，美軍于2004年制定了MILHDBK-704-1～8用電設(shè)備關(guān)于飛機(jī)供電特性符合性驗(yàn)證試驗(yàn)方法指南系列手冊(cè)，用于指導(dǎo)各類用電設(shè)備對(duì)MIL-STD-704標(biāo)準(zhǔn)的符合性驗(yàn)證。在MIL-STD-704F標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于機(jī)載用電設(shè)備符合性驗(yàn)證要求中首次引用了MILHDBK-704系列手冊(cè)，該手冊(cè)為MILSTD-704F供電特性標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)載用電設(shè)備上的貫徹實(shí)施提供了有利的支持和保證。

DO-160系列標(biāo)準(zhǔn)是航空無(wú)線電委員會(huì)（RTCA）頒布的一份關(guān)于機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件與試驗(yàn)程序的標(biāo)準(zhǔn)，目前被美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）用作民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性適航取證試驗(yàn)的主要依據(jù)。DO-160版本更新較快，這也是為了適應(yīng)航空產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的需要，最新版本為G版，其中第16章“電源輸入”主要面向機(jī)載用電設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)定義了用電設(shè)備端的電源品質(zhì)的主要指標(biāo)，并提供了測(cè)試條件。DO-160系列版本變化中主要是D版本到E/F版本變化較大，而內(nèi)容變化主要體現(xiàn)在16.7節(jié)的機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)的影響試驗(yàn)。

MIL-HDBK-704系列手冊(cè)和DO-160最新版本關(guān)于機(jī)載用電設(shè)備與供電系統(tǒng)兼容性試驗(yàn)項(xiàng)目基本類似。在機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)的影響試驗(yàn)項(xiàng)方面，MIL-HDBK-704中在 “負(fù)載特性”項(xiàng)目中進(jìn)行測(cè)量，DO-160G則在“用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)的影響”一節(jié)中列出多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。對(duì)比發(fā)現(xiàn)DO-160G更全面，不僅要求了對(duì)供電品質(zhì)影響的試驗(yàn)項(xiàng)如負(fù)載和電流畸變、相位不平衡和功率因數(shù)等參數(shù)，還要求了穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的直流電流分量、反射的能量、穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的電流調(diào)制、直流電流脈動(dòng)等試驗(yàn)項(xiàng)。HB 60326-2016、MIL-HDBK-704系列手冊(cè)中的試驗(yàn)項(xiàng)目與DO-160G中的試驗(yàn)項(xiàng)目比較，見表2。

表2 HB 60326-2016、MIL-HDBK-704和DO-160G試驗(yàn)項(xiàng)目的比較

4 總結(jié)

供電特性是用電設(shè)備與飛機(jī)供電相兼容的最低要求。為保證用電設(shè)備與飛機(jī)供電相兼容，用電設(shè)備應(yīng)進(jìn)行供電兼容性試驗(yàn)。目前我國(guó)在新制定的HB 60326-2016中，已考慮了機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)的影響并明確了相關(guān)參數(shù)的限值要求。為了更好的適應(yīng)國(guó)內(nèi)飛機(jī)型號(hào)的發(fā)展需求，在型號(hào)貫徹使用GJB 181B-2012時(shí)，建議關(guān)注下列驗(yàn)證要求。

● 對(duì)于270V的直流機(jī)載用電設(shè)備，應(yīng)對(duì)設(shè)備裸露外表面上的電壓衰減到安全電壓的時(shí)間進(jìn)行限制，以保證人員安全；在電機(jī)制動(dòng)和負(fù)載要求突然變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生返回流向電源的能力，應(yīng)對(duì)反射的能量進(jìn)行規(guī)定；

● 任何負(fù)載電流可調(diào)節(jié)的機(jī)載用電設(shè)備都可能產(chǎn)生交流電流調(diào)制，脈沖負(fù)載引起的較大電流調(diào)制是造成不可接受的電壓調(diào)制或脈動(dòng)的潛在原因之一，應(yīng)對(duì)電流調(diào)制進(jìn)行規(guī)定；

● 限制電流畸變和電流頻譜極限，可減少用電設(shè)備引起的電壓畸變，降低用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)供電特性產(chǎn)生的不良影響，應(yīng)對(duì)電流畸變進(jìn)行規(guī)定。

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