淺析SR20飛機電源系統原理及故障分析

武甲

摘 要：飛機的電源系統是飛機上重要的功能系統之一，其作用是為整架飛機提供通訊、導航及操縱系統控制所需電能。飛機上能產生電能的設備組合（包括電源和電源調節(jié)、電源控制和電源保護設備）叫作飛機電源系統，電源系統有主電源、輔助電源、應急電源和二次電源。飛機上用來傳輸、分配、轉換和控制電能的導線和設備，稱為飛機配電系統或者飛機電網系統。本文簡述了通用飛機電源系統結構組成優(yōu)點及針對SR20機型電源系統原理的介紹，重點是針對其在使用過程中出現的故障進行了原因分析和處理流程，并提出了在電源系統維護工作中的注意事項。

關鍵詞：電源系統 發(fā)電機 電瓶 MCU

中圖分類號：V44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0011-02

1 飛機電源系統概述

飛機的電網系統主要由傳輸電能的導線和電纜、防止導線和設備受短路或超載危害的保護裝置、配電裝置、電源、用電設備的控制和轉換裝置及電源檢查儀表等組成。現代飛機技術水平在快速地發(fā)展和提升，為了更好地完成飛行任務，更主要的是要保證飛行安全，需要大量地裝備先進機載設備。飛機上的大部分機載設備采用的都是電能工作。飛機的電源系統和飛機的配電系統總稱為飛機供電系統。飛機上的供電系統與飛機上用電的機載設備總稱為飛機電力系統。這些電力系統在飛機長時間的發(fā)展過程中都發(fā)揮了它們的作用，并在一段時間的使用維護中發(fā)現了它們的優(yōu)缺點。所以隨著飛機的發(fā)展各國和各個飛機生產廠都在研發(fā)和改進最理想的飛機供電系統。

從飛機發(fā)明至今，飛機電源系統有突出優(yōu)點的就是低壓直流供電系統充當飛機主電源。

（1）更容易實現飛機上多臺發(fā)電機和蓄電瓶的并聯供電，并保證在各種電源轉換中不會斷電，機載設備用電和傳輸電更安全可靠。

（2）直流電動機起動性能好，直流供電系統的操作和控制更簡單。

（3）直流的發(fā)電機也可以作為起動電動機使用，可以減輕飛機機載設備總重量。

（4）由于低壓直流電壓低，對各種機載用電設備、導線、插頭等設備是非常安全可靠的。

（5）低壓直流供電系統的原理和技術簡單，整體好維護，維護周期短維護費用低。

在通用航空中的中小型飛機，沒有較多的機載設備，不需要在很高的高空飛行和以很高的速度飛行，每臺發(fā)電機的功率都不高的情況下，低壓直流供電系統得到了最廣泛的使用。在這種條件下低壓直流供電系統是最理想和最適合的供電系統。

2 SR20飛機電源系統概述及常見故障

SR20飛機是美國西銳公司生產的主力機型。飛機電源系統是保證飛行安全的重要系統，為整架飛機包括發(fā)動機參數、飛行操縱控制、通訊、導航等提供可靠的電能。SR20飛機電源系統因為西銳公司生產飛機的時期不同，按飛機序列號劃分飛機電源系統也有很大的差異。本文主要介紹由兩臺發(fā)電機、兩個電瓶和一個MCU所組成的電源系統，并且對在平時的使用維護中出現的一般故障進行簡單的分析。本文對SR20飛機的電源系統作了簡單介紹，針對其在維護過程中出現的故障進行分析，并且明確電源系統維護工作中的注意事項。

SR20飛機配備的是28V直流電源系統，低壓直流供電更安全，更有效地保護機載用電設備。飛機電源系統是由兩臺直流發(fā)電機、兩個電瓶、一個MCU等組成。這套電源系統為飛機上的機載電子設備、發(fā)動機儀表、飛行儀表，燈光照明系統以及電氣操縱和飛行控制系統提供可靠的電能。SR20飛機配備的是28V直流電源系統，低壓直流供電更安全，更有效地保護機載用電設備。

2.1 飛機機載電瓶

SR20飛機機載電瓶由主電瓶（稱為1號電瓶）和備用電瓶（稱為2號電瓶）組成的。1號電瓶是24V，10A的鉛酸航空型電瓶。1號電瓶安裝在發(fā)動機艙內防火墻的電瓶架上，并配備了防止電解液溢出的通風蓋。1號電瓶由駕駛艙飛行員面板BAT1開關獨立控制，當該開關在ON位時，接通、MCU內部1號電瓶繼電器，將1號電瓶連接到主分配匯流條上。當2號電瓶或兩臺發(fā)電機發(fā)生故障時就作為應急電源使用，可以為飛機上所有的機載設備供電。當1號發(fā)電機不發(fā)電時，1號電瓶還為著陸燈和空調提供電源。1號電瓶為飛機起動機供電來起動發(fā)動機。

2號電瓶是免維護的全密封鉛酸充電電瓶，由兩個12V、7A時的電瓶串聯在一個盒子內提供24V直流電。2號電瓶安裝在行李艙隔框后，2號電瓶由駕駛艙飛行員面板BAT2開關獨立控制。當該開關在ON位時，接通位于安裝2號電瓶盒子旁邊的繼電器，將2號電瓶通過MCU連接到斷路器。2號電瓶主要用來為基本設備匯流條供電?；驹O備匯流條分配電源到警告燈、備用的電動地評儀、PFD、GIA1、失速警告和2號發(fā)電機等。

2.2 飛機發(fā)電機

SR20飛機的發(fā)電機一共有兩臺，兩臺發(fā)電機都是三相交流發(fā)電機，每臺發(fā)電機的內部都有整流器，用兩個二極管整流每一相的輸出電流。二極管起到阻止反向電流的作用。其中1號發(fā)電機安裝發(fā)動機右前部，由皮帶連接螺旋槳傳動。主要是在發(fā)動機低轉速下為飛機整機供電，空調系統全程都是由1號發(fā)電機來供電，1號電瓶只由1號發(fā)電機來充電。2號發(fā)電機安裝在發(fā)動機后部，固定在發(fā)動機齒輪箱上，由齒輪傳動。主要是在發(fā)動機高轉速下為飛機整機供電。當飛機發(fā)動機處于低轉速狀態(tài)下時由1號發(fā)電機供電，當轉速不斷地升高2號發(fā)電機開始發(fā)電，1號發(fā)電機漸漸地退出工作不發(fā)電或者只給1號電瓶充電和給空調供電。當轉速降低接近慢車轉速時2號發(fā)電機退出工作并不發(fā)電，此時只有1號發(fā)電機為整機供電。每臺發(fā)電機的輸出電壓取決于發(fā)動機轉速、發(fā)電機的設計和發(fā)電機所承擔的負載數量。無論在任何時候，只要由一臺發(fā)電機因轉速過低或者故障或者發(fā)電機開關未打開，只要發(fā)電機沒有工作，駕駛艙的顯示器上會出現警告信息，并且可以明確地顯示是哪臺發(fā)電機沒有工作。當2號發(fā)電機不工作，1號發(fā)電機將通過1號主分配匯流條向基本設備匯流條供電。當1號發(fā)電機不工作，2號發(fā)電機將通過2號主分配匯流條向基本設備匯流條供電。所有電能來源中只要有一個保持正常，基本分配匯流條就能為所有關鍵的飛行儀表和重要機載設備提供連續(xù)的電源。在駕駛艙斷路器板上，兩臺發(fā)電機有各自的5A斷路器，用以保護發(fā)電機，提高了飛機電源系統的可靠性和安全性。endprint

2.3 MCU

MCU是西銳飛機電源系統的核心部件也是最重要的部件，在MCU中控制1號發(fā)電機、2號發(fā)電機、起動機、著陸燈、外接電源等。MCU內部包括的部件有：集成電路板、著陸燈保險、1號電瓶繼電器、地面電源繼電器、起動繼電器、各個供電線路的保險、1號發(fā)電機、2號發(fā)電機的勵磁模塊等。1號發(fā)電機和2號發(fā)電機的勵磁模塊通過調節(jié)輸入發(fā)電機的勵磁電壓來自動控制調節(jié)發(fā)電機的輸出電壓，兩個勵磁模塊所設置的最大輸出電壓不同：2號發(fā)電機輸出電壓高于1號發(fā)電機輸出電壓。兩個勵磁模塊不可互換。勵磁模塊還提供過壓保護，1號發(fā)電機輸出電壓被調節(jié)在28V，2號發(fā)電機輸出電壓被調節(jié)在28.75V。1號發(fā)電機用100A保險絲保護，2號發(fā)電機用80A保險絲保護。飛機在正常運轉時，1號發(fā)電機對1號主分配匯流條供電，2號則對2號主分配匯流條供電。兩個主分配匯流條間通過80A保險絲和一個二極管相連，此二極管阻止2號發(fā)電機向1號主分配匯流條供電。

MCU在飛機電源分配中起到關鍵作用，其內部的1號、2號主要分配匯流條和基本分配匯流條，分別向斷路器板的相關匯流條供電。基本分配匯流條通過兩個50A保險絲接受1號主要分配匯流條和2號主要分配匯流條電源，通過30A保險絲向斷路器板的重要匯流條1和重要匯流條2供電。1號主要分配匯流條通過100A保險絲接受1號發(fā)電機電源，并通過一個7.5A保險絲向著陸燈直接供電，通過兩個30A保險絲向斷路器板的電子設備匯流條1、電子設備匯流條2和主匯流條3供電。2號主要分配匯流條通過80A保險絲接受2號發(fā)電機電源，并通過30A保險絲向斷路器板的主匯流條1、主匯流條2和不重要匯流條供電。1號電瓶、2號電瓶、1號發(fā)電機、2號發(fā)電機都可為基本分配匯流條供電。

2.4 電源系統常見故障分析

（1）機載電瓶電壓低，①機載1號電瓶電壓低，當地面用電時間過長或者短時間內起動次數過多，導致1號電瓶虧電，可以通過鏈接地面電源為1號電瓶充電，如果充電無效就只能更換1號電瓶。②1號電瓶不能斷電，關閉1號電瓶開關，飛機仍處在供電狀態(tài)。這是是由于起動時產生的電流過大，造成1號電瓶繼電器觸點粘連，使得供電線路一直處于閉合狀態(tài)。③2號電瓶電壓低可直接更換。

（2）任意一臺發(fā)電機不發(fā)電。主要表現為飛機發(fā)電機相應的電流表指示為零。造成發(fā)電機不發(fā)電的原因是多種多樣的，主要的原因有：①發(fā)電機本體故障，發(fā)電機內部短路，發(fā)電機內部碳刷磨損超標，發(fā)電機內部勵磁電阻過大等，都會造成發(fā)電機本身不發(fā)電。這種情況就需要更換發(fā)電機。②發(fā)電機勵磁線無電壓，勵磁線沒有電壓就無法給發(fā)電機提供激磁所需必要磁場，這種情況有可能是勵磁模塊本體故障，勵磁接線松動或者斷開，發(fā)電機斷路器故障，發(fā)電機開關故障或者MCU內部故障。這種情況就需要更換發(fā)電機勵磁模塊或者通過測量線路來判斷是那個地方出現了故障。③相應的發(fā)電機斷路器跳出，是因為發(fā)電機勵磁線有短路或者發(fā)電機承受的負載過大，可適當減少負載。

（3）MCU常見故障。①勵磁控制模塊故障，1號、2號發(fā)電機分別對應各自的勵磁控制模塊燒壞，更換時必須注意，兩臺發(fā)電機的勵磁模塊不可混用。②保險絲燒，可根據故障情況，查找對應的保險絲并更換。③MCU內部電路故障，更換MCU。

3 結語

目前SR20機型在我國數量相對較少，在相關領域研究并不多。通過本文對SR20飛機的電源系統的介紹，特別對其在使用過程中出現的故障進行了分析，并提出了在電源系統維護工作中的注意事項，供大家在日常維護工作中參考。

參考文獻

[1] AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL For the CIRRUS DESIGN SR20[S].

[2] CONCORDE，電瓶部件維護手冊[S].

[3] P/N 190-00920-00，GARMIN.CIRRUS PERSPECTIVE LINE MAINTENANCE MANUAL[S].endprint