某型飛機(jī)專用試驗(yàn)平臺建設(shè)

張海英 郝琳召

摘 ?要：在不改變飛機(jī)原有供電余度的前提下，對某型飛機(jī)的電源系統(tǒng)進(jìn)行了一系列改造，主要包括交流發(fā)電機(jī)輸出改裝、供電控制邏輯改裝、電源顯控系統(tǒng)改裝等。改造后，該型飛機(jī)電源系統(tǒng)的供電能力得到了提升，能夠滿足新型試驗(yàn)設(shè)備的用電需求。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)機(jī);試驗(yàn)平臺;電源系統(tǒng);調(diào)壓保護(hù)器;供電裕度

中圖分類號：TM621.3 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）13-0113-03

Abstract： On the premise of not changing the original power supply redundancy of the aircraft， a series of modifications have been carried out on the power supply system of a certain type of aircraft， including the output modification of the alternator， the modification of the power supply control logic， the modification of the power display and control system， and so on. After the transformation， the power supply capacity of the aircraft power supply system has been improved， which can meet the demand of the new test equipment for power use.

Keywords： testing machine; test platform; power supply system; voltage regulator protector; power supply margin

1 概述

飛機(jī)、發(fā)動機(jī)、機(jī)載設(shè)備等在真實(shí)的飛行條件下進(jìn)行的各種試驗(yàn)稱為飛行試驗(yàn)，通過試飛獲得的數(shù)據(jù)可用來驗(yàn)證和鑒定各類航空產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。飛機(jī)作為航空產(chǎn)品類飛行試驗(yàn)的載體，需要在結(jié)構(gòu)、性能、載荷、供電系統(tǒng)等各方面均能滿足一系列產(chǎn)品的試驗(yàn)要求，才能將其進(jìn)行改裝，搭建適合這系列航空產(chǎn)品飛行試驗(yàn)的專用試驗(yàn)平臺。專用試驗(yàn)平臺建設(shè)中，電源系統(tǒng)的改造通常依賴于飛機(jī)本身現(xiàn)有的電源系統(tǒng)，將飛機(jī)的剩余電量引出，直接或者通過二次電源為航空產(chǎn)品進(jìn)行供電。

某型飛機(jī)作為航空產(chǎn)品試驗(yàn)平臺，近年來搭載了一系列新型航空設(shè)備進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，其主要優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個方面：

（1）飛機(jī)載重量大，艙內(nèi)空間開闊，對搭載的航空設(shè)備的體積、重量要求寬泛。

（2）飛機(jī)客艙區(qū)域?yàn)槊芊馀?，飛行時相關(guān)參試人員可以跟飛保障。

（3）飛機(jī)外圍可配套外掛吊艙。

（4）相比其他試驗(yàn)機(jī)，該型飛機(jī)大小適中，耗油量小，資源利用率高。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，航空產(chǎn)品對試驗(yàn)機(jī)平臺電源的種類、功率及品質(zhì)的要求越來越高，該型飛機(jī)過于簡單的電源種類（直流28V電源、單相115V/400Hz交流電源）及過低的剩余功率（直流28V電源的剩余功率不超過18kW）大大限制了所能搭載的航空產(chǎn)品。因此亟需對該型飛機(jī)的電源系統(tǒng)進(jìn)行改造，以滿足各類新型航空產(chǎn)品的用電需求。

2 飛機(jī)電源系統(tǒng)簡介

飛機(jī)電源系統(tǒng)由主電源、二次電源、應(yīng)急電源、控制、保護(hù)等電路組成，作用是為飛機(jī)上的所有用電設(shè)備提供電能。本文所研究的飛機(jī)電源系統(tǒng)，其主電源系統(tǒng)包括直流電源系統(tǒng)與單相交流電源系統(tǒng)。其中直流電源由兩臺QF-18B起動發(fā)電機(jī)供給，每臺輸出的額定功率為18kW，采用并聯(lián)的方式供電。單相交流電源由兩臺額定功率為16kVA的JF-30A交流發(fā)電機(jī)供給，一臺主用（左發(fā)），另一臺備用（右發(fā)），當(dāng)主用交流發(fā)電機(jī)失效時，自動轉(zhuǎn)換到備用交流發(fā)電機(jī)供電。

3 電源系統(tǒng)改造方法分析

目前國外試驗(yàn)機(jī)電源系統(tǒng)的改裝主要包括兩種方式。一種方式是加裝二次電源，將原機(jī)的電源轉(zhuǎn)化成航空產(chǎn)品所需的電源類型，但是這種方式僅限于電源系統(tǒng)剩余功率足夠大的試驗(yàn)機(jī)。另外一種方式是增加輔助動力裝置如APU，增大飛機(jī)電源系統(tǒng)的供電能力，這種方式成本高、風(fēng)險大，對飛機(jī)自身的總體性能、機(jī)體結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)的要求也高。

某型飛機(jī)由于自身電源系統(tǒng)電源種類少，剩余功率小，不足以加裝滿足航空產(chǎn)品用電需要的大功率二次電源;因機(jī)體結(jié)構(gòu)及性能局限也不能夠加裝輔助動力裝置，因此這兩種方法不適用于該型飛機(jī)電源系統(tǒng)的改造，需要從該型飛機(jī)電源系統(tǒng)的供電方式及控制邏輯兩方面入手，對飛機(jī)自身的電源系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，來滿足試驗(yàn)產(chǎn)品的用電需求。

該型飛機(jī)電源系統(tǒng)的改造主要包括：右發(fā)交流發(fā)電機(jī)輸出改裝、供電控制邏輯改裝、試驗(yàn)平臺電源顯控系統(tǒng)改裝。

3.1 右交流發(fā)電機(jī)輸出改裝

該型飛機(jī)交流電源系統(tǒng)采用了JF-30A三相氣冷無刷同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電。JF-30A由共軸的主發(fā)電機(jī)、激磁機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)組成，其電樞繞組一般為Y形連接，輸出為三相115V/400Hz交流電。JF-30A交流發(fā)電機(jī)在某型飛機(jī)上使用時，其電樞繞組為三角形連接，C相接地，A相不接線，使用B、C兩相接線的方式取得單相交流電。因此改變JF-30A交流發(fā)電機(jī)輸出接點(diǎn)的連接方式，將輸出繞組由三角形連接改為Y形連接，就可以使發(fā)電機(jī)輸出115V/400Hz，額定功率30kVA三相交流電，如圖1所示。

由于發(fā)電機(jī)輸出狀態(tài)的改變，飛機(jī)自身配套的調(diào)壓控制保護(hù)裝置不再適用，需要加裝一臺與之相配套的調(diào)壓控制保護(hù)裝置，其功能如下：

（1）通過改變發(fā)電機(jī)勵磁電流的方法來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的電壓，以保證發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定。

（2）當(dāng)出現(xiàn)欠壓和過壓時，經(jīng)一定延時后產(chǎn)生信號并通過控制電路，斷開發(fā)電機(jī)勵磁回路并將負(fù)載從電網(wǎng)中切除。

（3）欠頻敏感電路通過感受永磁機(jī)頻率，當(dāng)頻率低于一定值時，斷開發(fā)電機(jī)勵磁回路并將負(fù)載從電網(wǎng)中切除。

當(dāng)發(fā)電機(jī)由飛機(jī)發(fā)動機(jī)驅(qū)動，其轉(zhuǎn)子以8000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，永磁機(jī)的永久磁極所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場將在其三相電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其空載電壓約30～33V，永磁機(jī)的三相輸出經(jīng)整流放大電路后輸出一個直流電，給激磁機(jī)的激磁繞組，使之產(chǎn)生磁場。激磁機(jī)的三相電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)感應(yīng)出三相電勢，經(jīng)三相半波整流后供給發(fā)電機(jī)激磁繞組，從而使發(fā)電機(jī)的電樞繞組建立三相交流電壓。也就是說激磁電流Ij是建立發(fā)電機(jī)三相交流電壓U的基礎(chǔ)，Ij增大，U也隨之增大，通過改變Ij的大小，就可調(diào)節(jié)電壓U的大小。

引取發(fā)電機(jī)輸出電壓U，經(jīng)過變壓整流電路輸出直流分量電壓U2，再經(jīng)過開關(guān)放大整形電路后輸出與U2成反比的電流I，以提供激磁機(jī)激磁電流。當(dāng)U電壓升高時，U2電壓升高，電流I減小，使激磁電流Ij減小，電壓U降低，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。

引取發(fā)電機(jī)輸出電壓U，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)欠頻、欠壓、過壓時，通過其測量電路，輸出一個電壓信號，經(jīng)過放大、延時電路后，來控制發(fā)動機(jī)的激磁和負(fù)載。原理框圖如圖2所示。

主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）調(diào)壓精度：0～100%負(fù)載 ? ? ? ?±2%

100～150%負(fù)載 ? ? ?±3%

150～200%負(fù)載 ? ? ?±4.5%

（2）過壓保護(hù);動作點(diǎn)電壓 ? ?（125±3）V

130V ? ? ?不大于3s

140V ? ? ?不大于0.5s

150V ? ? ?不大于0.32s

160V ? ? ?不大于0.22s

170V ? ? ?不大于0.16s

180V ? ? ?不大于0.12s

（3）欠壓保護(hù);97～107V ? ?3～5s

（4）欠頻保護(hù)：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率低于360±10

Hz時，自動切斷負(fù)載接觸器。

改造后，飛機(jī)電源系統(tǒng)能夠?yàn)榇钶d的航空設(shè)備提供功率為30kVA的三相115V/50Hz交流電源，大大提升了試驗(yàn)平臺的供電能力。另外根據(jù)任務(wù)需要，可以配套安裝二次電源，提升試驗(yàn)平臺的電源種類。

3.2 供電控制邏輯的改裝

供電控制邏輯改裝的原則是不改變飛機(jī)原有的供電余度，即在保證試驗(yàn)機(jī)機(jī)載設(shè)備正常供電的情況下，電源系統(tǒng)為搭載的航空產(chǎn)品提供電能。

正常供電狀態(tài)下，左右交流發(fā)電機(jī)接入網(wǎng)路的控制方式與飛機(jī)原來的方式相同，左交流電源系統(tǒng)給機(jī)載設(shè)備提供115V/400Hz單相交流電，右交流電源系統(tǒng)為搭載的航空設(shè)備提供三相115V/400Hz交流電源。兩個系統(tǒng)相互獨(dú)立。

在飛行過程中，若左交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)工作失效，先自動將搭載的航空設(shè)備從右交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中切除，再將左交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)通道上的機(jī)載設(shè)備自動轉(zhuǎn)由右交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供電。由于右交流發(fā)電機(jī)是三相115V/400Hz交流電輸出，機(jī)載設(shè)備是單相交流115V/400Hz用電，因此需在右交流發(fā)電機(jī)與機(jī)載設(shè)備電路之間加裝一臺輸入為三相115V/400Hz，輸出為單相115V/400Hz的變壓器電源，來實(shí)現(xiàn)三相轉(zhuǎn)單相供電，如圖3所示。

變壓器電源技術(shù)指標(biāo)如下：

輸入三相交流額定電壓：115±3%V;

輸入額定功率：30kVA;

輸入電源頻率：400Hz;

輸出單相交流額定電壓：115V;

輸出額定功率：16kVA。

在飛機(jī)機(jī)身處加裝一個三相地面電源插座，用于搭載的航空設(shè)備地面通電試驗(yàn)使用，并配套研制一臺相序保護(hù)器，使地面三相交流電源與機(jī)上三相交流電源的相序保持一致，以保證設(shè)備工作正常。地面三相交流電源系統(tǒng)與飛機(jī)網(wǎng)路相互隔離，飛機(jī)供電網(wǎng)路優(yōu)先于地面供電網(wǎng)路，即當(dāng)飛機(jī)滿足向電網(wǎng)供電時，自動切除地面供電。原理框圖如圖4所示。

3.3 試驗(yàn)平臺電源顯控系統(tǒng)改裝

客艙內(nèi)部配備一臺標(biāo)準(zhǔn)配電機(jī)柜，將三相115V/400Hz交流電源、直流28V電源及二次電源進(jìn)行集中控制，配電機(jī)柜上加裝一臺顯示器，用于顯示和監(jiān)控供電系統(tǒng)的主要參數(shù)。系統(tǒng)原理框圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

該型飛機(jī)的電源系統(tǒng)改造升級后，供電能力和電源種類得到了很大的提升，能夠滿足后續(xù)各類新型航空產(chǎn)品的試飛需要，提高了試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)平臺的利用率。

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