一種便攜式單相地面電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陸歡 許晶菁

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 江西省景德鎮(zhèn)市 333000）

直升機(jī)無(wú)線電羅盤在轉(zhuǎn)場(chǎng)、更換天線或羅盤示數(shù)不準(zhǔn)時(shí)需校羅差，由于無(wú)線電羅盤校羅差時(shí)，地面不開車，直升機(jī)需360°旋轉(zhuǎn)，且需在空曠場(chǎng)所電磁干擾小的情況下進(jìn)行，而直升機(jī)在此情況下無(wú)115V交流電，故需地面保障設(shè)備給無(wú)線電羅盤地面校羅差時(shí)供115V單相交流電。故設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易便捷的地面電源，來(lái)滿足直升機(jī)無(wú)線電羅盤在特定工況下的需求——地面電源。

1 地面電源組成

地面電源主要組成由蓄電池、逆變器、保險(xiǎn)絲、開關(guān)、指示燈及充電器等組成，各個(gè)模塊高度集成簡(jiǎn)潔，各個(gè)模塊便于安裝拆卸，在設(shè)計(jì)源頭既考慮了安裝操作性和維修性。同時(shí)，各個(gè)模塊高度集成化，各個(gè)功能單一獨(dú)立化，降低了故障有效率。

2 地面電源工作原理

地面電源將蓄電池輸出的28V直流電通過(guò)逆變器逆變轉(zhuǎn)換成單相115V交流電，地面電源的流程圖如圖1所示。

蓄電池組由蓄電池和電量指示板組成。蓄電池供電給單相逆變器時(shí)，通過(guò)單相逆變器的逆變電路，將28V直流電壓變換成115V單相交流，并通過(guò)輸出線纜輸送給用電設(shè)備。蓄電池在充電時(shí)，電量指示板實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池電量，并通過(guò)充電器上的指示燈顯示充電狀態(tài)。為了保證控制的安全性和可靠性，在蓄電池和逆變器之間增加了2A保險(xiǎn)絲和開關(guān)。開關(guān)控制蓄電池28V直流電輸入到單相逆變器中，在28V直流電的負(fù)極增加2A保險(xiǎn)絲保護(hù)電路過(guò)載工作。在逆變器輸出端增加115V交流指示燈，指示115V輸出。

整個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷，中間環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化。大大提高了整個(gè)設(shè)備電路的可靠性和優(yōu)越性。圖2為地面電源電氣原理圖。

2.1 蓄電池單元

地面電源在放電過(guò)程中，由蓄電池直接給單相逆變器提供穩(wěn)定的直流電源。蓄電池輸出直流電壓在20V～30V之間，蓄電池額定容量為5Ah,最大放電電流為10A。

充電過(guò)程中，在充電回路中，即充電器與蓄電池之間串入轉(zhuǎn)接件，轉(zhuǎn)接件通過(guò)內(nèi)部電池保護(hù)板對(duì)電池進(jìn)行二次充電保護(hù)。蓄電池配套充電器為便攜式充電器，輸出參數(shù)為DC 29.4V，最大充電電流為5Ah，具有充電指示及充滿電量指示功能。

2.2 單相逆變器單元

單相逆變器采用高頻電力電子變換技術(shù)，為飛機(jī)及機(jī)載設(shè)備提供115V單相交流電源，是直流機(jī)組和可控硅整流電源的換代產(chǎn)品，符合GJB181A-2003《飛機(jī)供電特性》及GJB572A《飛機(jī)外部

圖2：地面電源電氣原理圖

圖3：地面電源機(jī)械結(jié)構(gòu)

電源供電特性及一般要求》。單項(xiàng)逆變器輸入電壓為28VDC，輸入電壓范圍為18 VDC～30VDC，輸出單相115VAC/400Hz，功率為50VA，穩(wěn)壓精度為±2V，頻率穩(wěn)定度≤±0.5%。滿足用電設(shè)備對(duì)供電品質(zhì)要求。

3 地面電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了提高攜帶的便捷性和維修可操作性，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高設(shè)備的維修便捷性。地面電源內(nèi)部的器件與電源盒體之間連接采用螺釘固定，便于現(xiàn)場(chǎng)快速拆卸。殼體選用強(qiáng)度高、導(dǎo)電良好、質(zhì)輕的鋁合金材料以滿足抗振性和電磁兼容性要求。

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)殼體

在結(jié)構(gòu)方面采用多塊鋁板拼接的結(jié)構(gòu)形式。電源盒由盒體、前面板、蓋板組成，既保證電源盒的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又方便拆裝，便于設(shè)備的維護(hù)。地面電源內(nèi)部合理布局，優(yōu)化形狀，以求重量最小，地面電源機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.2 人機(jī)操作界面

在人機(jī)操作界面上簡(jiǎn)化明了，前面板對(duì)應(yīng)區(qū)域標(biāo)注功能指示按鈕。有“充電”、“保險(xiǎn)絲”、“電量指示”、“輸出開關(guān)”、“輸出”以及“工作指示”。簡(jiǎn)潔清晰的操作界面，讓其使用者輕松快速掌握操作步驟及方法。地面電源人機(jī)操作界面如圖4。

4 電磁兼容性設(shè)計(jì)措施

整個(gè)電路設(shè)計(jì)已設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化優(yōu)質(zhì)高效的逆變電路，其逆變輻射已降到有效輻射分貝范圍內(nèi)。電源盒體采用金屬材料鋁為殼體，作為高頻電場(chǎng)的屏蔽材料，交流輸出部分采用屏蔽電纜，進(jìn)一步減少電場(chǎng)輻射。對(duì)外接口銜接緊密，減少電磁泄露以及阻抗外界電磁的干擾。

本設(shè)備依據(jù)GJB151A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》以及GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》測(cè)試RE102試驗(yàn)項(xiàng)目，電場(chǎng)輻射發(fā)射范圍為10kHz～18GHz,試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目指標(biāo)均符合。圖5為頻段為2～30MHzRBW為10kHz，測(cè)試的頻段波形圖。

5 維修性設(shè)計(jì)

5.1 維修性指標(biāo)預(yù)計(jì)

地面電源維修性建模，在建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行維修性預(yù)計(jì),以確定系統(tǒng)維修性設(shè)計(jì)是否滿足要求，并分析維修性薄弱環(huán)節(jié)采取有效措施進(jìn)行糾正。本系統(tǒng)的維修性指標(biāo)MTTR（平均修復(fù)時(shí)間）(基層級(jí))：10min。

5.2 維修性設(shè)計(jì)分析

電源進(jìn)行了維修性建模預(yù)計(jì)，預(yù)計(jì)結(jié)果MTTR為7.07min，滿足成熟期維修性指標(biāo)MTTR不大于10min的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，力求做到不損失技術(shù)性能指標(biāo)的前提下結(jié)構(gòu)緊奏、簡(jiǎn)潔；在安裝設(shè)計(jì)時(shí)，力求做到拆裝容易，測(cè)試接口方便測(cè)試；余量設(shè)計(jì)；各插頭連接功能標(biāo)志清楚、清晰，插頭具有防插錯(cuò)功能，可快速裝卸。

6 外場(chǎng)實(shí)用性

該地面電源體積為260×170×146(mm)（深×寬×高），重量4Kg，便于攜帶和安放。在滿載23VA條件下，可以連續(xù)工作3h，能滿足外場(chǎng)無(wú)線電羅盤對(duì)供電需求，同時(shí)在環(huán)境溫度為-30℃～50℃，可以正常工作。

7 總結(jié)

圖4：地面電源人機(jī)操作界面

圖5：地面電源電磁兼容試驗(yàn)頻段圖

本地面電源已與直升機(jī)對(duì)接，并按照設(shè)計(jì)要求，完成了高低溫試驗(yàn)、運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)、運(yùn)輸?shù)湓囼?yàn)、濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)和電磁兼容試驗(yàn)。并對(duì)供電特性進(jìn)行檢測(cè)，供電特性品質(zhì)高，符合設(shè)計(jì)要求和滿足給直升機(jī)無(wú)線電羅盤供電需求。該地面電源以體積小，質(zhì)量輕，性能穩(wěn)定，獲得使用者的好評(píng)，在該領(lǐng)域有廣闊的使用空間和市場(chǎng)。