飛機電氣系統(tǒng)控制與管理技術(shù)分析

劉煒

摘 要：近年來，我國在不斷的提高軍用飛機的作戰(zhàn)性能，大量的使用電氣電子負載陸續(xù)裝機，同時對軍用飛機的供電能力、供電質(zhì)量也提出了更好的要求和標準。目前對于傳統(tǒng)的控制方法和管理技術(shù)已經(jīng)無法有效提高飛機整體的性能。因此，本文通過對軍用飛機電氣系統(tǒng)控制與管理技術(shù)進行了深入性的闡述，以此來確保飛機供電的安全性。

關(guān)鍵詞：電傳;飛控系統(tǒng);供電保護方法

引言：飛機發(fā)電機是一類高度復(fù)雜的典型多部件電力機械系統(tǒng)，長期在惡劣環(huán)境中循環(huán)工作所產(chǎn)生的任何性能變化都可能對飛機造成嚴重災(zāi)難。其性能主要由某些參數(shù)所表征，一旦這些參數(shù)值發(fā)生異常，其性能就可能出現(xiàn)異常。因此，尋找一種性能趨勢預(yù)測方法是飛機發(fā)電機性能趨勢分析研究重點。

1飛機系統(tǒng)故障預(yù)測與健康管理需求分析

1.1飛行安全的需求

因航空裝備的關(guān)鍵功能/設(shè)備故障而引起的災(zāi)難性事故時常發(fā)生，從飛行安全角度看，迫切需要對飛機系統(tǒng)和設(shè)備在未發(fā)生故障前給出預(yù)測和評估，發(fā)生故障時能精確定位故障，并給出合理的飛行建議和維修措施，將故障對飛機的影響和危害降到最低。

1.2改善飛機使用維護工作需求

飛機系統(tǒng)設(shè)備/部件眾多，交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，在使用過程中故障模式和故障機理繁多，傳統(tǒng)測試、串件及專家分析等方式難以做到精準定位，而故障定位不準確會造成更換維護工作量大、周期長，因此，健康管理對飛機的使用、維護和保障工作有著重要的意義。

1.3降低維修保障費用需求

現(xiàn)代武器裝備的采購費用、使用與保障費用高，經(jīng)濟可承受性成為一個不可回避的問題。根據(jù)美國有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在武器裝備的全壽命周期費用中，使用與保障費用占到總費用的72%。與使用費用相比，維修保障費用在技術(shù)上更具有可壓縮性?；赑HM技術(shù)實現(xiàn)視情維修、自主保障等是壓縮維修保障費用的重要手段。

2飛機電氣系統(tǒng)控制與管理技術(shù)分析

2.1電氣控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

負載自動控制在實際應(yīng)用的過程中不僅可以將電源進行及時的連接，還可以在特殊的情況下將其斷開，這主要是通過利用固態(tài)功率控制器的作用將其實現(xiàn)，如果屬于一個大功率的負載，就需要利用機電式功率控制器將其實現(xiàn)。這項功能運行過程中其主要的原理就是利用已經(jīng)設(shè)置好的程序?qū)﹄姎庀到y(tǒng)的供電情況進行實現(xiàn)，在實現(xiàn)整個功能的各個環(huán)節(jié)中都尤其屬于各自的時間。電源自動管理，對于這項功能而言可以對電源的發(fā)電量給予全面的控制，對于這種現(xiàn)象一般主要采用兩種管理方式，第一種，如果系統(tǒng)在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)缺少一定的電能，就要站在某一個角度或者某一部分對所需要的電能進行調(diào)取，以此來更好的促進電源在一定程度上可以加大對電源的發(fā)電量。第二種，如果系統(tǒng)在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)比較充足，或者是電能已經(jīng)超出一定的標準，就會將超出標準的電能進行及時的轉(zhuǎn)移，或者還可以對發(fā)電量進行有效控制。對于這兩種管理模式，兩者之間相互促進、相互影響，可以在很大程度上確保飛機運行過程中供電的穩(wěn)定性。對于保護故障是電氣系統(tǒng)中最基本的一種功能，電氣系統(tǒng)對所出現(xiàn)的故障可以進行自動性的保護，并且在特殊的情況下還可以對故障比較顯著的位置進行及時的隔離，避免故障對其他安全的區(qū)域造成嚴重的影響，確保其整體的安全性和穩(wěn)定性。在實際運行的過程中該功能還可以在故障發(fā)生的過程中加強對飛機的保護，確保飛機在安全、穩(wěn)定的環(huán)境下進行運行。

2.2設(shè)計原則考慮

供電系統(tǒng)健康管理需要綜合多因素權(quán)衡考慮，與系統(tǒng)功能并行設(shè)計。

（1）應(yīng)綜合考慮重量、空間、資源、成本等約束條件，主要針對關(guān)鍵設(shè)備、主要故障模式進行監(jiān)測;關(guān)鍵設(shè)備如交流發(fā)電機、變壓整流器、蓄電池等。主要故障模式如發(fā)電機發(fā)電功能失效、發(fā)電機控制器調(diào)壓功能故障、變壓整流器無法提供直流電能等。

（2）應(yīng)基于系統(tǒng)安全性與任務(wù)可靠度分析，將影響飛機安全運行與重要任務(wù)完成的關(guān)鍵重要子系統(tǒng)和設(shè)備進行監(jiān)測;關(guān)鍵重要子系統(tǒng)有交流主電源子系統(tǒng)、直流二次電源子系統(tǒng)、應(yīng)急電源子系統(tǒng)。

（3）應(yīng)從故障模式、機理及影響分析（FMECA）以及本設(shè)備或同類設(shè)備的歷史故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)入手，確定設(shè)備主要故障模式，對與故障相關(guān)聯(lián)和可測量的參數(shù)進行監(jiān)測;如交流發(fā)電機輸出電壓、電流、頻率，變壓整流器輸出電壓、電流，蓄電池輸出電壓、電流等。

2.3電氣控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式

對于非綜合總線結(jié)構(gòu)而言，將電氣系統(tǒng)與航空電子系統(tǒng)斷開，將兩個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行獨立，這樣更有利于進行安全的運行，但是對于這種結(jié)構(gòu)有需要安裝更多的接口和模塊，敷設(shè)一定量的線路，這樣就使得該結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。綜合總線結(jié)構(gòu)它在操作的過程中，其原理主要是將電氣系統(tǒng)與航空電子系統(tǒng)進行有效的聯(lián)系，這樣就可以直接利用航空電子系統(tǒng)的控制功能對電氣系統(tǒng)給予全面的控制，這樣一來，路線就會逐漸趨于簡單化，但是該方法的弊端就是兩者系統(tǒng)相互重疊，一旦重疊兩者之間的影響力就會逐漸加強，無法對系統(tǒng)給予深入性的擴展。分層總線系統(tǒng)在電器系統(tǒng)中設(shè)置了一個獨立習慣的數(shù)據(jù)線，可以直接與航空電子系統(tǒng)進行連接，通過利用處理器的功能進行實現(xiàn)。這種系統(tǒng)主要的優(yōu)勢就是在實際應(yīng)用的過程中可以有效減少通信的總量，而且也可以使系統(tǒng)在無任何的條件下進行不斷的擴展和延伸。在基礎(chǔ)上也將兩種系統(tǒng)之間所產(chǎn)生的統(tǒng)一性進行及時的消除，這樣一來就可以在很大程度上使各個系統(tǒng)可以進行獨立的運行。但是這種系統(tǒng)的在應(yīng)用過程中也存在一些弊端：需要設(shè)置較多的數(shù)據(jù)總線，較多的系統(tǒng)接口，這樣也就極大的增加了電氣控制系統(tǒng)的成本，不利于經(jīng)濟利益的提升。

2.4均流控制

飛機供電系統(tǒng)中每臺發(fā)電機都受到相應(yīng)的發(fā)電機控制器的控制。供電系統(tǒng)中的匯流條功率控制器則具有更高的控制權(quán)限，可以實現(xiàn)對整個供電系統(tǒng)的管理。在高壓直流供電系統(tǒng)中，匯流條功率控制器可以充當控制中心的角色，因此適合采用集中式均流控制。參與并聯(lián)的電源種類和型號可能存在不同，相同型號的電源由于性能參數(shù)漂移、工況不同也會呈現(xiàn)出不同的外特性。在這些電源參與并聯(lián)時，如果不增加額外的控制，會引起各個電源承擔的負載不相同，甚至會導(dǎo)致一些電源承擔了全部負載，而其他電源空載的極端情況。輸出電流的不均衡會導(dǎo)致發(fā)熱和壽命的失衡，也會影響系統(tǒng)性能的發(fā)揮。因此，在高壓直流并聯(lián)供電系統(tǒng)中還必須增加均流控制，保證參與并聯(lián)的電源按照額定功率所占比例輸出電流。

常用的均流控制方法包括主從控制、最大值控制和平均值控制等。主從控制是從參與并聯(lián)的電源中選取一臺電源作為主電源，其他電源以主電源的輸出電流作為輸出電流參考值。最大值控制則是以輸出電流最大值作為其他電源的輸出電流參考值。平均值控制計算各個電源輸出電流平均值，并以此作為所有電源的輸出電流參考值。

結(jié)語：作為航空電子綜合化系統(tǒng)而言，飛機電氣控制與管理系統(tǒng)也在不斷順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，使飛機電氣控制與管理系統(tǒng)可以成為其中最有效的一種的系統(tǒng)，所以在這種情況下加強對控制結(jié)構(gòu)與接口方式的創(chuàng)新是目前首要完成的任務(wù)。

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