淺談飛機(jī)電源系統(tǒng)與維護(hù)

李志豪

摘? 要：隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，飛機(jī)在軍事、運(yùn)輸與通行等方面扮演著日益重要的角色，飛機(jī)電源系統(tǒng)作為飛機(jī)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，是全機(jī)用電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要支撐，直接關(guān)系到了飛機(jī)的飛行安全和任務(wù)執(zhí)行。因此，加強(qiáng)飛機(jī)電源系統(tǒng)的維護(hù)深度和維護(hù)水平是迫切且必要的。本文以某恒頻交流主電源飛機(jī)為例，提出了電源系統(tǒng)的維護(hù)措施與手段。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)電源系統(tǒng);維護(hù);恒頻交流主電源

1 飛機(jī)電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 低壓直流主電源

低壓直流電源系統(tǒng)是最早使用的飛機(jī)主電源系統(tǒng)之一。該類型電源的工作原理是：由航空發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)有刷直流發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)配套電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，進(jìn)而調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出電壓，使之穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。低壓直流電源系統(tǒng)組成較為簡(jiǎn)單、運(yùn)行傳動(dòng)方式相對(duì)可靠;但受制于有刷直流發(fā)電機(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率和大量有壽件的使用，系統(tǒng)的輸出功率相對(duì)較低，系統(tǒng)維護(hù)周期較短;更因輸出電壓較低，導(dǎo)致其二次配電端較為臃腫，嚴(yán)重限制飛機(jī)飛行性能，難以滿足現(xiàn)代大型飛機(jī)的使用需求。

1.2 恒頻交流主電源

恒頻交流電源系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的飛機(jī)主電源系統(tǒng)。其工作原理是：通過(guò)恒速傳動(dòng)裝置將航空發(fā)動(dòng)機(jī)與三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)連接，進(jìn)而保證三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)以一個(gè)較高的頻率穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由于恒速傳動(dòng)裝置和三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精密，配合度要求較高，非?？简?yàn)工業(yè)生產(chǎn)水平，維護(hù)使用也較為復(fù)雜;后期出現(xiàn)了變速恒頻交流電源，但由于該系統(tǒng)對(duì)于功率電子器件的耐受力和可靠性要求過(guò)高，導(dǎo)致其環(huán)境適應(yīng)性和過(guò)載承受力較差，未能廣泛應(yīng)用。

1.3 變頻交流主電源

變頻交流電源系統(tǒng)取消了恒速恒頻交流電源系統(tǒng)的恒速傳動(dòng)裝置和變速恒頻交流電源系統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器，極大程度上降低了飛機(jī)電源系統(tǒng)的復(fù)雜程度，使系統(tǒng)可靠性和維修性得到較大的提升，其較高的電機(jī)轉(zhuǎn)速和較大的輸出功率造成的機(jī)械強(qiáng)度不足和散熱條件苛刻隨著材料學(xué)和電力電子技術(shù)的進(jìn)步得到順利解決。

1.4 高壓直流主電源

隨著飛行控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于飛機(jī)的期待也由之前的“飛起來(lái)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍踩?、舒適、功能”;航電系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用，在為飛機(jī)提升科技水平和安全保證的同時(shí)，也帶來(lái)了大量的非線性負(fù)載用電需求;機(jī)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的主要用電設(shè)備也由于電子器件的廣泛應(yīng)用而由之前的線型負(fù)載發(fā)展為非線性負(fù)載。基于此種情況，高壓直流電源系統(tǒng)得到了前所未有的重視，并隨著無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)技術(shù)、智能配電技術(shù)的突破得到發(fā)展。

2 飛機(jī)電源系統(tǒng)的使用與維護(hù)

2.1 主交流電源系統(tǒng)的使用與維護(hù)

該型號(hào)主電源為恒速恒頻交流電源系統(tǒng)，由兩臺(tái)額定電壓為115V/400Hz、額定容量60kVA的三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)組成;接通發(fā)電機(jī)開關(guān)后，控制器接通發(fā)電機(jī)調(diào)壓器、調(diào)頻器和恒速傳動(dòng)裝置電磁活門;通過(guò)調(diào)整激磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出頻率，并建立電壓;控制器內(nèi)部的電壓敏感電路檢測(cè)發(fā)電機(jī)線電壓，在達(dá)到一定門限時(shí)接通發(fā)電機(jī)接觸器，使發(fā)電機(jī)入網(wǎng)，為機(jī)上交流匯流條供電。

系統(tǒng)工作過(guò)程中，通過(guò)機(jī)上電源控制設(shè)備對(duì)其供電電壓和頻率、供電電流進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)控制器檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)/欠壓、過(guò)/欠頻和差動(dòng)信號(hào)時(shí)，切斷發(fā)電機(jī)接觸器，使發(fā)電機(jī)和機(jī)上電網(wǎng)斷開，防止故障擴(kuò)大損壞機(jī)上用電設(shè)備。

現(xiàn)階段，恒速恒頻交流電源系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)措施已相當(dāng)完備，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性較高;使用配套的交流電源檢測(cè)設(shè)備，能夠向系統(tǒng)注入各類故障，進(jìn)而對(duì)其保護(hù)功能進(jìn)行檢驗(yàn)，使維護(hù)工作變得簡(jiǎn)單快捷，僅需結(jié)合飛行頻次和周期對(duì)發(fā)電機(jī)軸承機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤(rùn)滑保養(yǎng)。

2.2 直流二次電源系統(tǒng)的使用與維護(hù)

該型號(hào)配套使用了4臺(tái)額定電流300A的變壓整流器，用于將交流發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電源轉(zhuǎn)換為28.5V直流電源;在主交流電源系統(tǒng)正常工作投網(wǎng)后，接通變壓整流器開關(guān)，相應(yīng)變壓整流器開始工作，將輸出的28.5V直流電源送至機(jī)上直流正常匯流條，并通過(guò)機(jī)上電源控制設(shè)備顯示其輸出電壓和輸出電流;當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流、反流和過(guò)壓故障時(shí)，配套的變整控制器會(huì)切斷對(duì)應(yīng)變壓整流器與交流匯流條的連接，進(jìn)而保證系統(tǒng)設(shè)備的用電安全。

隨著AC/DC電源轉(zhuǎn)換技術(shù)的日益成熟，變壓整流器的穩(wěn)定性和可靠性得到了充分的驗(yàn)證，保護(hù)措施和控制手段愈加完備，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、操作便捷。

2.3 航空蓄電池的使用與維護(hù)

該型號(hào)配套兩臺(tái)額定電壓24V、容量40Ah的蓄電池組，在直流二次電源正常供電時(shí)，蓄電池處于浮充狀態(tài);在直流二次電源失效后，接通機(jī)上蓄電池開關(guān)，兩臺(tái)蓄電池并聯(lián)向機(jī)上直流應(yīng)急匯流條供電，保證飛機(jī)緊急起動(dòng)APU和應(yīng)急用電設(shè)備的用電需求。在蓄電池使用過(guò)程中，能夠通過(guò)機(jī)上電源控制設(shè)備對(duì)蓄電池供電電壓和放電電流進(jìn)行監(jiān)控，因蓄電池自身、供電饋線或后端用電設(shè)備短路、故障出現(xiàn)大電流長(zhǎng)時(shí)間放電情況時(shí)，蓄電池內(nèi)部過(guò)熱保護(hù)開關(guān)動(dòng)作，斷開供電通路，并發(fā)出告警信息和提示。

受制于當(dāng)前蓄電池維護(hù)水平，蓄電池?fù)p耗的電量?jī)H能通過(guò)機(jī)上28.5V直流正常電源進(jìn)行補(bǔ)充，因平臺(tái)直流電源電壓較低，導(dǎo)致蓄電池長(zhǎng)期處于充電不充分的虛浮狀態(tài)，供電品質(zhì)和時(shí)間大打折扣，電量補(bǔ)充情況和使用狀態(tài)無(wú)法監(jiān)控，僅能在蓄電池周期維護(hù)時(shí)利用地面專業(yè)充電設(shè)施離位進(jìn)行電液和電量補(bǔ)充;更因蓄電池重量大、操作空間受限導(dǎo)致維修工作難度大。

現(xiàn)階段，針對(duì)此類情況，行業(yè)內(nèi)提出了一種蓄電池容量管理系統(tǒng)，以蓄電池充放電過(guò)程中的電壓、電流和蓄電池內(nèi)阻為輸入，蓄電池容量為輸出，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和優(yōu)化算法仿真分析，探尋蓄電池容量和相應(yīng)變量之間的模型關(guān)系，實(shí)現(xiàn)蓄電池容量預(yù)估和監(jiān)控。

3 結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)的進(jìn)步與發(fā)展關(guān)系著各行各業(yè)，飛機(jī)的穩(wěn)定與安全影響著人民生命財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)防建設(shè)事業(yè);行業(yè)先驅(qū)們?cè)陉P(guān)注機(jī)電、飛控、航電和武器等系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，也應(yīng)深思電源系統(tǒng)的未來(lái)與發(fā)展，重視電源系統(tǒng)的檢測(cè)和維護(hù)技術(shù)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海青.航空電子系統(tǒng)綜合試驗(yàn)新思路[J].飛機(jī)設(shè)計(jì).2007（1）.

[2]鄭連興，任仁良.渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)（AV）上冊(cè)[M]：北京：兵器工業(yè)出版社，2006.D2E4D504-E400-484C-A2C4-EB6AEEB460A2