某型直升機(jī)加裝噴灑設(shè)備的電氣負(fù)載分析

摘 "要：為保證機(jī)載系統(tǒng)的正常工作，電氣負(fù)載分析（ELA）工作是機(jī)載電子電氣設(shè)備加改裝工作中非常重要的一步，在分析相關(guān)適航條款基礎(chǔ)上，總結(jié)電氣負(fù)載分析過(guò)程與方法，開展某型直升機(jī)加裝噴灑設(shè)備的ELA分析，表明對(duì)適航條款的符合性，為該型直升機(jī)加裝噴灑設(shè)備的適航取證工作提供必要技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；噴灑設(shè)備；ELA；適航；電纜載荷

中圖分類號(hào)：V242.2 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2025）10-00７９-0４

Abstract： To ensure the normal operation of the onboard system， electrical load analysis （ELA） is a very important step in the modification and upgrading of onboard electronic and electrical equipment. Based on the relevant airworthiness regulations， the process and methods of electrical load analysis are summarized. The ELA analysis for the installation of a spraying device on a certain type of helicopter is carried out， which demonstrates compliance with the relevant airworthiness regulations and provides necessary technical support for the certification of the installation of the spraying device on the helicopter.

Keywords： helicopter; spraying equipment; ELA; airworthiness; cable load

電氣負(fù)載和電源容量分析是對(duì)直升機(jī)的供電狀態(tài)進(jìn)行檢查，保證直升機(jī)電源系統(tǒng)容量在預(yù)期的運(yùn)行環(huán)境和條件下滿足全機(jī)負(fù)載的用電需求，使其處于安全運(yùn)行的狀態(tài)。在直升機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)或電氣改裝工作中，電氣負(fù)載分析（ＥＬＡ）必不可少，需在初始或基準(zhǔn)分析文件的基礎(chǔ)上，根據(jù)新增任務(wù)設(shè)備的負(fù)載情況進(jìn)行補(bǔ)充更新。

為拓展某型直升機(jī)任務(wù)能力，滿足航空植保作業(yè)的需求，在某型直升機(jī)上加裝噴灑設(shè)備，需根據(jù)改裝后的負(fù)載變化情況進(jìn)行ELA更新，以確保在各種預(yù)期的飛行條件下，電源系統(tǒng)有足夠的能力滿足改裝后全機(jī)負(fù)載的用電需求和用電安全，表明對(duì)適航條款的符合性。

1 "適航要求

2014年，中國(guó)民用航空管理局頒發(fā)了《關(guān)于在適航檢查中增加電氣負(fù)載分析文件要求的通知》的民航電報(bào)，文件指出：電氣負(fù)載分析文件是航空器制造人或改裝人為航空運(yùn)營(yíng)人提供的文件，是運(yùn)營(yíng)中航空器的加改裝方案評(píng)估工作中的重要文件；同時(shí)要求在航空器適航檢查中，航空運(yùn)營(yíng)人應(yīng)向局方提供電氣負(fù)載分析文件（包括初始文件和更改文件）。

適航規(guī)章方面，與正常類旋翼航空器的電氣負(fù)載分析關(guān)聯(lián)最大的適航條款為CCAR 27.1351（a），此條款具體內(nèi)容如下。

（a）電氣系統(tǒng)容量 "電氣系統(tǒng)必須符合其預(yù)定的用途。此外，采用下列規(guī)定：

（1）電源及其傳輸電纜以及有關(guān)的控制、保護(hù)裝置必須能夠向安全運(yùn)行所必不可少的每個(gè)負(fù)載電路以適當(dāng)?shù)碾妷汗┙o所需的電功率。

（2）必須用電氣負(fù)載分析或電氣測(cè)量來(lái)表明符合（a）（1）的要求。在電氣負(fù)載分析或電氣測(cè)量時(shí)要考慮用在該電氣系統(tǒng)的各種電氣負(fù)載可能的組合和持續(xù)時(shí)間。

針對(duì)適航要求，在通過(guò)電氣負(fù)載分析的方法對(duì)所選擇的電源系統(tǒng)的容量是否滿足整機(jī)負(fù)載的用電需求進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)計(jì)算出航空器全機(jī)用電設(shè)備在各個(gè)不同飛行狀態(tài)及可能的工作時(shí)間下的用電量，并與計(jì)算出的電源系統(tǒng)容量進(jìn)行比較，以表明：①發(fā)電系統(tǒng)的容量應(yīng)能分別在雙（多）發(fā)供電、單發(fā)供電滿足各飛行狀態(tài)的全機(jī)負(fù)載的用電需求；②應(yīng)急電源的容量應(yīng)能滿足在VFR下的旋翼航空器至少5 min的用電需求，對(duì)于A類旋翼航空器，應(yīng)能滿足全機(jī)重要負(fù)載至少30 min的用電需求。③任一電源的失效或故障不會(huì)造成危險(xiǎn)或損害其余的電源向重要負(fù)載供電的能力。

對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)容量計(jì)算，應(yīng)根據(jù)旋翼航空器預(yù)期的用途，留有足夠的余量，以便后續(xù)客戶化改裝。作為應(yīng)急電源的蓄電池，其容量的計(jì)算應(yīng)考慮使用損耗及充電不足的影響。

2 "分析過(guò)程與方法

2.1 分析過(guò)程

首先對(duì)直升機(jī)工作狀態(tài)和負(fù)載工作時(shí)間區(qū)段進(jìn)行劃分；然后以具有獨(dú)立功能的用電設(shè)備為單元，統(tǒng)計(jì)其在各個(gè)工作狀態(tài)下的工作時(shí)間和功率，形成匯流條負(fù)載表；最后計(jì)算所有用電設(shè)備在直升機(jī)的各種工作狀態(tài)下、各時(shí)間區(qū)間的總負(fù)載，形成負(fù)載分析表。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電路負(fù)載超過(guò)保護(hù)器、匯流條、電源的許用值時(shí)，需更改方案并重新分析，以確保容量滿足負(fù)載要求。

2.2 "飛行階段劃分

根據(jù)GJB 860A—2006《飛機(jī)電氣負(fù)載和電源容量分析》對(duì)飛行階段進(jìn)行劃分，明確在不同飛行階段設(shè)備的用電情況。根據(jù)輕型民用直升機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)，飛行階段一般可劃分為開車、起飛和爬升、巡航、懸停、著陸及應(yīng)急狀態(tài)。

2.3 "工作時(shí)間劃分

對(duì)機(jī)載設(shè)備工作時(shí)間統(tǒng)計(jì)，一般把時(shí)間按“5 s”“5 min”和“連續(xù)”作為時(shí)間區(qū)間進(jìn)行采集與負(fù)載分析。如果設(shè)備工作時(shí)間小于0.3 s，視0處理；設(shè)備負(fù)載的工作時(shí)間超過(guò)0.3 s，進(jìn)行5 s分析； 設(shè)備負(fù)載的工作時(shí)間超過(guò)5 s，進(jìn)行5 min分析和5 s分析；設(shè)備負(fù)載的工作時(shí)間超過(guò)5 min，進(jìn)行連續(xù)分析、5 min分析和5 s分析。

在上述某時(shí)間區(qū)間內(nèi)， 設(shè)備工作時(shí)間選取原則如下。

1）單次工作的設(shè)備， 取設(shè)備工作的時(shí)間。

2）周期性工作的設(shè)備， 取一個(gè)周期內(nèi)工作時(shí)間。

3）間斷工作的設(shè)備， 每次工作時(shí)的持續(xù)時(shí)間不一致， 取持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的那次工作時(shí)間。

2.4 "同類設(shè)備說(shuō)明

對(duì)于在某一個(gè)飛行階段， 同類的各個(gè)設(shè)備可能分別以不同的功率工作，或者同類的各個(gè)設(shè)備可能工作時(shí)間不同，因此對(duì)于同類設(shè)備的每個(gè)用電負(fù)載都應(yīng)列出并給予明確，除非工作狀態(tài)完全相同。

2.5 "電氣負(fù)載分析

在加裝直流/交流負(fù)載時(shí)，要分析和驗(yàn)證斷路器/熔斷器、匯流條、上級(jí)匯流條、二次電源是否過(guò)載或超過(guò)設(shè)計(jì)容量；在加裝交流負(fù)載時(shí)，還要考慮該負(fù)載的相數(shù)、功率因數(shù)、負(fù)載平衡要求等。最后還應(yīng)計(jì)算總負(fù)載，以分析和驗(yàn)證發(fā)電機(jī)是否過(guò)載或超過(guò)設(shè)計(jì)容量。

每項(xiàng)負(fù)載分別按各個(gè)工作狀態(tài)下規(guī)定的3種時(shí)間區(qū)間進(jìn)行計(jì)算，填入負(fù)載分析表。對(duì)于直流用電設(shè)備的負(fù)載使用直流電流或功率表示，單位為安培（A）或瓦（W）；交流用電設(shè)備負(fù)載使用視在功率， 即有功功率與無(wú)功功率向量和， 單位為伏安（VA）。

3 "加裝設(shè)備ELA

3.1 "噴灑設(shè)備供電原理

噴灑設(shè)備電氣控制部分主要由配電盒、開關(guān)控制盒、電磁閥、藥量傳感器和液壓拋放設(shè)備組成。電源采用機(jī)上28 V直流電，配電盒由接觸器與斷路器組成，提供電路控制與保護(hù)功能。開關(guān)控制盒中裝配3個(gè)開關(guān)與2個(gè)指示燈，安裝在駕駛桿手柄上，供飛行員控制電路與觀察狀態(tài)。泵開關(guān)打開并啟動(dòng)汽油機(jī)噴灑泵后，當(dāng)噴灑開關(guān)撥至“噴灑”位時(shí)，電磁閥作動(dòng)，噴灑管路接通，藥液通過(guò)噴桿輸送至噴頭霧化后噴出，實(shí)現(xiàn)藥液噴灑，此時(shí)表示處于噴灑狀態(tài)的綠色指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)噴灑開關(guān)撥至“攪拌”位時(shí)，攪拌管路接通，藥液進(jìn)入藥箱實(shí)現(xiàn)攪拌循環(huán)，此時(shí)綠色指示燈熄滅；當(dāng)藥箱中藥液低于一定刻度時(shí)，藥量傳感器輸出信號(hào)至紅色指示燈，燈點(diǎn)亮表示藥液將盡的告警信息，飛行員應(yīng)立刻控制泵開關(guān)關(guān)閉噴灑泵，停止作業(yè)，直升機(jī)返航。在應(yīng)急情況下需要對(duì)直升機(jī)減重降落時(shí)，操作拋放開關(guān)，藥箱底部拋放門打開，可實(shí)現(xiàn)液體排放，松開開關(guān)后自動(dòng)復(fù)位。

原直升機(jī)平臺(tái)正常供電設(shè)備為一臺(tái)6 kW的起動(dòng)發(fā)電機(jī)，應(yīng)急供電設(shè)備為一臺(tái)15 Ah蓄電池。噴灑設(shè)備的應(yīng)急拋放裝置屬于大功率負(fù)載，為減小對(duì)斷路器板的影響，整套設(shè)備采用直接從電氣設(shè)備盒J7端口（內(nèi)部配備50 A難熔熔斷器）接線的方式，由主匯流條供電?？傮w供電原理如圖1所示，虛線框內(nèi)為噴灑設(shè)備電路，虛線框外為機(jī)上電源系統(tǒng)電路。

3.2 "全機(jī)負(fù)載分析

加裝的噴灑設(shè)備正常工作在日間巡航階段，但仍選擇原平臺(tái)負(fù)載最大的工作狀態(tài)進(jìn)行累加分析計(jì)算，以確保在各種預(yù)期的飛行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。根據(jù)基準(zhǔn)狀態(tài)電源系統(tǒng)負(fù)載分析報(bào)告文件，日航時(shí)的機(jī)上負(fù)載電流最大連續(xù)值為84.59 A，2 min最大短時(shí)狀態(tài)值為118.64 A。

加裝噴灑設(shè)備后，主匯流條新增電氣負(fù)載見表1，其中拋放裝置在正常狀態(tài)不工作，額定電流17 A，實(shí)驗(yàn)表明拋放工作時(shí)間在20 s內(nèi)，啟動(dòng)電流最大為45 A，持續(xù)時(shí)間小于1 s。因此改裝狀態(tài)的機(jī)上負(fù)載電流最大連續(xù)值為88.13 A，2 min最大短時(shí)狀態(tài)值為139.18 A，5 s最大短時(shí)狀態(tài)值為167.18 A。

表1 "新增電氣負(fù)載統(tǒng)計(jì)表

3.3 "電纜載荷分析

選擇合適的線規(guī)不僅關(guān)系到直升機(jī)的安全，也能減輕直升機(jī)的重量，選擇的線規(guī)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)載，線規(guī)過(guò)大會(huì)增加直升機(jī)重量，選擇線規(guī)時(shí)需考慮如下因素。

1）線規(guī)的大小應(yīng)與電路斷路器的額定電流值相匹配。

2）導(dǎo)線的線規(guī)要能夠承載要求的電流而不會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生。

3）在選擇線規(guī)時(shí)需要綜合考慮導(dǎo)線的長(zhǎng)度使其不會(huì)導(dǎo)致壓降超過(guò)設(shè)備的允許壓降。

依據(jù)HB 5795—1982《航空導(dǎo)線載流量》要求與導(dǎo)線性能參數(shù)進(jìn)行線規(guī)選型，本項(xiàng)目負(fù)載電流小于2 A的電路選用普通AMG22線規(guī)，拋放設(shè)備供電選用普通AMG12線規(guī)。一般條件下的載流量根按式（1）計(jì)算

I=IdKahKg ， "（1）

式中：I為一般條件下的載流量，A；Id為導(dǎo)線的單根載流量，A；Kah為成束修正系數(shù)；Kg為高度修正系數(shù)。

以AMG12線規(guī)舉例分析，導(dǎo)體截面積為3.0 mm2，最高工作溫度為200 ℃，20 ℃時(shí)導(dǎo)體電阻為6.2 Ω/km。查詢標(biāo)準(zhǔn)Id=29 A，Kah=0.88（按2根成束），Kg=0.83（按6 000 m高度），求得I=21.2 A，滿足額定負(fù)載17 A的需求。

根據(jù)歐姆定律U=IR進(jìn)行電壓降的計(jì)算，拋放設(shè)備供電正負(fù)線總長(zhǎng)度約為7.8 m，電壓降U=17×6.2×0.007 8≈0.82 V，符合型號(hào)技術(shù)規(guī)范以及用電設(shè)備對(duì)電壓降的要求。

3.4 "保護(hù)器載荷分析

機(jī)載電氣設(shè)備盒功能為對(duì)電源進(jìn)行控制、保護(hù)與能量分配，其中外端接線柱J7與內(nèi)部規(guī)格為50 A的難熔熔斷器連接，熔斷器典型特性如圖2所示。新增電路負(fù)載值短時(shí)最大為48.54 A，在熔斷器正常保護(hù)范圍內(nèi)。

配電盒中斷路器根據(jù)各用電負(fù)載需求進(jìn)行降額配置，所接的最大負(fù)載小于器件額定負(fù)載的85%，避免造成斷路器過(guò)載，保證容量滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 "匯流條載荷分析

噴灑設(shè)備電源線連接在主匯流條上，原型機(jī)主匯流條設(shè)計(jì)容量為200 A，由3.2節(jié)計(jì)算可知，改裝狀態(tài)的機(jī)上負(fù)載電流未超過(guò)主匯流條設(shè)計(jì)容量。

3.6 發(fā)電機(jī)載荷分析

原型機(jī)由一臺(tái)6 kW的起動(dòng)發(fā)電機(jī)正常供電，額定電流200 A，具備1.5倍過(guò)載運(yùn)行2 min與2倍過(guò)載運(yùn)行5 s的能力。新增噴灑設(shè)備后，連續(xù)工作區(qū)間電源容量裕度為

（200-84.59-3.54）/200×100%≈55.9%。

基本型機(jī)電源系統(tǒng)負(fù)載分析報(bào)告采用2 min工作區(qū)間進(jìn)行分析，此區(qū)間電源最大過(guò)載發(fā)電能力為300 A，按額定值計(jì)算改裝后電源容量裕度為

（200-118.64-20.54）/200×100%≈30.4%。

5 s工作區(qū)間電源最大過(guò)載發(fā)電能力為400 A，按額定值計(jì)算改裝后電源容量裕度為

（200-118.64-48.54）/200×100%≈16.4%。

因此，在不同的工作狀態(tài)下發(fā)電機(jī)均有足夠的容量裕度，滿足負(fù)載供電要求。

3.7 "應(yīng)急電源載荷分析

應(yīng)急電源容量分析是直升機(jī)ELA分析的重要組成，蓄電池作為直升機(jī)起動(dòng)與發(fā)電機(jī)失效情況下的應(yīng)急電源，應(yīng)具有足夠的容量，在應(yīng)急情況下持續(xù)向重要負(fù)載供電以保證直升機(jī)安全著陸。

原直升機(jī)平臺(tái)配備一臺(tái)15 Ah蓄電池，滿足直升機(jī)起動(dòng)與應(yīng)急供電15 min的需求。加裝的噴灑設(shè)備具備一個(gè)系統(tǒng)總開關(guān)，位于駕駛桿處的開關(guān)控制盒上，應(yīng)急供電情況下，飛行員可手動(dòng)關(guān)閉噴灑設(shè)備，不會(huì)對(duì)原直升機(jī)平臺(tái)應(yīng)急供電產(chǎn)生影響。

4 "結(jié)束語(yǔ)

ELA分析是直升機(jī)改裝中的重要工作，總體來(lái)說(shuō)，就是基于原型機(jī)的電氣負(fù)載文件，將改裝后的全機(jī)負(fù)載數(shù)據(jù)合并分析，并且根據(jù)電源容量進(jìn)行裕度計(jì)算，確保負(fù)載增加不會(huì)引起電氣過(guò)載，并形成報(bào)告文件提供給客戶，保證ELA數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反應(yīng)當(dāng)前直升機(jī)的實(shí)際狀態(tài)，保證運(yùn)行安全。

本文在分析適航要求的基礎(chǔ)上，研究電氣負(fù)載分析一般流程，完成了某型直升機(jī)加裝噴灑設(shè)備電氣負(fù)載分析。計(jì)算可知，改裝后的整機(jī)用電負(fù)載在保護(hù)器件、匯流條、主電源、應(yīng)急電源的供電性能范圍內(nèi)，正常工作狀態(tài)下各時(shí)間區(qū)間的電源容量裕度均大于16%。因此，該型機(jī)電源系統(tǒng)可以滿足加裝噴灑系統(tǒng)用電設(shè)備需求，設(shè)計(jì)合理可行，驗(yàn)證了對(duì)適航條款的符合性。

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