大型飛機(jī)改裝配電方法研究

摘 要： 大型飛機(jī)體積大，需要改裝的機(jī)載測(cè)試設(shè)備多且分布廣。為了滿(mǎn)足機(jī)載測(cè)試設(shè)備的改裝配電要求，提出了新的分布式配電方法和電源系統(tǒng)綜合管理自動(dòng)化系統(tǒng)，依據(jù)顯控中心發(fā)出的指令按需對(duì)分布的各區(qū)域配電。與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，分布式配電方法具有自動(dòng)化程度高、供電可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在飛行試驗(yàn)過(guò)程中，解決了大型飛機(jī)改裝配電的問(wèn)題，使改裝配電系統(tǒng)上了一個(gè)新的臺(tái)階。

關(guān)鍵詞： 大型飛機(jī)； 集中式配電； 分布式配電； 電源系統(tǒng)自動(dòng)化管理

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； V222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）12?0042?03

0 引 言

機(jī)載用電設(shè)備對(duì)飛機(jī)安全飛行和成功執(zhí)行任務(wù)起著關(guān)鍵或重要的作用，飛機(jī)的配電系統(tǒng)的作用是將電源產(chǎn)生的電能傳輸和分配到飛機(jī)各用電設(shè)備上去。隨著飛機(jī)性能的不斷提高，機(jī)載用電設(shè)備越來(lái)越多，改裝的測(cè)試設(shè)備上百臺(tái)件，分布在大約長(zhǎng)50 m，寬50 m，高15 m的空間里，要求為其供電的供電系統(tǒng)容量不斷增大，使得配電系統(tǒng)的容量猛增[1]，并且對(duì)電源的品質(zhì)和可靠性要求更高。過(guò)去飛機(jī)改裝配電一般采用傳統(tǒng)的集中式配電，由一個(gè)配電盒向全機(jī)的改裝測(cè)試設(shè)備供電，這種供電模式不僅電纜長(zhǎng)度和電纜重量將大量增加，而且電源的品質(zhì)和可靠性也會(huì)受到影響。為了適應(yīng)大型飛機(jī)改裝配電需要，需要改變傳統(tǒng)的集中式配電方法，采用分布式配電和負(fù)載自動(dòng)管理技術(shù)。

依據(jù)國(guó)外先進(jìn)飛機(jī)的研究與實(shí)踐[2]，如果將飛機(jī)分成若干個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域安裝一個(gè)配電盒。每個(gè)配電盒，向該區(qū)域的改裝用電設(shè)備供電，然后通過(guò)中央顯控平臺(tái)對(duì)各配電盒自動(dòng)配電，采用這種分布式配電和負(fù)載自動(dòng)管理技術(shù)可以提高配電的可靠性，此方法也是大型飛機(jī)改裝配電系統(tǒng)的趨勢(shì)。在飛行改裝過(guò)程中借鑒了國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，采用了分布式配電和負(fù)載自動(dòng)管理技術(shù)。

1 傳統(tǒng)配電方法簡(jiǎn)介

飛機(jī)配電系統(tǒng)電網(wǎng)重量、可靠性、維修性是評(píng)價(jià)配電方法好壞的關(guān)鍵[3]。所以進(jìn)行配電設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮這幾方面的問(wèn)題。在大飛機(jī)配電過(guò)程中配電系統(tǒng)的質(zhì)量是配電系統(tǒng)需解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。配電系統(tǒng)質(zhì)量通常是其電源系統(tǒng)質(zhì)量的好幾倍，大型飛機(jī)更是這樣。減輕配電系統(tǒng)電網(wǎng)重量，可以增加飛機(jī)的有效載荷和航程。一般機(jī)載設(shè)備增加1 kg，飛機(jī)就要增加3～4 kg。

1.1 集中式配電方法

集中式配電方法如圖1所示。在這種系統(tǒng)中，由電源產(chǎn)生的電能都輸送給中心配電裝置。這種配電方法的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便，適用于小型飛機(jī)。這種配電方法的缺點(diǎn)是：配電系統(tǒng)質(zhì)量大，中心配電裝置笨重，一旦受到損壞，所有用電設(shè)備均斷電。

1.3 分散式配電方法

分散式配電方法如圖3所示，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)不并聯(lián)運(yùn)行，即每個(gè)電源各自的電源匯流條和用電設(shè)備匯流條互不并聯(lián)，但能轉(zhuǎn)換。分散式配電方法適用于電路分支多，用電設(shè)備連接導(dǎo)線截面較大的場(chǎng)合。由于其電源不并聯(lián)運(yùn)行，控制保護(hù)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高。

1.4 幾種配電方法比較[4]

工作原理：顯控中心是分布式配電的神經(jīng)中樞，通過(guò)雙工總線將A、B、C、D區(qū)域配電中心、轉(zhuǎn)換控制器連接在一起，實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)綜合管理自動(dòng)化。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 左右配電中心

左右配電中心是由若干個(gè)斷路器、熔斷器組成。將發(fā)電機(jī)匯流條的電能輸送到每個(gè)區(qū)域配電中心，并負(fù)責(zé)短路、過(guò)載保護(hù)和故障隔離。

3.2 區(qū)域配電中心

區(qū)域配電中心是該系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，依據(jù)該區(qū)用電設(shè)備的數(shù)量和負(fù)載電流的大小，選用合適的固態(tài)功率控制器。通過(guò)RS 485總線與顯控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，依據(jù)顯控中心發(fā)出的指令，固態(tài)功率控制器接通或斷開(kāi)負(fù)載。故障保護(hù)不是熱保護(hù)方式，而是通過(guò)直接檢測(cè)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，改善了保護(hù)選擇性，改變了短路故障引起的后果。提供開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息給顯控中心進(jìn)行顯示、控制。

3.3 轉(zhuǎn)換控制器

左配電中心為主系統(tǒng)，右配電中心為輔系統(tǒng)。應(yīng)急情況下，當(dāng)檢測(cè)到主系統(tǒng)發(fā)生故障，轉(zhuǎn)換控制器自動(dòng)將右配電中心轉(zhuǎn)到左配電中心；右配電中心的用電設(shè)備將斷電[6]。

3.4 顯控中心

顯控中心用于顯示、監(jiān)控整個(gè)配電系統(tǒng)的工作情況，由工控機(jī)、顯示器、I/O板、監(jiān)控軟件、機(jī)柜組成，是該系統(tǒng)的核心組件。監(jiān)控軟件用于監(jiān)控、管理飛機(jī)改裝的所有用電設(shè)備的用電狀態(tài)。通過(guò)I/O板工控機(jī)接收RS 485總線傳輸?shù)挠秒娫O(shè)備信息，試飛工程師根據(jù)需求輸入操作指令，固態(tài)功率控制器按指令接通或斷開(kāi)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，工控機(jī)提供各種加載模式的動(dòng)態(tài)模擬畫(huà)面、顯示各種測(cè)量參數(shù)、手動(dòng)軟開(kāi)關(guān)及故障報(bào)警提示等信息，操作直觀簡(jiǎn)便。除了主畫(huà)面外，還有多個(gè)輔助畫(huà)面供試飛工程師查閱。

4 分布式配電方法的優(yōu)點(diǎn)

（1）電網(wǎng)重量輕。配電匯流條設(shè)置在用電設(shè)備附近，電源至用電設(shè)備間的饋電線可取盡量短的路徑，并顯著地減少了控制線。

（2）具備了容錯(cuò)供電的能力。即供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后仍能向用電設(shè)備供電。

（3）實(shí)現(xiàn)了負(fù)載的自動(dòng)管理，自動(dòng)協(xié)調(diào)電源所能供給的功率和用電設(shè)備所需的功率，有效地提高了電源利用率；有秩序地加載與卸載，避免了多個(gè)大容量負(fù)載同時(shí)的突加或突卸，改善了供電品質(zhì)；減輕了試飛工程師的負(fù)擔(dān)，避免了誤操作引起的事故，縮短了負(fù)載監(jiān)控的時(shí)間。

（4）固態(tài)功率控制器具有接通斷開(kāi)負(fù)載、實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)和提供開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息的功能。保護(hù)作用通過(guò)直接檢測(cè)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不是熱保護(hù)方式，改善了保護(hù)選擇性，改變了短路故障引起的后果。

（5）具有自檢測(cè)功能。實(shí)現(xiàn)地面維護(hù)自檢和飛行中周期性自檢，提高了維修性，提高了飛機(jī)出勤率。該系統(tǒng)具有自檢測(cè)功能，可實(shí)現(xiàn)地面維護(hù)自檢和運(yùn)行自檢，正確地記錄與隔離故障，從而顯著地改善了使用和維修性，系統(tǒng)信息可以自動(dòng)或根據(jù)需要進(jìn)行顯示，試飛工程師掌握了系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)信息與故障情況，便于對(duì)飛機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行人工監(jiān)控。

5 結(jié) 語(yǔ)

分布式配電系統(tǒng)已在某大型飛機(jī)的改裝任務(wù)中成功應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)綜合管理自動(dòng)化，具有傳統(tǒng)配電系統(tǒng)無(wú)法比擬的若干優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)在大型飛機(jī)的飛行試驗(yàn)中取得了良好的效果，是一種值得推薦的配電系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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