未來飛機(jī)動態(tài)配電管理技術(shù)

張苗歡

【摘 要】提出了一種新穎的動態(tài)配電管理方法。首先，依據(jù)電源的容量、飛行階段和負(fù)載的重要等級，來確認(rèn)負(fù)載優(yōu)先級。從而依據(jù)各個飛行階段的狀態(tài)邏輯信號和故障狀態(tài)量來建立功率需求方程。然后，建立電氣負(fù)載控制方程。最后，詳細(xì)地分析動態(tài)配電管理過程。

【關(guān)鍵詞】動態(tài)配電管理；負(fù)載優(yōu)先級；功率需求方程； 負(fù)載控制方程

【Abstract】In this chapter， a novel dynamic power distribution management method is brought forward. The load priority levels are set up according to the power capacity of power sources， flight phases and the importance of loads. Then the power request equation is established in accordance with the status logic signals and the default status value under each flight phase. After that， the electric load control equation is established. Finally， the dynamic power distribution management process is analyzed in detail.

【Key words】Dynamic power distribution management； Load priority levels； Power request equation； Load control equation

0 引言

在未來的飛機(jī)，飛機(jī)上的設(shè)備和系統(tǒng)的二次電源被電源取代。如何有效和高效地管理和控制所有的這些設(shè)備變得越來越重要。

動態(tài)配電管理，需要供電的設(shè)備需獲得足夠的電源，這就意味著發(fā)電機(jī)提供的總功率需足夠大地滿足整個飛機(jī)的需求。于是，按照各種各樣的飛行剖面和不同狀況，配電管理負(fù)責(zé)采用合適的方法給所有的負(fù)載調(diào)節(jié)和分配電源。為了充分利用可利用的電源，每個負(fù)載的性能特性和運(yùn)行情況需要進(jìn)行全面詳細(xì)的研究。所有負(fù)載的供電優(yōu)先級要求管理需要進(jìn)行討論和研究。電氣負(fù)載的電源需求方程和控制方程將會建立。通過采用動態(tài)配電管理方法，電源系統(tǒng)的可靠性和維修性將會有顯著的改善。

1 負(fù)載優(yōu)先級

當(dāng)一個或多個飛機(jī)電源失效時，剩余的電源無法滿足正常情況下所有用電負(fù)載的電源需求。動態(tài)配電管理系統(tǒng)將會按照預(yù)先確定的負(fù)載優(yōu)先級自動卸載一些電氣負(fù)載，保證剩余負(fù)載的功耗與供電系統(tǒng)的容量匹配，從而繼續(xù)保證飛機(jī)的安全飛行。

電氣負(fù)載的自動管理是基于負(fù)載的優(yōu)先級。設(shè)置負(fù)載管理的優(yōu)先級別取決于發(fā)電機(jī)的數(shù)量、發(fā)電機(jī)的容量、飛行階段、匯流條的配置、負(fù)載的類型和電源要求。

依據(jù)負(fù)載分析結(jié)果，需要控制的所有電氣負(fù)載可按照其在每個飛行階段的重要性進(jìn)行排序。每個負(fù)載的重要性和額定功率需要詳細(xì)地研究。供電的優(yōu)先級說明了負(fù)載獲得電源的優(yōu)先級。每個需要管理的電氣負(fù)載在每個飛行階段都有相應(yīng)的優(yōu)先級。序號越小，供電的優(yōu)先級越高。這些優(yōu)先表存儲在匯流條功率控制器（BPCU）中。當(dāng)BPCU檢測到發(fā)電通道產(chǎn)生了過流，BPCU將會比較過流值和基限值，從而決定卸載哪些負(fù)載來消除過載問題。隨后BPCU將給遠(yuǎn)程功率控制器（RPDU）和電氣負(fù)載管理控制器（ELMC）發(fā)送卸載要求卸載相關(guān)負(fù)載。

2 功率需求方程

動態(tài)配電管理系統(tǒng)通過智能接觸器和SSPC執(zhí)行負(fù)載控制功能。在各飛行階段，BPCU將飛行任務(wù)信息發(fā)送給RPDU和ELMC。RPDU和ELMC將計算相應(yīng)的功率需求方程和負(fù)載控制方程，從而控制每個電氣負(fù)載的通斷。

在不同的飛行階段，需在不同的飛行任務(wù)下進(jìn)行供電的相關(guān)負(fù)載，當(dāng)電源系統(tǒng)正常運(yùn)行且負(fù)載狀態(tài)控制邏輯滿足要求時，這些負(fù)載將被接通供電。當(dāng)負(fù)載應(yīng)該且可以被接通時，功率需求方程將會發(fā)送供電需求信號給電源系統(tǒng)。功率需求方程取決于飛行模式和狀態(tài)控制邏輯信號。所有的輸入變量都是邏輯信號，方程的輸出結(jié)果也是邏輯狀態(tài)。Q=1表示電氣負(fù)載要求供電。Q=0表示電氣負(fù)載不需要供電。功率需求方程如下：

m1（1？燮i？燮7）：表示負(fù)載在七個飛行階段的運(yùn)行需求信號，m1=1表示需求信號有效；

lj（1？燮j？燮N）：表示狀態(tài)邏輯信號，例如傳感器信號或接觸器狀態(tài)信號，lj=1表示邏輯信號有效。

3 負(fù)載控制方程

如果負(fù)載的功率需求信號有效，意味著負(fù)載需在目前的飛行階段工作。然而，負(fù)載的開關(guān)控制不僅與負(fù)載的功率需求信號有關(guān)，而且與控制裝置本身的缺省狀態(tài)、高級控制信號和電源的功率容量有關(guān)。如果電氣負(fù)載的控制裝置失效，相應(yīng)負(fù)載的供電將會被禁止。若目前的電源功率容量無法滿足運(yùn)行的該飛行階段電氣負(fù)載的功率需求時，動態(tài)配電管理系統(tǒng)將會自動卸載一些負(fù)載。負(fù)載控制方程如下所示：

Con： 負(fù)載接通控制命令。Con=1：表示接通控制命令可以發(fā)送給控制裝置，相應(yīng)的負(fù)載將會在接通后開始工作。Con=0：表示控制裝置不能被接通，相應(yīng)的負(fù)載無法獲得電源。

N：每個電氣負(fù)載的狀態(tài)標(biāo)志。N=1：表示電氣負(fù)載正常工作，可以獲得電源。N=0：表示電氣負(fù)載故障。

D：目前飛行階段，電氣負(fù)載的供電缺省狀態(tài)。D=1：表示在目前的飛行階段需要向該負(fù)載供電。D=0：表示在目前的飛行階段該負(fù)載不需要工作。

Q：表示上面提及的電氣負(fù)載的功率需求信號，是功率需求方程的結(jié)果。Q=1：表示這個負(fù)載能獲得電源。Q=0：表示這個負(fù)載不能獲得電源。

S：表示來自BPCU的卸載信號。S=1：表示卸載信號有效，該負(fù)載需被卸載。

H：表示來自駕駛艙的高級控制信號。H=1：表示高級控制信號有效。H=0：表示無高級控制信號。駕駛員通過位于駕駛艙的觸摸屏接通或關(guān)閉一些重要負(fù)載，擁有較高的優(yōu)先級去干涉系統(tǒng)。

需要控制的每個負(fù)載分別擁有獨(dú)特的控制方程，這些負(fù)載的控制方程通過RPDU和ELMC解決。

4 動態(tài)配電管理

正常運(yùn)行時，電源的功率容量足夠每個電氣負(fù)載運(yùn)行。然而，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障，或一個或兩個主發(fā)電機(jī)不可用時，剩余的功率容量不足以支持所有的電氣負(fù)載。在這種情況下，一些非重要負(fù)載應(yīng)該被自動卸載。因此，動態(tài)配電管理系統(tǒng)將會運(yùn)行去管理電氣負(fù)載。對于多發(fā)動機(jī)的飛機(jī)，配電管理包括兩個階段：系統(tǒng)重構(gòu)和電氣負(fù)載自動卸載。

首先，BPCU實時收集飛行任務(wù)剖面和電源的狀態(tài)。當(dāng)BPCU監(jiān)測到發(fā)電通道發(fā)生故障時，它將會進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，如圖1所示。

之后，BPCU仍然監(jiān)測發(fā)電通道的過載信號，它將決定哪些負(fù)載需要卸載，然后將這些負(fù)載的卸載信號發(fā)送給相應(yīng)的RPDU或ELMC。RPDU和ELMC將會等待負(fù)載管理程序解決負(fù)載控制方程。然后一些非重要負(fù)載將會自動卸載。

當(dāng)飛行階段轉(zhuǎn)換或發(fā)電系統(tǒng)故障時，電氣負(fù)載控制程序?qū)挥|發(fā)。按照飛行階段，每個負(fù)載對應(yīng)的故障狀態(tài)和電源狀態(tài)，電氣負(fù)載控制程序能夠確認(rèn)負(fù)載的電源請求信號。隨后負(fù)載控制程序?qū)嬎惝?dāng)前每個負(fù)載的控制命令，將能夠為一些電氣負(fù)載供電。負(fù)載管理流程圖如圖2所示。

負(fù)載管理工程由RPDU和ELMC實現(xiàn)。在飛行過程中，RPDU和ELMC監(jiān)控狀態(tài)控制邏輯信號、飛行階段信號、供電通道狀態(tài)和控制裝置的目前故障狀態(tài)，并完成功率需求方程。隨著SSPC/接觸器失效狀態(tài)信號、來自BPCU的卸載信號和來自駕駛員的高級控制信號，RPDU和ELMC將會完成負(fù)載控制方程。最后，每個負(fù)載將會按照負(fù)載控制方程的結(jié)果獲得電源，整個過程是自動運(yùn)行的。

4 結(jié)論

通過使用此動態(tài)配電管理方法，所有的電氣負(fù)載可以有效地管理。通過使用此方法，依據(jù)詳細(xì)的負(fù)載分析和負(fù)載分配，確認(rèn)開關(guān)設(shè)備的故障狀態(tài)矩陣，供電系統(tǒng)的電源容量可以得到有效地減小。更重要的，當(dāng)發(fā)生過載故障時，通過使用動態(tài)負(fù)載管理，剩余的供電電源容量能夠盡可能地得到更有效地利用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Joseph A. Weimer. Electrical Power Technology for the More Electric Aircraft[G]. Wright Patterson AFB， OH 45433-7658.

[2]Mike Sinnett. 787 No- Bleed Systems： Saving Fuel and Enhancing Operational Efficiencies[J]. AERO magazine， 2007，07：（28）.

[3]Moir， I. and Seabridge， A. G. Aircraft systems： mechanical， electrical， and avionics subsystems integration[M]. 3rd Ed. Wiley， Chichester， West Sussex， England； Hoboken， NJ， 2008.

[4]Bailey. Protection and Switching of Large Loads for the More Electric Aircraft[C]// EPE 2009 Conference， Barcelona.6.

[5]Mike Howse. All Electric Aircraft[J]. IEE Power Engineer，2003.

[責(zé)任編輯：鄧麗麗]