軍用飛機機載用電設備供電兼容性驗證要求分析

劉 暢 王偉科

飛機供電特性標準既是飛機電氣系統設計的一項重要標準，也是飛機供電系統與機載用電設備的接口標準，是研制、生產、采購、驗收、使用、維護、修理過程中應執行的規范。由于不同年代的機型采標不一致，目前機載用電設備對GJB 181-1986《飛機供電特性及對用電設備的要求》、GJB 181A-2003《飛機供電特性》和GJB 181B-2012《飛機供電特性》的符合性驗證存在較大差異。本文主要針對機載用電設備開展GJB 181不同版本標準符合性驗證試驗的要求予以說明。

1 我國軍用飛機供電特性標準發展概述

上世紀80年代，我國軍用飛機的供電系統主要為直流28V供電系統和恒速恒頻交流供電系統，在MIL-STD-704A《飛機供電特性及對用電設備要求》標準的基礎上，總結了國內航空電氣系統領域的工作經驗，并結合國內航空電氣系統領域實際情況，制定了我國第一個關于飛機供電系統特性要求的標準GJB 181-1986，為我國飛機電氣系統技術的發展起到了重要支撐作用。

隨著飛機供電需求的提高，在高可靠性、高效率、高供電品質方面變速恒頻、變頻、270V高壓直流供電系統表現出更好的特性，因而受到極大的重視。2002年，根據國內航空電氣技術的發展需求，在總結GJB 181-1986貫徹實施30余年使用經驗基礎上，參照MIL-STD-704E《飛機供電特性》制定了GJB181A-2003。與GJB 181-1986相比，GJB 181A-2003調整了一些參數指標，且定義了一些新參數，對直流系統、恒速恒頻交流系統以及交流變頻系統等供電特性參數指標提出了統一完善的要求和明確規定，適應了飛機電源系統的時代發展，其中最重要的改變是采用畸變（包括交流畸變系數、交流畸變頻譜）來考核供電品質。

2012年，針對寬變頻和其它交流供電系統技術的發展，我國在總結GJB 181A-2003貫徹實施經驗的基礎上，參照MIL-STD-704F《飛機供電特性》制定了GJB 181B-2012。GJB 181B-2012中增加了交流單相220V/50Hz供電特性要求，以及一些新的術語和定義，如電流調制、功率因數、脈沖負載、非線性負載、頻率變化率等。這些術語和定義在GJB 181B-2012以前的版本中是沒有的，一些大功率的機載用電設備的負載特性，如高沖擊電流、低滯后功率因數、高的峰值功率與平均功率之比、大電流調制幅值及電流畸變等，對供電系統會產生降低供電品質或增大容量要求的不利影響。

2 機載用電設備對供電電源的符合性試驗開展情況

由于GJB 181不同版本標準既是飛機用電設備端供電特性要求標準，也是飛機供電系統與機載用電設備的接口標準。因此，GJB 181-1986在型號應用中關于標準符合性的驗證，包括飛機供電特性和機載用電設備對供電電源的符合性兩個方面。長期以來，由于標準名稱問題和內容理解的問題，在機載產品研制要求中關于飛機供電特性測試和機載用電設備符合性試驗在術語的使用上存在一些混淆，目前很多場合對于機載用電設備對供電電源的符合性試驗稱之為電源特性試驗。關于這兩種試驗主要目的和要求如下。

飛機供電特性試驗是對電源、配電、用電設備組成的電氣系統，在用電設備電源輸入端測量穩態和瞬態特性指標，以驗證供電特性是否符合GJB 181系列標準或其他同類標準或型號規范的要求。國內為了更好地貫徹執行GJB 181系列標準，制定了GJB 5558-2006《飛機供電特性測試要求》和GJB 5189-2003《飛機供電特性參數測試方法》。這些標準規定了飛機供電參數的測試要求和方法，用于指導飛機電源系統、配電系統以及用電設備電源輸入端供電特性與GJB 181系列版本要求的符合性驗證。

機載用電設備對電源的符合性試驗，準確地說應為供電系統與用電設備之間的兼容性試驗，目前在最新版的GJB 181B-2012中正式提出了“供電兼容性試驗”的概念，它包括兩個方面：一方面是機載用電設備對飛機供電系統的適應能力，有時稱之為電源適應性；另一方面是機載用電設備對供電系統的影響。對于機載用電設備對GJB 181系列標準符合性試驗驗證我國一直沒有單獨的試驗要求與方法標準，在GJB 181-1986的中對浪涌、尖峰等相關試驗提出了明確要求。另外，在GJB 5558-2006中第5.8節“用電設備和供電系統兼容性測試”中提出了電壓和頻率瞬變特性、用電設備對供電特性影響、畸變系數和功率因數等測試要求。然而，由于沒有針對性的試驗要求和方法標準，長期以來在型號中關于機載用電設備的符合性試驗主要依據以上介紹的GJB 181-1986和GJB 5558-2006中的相關規定，因此符合性驗證試驗開展的試驗項目參差不齊，機載用電設備的符合性試驗在型號中主要開展的試驗項目情況見表1。

由表1可知，長期以來國內機載用電設備的符合性試驗主要關注的是機載用電設備對飛機供電系統穩態和瞬態特性的適應能力考核，考核的是產品的電源適應性。這與國內飛機電氣系統行業發展過程中先期主要關注飛機供電系統的供電質量和用電設備對供電特性標準規定極限值的適應性，而對于如何驗證用電設備對供電系統產生多大的負面影響，一直沒有受到應有的關注。

表1 依據GJB 181-1986和GJB 181A-2003主要開展的試驗項目

機載用電設備與供電系統關系相當密切，且用電設備的工作會直接影響供電系統的供電特性。由于機載用電設備負載的自身特性會對供電系統的供電質量產生一定的影響，為限制其影響，需要對負載自身特性給予足夠的重視并對其進行限制，以保證各主要參考基準點處的供電品質。對于交流負載主要考慮三相交流負載的相位不平衡、直流電流分量、沖擊電流特性、反射的能量、功率因數、電流調制特性、畸變特性等因素，而對于直流負載主要考慮直流電流脈動、沖擊電流等因素。通過限制電流畸變和電流頻譜極限，可減少用電設備引起的電壓畸變，降低用電設備對飛機供電特性產生的不良影響。因此，對于機載用電設備對供電系統的影響是機載用電設備的符合性試驗必不可少的一部分。針對這一點，在最新一版的GJB 181B-2012中重點對負載特性進行了相應的修訂，對功率因數、電流調制、電流畸變以及沖擊電流等負載特性提出了明確的技術要求，以便開展相應的試驗驗證工作。

目前，為更好的在機載用電設備上貫徹GJB 181B-2012，國內參照MIL-HDBK-704《機載用電設備對飛機供電特性的適應性驗證試驗方法指南》系列手冊制定了機載用電設備的供電適應性驗證要求和方法的HB 60326-2016《機載用電設備的供電適應性試驗方法》，并于2016年發布。另外，某些在研型號參考MIL-HDBK-704系列手冊制定了相應的型號規范，用于指導機載用電設備供電兼容性的驗證，具體的驗證項目和驗證條件有所剪裁，如增加了“等效輸入電容”、“電源線尖峰信號（時域）傳導發射”等，但驗證項目基本與HB 60326-2016和MIL-HDBK-704一致。

3 與國外相關標準的對比分析

國外軍用和民用飛機機載用電設備與供電系統兼容性試驗的技術發展歷程與國內很相似，其比較典型的是用于軍機的MIL-STD-704系列標準和用于民用飛機的RTCA DO-160《機載設備環境條件和試驗程序》系列標準。

MIL-STD-704是國外較早公開發布的軍用飛機供電特性標準之一，對協調美國軍用飛機供電系統和機載用電設備之間的關系發揮了重要作用。經過幾十年的發展，MIL-STD-704多次改版，目前最新版本是MIL-STD-704F。美軍的機載用電設備符合性驗證，也經歷了從電源適應性到用電設備與供電系統兼容性試驗的技術發展過程。為了更好地貫徹執行MIL-STD-704系列標準，美軍于2004年制定了MILHDBK-704-1～8用電設備關于飛機供電特性符合性驗證試驗方法指南系列手冊，用于指導各類用電設備對MIL-STD-704標準的符合性驗證。在MIL-STD-704F標準關于機載用電設備符合性驗證要求中首次引用了MILHDBK-704系列手冊，該手冊為MILSTD-704F供電特性標準在機載用電設備上的貫徹實施提供了有利的支持和保證。

DO-160系列標準是航空無線電委員會（RTCA）頒布的一份關于機載設備環境條件與試驗程序的標準，目前被美國聯邦航空局（FAA）用作民用飛機機載設備環境適應性適航取證試驗的主要依據。DO-160版本更新較快，這也是為了適應航空產品技術發展的需要，最新版本為G版，其中第16章“電源輸入”主要面向機載用電設備，標準定義了用電設備端的電源品質的主要指標，并提供了測試條件。DO-160系列版本變化中主要是D版本到E/F版本變化較大，而內容變化主要體現在16.7節的機載用電設備對飛機供電系統的影響試驗。

MIL-HDBK-704系列手冊和DO-160最新版本關于機載用電設備與供電系統兼容性試驗項目基本類似。在機載用電設備對飛機供電系統的影響試驗項方面，MIL-HDBK-704中在 “負載特性”項目中進行測量，DO-160G則在“用電設備對飛機供電系統的影響”一節中列出多個測試項目。對比發現DO-160G更全面，不僅要求了對供電品質影響的試驗項如負載和電流畸變、相位不平衡和功率因數等參數，還要求了穩態工作時的直流電流分量、反射的能量、穩態工作時的電流調制、直流電流脈動等試驗項。HB 60326-2016、MIL-HDBK-704系列手冊中的試驗項目與DO-160G中的試驗項目比較，見表2。

表2 HB 60326-2016、MIL-HDBK-704和DO-160G試驗項目的比較

4 總結

供電特性是用電設備與飛機供電相兼容的最低要求。為保證用電設備與飛機供電相兼容，用電設備應進行供電兼容性試驗。目前我國在新制定的HB 60326-2016中，已考慮了機載用電設備對飛機供電系統的影響并明確了相關參數的限值要求。為了更好的適應國內飛機型號的發展需求，在型號貫徹使用GJB 181B-2012時，建議關注下列驗證要求。

● 對于270V的直流機載用電設備，應對設備裸露外表面上的電壓衰減到安全電壓的時間進行限制，以保證人員安全；在電機制動和負載要求突然變化時，會產生返回流向電源的能力，應對反射的能量進行規定；

● 任何負載電流可調節的機載用電設備都可能產生交流電流調制，脈沖負載引起的較大電流調制是造成不可接受的電壓調制或脈動的潛在原因之一，應對電流調制進行規定；

● 限制電流畸變和電流頻譜極限，可減少用電設備引起的電壓畸變，降低用電設備對飛機供電特性產生的不良影響，應對電流畸變進行規定。

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