基于數據的飛機供電系統設計現狀及發展策略

齊 鋒，顧煥濤，杜含杰，齊 睿

(1. 天津航空機電有限公司 天津300308；2. 93658部隊 北京100075)

0 引 言

繼 F-35戰斗機、空客 A380及波音 787等多電飛機誕生后，多電飛機及全電飛機的研發已成為各國航空工業競爭的重要領域。多電飛機的一個重要特征是使用電力能源替代部分次級功率系統，以達到提高飛機可靠性、可維修性及減少自重的目的[1-3]。

多電飛機中機載電氣設備種類及數量均有很大程度增加，與之相匹配的供電系統復雜度也高于傳統飛機。這導致了多電飛機供電系統具有設計數據量大、設計專業多和流程操作復雜的特點。近年來，傳統飛機供電系統研制流程中由設計數據傳遞不一致及設計不充分引發的問題時有發生。因此在新環境、新要求下將傳統設計流程與現代數據理念相結合具有重要的意義。

1 飛機供電系統設計流程現狀及問題

1.1 飛機供電系統簡介

飛機供電系統指飛機上電能產生、分配與傳輸至用電設備端的部分，包括電源系統和配電系統。電源系統將發電機或蓄電池產生的電能直接轉化并通過配電系統傳輸至用電設備，配電系統是從電源匯流條至用電設備端之間電能的分配、傳輸、控制、保護及管理系統。

1.2 飛機供電系統設計流程現狀

目前，飛機供電系統的設計流程如圖 1所示。主機單位負責飛機整體設計，將供電系統需求及原理通過技術協議的方式輸出至下級配套廠商，配套廠商據此進行電源系統及配電系統的設計及制造。

圖1 現飛機供電系統設計流程Fig.1 Design process of current aircraft power supply system

配套廠商的設計部門在進行系統設計時，根據主機單位的設計輸入通過手工操作方式進行數據遷移及需求轉換，并完成原理圖設計。原理圖主要涉及供電系統功能實現，以及飛機上發電機、用電設備與供電系統的輸入輸出接口等數據。

原理設計完成后，設計部門會據此進行系統 3D方案設計，輸出結構件圖紙，人工輸出產品級和系統級接線圖。接線圖包含系統中產品內部元器件電氣連接關系、系統內產品間接口對應關系以及系統與外部的電氣對接數據。

制造部門依據產品及系統原理圖、接線圖進行結構件、元器件裝配和接線，之后由質檢部門對產品及系統進行一系列測試和試驗，測試及試驗結果達到主機要求后交付主機單位進行系統聯試。

1.3 飛機供電系統設計流程中的問題

1.3.1 設計需求數據的傳遞易發生人為錯誤

技術協議是供電系統設計的主要依據，它規定了供電系統的詳細功能和性能指標、系統內部及外部的接口等，其中包含的數據量是巨大的。僅配電系統中單獨一個配電產品便可包含數百個接口信息，而供電系統中又包含了眾多電氣產品，整個供電系統設計數據量可想而知。

配套廠商在進行供電系統原理設計過程中，對主機需求數據的輸入，均為設計人員手動進行轉化，面對如此巨大的數據量，設計人員極易發生錯誤。當供電系統拆分為多個廠商共同進行研制配套時，需求數據的接收及轉化錯誤率會因增加不同廠商之間的信息傳遞環節而變得更高。

在進行原理設計時，配套廠商設計人員已經進行一次數據轉化，但按傳統方式進行系統設計時，接口數據由從原理設計傳遞到接線圖設計，依然需要重復性地人工手動進行數據對接。此級的數據遷移工作冗余而繁雜，極大地影響了系統的研制效率。設計人員以及審核人員的經驗、嚴謹程度直接影響到接線圖設計的準確率，一旦出現錯誤，將會影響到系統實物的總裝、試驗及交付。

1.3.2 數據管理和控制過程易發生錯誤

目前我國在研機型眾多，尤其是新型飛機型號眾多。在飛機漫長的研制過程中，飛機設計人員可能會進行大量的設計改進，進而對飛機供電系統需求數據進行更改。對于這些重要的數據，缺少管理機制和管理通道。在飛機設計的長周期內，面對頻繁的更改，需求數據在流轉過程中極易產生人為錯誤和數據管理混亂等問題。

2 基于數據的飛機供電系統設計策略

分析上述飛機供電系統傳統設計流程中存在的問題，可以看到設計需求數據在供電系統的整個研制過程中的重要性。隨著各行業對數據重視度的增加，以及近年來數據管理、分析及信息化工具的快速發展，提出了一種以數據為中心并與飛機供電系統設計流程相結合的設計思路。

2.1 開發通用數據庫及對接接口

數據庫可存儲電氣部件信息、需求接口等綜合信息數據。飛機整體設計單位與配套廠商以數據庫形式存儲正確數據，保證數據一級傳遞的準確性。通過建立數據化平臺，系統功能要求、系統接口等關鍵數據能夠實現在主機與配套廠商原理設計間自動傳遞、配套廠商原理設計與接線設計之間自動傳遞，可顯著減少設計人員的重復工作量，并避免人為因素導致的錯誤。

2.2 建立數據遷移規則與監管機制

對系統設計中重要的功能邏輯信息、接口信息按標準定義數據遷移規則。數據由主機單位優先向配套廠商的原理設計進行傳遞，再進行由原理設計到接線設計的數據傳遞，逆向傳遞將需要進行相關審批方可實現。建立完善的數據變更策略，在進行數據更改時，配合數據版本狀態進行自動化的數據交換，提高系統進行變更設計的準確性及可靠性。

2.3 建立數據分析系統

飛機供電系統的設計具有一定的通用性，在系統設計過程中會出現典型的設計參照和故障模式，可應用信息化、數字化的工具對以往設計參照和故障模式按規則進行分析和歸類。在進行新的方案設計時可以對需求數據進行分析，并按照規則進行數據庫匹配，以指導新的方案設計工作，提高設計效率。

3 結 語

本文分析了飛機供電系統現有設計流程，并指出在新形勢下，供電系統復雜度增高，系統專業交叉多，系統數據量大，數據在現有流程模式下傳遞極易出現錯誤，從而導致系統設計出現問題。

針對供電系統研制流程現狀及問題，本文提出應增強設計流程中的數據意識，將現代數據概念與供電系統設計流程相結合，建立數據化、信息化的研制體系，提高設計流程的數字化程度，不但提高飛機供電系統研制的效率，而且提高飛機的可靠性。