某直升機專用電源系統供電特性研究

馬靜宇，熊俊卿

（1.哈爾濱哈飛航空工業有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150066；2.陸航裝備部航空軍事代表局綜合處）

0 引 言

海洋局在采購某直升機時提出需加裝海監設備、搜救設備以及環控設備，而原機電源系統已遠不能滿足該狀態用電需求。為保證任務設備的用電，需加裝專用電源系統。

該套系統為首次裝機，其電源輸出特性需經試驗驗證。需采集各項數據，分析其供電特性是否滿足機載設備的輸入要求，以期試驗結果可為后續機型加改裝工作中電源容量的提升提供理論依據。

1 試驗說明

為覆蓋直升機工作范圍，試驗室試驗分別測取了旋翼在正常轉速350 r/m和高轉速365 r/m條件下的供電特性。

由于試驗室拖動電機與直升機發動機的功率存在一定差異，這一差異會從轉速范圍、硬度及最大加速度等方面對試驗結果產生影響[1]。為消除以上可能存在的影響，根據GJB3365-98“4.1.1發電機驅動裝置”中規定，在機上也進行了相同試驗。

兩次試驗的被試設備和測試系統均進行了檢驗，并經中國民用航空局（CAAC）適航審查代表制造符合性檢查合格。

在旋翼達到365 r/m時，直升機將不受控離開地面，考慮到安全方面的因素，機上僅進行350 r/m的試驗。對機上365 r/m條件下的試驗，通過對比試驗室和機上的350 r/m條件下的試驗數據，以試驗室365 r/m的試驗結果作為參考[2]。

兩次試驗的試驗件及采集設備經適航審查代表制造符合性檢查合格，試驗過程均由適航審查代表現場目擊，試驗結果有效。

2 試驗數據分析

專用電源系統的供電特性參考標準為GJB181-86，其標準內容與MIL-STD-704基本一致，對電源系統供電特性的規定全面合理。適航審查代表認為，GJB181-86中規定的參數適用于民航機型。

GJB181-86中給出了直流供電系統的穩態電壓和瞬態浪涌電壓兩個方面的合格標準，以下分別對這兩方面試驗數據展開分析。

2.1 穩態電壓分析

作為直流供電系統，專用電源系統的穩態電壓分析包含穩態電壓范圍和脈動。

2.1.1 穩態電壓范圍

GJB181-86穩態電壓范圍規定見表1。

根據《選裝設備專用電源系統試驗報告》中采集的數據曲線，分別整理試驗室試驗數據和機上試驗數據表格。試驗室試驗數據見表2，機上試驗數據見表3。

表2和表3中，350 r/m條件下的端電壓和脈動電壓，在不同試驗條件下系統輸出差異很小，可認為試驗室測取的365 r/m數據能夠代表機上的365 r/m數據。

表2和表3的試驗數據顯示，只有負載電流達到30 A及以上時，端電壓才全部小于30 V。因此，需對專用電源系統的負載提出限制要求，以保證供電特性符合標準規定。

2.1.2 脈動

GJB181-86“2.3.1.2 脈動”中規定為：a.脈動電壓峰值與平均電壓之差應小于2.0 V；b.脈動電壓頻譜應在圖9所示范圍內。

表2 試驗室穩態特性試驗數據

表3 機上穩態特性試驗數據

針對a條規定，試驗數據顯示，脈動電壓隨著負載的增大而呈增大趨勢。脈動電壓峰值為1.63 V，符合標準要求。

針對b條規定，為便于對比試驗曲線是否滿足GJB181-86中圖9規定，將標準中圖9的曲線與試驗獲得的曲線繪制在同一坐標系內，虛線為標準規定值，實線為根據試驗數據繪制的曲線。試驗室350 r/m和365 r/m的脈動電壓頻譜分析曲線見圖1和圖2，機上350 r/m的脈動電壓頻譜分析曲線見圖3。

圖1 脈動電壓頻譜分析曲線1

圖2 脈動電壓頻譜分析曲線2

圖1 ～圖3中，頻域波形幅度均位于代表標準規定值的虛線以下區域，表明脈動電壓頻譜在“GJB181-86圖9”范圍以內。

根據以上分析，脈動符合標準要求。

圖3 脈動電壓頻譜分析曲線3

2.2 瞬態浪涌電壓分析

選取標準中更嚴酷的“20%負載突加到170%負載再突減到20%負載”試驗程序，其浪涌等值階躍電壓應在極限曲線2和3之間，見圖4。試驗室350 r/m和365 r/m瞬態浪涌試驗曲線見圖5和圖6，機上突加突卸試驗曲線見圖7。

圖4 瞬態浪涌電壓范圍

根據曲線可知，浪涌峰值基本在0.02 s出現，最大值為33.7 V，低于標準中的60 V；最小值為24.4 V，高于標準中的10 V。在0.04 s內，輸出電壓已恢復穩定，小于標準中要求的1 s，滿足GJB181-86中關于瞬態浪涌電壓的要求。

對于匯流條轉換階段，有“中斷供電時間不得超過50 ms”的要求[3]。因本系統僅有一個電源供電，不存在匯流條轉換，也就沒有中斷供電時間，因此該項要求不適用。

圖5 瞬態浪涌曲線1

圖6 瞬態浪涌曲線2

圖7 瞬態浪涌曲線3

2.3 試驗數據符合性分析

根據以上分析，在負載達到30 A及30 A以上時，專用電源系統的穩態電壓和瞬態浪涌電壓能夠滿足GJB181-86中規定的B類供電要求?？紤]到直升機交付用戶后可能會再次改裝并使用專用電源系統，在該直升機《飛行手冊》中，“第10.8節 專用電源系統”增加限制內容如下，為確保專用電源系統能夠滿足本系統的供電特性要求，系統輸出應該控制在30～150 A。

3 結 論

作為電源系統容量提升的一種方式，專用電源系統提高了直升機的加改裝能力，可為用戶提供更廣泛的任務設備選擇。但是，提高電源容量須把保證供電特性作為前提，以確保任務設備的正常工作和直升機的出勤?，F階段的專用電源系統受變壓整流器性能的限制，使得用戶在加裝用電量低于30 A的設備時需進行詳細論證，給用戶后續的加裝增加了不必要的工作和限制。同時，專用電源系統存在繼續改進空間，通過選取供電特性更優的變壓整流器，可進一步提高直升機平臺的適應能力。