某空中飛行平臺加改裝配電方案淺析

呂安博 張琦 薛斌

摘 要：文章分析了某空中試驗平臺現有的加改裝配電方案的優缺點，并就其缺點重新設計了一種配電方案，改進后的方案，經過原理驗證、地面試驗和空中驗證等環節后，取得了成功，達到了設計目的，取得了預期效果。該方案的成功對今后的改裝配電方案設計有著重要的借鑒意義。

關鍵詞：空中試驗平臺;飛機改裝;配電方案

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0064-02

0 引言

飛機改裝配電系統是各項科研試飛任務中不可缺少的一個非常重要的工作環節，改裝的配電系統要將飛機電源系統的電能傳輸并分配至機載測試用電設備。同時，還必須具有系統出現故障時，防止故障蔓延影響原機電源系統的控制與保護功能。因此，配電系統的改裝，關系到被改裝飛機的飛行安全，是一項責任重大、風險極高的工作。

現就某空中實驗平臺的配電方案進行分析，就其不足之處，提出改進設想。

1 現有配電系統的分析

1.1 技術要求

本次改裝的電源系統根據各負載的用電情況，提出如下技術要求：（1）電源種類分別為28VDC電源、單相115V/400HzAC電源、單相220V/50HzAC電源。（2）28V直流電共計2KW。（3）單相115V/400HZ交流電共計6KVA。（4）單相220V/50HZ交流電共計4KVA。（5）因本次任務的重要性，測試系統要求采用雙余度供電方式。

1.2 整體分析

此次加改裝設計方案是，從飛機上引取28VDC電源給測試設備使用，測試所需的單相115V/400HzAC電源、單相220V/50HzAC電源均通過加裝的逆變器從機上28VDC電源轉換得到。

為了不額外增加飛行員的空中操作，減輕飛行員的工作負擔，本套系統抽引了飛機上的自動斷電信號，實現故障狀態下的自動斷電。

此次測試設備均為雙備份，既當一套設備出現故障時，電源配電系統能夠通過操作切換至另一套設備。故兩套設備相互獨立但不可以同時工作。同時為了防止誤操作導致互為備份的兩套系統同時工作，使用繼電器、接觸器等控制元件，控制兩套設備不能同時上電，避免了兩套設備同時工作功率過大，超過飛機電源剩余功率，影響飛行安全。

1.3 具體分析

圖1為用電設備的配電原理圖。

為了能以最簡便的方式自主切斷測試系統電源，分別在駕駛艙和測試開關盒上，設置了“測試系統總開關”，做到駕駛員和測試工作人員都能夠方便地控制改裝系統電源的通斷。

在“機上供電信號”存在的情況下，通過“220V逆變工作開關”、“115V逆變工作開關”和“直流28V電源開關”可以控制測試各系統的通/斷電。“220V逆變轉換繼電器”和“115V逆變轉換繼電器”使得互為備份的兩套設備不能同時工作，通過“115V逆變轉換開關”及“220V逆變轉換開關”來選擇需要其中的哪一套設備工作。

配電系統中，各級配電線路的輸入輸出端均設有保險、控制裝置，保護線路的同時方便操作人員控制。電源指示燈的設置可以直觀地反應各路電源的工作情況。

2 此套配電系統的優缺點分析

2.1 優點分析

（1）本次改裝系統引電控制引取了飛機的自動斷電信號，實現了飛行員的無憂操作設計，即飛機故障狀態下的“自動斷電設計”，使飛行員和測試人員可以“無憂”操作。（2）本次改裝配電系統與飛機電源系統之間、改裝配電系統各路電源的輸入輸出端均有隔離保護措施，防止了改裝供電系統故障影響原機供電系統正常工作。（3）通過設計控制兩套互為備份的設備不能同時供電，解決了兩套設備同時工作功率過大，超過飛機電源剩余功率會影響飛行安全的問題。（4）本次設計均采用機械式電連接器，增強了系統的可靠性。（5）在駕駛艙和測試開關盒上設置了“測試系統總開關”，使飛行員及測試人員操作更加方便。

2.2 缺點分析

（1）該系統兩臺互相切換工作的逆變器，若輸出端的兩路斷路器同時閉合，雖然只有一臺逆變器工作，但輸出的115V/220V電源會反向加至另一臺逆變器輸出端。這種工作模式造成系統的安全性大大降低。設計人員考慮后在測試系統操作規程上注明，切換兩臺互為備份的逆變器時，必須先斷開先前工作的逆變器輸出端斷路器，然后才能閉合另一臺的斷路器，兩個斷路器不允許同時閉合。這樣繁瑣復雜的操作流程，不利于高效地開展飛行任務。（2）每次飛行前，測試人員需要檢查和記錄逆變器輸出端四個斷路器的通斷情況，增加了飛行準備時間，增加了工作量。（3）在空中空勤人員需要轉換電源時，無法做到一鍵切換。這樣復雜的操作流程增加了空勤人員的工作負擔。（4）操作流程的復雜性，增加了操作錯誤的概率，嚴重影響到系統的安全性。

3 對該配電方案的改進

針對上面的缺點，將配電方案作如下改進，以220V逆變電源的轉換線路為例，改進后的配電系統原理圖如圖2所示。

改進后的配電系統中：（1）220V逆變電源1和220V逆變電源2的配電線路完全隔離，“220V逆變轉換繼電器NO.1”和“N0.2”同步控制逆變電源的輸入端（28VDC）和輸出端（220V/50HzAC）電源，當一臺逆變器的輸入端加電時，則只有這臺逆變器的輸出端電源可以供至用電設備，而另一臺逆變器的輸入、輸出端線路均為斷開狀態，解決了未工作的逆變器反向加載電壓的問題。（2）取消了輸出端的逆變器，測試人員飛行準備期間不需要復雜繁瑣的檢查和記錄，有利于高效地開展飛行任務。（3）利用“220V逆變轉換開關”選擇哪臺逆變器工作，實現了一鍵操作，減輕了空勤人員的工作負擔。（4）轉換電源操作簡單，大大降低了空勤人員誤操作的概率，有利于高效地開展飛行任務。（5）逆變電源輸出端的指示燈用來直觀顯示逆變器的工作狀態及是否正常輸出電源。

4 改進結果驗證

經與設計人員溝通，設計員認為改進后的系統在原理上可行，并且能夠有效解決掉現有問題。改進方案得到了設計人員的認可后，進入地面試驗階段。

在地面經過導通確認、通電檢查、功能調試等試驗過程后，改進后的系統完全可以滿足測試要求，并且徹底解決了逆變器反向加壓等問題，電路轉換也實現了一鍵切換功能。實現了設計目的，達到了改進的預期效果，地面試驗取得成功。

地面試驗成功后，裝機驗證與原機系統的兼容性、系統在飛機復雜電磁環境下的可靠性、系統布局的合理性等性能，經過十余架次近30小時的飛行驗證以及調整后，改進的配電系統在安全性、可靠性、兼容性、操作便捷性、布局合理性等方面均達到了預期效果。飛行驗證取得成功。

改進后的配電系統取得了相關技術人員的一致認可和好評。普遍認為改進后的配電系統在諸多方面都有大幅度的提升，提高了飛行試驗的效率。

5 結語

電氣配電系統是一種復雜程度高，專業性強，且直接與飛機系統相關聯的關系到飛行安全的系統。在今后的工作過程中，還需及時與設計人員溝通、交流，及時反饋發現的問題。不斷地加強理論學習，要在原理上吃透設計方案，理解設計意圖，和設計人員一起不斷完善我們的配電系統，打造一支技術、技能水平過硬的改裝團隊，提高我院飛行試驗效率。

參考文獻

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