飛機自動配電技術研究

劉鵬

摘 要：研究和應用現(xiàn)有的自動配電技術，集中于新式飛機系統(tǒng)。這個配電系統(tǒng)是電機匯流條和電能的接點之間的配電、傳輸、控制、保護和管理，它是驅動系統(tǒng)的重要組成部分。自動配電系統(tǒng)配有分布式總線和自動負載平衡。電氣設備連接到相鄰的電力線?？刂菩盘柡蜖顟B(tài)信號通過多通道數(shù)據(jù)總線從計算機傳輸，負載由固態(tài)電源控制器（SSPC）控制和保護。減少電纜長度和飛機重量節(jié)省駕駛艙空間，減少飛行員的工作量，提高系統(tǒng)的可靠、可維護和可擴展性，并提高飛機的安全性。

關鍵詞：自動配電;電氣負載管理中心

飛機配電系統(tǒng)是由飛機電能的生產(chǎn)、變換和輸配等裝置組成得完整的系統(tǒng)，它是飛機的動力系統(tǒng)一個重要部分，其作用是向飛機上各電設備或用電系統(tǒng)提供電能，以滿足規(guī)定的技術性能，從而確保飛機的飛行安全和作戰(zhàn)任務的執(zhí)行。

由于飛機電能傳輸距離比較短且用電設備比較集中，因此飛機配件系統(tǒng)是指從電源通過匯流條到用電設備輸入端的部分，由電網(wǎng)、配電裝置和電網(wǎng)保護裝置等組成。它的作用是將電源所產(chǎn)生的電能可靠有效地傳輸?shù)斤w機的各用電設備上去，并保證可靠而又不間斷地向電設備供電，對于重要系統(tǒng)或設備還應有多余度的獨立供電措施。目前，大多數(shù)飛機都使用傳統(tǒng)或遠程配電系統(tǒng)。隨著航空技術的迅速發(fā)展，飛機性能大幅度提高，用電設備迅速增加，電源功率不斷增大，致使電網(wǎng)重量過重，維護性和可靠性差，響應速度慢，嚴重影響了飛機性能的整體提高，因此對現(xiàn)有電源控制管理系統(tǒng)的改變需求就越來越迫切，自動配電系統(tǒng)是改變目前狀況的一個重要研究方向。

從國內外的研究和實踐看，飛機配電系統(tǒng)的總趨勢就是自動配電術，采用自動配電技術可以根據(jù)飛機的發(fā)電容量大小、供電系統(tǒng)完好程度以及飛機不同的飛行階段自動斷開和接通用電設備，使系統(tǒng)具有重構的能力，從而保證飛行和任務關鍵負載的可靠供電，這種方式有著常規(guī)配電系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，是下一代先進飛機配電發(fā)展的趨勢。

一、自動配電系統(tǒng)具有的優(yōu)點

1.根據(jù)飛行階段、供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)配置，自動負荷管理、合理配電、加載和卸載、避免系統(tǒng)干擾;在緊急情況下，可以根據(jù)負載優(yōu)先順序分配和管理，提高飛機的安全。

2.通過余度和容錯技術提高可靠性，使自我診斷系統(tǒng)能夠及時檢測和預測故障。

3.配電系統(tǒng)質量明顯下降，機動性明顯提高，飛行動力下降。

4.通過標準、模塊化和統(tǒng)一的設計提高配電系統(tǒng)的可擴展性，以確保高度的可擴展性。飛機改型、功能增強和新設備只需進行適當?shù)能浖?，即可滿足系統(tǒng)要求并降低開發(fā)和改造成本。自動配電技術將成為下一代配電趨勢，但受到設備和技術限制，許多技術問題亟待解決。SSPC現(xiàn)在消耗的電力較少，而且抗電磁干擾的可靠性和恢復能力也有所提高。

二、飛機自動配電系統(tǒng)的基本架構與工作方式

1.飛機自動配電原理。每個系統(tǒng)在正常情況下由GCU發(fā)電機控制，發(fā)電機組G通過GCB斷路器為交流總線和交流負載供電。交流直流輸電通過TRU變壓器適配器進行，BTB斷路器為直流匯流條和負載供電。備用總線和臨界負荷由下一個斷路器控制，應急總線將獲得一個備用電池，該電池將為變頻器上的關鍵交流負載供電。另一個電源可以通過總線斷路器（AC BTB或DC BTB）供電。地面上EPS接地電力系統(tǒng)可以為飛機供電。

2.飛機配電自動化系統(tǒng)的基本結構和運行方式。飛機的自動配電系統(tǒng)集成到飛機的電源中。高速數(shù)據(jù)總線鏈路建立了分布式自動配電控制系統(tǒng)。PSP負責電力系統(tǒng)的綜合管理。主配電系統(tǒng)由BPCU控制，負責監(jiān)控、保護和控制主配電中心的總線布局。如果主電源出現(xiàn)故障，兩條總線將并行連接。二級配電系統(tǒng)電氣負載不同位置的不同管理中心（ELMC）組成。

三、飛機自動配電系統(tǒng)關鍵技術

1.自動電氣負載管理技術。可實現(xiàn)對飛機上所有負載的嚴格智能控制。飛行員只需發(fā)送當前飛行時間和一些特別指示。自動配電系統(tǒng)可以自動管理電氣系統(tǒng)和飛機的各種負荷。自動負載管理需求：根據(jù)可用電源容量、任務需求和負載優(yōu)先級提供電源。確?？捎玫碾娏θ萘颗c主負荷相同。如果電源通道出現(xiàn)故障，可以更換電源以確保電源的容錯能力。

2.自動電氣負載管理實施步驟：根據(jù)飛機可用的配電類型確定電力容量（例如地面供應、雙單發(fā)、應急預案和電池）。根據(jù)電源和配電模式指定要處理的電力負荷及其相關電力需求的列表。如果容量不足，則根據(jù)電氣負荷的優(yōu)先級確定要刪除的電氣負荷列表。負荷管理邏輯在配電系統(tǒng)中實現(xiàn)。PSP在飛行的不同階段向ELMS發(fā)送任務信息。ELMS計算相應的電力需求和電力負荷控制方程。根據(jù)解決方案的結果加載或卸載。

ELMC是飛機自動配電系統(tǒng)中的物理單元。每個ELMC都有一個遠程電源插座設備，由內部value微處理器通過總線接口進行管理。ELMC通過數(shù)據(jù)總線與PSP通信，向PSP發(fā)送負載狀態(tài)信息，接收PSP控制信號，并通過SSPC加載或卸載相應的電負荷。

3.ELMC以兩種模式運行：正常模式，起動后，遠程終端通過初始化和自我控制來確定其當前狀態(tài)。在正常情況下，系統(tǒng)會實時執(zhí)行多任務調度，并根據(jù)優(yōu)先級正確運行。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，請向PSP報告故障狀態(tài)。緊急模式：當與PSP通信失敗時，ELMC切換到緊急模式，是一個管理和控制負載的小型系統(tǒng)。故障診斷后，系統(tǒng)可以返回正常模式。

4.SSPC。是一種集成的智能開關裝置，具有轉換交換和斷路器。它是實現(xiàn)配電自動化的重要工具，電源MOSFET或IGBT用作開關裝置，例如電機電源裝置。它具有無觸點、電弧、噪聲、快速響應、低電磁干擾、超長使用壽命、高可靠性和簡單的遠程計算機控制等優(yōu)點。SSPC還具有短路保護、電涌保護器、自我識別和通信功能。

自動配電技術正在成為新一代飛機配電的趨勢，因為它高度自動化和智能化，大大降低了體積和質量，提高了安全性。與傳統(tǒng)的分布式模式相比，它具有可靠性和可擴展性。通過標準化、模塊化和統(tǒng)一的設計，提高系統(tǒng)可擴展性并降低系統(tǒng)更新成本。

參考文獻：

[1]傅善光.飛機自動配電管理系統(tǒng)電氣負載管理技術的研究[J].南京航空航天大學學報，2020，34（1）：73-78.