某飞行台任务系统直流供电系统改造

段小维　刘国波

摘 要：在分析某飞行台原有直流供电系统结构、用电需求及特点的基础上，对于空台任务系统27VDC直流供电系统进行全面的改造及重新设计，在保证飞行试验过程安全的基础上，充分考虑被试系统各系统及设备用电需求，采用多冗余度备份设计，为飞行台任务系统提供优质的直流电源供给，为飞行台安全高效的完成飞行试验任务提供保障。

关键词：直流供电系统；整体电源；自动切换；多冗余度设计

1 概述

航空發动机飞行试验台（简称飞行台），是专为航空发动机试验而改装的试验平台，一般用大型多发轰炸机或运输机改装而成，被试发动机安装在专用的机身吊舱内，或者取代飞行台飞机的一台已定型的发动机，用于在真实大气条件下对发动机进行研制试飞和取证试飞，是新型发动机研制过程中不可缺少的重大技术设施。而28V直流供电系统作为飞行台整个任务系统的主控电源，从飞行台安全角度独立于飞机本机电源系统之外，为被试发动机起动、控制，测试系统采集器和大部分传感器及几乎所有其它安全试验辅助系统的控制部分提供电源供给。其可靠性，稳定性，供电品质及抗干扰能力直接影响整个试验过程的安全性和试验结果的真实性、准确性，是整个任务系统及试验过程中的基础、保障、支撑。

某飞行台原有的直流供电系统为二次电源系统，是把机上主交流电源系统正常汇流条的三相115V/400Hz交流电、分别经过8个变压整流器变成27V直流电源，然后又经过反流割断器，分别送到直流配电装置。由于该系统为该飞行台建立之初俄罗斯原装系统，其电源变压及控制设备均采用老式模拟变压调压设备，缺少必要的防干扰设备及措施，从而导致该套系操作复杂，体积大，重量重，噪声大，使用工作年限长，工作性能不可靠，电磁干扰大，电压波形畸变大，已经严重的影响到发动机控制系统及测试系统的正常工作状态，根本不能满足现代电调发动机空台性能试验的需求，需要进行重新设计改造。

本文在分析某飞行台原有直流供电系统结构、用电需求及特点的基础上，对于该飞行台任务系统27VDC电源及直流供电系统进行全面的改造，在保证飞行试验过程安全的基础上，充分考虑被试系统各系统及设备用电要求，为空台任务系统提供优质的直流电源供给，为飞行台安全高效的完成飞行试验任务提供保障。

2 飞行台任务系统直流供电系统需求分析

作为某飞行台被试系统的主控电源供给，其使用主要可分为发动机起动供电和设备及系统控制供电两大部分，如图1所示。

其中电机起动发动机起动供电需要功率较大，使用时间较短，如某型发动机起动电机要求最高瞬时电流达600A，起动时间几十秒钟。该部分供电要求电源共给安全，稳定，可靠即可，对于以气源起动的发动机来说并不需要。

设备及系统控制部分则对电源的品质要求较高，特别是对全电调发动机而言，发动机控制部分的供电品质、稳定性、抗干扰能力会直接影响到发动机的工作安全性及其状态及其测试系统的稳定性及、准确性。为了满足电调发动机及相关测试设备对于电源品质及使用的要求，其供电需要在系统安全稳定可靠的基础上具备较小的纹波系数，较好的抗干扰能力及较低的负载效应。该部分设备功率一般不大。

另外作为整个任务系统的主控电源，为了保证实验过程中被试发动机及飞机的安全性，防止断电引起的发动机状态失控，无法操作、监控，安全保障系统失灵等一系列的可能不安全因素及状态的出现，27VDC电源系统还应该具备安全备份供电的多冗余安全保障设计，以防止实验过程当中的意外及不安全事故的发生。

3 飞行台任务系统直流供电系统设计

27VDC供电系统整体设计方案：

对发动机起动电源供给部分使用时间短，功率大，并且对于以气源起动的发动机来说该部分供电并不需要，若采用整体电源则其体积重量均较大。为了保证空台对于电机起动发动机的起动需求，采取对该飞行台原电源系统进行部分保留的措施，保留原机2，4，6，8号四台变压整流器，四台28V变压整流器输出的功率为800A，可以满足现有型号被试发动机需求。

针对该供电系统的任务需求可知27VDC电源控制供电部分功率需求不太大，但其对供电品质，稳定性、可靠性、电磁兼容性及抗干扰能力均有较高的要求。因此对该部分供电进行重新设计，新研一体化免维护整体电源。

在充分分析现有供电系统结构用电需求及特点的基础上，考虑备份应急供电的条件下，设计完成任务系统27V直流供电系统结构如图2所示。

系统正常供电状况下，起动之前，由机载的蓄电瓶为整体控制电源提供控制电源供给，按压电源起动按钮之后，新研一体化整体电源直接将原机汇流条115V/400HZ供电转化为可用27V供电，在其起动并有正常输出之后，电源内部控制电自动切换到直流稳压电源的输出线路上。同时，大功率继电器J1，J2吸合，电源两路输出电流经J1，J2常开触点直接供给任务舱及吊舱用电线缆及设备，系统停止供电后电源内部控制电自动切换到蓄电瓶供电汇流条线路上。

当整体控制电源出现故障或者欠压过流保护之后，大功率继电器J1，J2断开，此时若是原机2，4，6，8号四台变压整流器保留部分起动状态下则由原电源系统保留部分经汇流条经J1，J2继电器常闭触点完成对于任务舱及吊舱用电设备的电源供给，并且机上蓄电瓶充放电转换电路自动转到充电状态对机上蓄电瓶进行充电。

电源切换过程由蓄电瓶经二极管对任务舱供电部分实现不间断供电，由于蓄电瓶电压设计点略低于电源及变流机，因此在切换过程完成后二极管自动切断蓄电瓶供电。

对于电机起动型号发动机，起动前起动保留部分原2，4，6，8号四台变压整流器，电流经汇流条及线缆直接为吊舱起动电机供电，若变压整流器故障，则机上蓄电瓶充放电电路转换至放电状态，由蓄电瓶经供电汇流条经线缆直接为吊舱起动电机供电。

本直流供电系统特点：

（1）保留原机部分27VDC供电系统作为燃气涡轮起动机起动电机电源供给，在保证使用要求情况下，使得新研一体电源体积重量大大减少。同时该部分电源还可作为现代电调发动机的冗余备份电源供给。

（2）新研27VDC控制电源供给系统与保留原机部分27VDC供电系统及原机应急蓄电瓶供电系统相互冗余备份，可实现故障情况下的自动切换，可充分保障应急情况下空台的飞行安全要求。

（3）保留原机部分27VDC供电系统与原机应急蓄电瓶供电系统相互冗余备份，可实现自动切换，可充分保障应急情况下的发动机起动电源供给。

（4）新研电源为一体化整体电源直接将原机汇流条115V/400HZ电源经转化为可用27V电源供给设备及系统控制供电部分，供电可靠，稳定，体积及重量较小，便于安装。

（5）新研27VDC控制电源直接提供两路输出分别完成任务系统吊舱内设备及任务舱内设备的电源供给，减少不必要的控制信号衰减，减少干扰，便于应用操作。

（6）任务舱内各操作台分别自控供电，便于各操作台各系统设备根据需要就近连接取电及控制，避免了原空台任务系统各系统及设备供电相互交错，混乱不清，及一些误操作情况的出现。

（7）整个电源系统结构紧凑，便于操作维护，具备较高的安全性，稳定性，可满足空台任务系统直流用电要求。

4 27VDC整体化控制电源设计

该直流27V稳压电源是将原机交流115V/400HZ交流电变化成隔离稳定直流电，方框图如图3，该设计方案技术成熟、先进、可靠，基本原理是将交流进行相控整流，在进行DC/DC变换，在输出端将纹波进行衰减后并联输出DC27V。该电源前端使用的是移相控制技术，减小输入的谐波含量，提高功率因素，相控整流输出为平滑270V直流，作为DC/DC模块的输入端，每个整流模块的输出为20A，共五个模块并联，输出电流自动均流，这样大大提高了电源的可靠性。为了很好的解决电源输出纹波，在DC/DC电源输出端增加RAM纹波衰减器，RAM纹波衰减器是有源滤波与无源滤波相结合的电路，可以衰减低频的输入基波及其谐波和开关组件所产生的高频噪声（DC至20M），效率达到90%，不需调节，该电源具备异地远程控制功能。可满足系统对于27VDC的供电要求。

5 结束语

本文在充分考虑空台任务系统各设备及系统用电要求及特点的基础上，采用整体免维护电源为核心，实现冗余自动切换保障设计方案，完成了空台任务系统27V直流供电系统的改造。经过飞行台几十个架次的飞行试验证明，该直流供电系能够为空台任务系统提供优质的直流电源供给，为飞行台安全高效的完成飞行试验任务提供强有力的保障！

参考文献

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作者简介：段小维（1985-），女，硕士，工程师，主要研究方向：航空发动机飞行试验电气控制技术。