飞机自动配电技术研究

刘鹏

摘 要：研究和应用现有的自动配电技术，集中于新式飞机系统。这个配电系统是电机汇流条和电能的接点之间的配电、传输、控制、保护和管理，它是驱动系统的重要组成部分。自动配电系统配有分布式总线和自动负载平衡。电气设备连接到相邻的电力线。控制信号和状态信号通过多通道数据总线从计算机传输，负载由固态电源控制器（SSPC）控制和保护。减少电缆长度和飞机重量节省驾驶舱空间，减少飞行员的工作量，提高系统的可靠、可维护和可扩展性，并提高飞机的安全性。

关键词：自动配电;电气负载管理中心

飞机配电系统是由飞机电能的生产、变换和输配等装置组成得完整的系统，它是飞机的动力系统一个重要部分，其作用是向飞机上各电设备或用电系统提供电能，以满足规定的技术性能，从而确保飞机的飞行安全和作战任务的执行。

由于飞机电能传输距离比较短且用电设备比较集中，因此飞机配件系统是指从电源通过汇流条到用电设备输入端的部分，由电网、配电装置和电网保护装置等组成。它的作用是将电源所产生的电能可靠有效地传输到飞机的各用电设备上去，并保证可靠而又不间断地向电设备供电，对于重要系统或设备还应有多余度的独立供电措施。目前，大多数飞机都使用传统或远程配电系统。随着航空技术的迅速发展，飞机性能大幅度提高，用电设备迅速增加，电源功率不断增大，致使电网重量过重，维护性和可靠性差，响应速度慢，严重影响了飞机性能的整体提高，因此对现有电源控制管理系统的改变需求就越来越迫切，自动配电系统是改变目前状况的一个重要研究方向。

从国内外的研究和实践看，飞机配电系统的总趋势就是自动配电术，采用自动配电技术可以根据飞机的发电容量大小、供电系统完好程度以及飞机不同的飞行阶段自动断开和接通用电设备，使系统具有重构的能力，从而保证飞行和任务关键负载的可靠供电，这种方式有着常规配电系统无法比拟的优越性，是下一代先进飞机配电发展的趋势。

一、自动配电系统具有的优点

1.根据飞行阶段、供电系统、配电系统配置，自动负荷管理、合理配电、加载和卸载、避免系统干扰;在紧急情况下，可以根据负载优先顺序分配和管理，提高飞机的安全。

2.通过余度和容错技术提高可靠性，使自我诊断系统能够及时检测和预测故障。

3.配电系统质量明显下降，机动性明显提高，飞行动力下降。

4.通过标准、模块化和统一的设计提高配电系统的可扩展性，以确保高度的可扩展性。飞机改型、功能增强和新设备只需进行适当的软件更改，即可满足系统要求并降低开发和改造成本。自动配电技术将成为下一代配电趋势，但受到设备和技术限制，许多技术问题亟待解决。SSPC现在消耗的电力较少，而且抗电磁干扰的可靠性和恢复能力也有所提高。

二、飞机自动配电系统的基本架构与工作方式

1.飞机自动配电原理。每个系统在正常情况下由GCU发电机控制，发电机组G通过GCB断路器为交流总线和交流负载供电。交流直流输电通过TRU变压器适配器进行，BTB断路器为直流汇流条和负载供电。备用总线和临界负荷由下一个断路器控制，应急总线将获得一个备用电池，该电池将为变频器上的关键交流负载供电。另一个电源可以通过总线断路器（AC BTB或DC BTB）供电。地面上EPS接地电力系统可以为飞机供电。

2.飞机配电自动化系统的基本结构和运行方式。飞机的自动配电系统集成到飞机的电源中。高速数据总线链路建立了分布式自动配电控制系统。PSP负责电力系统的综合管理。主配电系统由BPCU控制，负责监控、保护和控制主配电中心的总线布局。如果主电源出现故障，两条总线将并行连接。二级配电系统电气负载不同位置的不同管理中心（ELMC）组成。

三、飞机自动配电系统关键技术

1.自动电气负载管理技术。可实现对飞机上所有负载的严格智能控制。飞行员只需发送当前飞行时间和一些特别指示。自动配电系统可以自动管理电气系统和飞机的各种负荷。自动负载管理需求：根据可用电源容量、任务需求和负载优先级提供电源。确保可用的电力容量与主负荷相同。如果电源通道出现故障，可以更换电源以确保电源的容错能力。

2.自动电气负载管理实施步骤：根据飞机可用的配电类型确定电力容量（例如地面供应、双单发、应急预案和电池）。根据电源和配电模式指定要处理的电力负荷及其相关电力需求的列表。如果容量不足，则根据电气负荷的优先级确定要删除的电气负荷列表。负荷管理逻辑在配电系统中实现。PSP在飞行的不同阶段向ELMS发送任务信息。ELMS计算相应的電力需求和电力负荷控制方程。根据解决方案的结果加载或卸载。

ELMC是飞机自动配电系统中的物理单元。每个ELMC都有一个远程电源插座设备，由内部value微处理器通过总线接口进行管理。ELMC通过数据总线与PSP通信，向PSP发送负载状态信息，接收PSP控制信号，并通过SSPC加载或卸载相应的电负荷。

3.ELMC以两种模式运行：正常模式，起动后，远程终端通过初始化和自我控制来确定其当前状态。在正常情况下，系统会实时执行多任务调度，并根据优先级正确运行。如果系统出现故障，请向PSP报告故障状态。紧急模式：当与PSP通信失败时，ELMC切换到紧急模式，是一个管理和控制负载的小型系统。故障诊断后，系统可以返回正常模式。

4.SSPC。是一种集成的智能开关装置，具有转换交换和断路器。它是实现配电自动化的重要工具，电源MOSFET或IGBT用作开关装置，例如电机电源装置。它具有无触点、电弧、噪声、快速响应、低电磁干扰、超长使用寿命、高可靠性和简单的远程计算机控制等优点。SSPC还具有短路保护、电涌保护器、自我识别和通信功能。

自动配电技术正在成为新一代飞机配电的趋势，因为它高度自动化和智能化，大大降低了体积和质量，提高了安全性。与传统的分布式模式相比，它具有可靠性和可扩展性。通过标准化、模块化和统一的设计，提高系统可扩展性并降低系统更新成本。

参考文献：

[1]傅善光.飞机自动配电管理系统电气负载管理技术的研究[J].南京航空航天大学学报，2020，34（1）：73-78.