李 蓉

（中航通飛研究院有限公司，廣東 珠海519040）

0 引言

不間斷供電是對(duì)用電設(shè)備的一種特殊要求，GJB181A—2003《飛機(jī)供電特性》中的3.26條是這樣定義的：在供電電源轉(zhuǎn)換過程中，用電設(shè)備供電不中斷的供電。隨著機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)備的增多，不間斷供電已成為供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。現(xiàn)代飛機(jī)綜合航空電子系統(tǒng)和飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用，增大了機(jī)載計(jì)算機(jī)的使用比例，許多敏感的飛行控制設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備組成的電氣負(fù)載在供電中斷后可能受到干擾而需要重新啟動(dòng)或重新初始化，如果這些問題發(fā)生在關(guān)重系統(tǒng)，將會(huì)危及飛行安全，故必須考慮關(guān)重系統(tǒng)的不間斷供電問題。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外飛機(jī)直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，探討飛機(jī)直流電源系統(tǒng)不間斷供電的實(shí)現(xiàn)途徑。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

隨著飛機(jī)電源系統(tǒng)的發(fā)展，為提高電源系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，大多數(shù)飛機(jī)會(huì)配置多套電源系統(tǒng)，但直流電源系統(tǒng)仍是電源系統(tǒng)不可或缺的組成部分。為解決直流電源的不間斷供電問題，飛機(jī)一般采取將直流發(fā)電機(jī)或直流匯流條并聯(lián)的方式。比如波音767飛機(jī)，變流器將115V交流電轉(zhuǎn)換成28V直流電分別供給左、右直流匯流條，當(dāng)變流器或交流主匯流條出現(xiàn)問題時(shí)，連接左、右直流匯流條的接觸器吸合，將左、右直流匯流條并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流用電設(shè)備的不間斷供電。對(duì)于國(guó)內(nèi)飛機(jī)而言，直流電源主要由直流發(fā)電機(jī)或蓄電池提供，因此直流電源系統(tǒng)的不間斷供電主要在直流發(fā)電機(jī)與蓄電池之間轉(zhuǎn)換。

2 實(shí)現(xiàn)方法

2.1 基本途徑

直流系統(tǒng)的電氣控制較容易實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)直流關(guān)重系統(tǒng)用電設(shè)備實(shí)現(xiàn)不間斷供電并不十分困難，可以采用多種形式來實(shí)現(xiàn)。（1）蓄電池浮充在直流匯流條上，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中退出或故障后，蓄電池直接向匯流條供電；（2）兩臺(tái)或多臺(tái)直流發(fā)電機(jī)通過差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行并聯(lián)，在直流發(fā)電機(jī)沒有故障的前提下向直流匯流條供電；（3）使用功率器件與直流發(fā)電機(jī)直接串聯(lián)的電路，比如二極管，當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)退出電網(wǎng)時(shí)，二極管根據(jù)電網(wǎng)電壓自動(dòng)阻斷反流，由另一臺(tái)發(fā)電機(jī)向匯流條供電。

常規(guī)情況下，我們一般使用上述（1）、（2）條的方法來實(shí)現(xiàn)全機(jī)直流關(guān)重設(shè)備的不間斷供電。其中，使用蓄電池直接并聯(lián)在直流供電匯流條上，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)切除后蓄電池直接向用電設(shè)備供電的方法更為普遍。作為飛機(jī)的機(jī)載應(yīng)急電源，蓄電池系統(tǒng)能直接或者間接啟動(dòng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作之前或者發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的情況下，應(yīng)急提供24V直流電源，并通過電路上的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的不間斷供電。

2.2 蓄電池系統(tǒng)

2.2.1 蓄電池類型

在常規(guī)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，航空機(jī)載蓄電池?fù)?dān)負(fù)著地面啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與空中應(yīng)急點(diǎn)火的任務(wù)，還負(fù)責(zé)機(jī)上一些重要負(fù)載的供電。鎘鎳蓄電池具有大電流放電能力和理想的低溫特性以及工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它可以直接或者間接啟動(dòng)各種飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，并在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作之前或發(fā)電機(jī)故障的情況下，提供24V直流電源，蓄電池組可在－55～＋60℃環(huán)境溫度內(nèi)短期存放，在（25±10）℃的環(huán)境溫度下使用。但鎘鎳蓄電池不能直接浮接在匯流條上，銀鋅蓄電池和鉛酸蓄電池通過直接浮接在匯流條上，可以很容易地實(shí)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的不間斷供電。

2.2.2 配電形式

一般情況下，蓄電池系統(tǒng)常見的結(jié)構(gòu)形式有兩種：（1）蓄電池直接與飛機(jī)上的28V匯流條并聯(lián)在一起為飛機(jī)提供電源（集中式）；（2）蓄電池和機(jī)載充電器并聯(lián)后通過匯流條切換來為飛機(jī)提供電源（分布式）。

初步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)飛機(jī)有的是采取第一種配置形式，有的采用第二種配置方式，比例上前者略大于后者，但分布式系統(tǒng)明顯有逐漸取代集中式配電系統(tǒng)的趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，基于蓄電池的充放電管理需求，機(jī)載充電器也越來越多地出現(xiàn)在新型飛機(jī)上。

同時(shí)也發(fā)現(xiàn)很多飛機(jī)的蓄電池系統(tǒng)采用了第二種配置方式，由機(jī)載充電器對(duì)蓄電池進(jìn)行升壓方式的恒流恒壓充電（其充電電壓隨溫度自動(dòng)修正）并實(shí)施精細(xì)化管理。分析采用該種模式的原因，認(rèn)為可能出于以下考慮：（1）分布式配電將重要負(fù)載和一般負(fù)載按安全級(jí)別進(jìn)行了分類，配置在不同的匯流條上，可以避免一般負(fù)載對(duì)重要負(fù)載造成供電影響，提高電源系統(tǒng)的綜合可靠性；（2）某些機(jī)載電子設(shè)備因?yàn)楹幸资?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其內(nèi)部安裝有儲(chǔ)能器件，因此需要蓄電池對(duì)儲(chǔ)能器件充電；（3）在單次飛行過程中，機(jī)載蓄電池的溫度往往會(huì)有大幅度變化，例如可能從地面的25℃變化到高空的－20℃，普通的恒壓充電方式不能保障蓄電池的容量水平，必須使用機(jī)載充電器；（4）機(jī)載充電器除滿足充電需求外，還可以對(duì)蓄電池組的狀態(tài)、性能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，向上位機(jī)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

2.2.3 蓄電池組

蓄電池組要求符合飛機(jī)蓄電池專用規(guī)范，承受溫度沖擊、振動(dòng)、沖擊、溫度—高度、加速度、濕熱、霉菌、鹽霧等環(huán)境條件的作用，而不應(yīng)出現(xiàn)機(jī)械或電氣損壞。

蓄電池組應(yīng)包含溫度檢測(cè)模塊，蓄電池的全電壓、半電壓、溫度信號(hào)全部傳遞到機(jī)載充電器中，由機(jī)載充電器對(duì)它們進(jìn)行處理，然后向外報(bào)告。從減重角度考慮，由于安裝有機(jī)載充電器，蓄電池組容量可不必留有太多的余量，飛機(jī)起飛的容量條件可放寬到70%～80%。

2.2.4 機(jī)載充電器

機(jī)載充電器承擔(dān)對(duì)蓄電池組充電的任務(wù)，它根據(jù)系統(tǒng)要求以及蓄電池組特點(diǎn)，在蓄電池組基本充滿電后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電或者停止充電，蓄電池組或者充電器本身發(fā)生故障以及蓄電池組過冷或者過熱時(shí)，能向系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)告，并作出響應(yīng)的動(dòng)作；同時(shí)，還可以對(duì)系統(tǒng)的命令作出響應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

按照功能，機(jī)載充電器可分成充電器和控制邏輯兩大部分。充電器把輸入的交流電變成直流電流以恒流方式對(duì)蓄電池組充電。在充電過程中，充電器接收控制邏輯的信號(hào)或者根據(jù)蓄電池自身特點(diǎn)，能自動(dòng)在主充電方式、涓流充電方式、地面充電方式及停充4種狀態(tài)間切換。邏輯功能如下：（1）接收充電禁止信號(hào)，停止充電并處于備用狀態(tài)，一旦信號(hào)消失，恢復(fù)充電狀態(tài)；（2）判別充電器故障信號(hào)，充電器輸出電壓大于一定值后為過電壓充電；（3）向機(jī)上綜合顯控系統(tǒng)輸出信號(hào)，包括充電方式、蓄電池系統(tǒng)故障（蓄電池過冷故障、蓄電池過熱故障、充電器故障）、充電禁止、充電器有電流輸入電壓判斷信號(hào)、蓄電池溫度等；（4）保護(hù)功能，機(jī)載充電器一旦失控，當(dāng)充電電壓超過規(guī)定值時(shí)，則可自行轉(zhuǎn)入停充狀態(tài)，并發(fā)出故障信號(hào)，若故障消失，將自動(dòng)重新工作。

為保證計(jì)算機(jī)工作的安全性，飛機(jī)上可設(shè)置多臺(tái)計(jì)算機(jī)互為熱備份，即多裕度供電，同時(shí)配置內(nèi)置蓄電池組。設(shè)計(jì)思路如下：通過蓄電池組為計(jì)算機(jī)分別供電，每臺(tái)計(jì)算機(jī)有多路供電，包括蓄電池組、直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和內(nèi)置蓄電池組。上述電源電壓經(jīng)二極管表決后為計(jì)算機(jī)供電，專門設(shè)置電壓梯度，確保在直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)正常的情況下不消耗蓄電池的容量，在蓄電池組正常的情況下不消耗內(nèi)置蓄電池組的容量。

3 結(jié)語

電子設(shè)備的迅速發(fā)展對(duì)飛機(jī)直流電源系統(tǒng)的不間斷供電設(shè)計(jì)提出了更高的要求，借鑒國(guó)內(nèi)外飛機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，可以很好地解決飛機(jī)直流關(guān)重系統(tǒng)不間斷供電的技術(shù)難題。

［1］GJB181A—2003 飛機(jī)供電特性［S］.

［2］HB6498—91 飛機(jī)直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求［S］.

［3］馬述訓(xùn).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1999.