摘 要：為了驗證飛機(jī)的定型試飛過程中，飛機(jī)的電源系統(tǒng)、APU電源系統(tǒng)在滿載及超載情況下的性能是否滿足有關(guān)設(shè)計要求的目的，研制了一套電負(fù)載控制系統(tǒng)，用來提取并且消耗飛機(jī)電源系統(tǒng)的剩余功率，從而達(dá)到了驗證飛機(jī)的電源系統(tǒng)、APU電源系統(tǒng)的性能的目的。

關(guān)鍵詞：電負(fù)載；APU；電源系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；虛擬儀器

引言

在飛機(jī)的定型試飛過程中，根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求，需要在滿載及超載情況下，驗證飛機(jī)電源系統(tǒng)、APU電源系統(tǒng)的性能是否滿足有關(guān)設(shè)計要求。為此，借鑒以往電負(fù)載系統(tǒng)研制的經(jīng)驗以及取得的成果，通過科學(xué)計算和分析，制定了電負(fù)載控制系統(tǒng)的方案，設(shè)計了電負(fù)載控制系統(tǒng)。

1 電負(fù)載系統(tǒng)簡介

電負(fù)載系統(tǒng)的主要由控制系統(tǒng)和蒸發(fā)耗能系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的控制電源為直流28V，負(fù)載消耗為三相115V/400Hz?？刂葡到y(tǒng)自動采集負(fù)載的電流、電壓和消耗功率，并且按照預(yù)先設(shè)定好的加載程序進(jìn)行自動加載，能夠?qū)崿F(xiàn)自動和手動加載的切換，并且具備緊急情況下自動切除負(fù)載和應(yīng)急排放熱水的功能。

電負(fù)載系統(tǒng)工作原理是控制系統(tǒng)通過上位機(jī)實時采集飛機(jī)電源系統(tǒng)的剩余功率，并且向上位機(jī)發(fā)出指令，蒸發(fā)耗能系統(tǒng)消耗飛機(jī)電源系統(tǒng)的剩余功率，將電能轉(zhuǎn)換成為熱能，消耗飛機(jī)電源系統(tǒng)和飛機(jī)APU系統(tǒng)，達(dá)到驗證其性能的目的。

1.1 控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)由直流28V供電，主要實現(xiàn)負(fù)載加載控制、負(fù)載參數(shù)及負(fù)載系統(tǒng)參數(shù)采集、冷卻系統(tǒng)控制、應(yīng)急情況控制以及自檢功能。控制子系統(tǒng)主要由相關(guān)的接觸器、繼電器、濾波器以及控制計算機(jī)等組成，這些控制器件統(tǒng)一安裝在飛機(jī)客艙的控制柜內(nèi)，控制計算機(jī)作為中心控制單元，負(fù)責(zé)采集壓力、溫度、電流、電壓、流量等各個傳感器的實時數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷整個系統(tǒng)的實時狀態(tài)，接收用戶命令，實現(xiàn)開關(guān)量、模擬量控制等功能。

控制子系統(tǒng)具有自動、手動加載控制的功能；具有自檢、告警以及應(yīng)急斷電功能；能夠保證罐中負(fù)載消耗平衡，在負(fù)載不平衡時，能夠自動切斷負(fù)載單元；具有可視化操作界面，實時顯示飛機(jī)消耗功率；能夠及時采集壓力、溫度、電流、電壓、液位等，并能及時作出響應(yīng)，改變系統(tǒng)工作狀態(tài)；當(dāng)采集到各個蒸發(fā)罐的液位傳感器低于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，補(bǔ)水泵從補(bǔ)水罐箱對其進(jìn)行補(bǔ)水，使其達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)檢測到補(bǔ)水罐的液位低于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，給出報警信號；當(dāng)蒸發(fā)罐和補(bǔ)水罐的液位均低于設(shè)定值時，系統(tǒng)自動斷電；在緊急情況下，該系統(tǒng)能自動放掉熱水。

1.2 蒸發(fā)耗能系統(tǒng)

蒸發(fā)耗能系統(tǒng)由補(bǔ)水排水子系統(tǒng)和負(fù)載子系統(tǒng)組成。能夠?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，自動排放高溫水蒸氣。

補(bǔ)水排水子系統(tǒng)主要由補(bǔ)水分系統(tǒng)、應(yīng)急排水分系統(tǒng)以及注水、排水分系統(tǒng)等組成。補(bǔ)水分系統(tǒng)由補(bǔ)水罐、補(bǔ)水泵以及液位傳感器等組成。當(dāng)液位傳感器采集到各個蒸發(fā)罐的液位低于設(shè)定值時，則自動啟動補(bǔ)水泵，由補(bǔ)水罐向蒸發(fā)罐組輸水，使其達(dá)到設(shè)定的液位值。應(yīng)急排水分系統(tǒng)由應(yīng)急排水泵、單向閥以及單向插板閥等組成，用于在飛機(jī)應(yīng)急著陸前，排放掉蒸發(fā)罐內(nèi)的熱水。

負(fù)載子系統(tǒng)實現(xiàn)電負(fù)載的分配和消耗。負(fù)載子系統(tǒng)主要由安裝在蒸發(fā)罐里面的60個負(fù)載元件組成。每個負(fù)載元件的功率1KVA，絕緣層熱穩(wěn)定性不小于300°，絕緣電阻不小于20MΩ，每相電負(fù)載最小負(fù)載1KVA、共20KVA，均分在三個電加熱器罐里，為保證負(fù)載消耗平衡，每次加載最小功率3KVA，總共可以實現(xiàn)60KVA的負(fù)載消耗。在出現(xiàn)負(fù)載不平衡時，系統(tǒng)具有自動切除功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

2 電負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

電負(fù)載系統(tǒng)硬件組成主要由工控機(jī)、西門子PLC、傳感器（電壓、電流、液位等）、交流接觸器、斷路器、采集板卡等組成。圖2為控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。

2.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由兩部分構(gòu)成，分別是一體化工作站（上位機(jī)）程序和可編程控制器（下位機(jī)）程序。上位機(jī)主要用于監(jiān)控整個系統(tǒng)詳細(xì)的工作過程，跟據(jù)預(yù)先設(shè)定好的規(guī)律，執(zhí)行相對應(yīng)的加載規(guī)律，上位機(jī)具有友好的工作界面，操作界面，并且能夠?qū)崟r監(jiān)測到加載的負(fù)載以及整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。下位機(jī)程序主要采用的是梯形圖進(jìn)行編程，主要采集補(bǔ)水罐和蒸發(fā)罐的液位信號，接收上位機(jī)指令，實現(xiàn)負(fù)載自動加載、補(bǔ)水泵控制和報警斷電等功能。整個系統(tǒng)有條不紊的進(jìn)行。

3 電負(fù)載系統(tǒng)實驗

在完成了軟件調(diào)試、控制機(jī)柜的接線以及外部線路接線工作以后，對電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行了地面聯(lián)試實驗，進(jìn)行了地面長時間加載實驗，首先進(jìn)行了系統(tǒng)自檢工作，自檢完成后，模擬飛機(jī)剩余功率進(jìn)行自動加載以及卸載規(guī)律設(shè)定，進(jìn)行了長達(dá)4小時的實驗，實驗過程順利，實驗結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠按照預(yù)先設(shè)定的模擬飛機(jī)的加載、卸載規(guī)律進(jìn)行工作，并且在水蒸氣狀態(tài)下，蒸發(fā)耗能系統(tǒng)能夠?qū)⒏邷厮魵馀懦?；模擬了飛機(jī)上故障情況，該系統(tǒng)能夠緊急卸載以及緊急排水。

經(jīng)過一系列的地面聯(lián)試實驗和分析，電負(fù)載系統(tǒng)功能完善，長時間工作運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

文章設(shè)計的電負(fù)載控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在飛行試驗中，該系統(tǒng)自動化程度高，操作方便簡單，并且能夠準(zhǔn)確測量飛機(jī)發(fā)電機(jī)的剩余功率，根據(jù)采集到飛機(jī)的剩余功率，自動加載電負(fù)載單元，達(dá)到了驗證飛機(jī)的電源系統(tǒng)、APU電源系統(tǒng)的性能的目的。

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作者簡介：茍婷婷（1985-），女，陜西西安人，工程師，碩士，研究方向：試驗機(jī)設(shè)計改裝與方法研究。

蘭莎莎（1982-），女，陜西西安人，工程師，本科，研究方向：試驗機(jī)設(shè)計改裝與方法研究。