張苗歡

【摘 要】飛機配電系統(tǒng)經歷了從常規(guī)式配電、遙控式配電和自動配電的發(fā)展過程。本文基于目前最新和在研的飛機，介紹了固態(tài)功率配電器的特點及應用情況，分析了未來飛機配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢就是采用分布式配電和負載自動管理技術，并詳細分析了其優(yōu)勢和特點。

【關鍵詞】固態(tài)功率配電器；分布式配電；負載自動管理技術

【Abstract】Electrical Power Distribution system of civil aircraft goes through the development phases of conventional electrical power distribution， remote control electrical power distribution and automotive electrical power distribution. This paper introduces characteristic and application of Solid state power controller based on the latest and on-research aircraft. This paper concludes that the development direction of EPDS is distributed electrical power distribution and electrical load automatic management， and detailed analyze the advantage and characteristic of the two new technology.

【Key words】Solid state power controller； Distributed electrical power distribution； Electrical load automatic management

0 概述

配電系統(tǒng)是從電源匯流條到用電設備輸入端的部分，飛機的配電系統(tǒng)由電網、配電裝置和電網保護裝置組成，它的作用是將電源產生的電能傳輸和分配到飛機各用電設備上去。隨著飛機性能的不斷提高，機載用電設備越來越多，其任務越來越繁重，而機載用電設備對飛機安全飛行和成功執(zhí)行任務起著關鍵或重要的作用，因而就要求為其配電的供電系統(tǒng)容量不斷增大，系統(tǒng)的可靠性、安全性增高，使得配電系統(tǒng)的組成及結構形式越來越復雜，技術水平越來越高。為了適應這些需要，到目前為止，飛機配電系統(tǒng)按控制方式通常分為三種，即常規(guī)式配電、遙控式配電[1]和自動配電三種。

1 配電系統(tǒng)的發(fā)展

常規(guī)配電系統(tǒng)在技術上己經成熟，目前應用非常廣泛，但其缺點是電網重量大，空勤人員負擔重[6]。遙控配電系統(tǒng)由于大部分電力線不需要敷設到駕駛艙，因而可大大減輕電網重量，但其缺點是離散控制線過多，自動化程度不高。而在自動化配電系統(tǒng)中，由于采用了分布式匯流條和負載自動管理技術，用電設備可以就近與配電匯流條相連，由計算機通過多路傳輸數據總線傳遞控制信號和狀態(tài)信息，經固態(tài)功率控制器對負載進行控制和保護，這種配電系統(tǒng)可以大大減輕導線重量，提高配電可靠性及自動化程度，減輕飛行人員負擔，因而是目前和下一代先進飛機配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[1]。

2 現(xiàn)代飛機配電技術簡介

從國外的研究和實踐來看，飛機配電系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢就是采用分布式配電和負載自動管理技術。采用分布式配電技術，可以大大提高配電可靠性，增強安全性，減輕配電系統(tǒng)重量，提高功率使用和負載管理的效能；采用負載自動管理技術后，就可以根據飛機發(fā)電容量的大小、供電系統(tǒng)的完好程度以及飛機不同飛行階段自動地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。

2.1 現(xiàn)代飛機配電器件

目前大部分飛機采用分布式自動配電系統(tǒng)，利用接觸器對負載進行控制。LEACH公司的WL-X9YN型接觸器的額定電流達385A。斷路器（CB）是目前飛機115VAC和28VDC的配電網絡中使用最普遍的電線保護裝置。CB不能應用于HVDC配電系統(tǒng)中，而且實現(xiàn)監(jiān)控比較困難。

國外還發(fā)展了電弧故障斷路器（AFCB），該裝置對電流進行監(jiān)測，在保留普通CB功能的同時，實現(xiàn)對電弧故障的保護。

此外，遙控斷路器（RCCB）也被開發(fā)出來，該裝置將繼電器和CB的功能結合起來。用電子電路取代傳統(tǒng)CB中的雙金屬片，解決了傳統(tǒng)CB的老化問題，而且與繼電圖2 固態(tài)功率控制器系統(tǒng)結構圖

SSPC具有接通負載功能，并可實現(xiàn)對電氣設備的過載、短路保護。此外，SSPC還可以像CB一樣實現(xiàn)I2t保護，與電磁元件和機電元件（如CB和RCCB）相比，響應速度快，受震動的影響小。由于SSPC的體積小，通常成組進行安裝。下圖是DDC的SSPC模塊。

固態(tài)功率控制器在最新和在研的飛機中得到了大量的應用，在下表中對B787和C系列的相關數據進行了對比。

通過表1可知，固態(tài)功率控制器在最新的飛機中得到了大量的應用，已經成為了未來飛機的發(fā)展趨勢。

2.2 自動配電系統(tǒng)的特點

采用分布式配電和負載自動管理的自功化配電系統(tǒng)，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系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它具有如下特征：

a）實現(xiàn)負載的自動管理

負載自動管理系統(tǒng)可對配電系統(tǒng)所要求的功率與電源系統(tǒng)所能供給的功率進行合理地調度和分配，達到對電源設備最有效地利用；該系統(tǒng)可以有秩序地給分布式電力匯流條加載或卸載，實現(xiàn)發(fā)電機負載的逐步建立，避免了大負載的突加和突卸所引起的電壓波動，從而保證了供電質量：當飛機在應急狀態(tài)時，可以按負載管理的優(yōu)先級卸載，保證向關鍵飛行負載供電，這樣就可以在有限功率的條件下提高飛機安全返航的概率。

b）提高供電系統(tǒng)的可靠性

先進配電系統(tǒng)易于采用余度和容錯技術，可以使系統(tǒng)在單點和多點故障的情況下仍能向負載供電。同時，采用了自檢測（BIT）技術和專家診斷系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)故障和預測故障。

c）節(jié)約空間、減輕供電系統(tǒng)重量

駕駛艙可除去中央配電系統(tǒng)，空間增大。采用的分布式匯流條、遠程終端和負載管理中心均可離負載較近地放置，功率線的長度可以根據負載分布來裁減，從而減少了電線長度，減輕了重量。

圖4為常規(guī)配電架構，圖5為自動配電架構。由圖比較可知，采用自動配電，大大的節(jié)約了空間，減少了電纜長度，減輕了重量。

d）提高配電系統(tǒng)的維護

硬線電網維護上的最大困難在于確定故障點，往往需要很復雜的人工測試過程，既費時又費力。而在先進飛機配電系統(tǒng)中，當飛機發(fā)生故障時，除了可對故障設備進行余度轉換以保證系統(tǒng)正常工作外，還可由自檢裝置將故障信息存入故障顯示裝置的非易失性存儲器中，地勤人員可利用專門的地面檢測設備尋找出故障以至再現(xiàn)故障，很快判別出故障點，可以迅速更換故障設備，提高了配電系統(tǒng)的維護性。

e）提高配電系統(tǒng)的可操作性

采用了負載的自動管理技術，系統(tǒng)能夠根據飛機當前的飛行狀態(tài)、電源狀態(tài)和負載狀態(tài)進行合理配電，特別是在故障狀態(tài)下能夠自動選擇合適的匯流條，并根據負載等級自動加載和卸載，大大減輕了飛行員的操作任務；同時，配電系統(tǒng)可以向飛行員提供直觀詳盡的配電系統(tǒng)狀態(tài)信息和操作指令信息，從而提高了系統(tǒng)的可操作性。

f）提高配電系統(tǒng)的可擴展性

使用先進配電系統(tǒng)按照標準化、模塊化和通用化進行設計，維護方便，適應性強，在飛機改型，擴大功能和增加新設備時，一般只需對軟件作一定的修改即可完成系統(tǒng)的重構，從而降低了研制費用及改型費用。

2.3 小結

自動配電技術在安全性、可靠性和可擴展性方面，具有較大的優(yōu)勢，必然是未來飛機配電系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。但目前處于發(fā)展過程中，仍然存在一些問題影響著其全面應用，例如SSPC的額定電流過小，SSPC的設備等級限制。

3 結論

自動配電技術是未來飛機配電的發(fā)展趨勢，通過自動配電技術，大大提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性、可擴展性和可操作性，有利于飛機的負載管理，減少全機電纜，減輕了飛機的重量。但目前由于技術條件和設備等因素的限制，目前尚處于發(fā)展過程中，尚有大量的技術難題需要解決。

【參考文獻】

[1]于敦，王守方，等，編.國外飛機供電系統(tǒng)手冊[Z].中國航空信息中心，1997.

[2]謝少軍，嚴仰光.未來先進飛機的電源系統(tǒng)[J].國際航空，1995，1.

[3]周增福，謝少軍，嚴仰光.美空軍多電飛機計劃中的電源技術[J].國際航空，1997，12.

[4]RP-21--- Serial 28VDC Solid-state Power Controllers[Z].Data Device Corporation（DDC）， 1999.

[5]Advanced Aircraft Electrical System Control Technology Demonstrator， AFWAL-TR-83-2033[Z].1983.

[責任編輯：曹明明]