劉耀光 張艷琴

摘要：電氣負載和電源容量分析是飛機電氣系統(tǒng)設計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。電源系統(tǒng)應滿足全機用電設備的容量要求。電源系統(tǒng)的容量是否合適，將影響到電氣系統(tǒng)運行的可靠性和經濟性。分析所有用電設備在飛機各種工作狀態(tài)下的供電要求，并綜合供電與用電兩者的供求情況，實現(xiàn)電源容量和電氣負載的合理配置。

關鍵詞：飛機;電氣負載;電源容量;設計;用電設備

一、概述

電氣負載和電源容量分析是飛機電源系統(tǒng)設計的基礎工作，電源容量的確定、電源形式的選擇均應在此基礎上進行。

電氣負載分析的內容是將各個獨立的電氣系統(tǒng)或各類電源所供電的那些負載，按照其在飛機飛行任務的各個階段的用電情況進行統(tǒng)計計算，以確定該系統(tǒng)在飛機各飛行階段的用電要求。在電氣負載分析的基礎上，找出連續(xù)負載量最大的狀態(tài)，以此為準初選主發(fā)電機，然后進行電源容量分析。電源容量分析的目的是根據(jù)電氣負載分析和電源在各種加載狀態(tài)下的供電能力，考慮適當?shù)娜萘吭６群退矐B(tài)要求，驗證主電源和應急電源的容量是否符合設計規(guī)范，能否滿足機載用電設備的供電要求。

二、 電氣負載和電源容量分析的內容和目的

通用飛機需按CCAR-23-R3《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規(guī)定》和CCAR-91-R2《一般運行和飛行規(guī)則》進行設計和研制，并按照適航要求進行過程控制管理。

在對所有機載設備的用電情況進行統(tǒng)計的基礎上，應用GJB860A的分析方法，計算出飛機后在不同工作階段、不同時間區(qū)間的電氣總負載及在不同區(qū)間的電源容量裕度，為飛機電源系統(tǒng)設計提供依據(jù)。

三、負載統(tǒng)計

負載統(tǒng)計是對用電設備在飛機所有工作階段的用電情況的統(tǒng)計，其中包括設備名稱及型號及同時工作數(shù)量、用電種類、單臺用電量、工作階段及工作時間等。

1、工作階段及代號名詞解釋

飛機用電設備的負載情況通常隨飛機的不同工作狀態(tài)而改變。飛機的工作狀態(tài)是指該飛機的典型工作狀態(tài)，即理論上預定的正常情況下工作（包括空中飛行和地面工作）的狀態(tài)。根據(jù)飛機的工作情況，一般工作階段分為準備與起動、地面檢查、滑行、起飛爬高、巡航、下滑著陸六個工作階段。

G1-準備與起動

G2-地面檢查

G3-滑行

G4-起飛爬高

G5-巡航

G6-下滑著陸

2、相關代號名詞解釋

T-工作時間

GS-同時工作數(shù)

DL-單臺用電量

3、負載統(tǒng)計結果

1）非發(fā)動機起動系統(tǒng)的負載統(tǒng)計

對飛機非發(fā)動機起動系統(tǒng)的電氣負載統(tǒng)計。

2）發(fā)動機起動系統(tǒng)的負載統(tǒng)計

在飛機用電設備中，起動機負載對應急供電時間的影響最大，起動機一般在滑油溫度為-12℃時用電量最大，消耗的蓄電池容量最多，此處，給出滑油溫度為-12℃時的起動機負載統(tǒng)計值。

四、電氣負載分析

應用GJB860A的分析方法，對飛機電氣負載進行5S、5min、連續(xù)三種時間區(qū)間的分析，以計算出飛機在5S時間區(qū)間內的瞬態(tài)負載值和5min、連續(xù)時間區(qū)間內的平均負載值。在進行負載分析時，對每個階段每個電氣負載均進行上述三種時間區(qū)間分析。

1、時間區(qū)間分析說明

1）? 5S分析

凡工作持續(xù)時間大于0.005min的負載都進行5s分析，5s分析見下式。

設備用電量=單臺用電量×同時工作數(shù)×K

當T≤0.08min時，K=T/0.08;

當T>0.08min時，K=1。

2） 5min分析

凡工作持續(xù)時間大于0.08min的負載都進行5min分析，5min分析見下式。

設備用電量=單臺用電量×同時工作數(shù)×K

當T≤0.08min時，K=0;

當0.08

當T>5min時，K=1。

3）? 連續(xù)分析

凡工作持續(xù)時間大于5min的負載都進行連續(xù)分析，連續(xù)分析見下式：

設備用電量=單臺用電量×同時工作數(shù)×K

當T≤5min時，K=0;

當T>5min時，K=1。

2、負載分析的實質

負載分析的實質是在飛機各種規(guī)定的工作階段下對由獨立電源系統(tǒng)供電的所有用電設備的用電量進行分析累加，計算出飛機在各種規(guī)定工作階段下的電氣總負載。

五、電源容量分析

1、電源容量說明

飛機電源系統(tǒng)一般由直流主電源、直流應急電源和直流外部電源組成，各電源的容量視飛機具體情況而定。

2、主電源容量分析

1）? 電源系統(tǒng)容量裕度計算方法

飛機的主電源是發(fā)動機配套的發(fā)電機。綜合修正系數(shù)為電源的機械修正系數(shù)，電磁修正系數(shù)，阻抗修正系數(shù)，冷卻修正系數(shù)連乘積，此系數(shù)乘以電源的區(qū)間額定容量即為在各工作狀態(tài)下主電源的實際發(fā)電能力。

根據(jù)以往使用經驗，在進行負載統(tǒng)計時，各用電設備用電量的統(tǒng)計值，一般情況下比其實際用電量大，而負載分析是在負載統(tǒng)計的基礎上進行的，由負載統(tǒng)計可知，在同一工作階段工作的用電設備并非全部同時用電，而負載分析是按同時用電考慮的，因此，電氣總負載比實際電氣總負載大很多。根據(jù)飛機負載統(tǒng)計的實際情況，以85%的負載申報準確度及95%的設備同時工作率（在負載分析時，已經考慮了襟翼操縱系統(tǒng)與液壓能源系統(tǒng)的同時工作率）對負載分析結果進行修正，修正后的值較接近實際值，因此，用修正后的值進行電源容量裕度計算。

電源容量裕度就是飛機電氣系統(tǒng)中電源能夠對將來增加的負載設備供電的能力，用對電源容量的百分比表示。電源容量裕度計算見下式：

容量裕度=（電源修正容量-電氣總負載×85%×95%）/電源修正容量

2）? 電源容量計算結果

飛機電源系統(tǒng)在不同工作階段的電氣總負載不同，以所有工作階段最大電氣總負載進行容量裕度計算，其值是電源系統(tǒng)所能提供的最小容量裕度。由于發(fā)電機沒有過載能力，因此，用電源系統(tǒng)的額定容量來計算飛機電源系統(tǒng)在5S、5min、連續(xù)三種時間區(qū)間的最小容量裕度。

3、蓄電池應急供電時間

1）? 蓄電池裝機容量

根據(jù)蓄電池裝機條件，蓄電池的容量在其額定容量的80%以上時，蓄電池才可以裝機。

2）? 起動機所消耗的蓄電池容量

按照一般供電系統(tǒng)總體方案要求，蓄電池應具有連續(xù)起動起動機3次的能力。起動機起動時起動電流是隨時間變化的，只能根據(jù)起動機起動曲線近似計算出3次起動起動機所消耗的蓄電池容量。

3）應急供電4min時所消耗的蓄電池容量

當飛機進入應急供電狀態(tài)時，駕駛員在4min時間內可將正常用電設備全部切斷，因此可根據(jù)卸載過程近似計算出該階段所消耗的蓄電池容量。

4）應急供電時間

應急供電4min后，蓄電池僅向應急負載供電，此時應急負載按同時工作考慮，因此，僅以85%的負載申報準確度對應急電氣總負載進行修正。

5）外部電源容量分析

外部電源插座的額定載流量由地面檢查階段的負載分析結果及起動系統(tǒng)負載統(tǒng)計情況可知，只要選用合適的外部電源就可以滿足飛機全部用電設備的用電要求。

六、結論

本文總結了通用飛機直流電氣負載和電源容量的分析方法和需要關注的問題。通過分析、統(tǒng)計和計算，保證飛機能夠在最嚴重的用電狀態(tài)下電源都是足夠的，從而保證飛機順利完成飛行任務。此方法是在滿足適航規(guī)章和國軍標的基礎上通過多年、多型號飛機驗證總結的分析方法，對于新機研制和設備加改裝中的電氣系統(tǒng)設計提供了有利保障。對通用飛機設計有重要的指導和借鑒意義。

參考文獻：

[1]GJB860A《飛機電氣負載和電容量分析》.