现代飞机配电技术简介

张苗欢

【摘 要】飞机配电系统经历了从常规式配电、遥控式配电和自动配电的发展过程。本文基于目前最新和在研的飞机，介绍了固态功率配电器的特点及应用情况，分析了未来飞机配电系统的发展趋势就是采用分布式配电和负载自动管理技术，并详细分析了其优势和特点。

【关键词】固态功率配电器；分布式配电；负载自动管理技术

【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

配电系统是从电源汇流条到用电设备输入端的部分，飞机的配电系统由电网、配电装置和电网保护装置组成，它的作用是将电源产生的电能传输和分配到飞机各用电设备上去。随着飞机性能的不断提高，机载用电设备越来越多，其任务越来越繁重，而机载用电设备对飞机安全飞行和成功执行任务起着关键或重要的作用，因而就要求为其配电的供电系统容量不断增大，系统的可靠性、安全性增高，使得配电系统的组成及结构形式越来越复杂，技术水平越来越高。为了适应这些需要，到目前为止，飞机配电系统按控制方式通常分为三种，即常规式配电、遥控式配电[1]和自动配电三种。

1 配电系统的发展

常规配电系统在技术上己经成熟，目前应用非常广泛，但其缺点是电网重量大，空勤人员负担重[6]。遥控配电系统由于大部分电力线不需要敷设到驾驶舱，因而可大大减轻电网重量，但其缺点是离散控制线过多，自动化程度不高。而在自动化配电系统中，由于采用了分布式汇流条和负载自动管理技术，用电设备可以就近与配电汇流条相连，由计算机通过多路传输数据总线传递控制信号和状态信息，经固态功率控制器对负载进行控制和保护，这种配电系统可以大大减轻导线重量，提高配电可靠性及自动化程度，减轻飞行人员负担，因而是目前和下一代先进飞机配电系统的发展趋势[1]。

2 现代飞机配电技术简介

从国外的研究和实践来看，飞机配电系统发展的总趋势就是采用分布式配电和负载自动管理技术。采用分布式配电技术，可以大大提高配电可靠性，增强安全性，减轻配电系统重量，提高功率使用和负载管理的效能；采用负载自动管理技术后，就可以根据飞机发电容量的大小、供电系统的完好程度以及飞机不同飞行阶段自动地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。

2.1 现代飞机配电器件

目前大部分飞机采用分布式自动配电系统，利用接触器对负载进行控制。LEACH公司的WL-X9YN型接触器的额定电流达385A。断路器（CB）是目前飞机115VAC和28VDC的配电网络中使用最普遍的电线保护装置。CB不能应用于HVDC配电系统中，而且实现监控比较困难。

国外还发展了电弧故障断路器（AFCB），该装置对电流进行监测，在保留普通CB功能的同时，实现对电弧故障的保护。

此外，遥控断路器（RCCB）也被开发出来，该装置将继电器和CB的功能结合起来。用电子电路取代传统CB中的双金属片，解决了传统CB的老化问题，而且与继电图2 固态功率控制器系统结构图

SSPC具有接通负载功能，并可实现对电气设备的过载、短路保护。此外，SSPC还可以像CB一样实现I2t保护，与电磁元件和机电元件（如CB和RCCB）相比，响应速度快，受震动的影响小。由于SSPC的体积小，通常成组进行安装。下图是DDC的SSPC模块。

固态功率控制器在最新和在研的飞机中得到了大量的应用，在下表中对B787和C系列的相关数据进行了对比。

通过表1可知，固态功率控制器在最新的飞机中得到了大量的应用，已经成为了未来飞机的发展趋势。

2.2 自动配电系统的特点

采用分布式配电和负载自动管理的自功化配电系统，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系统的发展趋势，它具有如下特征：

a）实现负载的自动管理

负载自动管理系统可对配电系统所要求的功率与电源系统所能供给的功率进行合理地调度和分配，达到对电源设备最有效地利用；该系统可以有秩序地给分布式电力汇流条加载或卸载，实现发电机负载的逐步建立，避免了大负载的突加和突卸所引起的电压波动，从而保证了供电质量：当飞机在应急状态时，可以按负载管理的优先级卸载，保证向关键飞行负载供电，这样就可以在有限功率的条件下提高飞机安全返航的概率。

b）提高供电系统的可靠性

先进配电系统易于采用余度和容错技术，可以使系统在单点和多点故障的情况下仍能向负载供电。同时，采用了自检测（BIT）技术和专家诊断系统，可以及时发现故障和预测故障。

c）节约空间、减轻供电系统重量

驾驶舱可除去中央配电系统，空间增大。采用的分布式汇流条、远程终端和负载管理中心均可离负载较近地放置，功率线的长度可以根据负载分布来裁减，从而减少了电线长度，减轻了重量。

图4为常规配电架构，图5为自动配电架构。由图比较可知，采用自动配电，大大的节约了空间，减少了电缆长度，减轻了重量。

d）提高配电系统的维护

硬线电网维护上的最大困难在于确定故障点，往往需要很复杂的人工测试过程，既费时又费力。而在先进飞机配电系统中，当飞机发生故障时，除了可对故障设备进行余度转换以保证系统正常工作外，还可由自检装置将故障信息存入故障显示装置的非易失性存储器中，地勤人员可利用专门的地面检测设备寻找出故障以至再现故障，很快判别出故障点，可以迅速更换故障设备，提高了配电系统的维护性。

e）提高配电系统的可操作性

采用了负载的自动管理技术，系统能够根据飞机当前的飞行状态、电源状态和负载状态进行合理配电，特别是在故障状态下能够自动选择合适的汇流条，并根据负载等级自动加载和卸载，大大减轻了飞行员的操作任务；同时，配电系统可以向飞行员提供直观详尽的配电系统状态信息和操作指令信息，从而提高了系统的可操作性。

f）提高配电系统的可扩展性

使用先进配电系统按照标准化、模块化和通用化进行设计，维护方便，适应性强，在飞机改型，扩大功能和增加新设备时，一般只需对软件作一定的修改即可完成系统的重构，从而降低了研制费用及改型费用。

2.3 小结

自动配电技术在安全性、可靠性和可扩展性方面，具有较大的优势，必然是未来飞机配电系统发展的趋势。但目前处于发展过程中，仍然存在一些问题影响着其全面应用，例如SSPC的额定电流过小，SSPC的设备等级限制。

3 结论

自动配电技术是未来飞机配电的发展趋势，通过自动配电技术，大大提高了配电系统的安全性、可靠性、可扩展性和可操作性，有利于飞机的负载管理，减少全机电缆，减轻了飞机的重量。但目前由于技术条件和设备等因素的限制，目前尚处于发展过程中，尚有大量的技术难题需要解决。

【参考文献】

[1]于敦，王守方，等，编.国外飞机供电系统手册[Z].中国航空信息中心，1997.

[2]谢少军，严仰光.未来先进飞机的电源系统[J].国际航空，1995，1.

[3]周增福，谢少军，严仰光.美空军多电飞机计划中的电源技术[J].国际航空，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.

[责任编辑：曹明明]