民用飞机惯性基准系统供电方案研究

2018-09-25张辉王也

现代制造技术与装备 2018年8期

张辉王也

（上海飞机设计研究院，上海 201210）

1 研究背景

在现代民用飞机上，惯性基准系统（Inertial Reference System，IRS）作为一个重要系统，已经得到了广泛应用。IRS和许多飞机上的重要系统有联系，因此，其精度高低会直接影响飞机上与之相关的重要系统，如飞控系统[1]等。“空客”和“波音”两大系列的飞机均装备有IRS，可见，其性能的优越性和使用的广泛性。IRS的供电直接影响IRS是否正常工作，所以，供电方案的设计是重中之重，从不同角度分析，可以设计不同的供电方案。

2 惯性基准系统供电需求

IRS作为民用飞机上提供A级功能的重要系统，为保证设备的高可用性，采用了主电源和备用电源的双电源供电。当主电源可用，且供电电压处于+18.0VDC～+36.0VDC时，IRS优先采用主电源供电。当主电源输入电压低于+18.0VDC，备用电源输入在+18.0VDC～+36.0VDC时，IRS会自动无间断切换到备用电源供电，并向外发送相应的状态字，标识IRS正在使用备用电源供电状态。IRS使用备用电源供电期间，如果主电源电压上升，并且超过+19.0VDC时，IRS会自动无间断从备用电源切换为主电源供电状态，并取消相应的状态字设置。

IRS内部可以储存电量，输入电源为+28 VDC时可以无间断工作并允许两路电源有20ms的中断时间。但这个允许的中断时间，与到设备端的电压有关，输出电源变化时，耐受时长也会变化，低于18VDC时此能力完全丧失。

IRS在正常工作和初始上电时会对备用电源进行检测，初始上电时检测备用电源的可用能力，并在正常工作过程中，实时监测备用电源的健康状态。

3 惯性基准系统供电方案

IRS双电源的一般配电方式为：主电源接普通直流汇流条（L/R DC），备用电源接直流重要汇流条（L/R DC ESS）。但该供电方案存在一定的风险，主要原因是当输入到IRU端的电压值在28V时，IRU能承受的电源中断为20ms，但当输入到IRU端的电压值降到18V时，IRU则不能承受任何电源中断。当在空中状态下，飞机的普通直流汇流条（L/R DC）丧失，IRS自动使用第二套电源直流重要汇流条（L/R DC ESS），则IRU的正常工作会受到影响，需在空中进行动态对准，这对飞机的正常飞行会产生一定影响。

IRS主电源采用飞机重要直流汇流条（左重要直流，右重要直流等）配电，以保证在飞机发电机失效的情况下，依然可以由应急供电系统对其进行供电；备用电源采用飞机的蓄电池供电，以保证极端情况下仍然可以为IRS提供稳定且无中断的供电电源。

正常情况下，IRS会优先选择采用主电源供电，在主电源电压低于+18V时，会自动切到第二电源供电。由于蓄电池直接汇流条在飞机下电之后无法切断给用电设备的供电，为避免飞机下电之后IRU消耗完蓄电池的电量，有两个方案可供选择。

3.1 采用IRS控制板组件方案

增加一块IRS控制板组件，飞行员在飞机着陆停稳后断开三套IRS的电源，IRS的供电方案如图1所示，控制板组件如图2所示。控制板上包含三个IRS开关和一个指示灯。三个IRS的旋钮开关分别用来控制对应的IRS的工作状态（ON或OFF）；当有其中一套或多套IRS在消耗蓄电池的电量时，则指示灯“ON BAT”亮，为白色。

图1 IRS的供电方案（控制板组件）

图2 IRS控制板示意图

3.2 采用IRS控制继电器组件方案

采用通过继电器控制的方案，通过继电器的通断来实现在全机上电/下电后自动接通/断开IRS的第二套备用电源。第二套备用电源通过继电器，然后加到IRS的备用电源端口，这样对继电器进行通断控制，就能实现第二套备用电源的通断。

4 惯性基准系统供电方案权衡

IRS控制板组件方案需要在顶部板增加一块控制板组件，增加了飞行员的工作量，需要在飞机上下电的同时，将三套IRS相应的控制板旋钮开关旋至ON/OFF；IRS控制继电器组件方案则无需飞行员操作，在飞机上下电的同时，自动关闭IRS与蓄电池的连接。

根据驾驶舱设计理念，如果能减少的驾驶舱操作则尽量减少，因为人为操作越多，出错几率和风险就越高。出于这个原则，当然优先选择采用自动化集成程度更高的控制继电器方案。控制板组件方案需要在顶部板增加控制器布置，这样会给原本布置空间就很局促的顶部板布置增加难度，而且控制板组件方案会带来控制板以及相应布线的重量增加。