某型飞机专用试验平台建设

张海英 郝琳召

摘  要：在不改变飞机原有供电余度的前提下，对某型飞机的电源系统进行了一系列改造，主要包括交流发电机输出改装、供电控制逻辑改装、电源显控系统改装等。改造后，该型飞机电源系统的供电能力得到了提升，能够满足新型试验设备的用电需求。

关键词：试验机;试验平台;电源系统;调压保护器;供电裕度

中图分类号：TM621.3      文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）13-0113-03

Abstract： On the premise of not changing the original power supply redundancy of the aircraft， a series of modifications have been carried out on the power supply system of a certain type of aircraft， including the output modification of the alternator， the modification of the power supply control logic， the modification of the power display and control system， and so on. After the transformation， the power supply capacity of the aircraft power supply system has been improved， which can meet the demand of the new test equipment for power use.

Keywords： testing machine; test platform; power supply system; voltage regulator protector; power supply margin

1 概述

飛机、发动机、机载设备等在真实的飞行条件下进行的各种试验称为飞行试验，通过试飞获得的数据可用来验证和鉴定各类航空产品的各项性能指标能否达到设计要求。飞机作为航空产品类飞行试验的载体，需要在结构、性能、载荷、供电系统等各方面均能满足一系列产品的试验要求，才能将其进行改装，搭建适合这系列航空产品飞行试验的专用试验平台。专用试验平台建设中，电源系统的改造通常依赖于飞机本身现有的电源系统，将飞机的剩余电量引出，直接或者通过二次电源为航空产品进行供电。

某型飞机作为航空产品试验平台，近年来搭载了一系列新型航空设备进行了飞行试验，其主要优点包括以下几个方面：

（1）飞机载重量大，舱内空间开阔，对搭载的航空设备的体积、重量要求宽泛。

（2）飞机客舱区域为密封舱，飞行时相关参试人员可以跟飞保障。

（3）飞机外围可配套外挂吊舱。

（4）相比其他试验机，该型飞机大小适中，耗油量小，资源利用率高。

随着科学技术的不断发展，航空产品对试验机平台电源的种类、功率及品质的要求越来越高，该型飞机过于简单的电源种类（直流28V电源、单相115V/400Hz交流电源）及过低的剩余功率（直流28V电源的剩余功率不超过18kW）大大限制了所能搭载的航空产品。因此亟需对该型飞机的电源系统进行改造，以满足各类新型航空产品的用电需求。

2 飞机电源系统简介

飞机电源系统由主电源、二次电源、应急电源、控制、保护等电路组成，作用是为飞机上的所有用电设备提供电能。本文所研究的飞机电源系统，其主电源系统包括直流电源系统与单相交流电源系统。其中直流电源由两台QF-18B起动发电机供给，每台输出的额定功率为18kW，采用并联的方式供电。单相交流电源由两台额定功率为16kVA的JF-30A交流发电机供给，一台主用（左发），另一台备用（右发），当主用交流发电机失效时，自动转换到备用交流发电机供电。

3 电源系统改造方法分析

目前国外试验机电源系统的改装主要包括两种方式。一种方式是加装二次电源，将原机的电源转化成航空产品所需的电源类型，但是这种方式仅限于电源系统剩余功率足够大的试验机。另外一种方式是增加辅助动力装置如APU，增大飞机电源系统的供电能力，这种方式成本高、风险大，对飞机自身的总体性能、机体结构及各系统的要求也高。

某型飞机由于自身电源系统电源种类少，剩余功率小，不足以加装满足航空产品用电需要的大功率二次电源;因机体结构及性能局限也不能够加装辅助动力装置，因此这两种方法不适用于该型飞机电源系统的改造，需要从该型飞机电源系统的供电方式及控制逻辑两方面入手，对飞机自身的电源系统进行升级改造，来满足试验产品的用电需求。

该型飞机电源系统的改造主要包括：右发交流发电机输出改装、供电控制逻辑改装、试验平台电源显控系统改装。

3.1 右交流发电机输出改装

该型飞机交流电源系统采用了JF-30A三相气冷无刷同步发电机进行供电。JF-30A由共轴的主发电机、激磁机和永磁发电机组成，其电枢绕组一般为Y形连接，输出为三相115V/400Hz交流电。JF-30A交流发电机在某型飞机上使用时，其电枢绕组为三角形连接，C相接地，A相不接线，使用B、C两相接线的方式取得单相交流电。因此改变JF-30A交流发电机输出接点的连接方式，将输出绕组由三角形连接改为Y形连接，就可以使发电机输出115V/400Hz，额定功率30kVA三相交流电，如图1所示。

由于发电机输出状态的改变，飞机自身配套的调压控制保护装置不再适用，需要加装一台与之相配套的调压控制保护装置，其功能如下：

（1）通过改变发电机励磁电流的方法来调节发电机输出的电压，以保证发电机输出电压恒定。

（2）当出现欠压和过压时，经一定延时后产生信号并通过控制电路，断开发电机励磁回路并将负载从电网中切除。

（3）欠频敏感电路通过感受永磁机频率，当频率低于一定值时，断开发电机励磁回路并将负载从电网中切除。

当发电机由飞机发动机驱动，其转子以8000转/分的转速旋转时，永磁机的永久磁极所产生的旋转磁场将在其三相电枢绕组中产生感应电势，其空载电压约30～33V，永磁机的三相输出经整流放大电路后输出一个直流电，给激磁机的激磁绕组，使之产生磁场。激磁机的三相电枢绕组在磁场中旋转感应出三相电势，经三相半波整流后供给发电机激磁绕组，从而使发电机的电枢绕组建立三相交流电压。也就是说激磁电流Ij是建立发电机三相交流电压U的基础，Ij增大，U也随之增大，通过改变Ij的大小，就可调节电压U的大小。

引取发电机输出电压U，经过变压整流电路输出直流分量电压U2，再经过开关放大整形电路后输出与U2成反比的电流I，以提供激磁机激磁电流。当U电压升高时，U2电压升高，电流I减小，使激磁电流Ij减小，电压U降低，从而达到调节电压的目的。

引取发电机输出电压U，当发电机出现欠频、欠压、过压时，通过其测量电路，输出一个电压信号，经过放大、延时电路后，来控制发动机的激磁和负载。原理框图如图2所示。

主要技术指标如下：

（1）调压精度：0～100%负载        ±2%

100～150%负载      ±3%

150～200%负载      ±4.5%

（2）过压保护;动作点电压    （125±3）V

130V      不大于3s

140V      不大于0.5s

150V      不大于0.32s

160V      不大于0.22s

170V      不大于0.16s

180V      不大于0.12s

（3）欠压保护;97～107V    3～5s

（4）欠频保护：当发电机输出电压的频率低于360±10

Hz时，自动切断负载接触器。

改造后，飞机电源系统能够为搭载的航空设备提供功率为30kVA的三相115V/50Hz交流电源，大大提升了试验平台的供电能力。另外根据任务需要，可以配套安装二次电源，提升试验平台的电源种类。

3.2 供电控制逻辑的改装

供电控制逻辑改装的原则是不改变飞机原有的供电余度，即在保证试验机机载设备正常供电的情况下，电源系统为搭载的航空产品提供电能。

正常供电状态下，左右交流发电机接入网路的控制方式与飞机原来的方式相同，左交流电源系统给机载设备提供115V/400Hz单相交流电，右交流电源系统为搭载的航空设备提供三相115V/400Hz交流电源。两个系统相互独立。

在飞行过程中，若左交流发电机系统工作失效，先自动将搭载的航空设备从右交流发电机系统中切除，再将左交流发电机系统通道上的机载设备自动转由右交流发电机系统供电。由于右交流发电机是三相115V/400Hz交流电输出，机载设备是单相交流115V/400Hz用电，因此需在右交流发电机与机载设备电路之间加装一台输入为三相115V/400Hz，输出为单相115V/400Hz的变压器电源，来实现三相转单相供电，如图3所示。

变压器电源技术指标如下：

输入三相交流额定电压：115±3%V;

输入额定功率：30kVA;

输入电源频率：400Hz;

输出单相交流额定电压：115V;

输出额定功率：16kVA。

在飞机机身处加装一个三相地面电源插座，用于搭载的航空设备地面通电试验使用，并配套研制一台相序保护器，使地面三相交流电源与机上三相交流电源的相序保持一致，以保证设备工作正常。地面三相交流电源系统与飞机网路相互隔离，飞机供电网路优先于地面供电网路，即当飞机满足向电网供电时，自动切除地面供电。原理框图如图4所示。

3.3 试验平台电源显控系统改装

客舱内部配备一台标准配电机柜，将三相115V/400Hz交流电源、直流28V电源及二次电源进行集中控制，配电机柜上加装一台显示器，用于显示和监控供电系统的主要参数。系统原理框图如图5所示。

4 结束语

该型飞机的电源系统改造升级后，供电能力和电源种类得到了很大的提升，能够满足后续各类新型航空产品的试飞需要，提高了试验机试验平台的利用率。

参考文献：

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